اجرای طراحی سازه‌های خاص بتنی

مهندسی سازه به انگلیسی Structural Engineering بخشی از مهندسی عمران بوده که باید در مورد ساختارهای انتقال بار از اجزاء یک ساختمان به محل تکیه‌گاهی آن اطلاعات کامل داشته باشد. در مهندسی سازه فرد باید بتواند سیستم‌‌های سازه‌ای گوناگون را با هدف تامین باربری و ایجاد مقاومت در برابر نیروهای مختلف طراحی کند. به عبارت ساده‌ مهندسان سازه اطمینان حاصل می‌کنند که ساختمان‌ها خراب نمی‌شوند و پل‌ها فرو نمی‌ریزند. از قدیمی‌ترین سازه‌های خاص در مهندسی سازه می‌توان به گوستاو ایفل و فردریک آگوست بارتولدی سازه‌های عظیمی چون اهرام ثلاثه مصر، باغ‌های معلق بابل، زیگورات چغازنبیل و تخت جمشید در ایران نام برد.

سازه‎‌های بتنی چیست؟

در تعریف کلی سازه‌های بتنی به سازه‌ای گفته می‌شود که در ساخت بتن آن از ترکیب سیمان، شن، ماسه و میلگرد (ساخت با بتن آرمه) استفاده شده باشد. در صورتی که یک ساختمان ستون‌ها، شاه‌تیرها و پی آن از بتن آرمه باشد، یک سازه‌ بتنی حساب می‌شود. سازه‌های بتنی به دلیل قابلیت شکل‌ پذیری بالا، مقاوم در برابر آتش‌ سوزی و تاثیرات جوی، صلبیت و دوام بالا، دسترسی آسان به مصالح، قیمت مناسب، اتصال مناسب و همگن میان تیر و دیافراگم گزینه‌های مناسبی هستند تا با اجرای آن‌ها با روش‌های خاص ساختمان‌های متفاوت ساخت.

سازه‌های خاص بتنی چیست؟

سازه‌های خاص بتنی، حاصل ذوق و هنر مهندس عمران و سازه است که توانایی طراحی سازه‌های متفاوت مانند سازه‌های فضاکار، سقف کاذب اسپیس فریم یا سازه فضایی دکوراتیو، فری اتو (چادر‌های بزرگی که روی شبکه‌های بزرگ کابلی)، سقف بالنی، سازه‌های چادری، سازه‌های کابلی، معماری با الهام از طبیعت، سازه‌های گنبدی و ... را داشته باشند. علاوه بر طراحی سازه‌های خاص، نوع بتن در این سازه می‌تواند متفاوت باشد، به همین خاطر روش تهیه مصالح، ساخت و عمل آوری بتن در هر پروژه‌ای متفاوت خواهد بود. دو مورد از بتن‌های خاص که بیشترین کاربرد در ساخت سازه‌ها را دارند، عبارتند از:

• بتن لاغر یا کم‌ مایه: بتن لاغر به بتن‌های رده C10 و پایین‌تر از آن گفته می‌شود. در ساخت بتن لاغر، قبل از اجرای بتن آرمه و پس از رگلاژ سطح بستر خاکی، باید قشر بتن لاغر ریخته شود. ضخامت این قشر حداقل 7 سانتی‌متر است.
• بتن سبک ساختمانی: همان‌طور که از نام این بتن خاص معلوم است، وزن آن به طور محسوس کمتر از وزن بتن معمولی و در ساخت آن از سنگدانه‌های طبیعی یا شکسته استفاده می‌شود.
• بتن شیشه‌ای: در ساخت این بتن از شیشه بازیافت شده به عنوان یکی از اجزای اصلی آن استفاده می‎شود. این بتن ویژه علاوه بر نمای زیبایی که نسبت به بتن معمولی دارد از مقاومت طولانی و عایق دمایی نیز برخوردار است.
• بتن طرح‌دار: نوع دیگری از بتن‌های خاص، بتن طرح‌دار است، زمانی که بتن در حالت مایع قرار دارد، طرح‌های شبیه به گرانیت، کاشی یا سنگ‌های طبیعی را بر روی آن طراحی می‌کنند.

از دیگر بتن‌های ویژه و خاص می‌توان به بتن با کارایی زیاد، بتن خود خودمتراکم SCC، بتن بدون جمع‌شدگی، بتن الیافی، بتن پلیمری، بتن حجیم، بتن غلتکی RCC، بتن ضد حریق، بتن ضد انفجار، بتن با دوام، بتن سبز، بتن آب بند یا ضد آب، بتن ضد تشعشع، بتن سنگین، بتن مکیده یا خلاء، بتن پیش آکنده یا غوطه‌ای، بتن پیش تنیده، بتن اکسپوز، بتن پاششی یا شاتکریت، بتن متخلخل یا زهکش، بتن هوادار یا گازی یا اسفنجی، بتن منعطف، بتن مگر یا نظافت، بتن پمپ شونده، بتن عایق، بتن ضداسید، بتن ضد سایش، بتن ضد سولفات، بتن غیر سازه‌ای، بتن خود ترمیم شونده، بتن توانمند و بتن استامپی اشاره کرد.

انواع طراحی‌های سازه خاص

انواع طراحی‌های سازه خاص عبارتند از:

• طراحی انواع پل‌ها
• طراحی انواع مخازن آب
• طراحی پایپ رک
• طراحی سازه‌های بلند
• طراحی سازه‌های دریایی
• طراحی سازه‌های فضاکار
• طراحی سازه‌های فولادی سرد نورد شده LSF
• طراحی سوله های صنعتی
• طراحی سیلو بتنی

طراحی سازه خاص بتنی چیست؟

طراحی سازه بتنی، طراحی ساختمان خاص با استفاده از نرم‌افزارهای شبیه‌سازی مانند ایتبس است. هدف کلی از طراحی یک سازه، به ویژه سازه‌های خاص، بررسی ایمنی و عملکرد آن در زمان نهایی شدن است. هر چقدر طراحی سازه‌های خاص بتنی با دقت انجام گیرد، مقاومت واقعی یک سازه دقیق پیش‌بینی شود و بارهای وارده بر سازه و اثرات داخلی آن‌ها مشخص گردد، در پروژه نهایی به شدت تاثیر خواهد گذاشت. با این حال در برخی از اوقات احتمال خطا به دلیل عوامل ناشناخته وجود دارد که عبارتند از:

• بارهایی که در عمل به سازه وارد می‌شوند و نحوه توزیع واقعی آنها ممکن است با آنچه در بارگذاری سازه فرض شده است متفاوت باشند.
• احتمال دارد، رفتار واقعی سازه با رفتار تئوریک آن، که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه می‌شوند، تفاوت داشته باشد.
• تغییر در ابعاد قطعات و محل قرارگیری واقعی میلگردها از طراحی تا ساخت
• تفاوت در مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه با مقادیر محاسبه شده

روش های طراحی سازه های بتنی

طراحی سازه‌های بتنی به سه روش انجام می‌گیرد:

• تنش مجاز: طراحی سازه‌های بتنی خاص در این روش به نحوی انجام می‌شود که تنش‌های ناشی از اثر بارهای بهره‌برداری ( بار زنده، بار مرده، برف، زلزله و ...) به کمک تئوری‌های خطی مکانیک جامدات محاسبه شوند و از مقادیر مجاز تنش‌ها بیشتر نشود.
• مقاومت نهایی: این روش طراحی سازه‌های بتنی که در آیین‌نامه ACI به نام روش طراحی بر مبنای مقاومت معروف است. بار بهره‌برداری به وسیله ضریبی معروف به ضریب بار افزایش داده می‌شود. بار ضریبدار بر سازه اعمال و به کمک روش‌های خطی آنالیز سازه‌ها، نیروی داخلی مقاطع بررسی می‌شود. در این روش طراحی لازم است برای هر مقطع مقاومت طراحی آن از حاصلضرب مقاومت اسمی در ضریب کوچکتر از واحد (ضریب کاهش مقاومت) به دست آید.
• روش طراحی بر مبنای حالات حدی: روش طراحی بر مبنای حالات حدی، به منظور تکامل روش مقاومت نهایی به ویژه از نظر ایمنی نمودن سازه انجام می‌شود. با این حال با روش مقاومت نهایی تفاوت دارد که در نحوه ارزیابی منطقی‌تر و احتمال ایمنی آن بالاتر است. طراحی سازه به روش مبنای حالات حدی به سه روش انجام می‌گیرد که عبارت است از:
  • حالت حدی نهایی، بررسی ظرفیت باربری
  • حالت حدی تغییر شکل
  • حالت حدی ترک خوردگی

مراحل تحصیل در رشته طراحی سازه‌های خاص بتنی

مهندس سازه که بخشی از مهندسی عمران است، باید توانایی طراحی ساختمان، سازه‌های مرتبط با آب، فاضلاب، پل‌ها و ... را داشته باشد. برای رسیدن به این مرحله باید در رشته عمران یا معماری در دانشگاه تحصیل کنید و همچنین توانایی کار با کامپیوتر (برنامه‌های طراحی) را داشته باشید. پس از گذراندن دوره کارآموزی و کسب پروانه اشتغال می‌توانید طراحی سازه‌های خاص بتنی را انجام دهید.