سازه بتنی
در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستونها و شاه تیرها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب میشود. امروزه بسیاری از پلها را از بتن آرمه میسازند. برای استفاده از پلهای بلندتر و بیشتر شدن فاصله پایه پلها از تیر پیشتنیده استفاده میشود.
به طور کلی هدف از طراحی یک سازه، تامین ایمنی در مقابل فروریختگی و تضمین عملکرد مناسب در زمان بهره برداری است. چنانچه مقاومت واقعی یک سازه بطور دقیق قابل پیش بینی بود و در صورتی که بارهای وارد بر سازه و اثرات داخلی آنها نیز با همان دقت قابل تعیین بودند، تامین ایمنی تنها با ایجاد ظرفیت باربری به میزان جزئی بیش از مقدار بارهای وارده ممکن میگشت. ولی عوامل نامشخص و خطاهای احتمالی متعددی در آنالیز، طراحی و ساخت سازهها وجود دارند که یک حاشیه ایمنی را در طراحی سازهها طلب میکنند. مهمترین ریشهها و منابع این خطاها شامل موارد زیر است.
-بارهایی که در عمل به سازه وارد میشوند و همچنین توزیع واقعی آنها ممکن است با آنچه در بارگذاری سازه فرض شده است متفاوت باشند.
-رفتار واقعی سازه ممکن است با رفتار تئوریک سازه، که بر اساس آن نیروهای داخلی اعضا محاسبه میشوند، تفاوت داشته باشد.
-مقاومت واقعی مصالح به کار رفته در ساخت سازه ممکن است متفاوت از مقادیر فرض شده در محاسبات باشد.
-ابعاد قطعات و محل واقعی میلگردها ممکن است دقیقا مطابق آنچه طراح در محاسبات خود فرض کرده نباشد.
بنابراین، انتخاب یک حاشیه ایمنی مناسب امر بسیار دشواری است که نحوه منظور نمودن آن، به صورت یکی از مشخصههای اساسی روشهای طراحی در آمده است. به طور کلی طراحی سازههای بتن آرمه به سه روش زیر صورت میگیرد.
-تنش مجاز
-مقاومت نهایی
-روش طراحی بر مبنای حالات حدی
این روش که قبلاً روش تنش بهره برداری یا روش تنش بار سرویس نامیده میشد، اولین روشی است که بصورت مدون برای طراحی سازههای بتن آرمه بکار گرفته شد. در این روش یک عضو سازهای به نحوی طراحی میشود که تنشهای ناشی از اثر بارهای بهره برداری (یا سرویس)، که به کمک تئوریهای خطی مکانیک جامدات محاسبه میشوند، از مقادیر مجاز تنشها تجاوز نکنند. منظور از بارهای بهره برداری یا سرویس بارهایی نظیر: بار زنده، بار مرده، بار برف و بار زلزله هستند.
روش مقاومت نهایی که در آیین نامه ACI به نام روش طراحی بر مبنای مقاومت موسوم است، حاصل مطالعات گسترده روی رفتار غیر خطی بتن و تحلیل دقیق مسئله ایمنی در سازههای بتن آرمه است. روند طراحی در این روش را میتوان به صورت زیر خلاصه نمود.
-بار بهره برداری به وسیله ضریبی موسوم به ضریب بار افزایش داده میشود، بار حاصله را اصطلاحاً بار ضریبدار یا بار نهایی مینامند.
-بارهای ضریبدار بر سازه اعمال میشوند و به کمک روشهای خطی آنالیز سازهها، نیروی داخلی مقاطع محاسبه میشود. به این نیروی داخلی اصطلاحاً مقاومت لازم گفته میشود. مقاومت لازم در یک مقطع شامل مقاومت خمشی لازم، مقاومت برشی لازم، مقاومت پیچشی لازم و مقاومت بار محوری لازم است.
-برای هر مقطع، مقاومت طراحی آن از حاصلضرب مقاومت اسمی در ضریبی کوچکتر از واحد به نام ضریب کاهش مقاومت به دست میآید. مقاومت اسمی، حداکثر مقاومتی است که مقطع قبل از گسیختگی از خود نشان میدهد. مقاومت اسمی یک مقطع شامل مقاومت خمشی اسمی، مقاومت برشی اسمی، مقاومت پیچشی اسمی و مقاومت بار محوری اسمی است.
-طراحی مقطع به نحوی که در آن مقاومت لازم از مقاومت طراحی کمتر باشد.
به منظور تکامل روش مقاومت نهایی، به ویژه از نظر نحوه منظور نمودن ایمنی، روش طراحی بر مبتای حالات حدی ابداع شد. این روش هم اکنون مبنای طراحی در تعدادی از آیین نامههای اروپایی است، با این حال این روش هنوز نتوانسته است جای روش مقاومت نهایی را در آیین نامه ACI بگیرد. این روش از نظر اصول محاسبات مربوط به مقاومت، مشابه روش طراحی بر مبنای مقاومت است و تفاوت عمده آن با روش قبل، در نحوه ارزیابی منطقیتر ظرفیت باربری و احتمال ایمنی اعضا است. در این روش نیازهای طراحی با مشخص کردن حالات حدی تعیین میشوند. منظور از حالات حدی شرایطی است که در آنها سازه مورد نظر خواستههای طرح را تامین نمیکند. طراحی سازه با توجه به سه حالت حدی زیر صورت میگیرد.
-حالت حدی نهایی
-حالت حدی تغییر شکل (مانند تغییر مکان و ارتعاش اعضا)
-حالت حدی ترک خوردگی یا باز شدن ترکها
مصالح مختلفی مثل فولاد، چوب، مصالح بنائی و بتن ممكن است به عنوان گزینههائی برای ساخت یک بنا مطرح باشند و این گزینهها برای بسیاری از سازههای متداول، وجود دارند. اگر چه در ساخت اسكلت سازههای بلند، ممكن است به فولاد و بتن محدود شوند. با این وجود امروزه بتن آرمه به عنوان یك گزینه قابل اعتماد برای ساخت بسیاری از سازههای كوچك و بزرگ محسوب میشود. به طوری كه شاید بتوان از آن به عنوان مهمترین ماده ساختمانی موجود با كاربردی فراگیر در تمام دنیا نام برد.
از طرف دیگر برای بتن نقاط ضعفی را نیز میتوان برشمرد كه برخی از آنها به شرح زیر است.
-مقاومت كششی بتن بسیار پایین بوده و در حدود یك دهم مقاومت فشاری آن است.
-هزینه ساخت، اجرا و نگهداری قالب در حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد كل هزینه اجرای سازه بتن آرمه بالغ میشود.
-كنترل كیفیت بتن یك كنترل كارگاهی است و نسبت به كنترل كیفیت فولاد كه در كارخانه انجام میشود، به مراتب پایینتر خواهد بود.
مصالح مختلفی مثل فولاد، چوب، مصالح بنائی و بتن ممكن است به عنوان گزینههائی برای ساخت یک بنا مطرح باشند و این گزینهها برای بسیاری از سازههای متداول، وجود دارند. اگر چه در ساخت اسكلت سازههای بلند، ممكن است به فولاد و بتن محدود شوند. با این وجود امروزه بتن آرمه به عنوان یك گزینه قابل اعتماد برای ساخت بسیاری از سازههای كوچك و بزرگ محسوب میشود. به طوری كه شاید بتوان از آن به عنوان مهمترین ماده ساختمانی موجود با كاربردی فراگیر در تمام دنیا نام برد.
از طرف دیگر برای بتن نقاط ضعفی را نیز میتوان برشمرد كه برخی از آنها به شرح زیر است.
-مقاومت كششی بتن بسیار پایین بوده و در حدود یك دهم مقاومت فشاری آن است.
-هزینه ساخت، اجرا و نگهداری قالب در حدود ۳۰ الی ۵۰ درصد كل هزینه اجرای سازه بتن آرمه بالغ میشود.
-كنترل كیفیت بتن یك كنترل كارگاهی است و نسبت به كنترل كیفیت فولاد كه در كارخانه انجام میشود، به مراتب پایینتر خواهد بود.
ضعف المانهای سازه های بتن آرمه با استفاده از مصالح پیشرفته و پرمقاومت FRP قابل برطرف شدن هستند،
اگر شما در پروژه خود به مشکلی شبیه یکی از موارد زیر برخورد نمودید :
1- تیر بتن آرمه یا هر عضو خمشی دیگری به هر دلیلی دچار مسائلی چون ترک ، خیز زیاد ، کمبود مقاومت در تحمل بارهای وارده و مشکلاتی از این قبیل شده است ،
2- ستون بتن آرمه ای دچار مشکلات مقاومتی است ،
3- اجزای پلها و دیگر سازه ها دچار مشکلات نامطلوب سازه ای هستند،
و ...
لازم نیست روشهای قدیمی را در پیش گیرید و با تخریب علاوه از صرف هزینه ، به دیگر اعضای سازه نیز ناخواسته آسیب برسانید، همه این مشکلات با بهره گیری از آیین نامه های معتبر دنیا و استفاده از نتایج تحقیقات محققین قابل مطالعه هستند که با استفاده از مصالح FRP اغلب قابل رفع بوده و یا حداقل می توان از بروز مشکلات نامطلوب آتی جلوگیری نمود.