ساختمان سازی با بتن آرمه شامل استفاده از بتن سیمانی و مسلح کردن آن با میلگرد ساختمانی است و امروزه به علت سرعت قابل قبول، هزینه های مقرون به صرفه و بازدهی اثبات شده خصوصا در ایران بسیار رواج یافته است! اما جالبه بدانید که ساختمان سازی با بتن نیز دارای ۴ نوع مختلف است که توسط مهندس سازه انتخاب و طراحی میگردد.
انتخاب سبک ساخت و ساز با بتن بنابر مواردی مانند؛ نیاز زیر ساختی، تعداد طبقات و کاربری سازه انتخاب میشود. این چهار روش همچنین بنابر دلایل فنی ممکن است در بخش هایی دارای شباهت ها و تفاوتهای فنی و مهندسی باشد. انتخاب هر روش معمولا بنابر متراژ، تعداد طبقات و حتی پیش نیازهایی مانند نیاز به مقاومت در برابر زلزله، رطوبت و سایر مخاطرات محیطی و بلایای طبیعی انتخاب می شود.
روش های اصلی ساختمان سازی با بتن
فونداسیون در واقع بخشی از ساختمان سازی با بتن است و کلیات ساختمان بتن آرمه در ترکیبی از بتن و میلگرد ساختمانی با روشهای مختلفی طراحی و اجرا میشود. هر سیستم دارای قوانین فنی و مهندسی متفاوت است. قاب خمشی، دیوار برشی و سیستم ترکیبی از مهمترین روشهایی هستند که در پروژههای ساختمانی استفاده میشوند.
شناخت این سیستمها به سازندگان کمک میکند تصمیم آگاهانه بگیرند و به مهندسان نیز امکان میدهد سازهای ایمن و اقتصادی طراحی کنند.
اگر قصد ساخت ساختمان دارید یا در حوزه عمران فعالیت میکنید، شناخت دقیق سیستمهای بتن آرمه اولین قدم برای رسیدن به یک سازه پایدار و مقاوم است.
- ابتدا روش قاب خمشی بتن آرمه (RC Moment Frame) را بررسی می کنیم که به دلیل کاربرد در بافت مسکونی و پر تراکم، هزینه مقرون به صرفه و قابلیت اجرا در زمان و مکان مورد نظر شما بسیار پر طرفدار است.
- همچنین روش سیستم دیوار برشی بتن آرمه (Shear Wall System) را به طور حرفه ای معرفی می کنیم که مناسب ساخت برج های تجاری و مسکونی با بتن آرمه است.
- روش سیستم دوگانه یا ترکیبی (Dual System شامل قاب خمشی و دیوار برشی) را نیز معرفی می کنیم که با توجه به سختی سازه ای بالا، کنترل بهتر تغییرمکان جانبی و مقاومت مناسب در برابر نیروهای زلزله برای ساختمان های بلند مرتبه و برج ها مناسب است.
- روش چهارم که شامل سیستم تونل فرم (Tunnel Form Construction) می شود نیز برای انبوه سازی واحدهای مسکونی، پروژههای بزرگ و ساختمان هایی با پلان های تکراری قابل اجراست و به دلیل بتن ریزی همزمان دیوار و سقف، سرعت اجرای بسیار بالایی دارد.
بیشتر بخوانید: انواع ساختمان های فولادی
مثال عملیاتی
به عنوان نمونه برای ساختمانهای کمتر از ۵ طبقه معمولا از روش قاب بتن آرمه استفاده میشود که برای ساختمان های متعارف و کمارتفاع روشی رایج و اجرایی است و هزینه آن معمولا اقتصادی تر از سیستم های صنعتی و تونلی است در پروژه های کوچک مقیاس است. اما برای احداث بنای برج های مسکونی بیست طبقه ای باید از روش دیوار برشی یا تونل فرم استفاده نمود. این روش دارای سرعت اجرای بالاتری است و عملکرد بهتری برای ضد زلزله ساختن یک برج بلند را دارد.
در این مقاله سعی کرده ایم صفر تا صد روشهای ساختمان سازی به روش بتن آرمه را توضیح داده و درباره مزایا و معایب آن توضیح دهیم؛ لطفا با ما همراه باشید.
اهمیت شناخت سیستمهای بتن آرمه
وقتی درباره ساخت یک ساختمان ایمن، اقتصادی و بادوام صحبت میکنیم اولین سؤال جدی از نظر علم مهندسی این است که اسکلت سازه با چه سیستمی طراحی و اجرا میشود؟! بتن آرمه سالهاست که به عنوان یکی از رایجترین روش ها در جهان استفاده میشود. اما نکته مهمی که بسیاری از کارفرمایان، سازندگان و حتی برخی مهندسان تازه کار کمتر به آن توجه میکنند این است که بتن آرمه در واقع مجموعهای از عملیات های طراحی و اجرای مهندسی ساختمان است که حتی روش های مختلفی دارد.
مهندسان سازه در هر پروژه با توجه به عواملی مثل تعداد طبقات، نوع خاک، بارهای لرزهای، کاربری ساختمان و هزینه اجرا تصمیم میگیرند از چه سیستمی استفاده کنند.
- آیا یک قاب خمشی بتن آرمه کافی است؟
- آیا باید دیوار برشی اضافه شود؟
- آیا با ترکیب این دو روش، ایمنی بیشتری ایجاد می شود؟
در ادامه این مقاله، دقیق و مرحله به مرحله بررسی میکنیم که ساختمانهای بتن آرمه با چه روشهایی ساخته میشوند، هر سیستم فونداسیون چه مزایا و محدودیتی دارد و مهندسان چگونه بهترین گزینه را انتخاب میکنند.
اگر قصد ساختمان سازی دارید یا در حوزه مهندسی عمران فعالیت میکنید، پاسخ بسیاری از پرسشهای عملی خود را در ادامه پیدا خواهید کرد.
بتن آرمه چیست و چرا در ساختمانسازی استفاده میشود؟
قبل از بررسی سیستمهای سازهای، ابتدا باید به یک نکته بنیادی توجه کنیم: بتن به تنهایی مادهای بسیار مقاوم در برابر فشار است اما در برابر کشش عملکرد ضعیفی دارد. مهندسان برای حل این مشکل از میلگردهای فولادی استفاده میکنند تا از طریق ترکیب بتن و فولاد، ساختاری مقاوم و شکلپذیر بسازند. به این ترکیب مهندسیشده ” بتن مسلح” یا بتن آرمه گفته میشود.
وقتی بتن اطراف میلگرد ریخته میشود، این دو ماده به دلیل چسبندگی مناسب و ضریب انبساط حرارتی نزدیک، به صورت یکپارچه عمل میکنند. نتیجه چیست؟ ساختاری که هم فشار را تحمل میکند و هم کشش را.
به همین دلیل ستونها، تیرها، فونداسیون و دیوارهای سازهای در بسیاری از ساختمانهای مدرن با بتن آرمه اجرا میشود. اما نکته مهم این است که نحوه ترکیب این اعضا است سیستم سازهای ساختمان را تعیین میکند.
سیستم سازهای در ساختمان بتن آرمه چه مفهومی دارد؟
منظور ما از ” سیستم سازه ” در واقع اشاره به همان روشی است که سازه با استفاده از آن؛ بارهای مختلف را تحمل کرده و آن به سطح زمین منتقل میکند. این بارها شامل وزن ساختمان، بار زنده، و بارهای مضاعف مانند باد و مهمتر از همه بار زلزله است.
برای اینکه به این اهداف برسیم ، مهندس سازه هنگام طراحی باید پاسخ چند سؤال اساسی را پیدا کند:
- ساختمان چگونه وزن خود را تحمل میکند؟
- در هنگام زلزله نیروها چگونه در سازه پخش میشود؟
- کدام اعضای سازه بیشترین نقش را در تأمین پایداری دارند؟
پاسخ این سؤالات مشخص میکند که ساختمان با کدام سیستم بتن آرمه طراحی شود. در ادامه مهمترین روشهای ساختمانسازی با بتن آرمه را بررسی میکنیم.
روش اول: ساختمان سازی با سیستم قاب خمشی
استفاده از سیستم قاب خمشی یکی از رایج ترین روشهای طراحی و بنای ساختمانهای بتنی است. در این سیستم، تیرها و ستونها به گونهای متصل می گردد که علاوه بر تحمل بار ساختمان، بهترین مقاومت در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله بدست بیاید.
برای اجرای روش قاب خمشی، اتصال تیر و ستون بسیار اهمیت دارد. این اتصال باید بتواند لنگر خمشی را منتقل کند. به همین دلیل است که آرماتورگذاری در ناحیه گرهها با دقت زیادی انجام میشود.
- این سیستم شکل پذیری مناسبی دارد و در بسیاری از ساختمانهای مسکونی چند طبقه استفاده میشود.
- مثلا وقتی زلزله رخ میدهد؛ قاب خمشی با تغییر شکل کنترلشده انرژی لرزه را جذب میکند.
عیب روش قاب خمشی این است که محدودیتهایی نیز به همراه دارد. مثلا سختی این سیستم برای ساختمانهای بلند ممکن است کافی نباشد و تغییرمکان جانبی ساختمان افزایش پیدا کند. در چنین شرایطی مهندسان معمولاً از سیستمهای مکمل استفاده میکنند.
قاب خمشی به زبان ساده
اصطلاحاتی مانند قاب خمشی که از عبارت انگلیسی Moment Resisting Frame (MRF) گرفته شده، شاید برای افرادی که با مهندسی عمران یا سازه آشنایی ندارند کمی پیچیده و گیجکننده به نظر برسد. ولی اگر مفهوم آن را ساده و مصور توضیح دهیم، درک آن چندان سخت نیست.
تصور کنید یک چارچوب ساده از چند ستون عمودی و چند تیر افقی (چیزی شبیه اسکلت یک میز یا یک چارچوب مستطیلی) ساختهاید. حالا اگر از کنار به این چارچوب نیرویی مشابه فشار باد یا نیروی ناشی از زلزله را وارد کنید این سازه خم می شود.
کاربرد قاب خمشی:
در یک قاب خمشی مشاهده می کنید که اتصال بین تیر و ستون به گونهای طراحی میشود که مقاومت لازم در برابر این خم شدن ایجاد گردد.
درنتیجه؛ وقتی نیروهای جانبی مثل زلزله به ساختمان وارد میشود آنگاه تیرها و ستونها با خم شدن کنترلشده انرژی این نیروی مضاعف و ناگهانی را طوری جذب می کنند که از تخریب سازه جلوگیری میشود.
در سیستم قاب خمشی، تیرها و ستونها برای تحمل نیروهای جانبی ساختمان در نظر گرفته شده است. برای رسیدن به این هدف؛ اتصالات محکم و تخصصی وجود دارد که برای مقاومت ساختمان در برابر زلزله بسیار موثر است.
روش دوم: ساختمان با سیستم دیوار برشی بتن آرمه
دیوار برشی یکی از مؤثرترین عناصر سازهای برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی است. این دیوارها معمولاً در اطراف هسته مرکزی ساختمان، اطراف راهپله یا اطراف آسانسور تعبیه می شود.
در روش قاب خمشی ، ساختمان بارهای جانبی را از طریق خم شدن تیر و ستون تحمل میکند اما دیوار برشی مانند یک صفحه عمودی صلب عمل میکند و بخش بزرگی از نیروهای زلزله را مستقیماً به فونداسیون منتقل میکند.
در نتیجه این سیستم مهندسی سه دستاورد مهم وجود دارد:
- اولا ساختمان شما مقاوم تر میشود.
- تغییرمکان جانبی آن کاهش پیدا میکند.
- عملکرد سازه در برابر زلزله بهبود مییابد.
بخاطر مزایای قابل توجهی که در سیستم دیوار برشی نسبت به قاب خمشی وجود دارد؛ بسیاری از برجهای بتنی یا ساختمانهای بلند با فناوری و مهندسی دیوار برشی ساخته میشود. البته طراحی این دیوارها نیازمند تحلیل دقیق سازه و آرماتورگذاری ویژه در ناحیه مرزی است. برای برنامه ریزی و اجرای این سازه باید یک گروه متخصص روی طراحی و پیاده سازی آن کار کرده باشند.
روش سوم: سیستم ترکیبی بهترین انتخاب مهندسی
در بسیاری از پروژههای واقعی، مهندسان صرفا به یک سیستم اکتفا نمیکنند بلکه برای بازدهی بهتر سعی می کنند ترکیبی از قاب خمشی و دیوار برشی را به کار گیرند تا سازه از نظر شکل پذیری مناسب باشد و سختی قابل اعتمادی در برابر زلزله های احتمالی داشته باشد. به ویژه در تهران به عنوان یک شهر روی گسل معمولا از روش ترکیبی استفاده می کنند.
در این سیستم، قابهای خمشی برای تحمل بخشی از بار سازه در نظر گرفته میشود و دیوارهای برشی نیز در نظر گرفته می شود تا بخش قابل توجهی از نیروهای لرزهای را جذب گردد. این شاهکار مهندسی باعث میشود عملکرد ساختمان در هنگام زلزله متعادل و ایمن باشد و جان ساکنان آن بهتر حفظ گردد.
به همین دلیل بسیاری از آییننامههای طراحی سازه خصوصا آییننامه های مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله، این سبک را برای ساختمانهای متوسط و برج ها توصیه میکنند.
اگر تجربه ای در طراحی و اجرای سازه داشته باشید احتمالاً متوجه شده اید که در بسیاری از نقشهها ، دیوارهای برشی در کنار قابهای خمشی طراحی و اجرا می گردد.
نحوه انتخاب بهترین روش بتن آرمه
انتخاب سیستم سازه یک تصمیم تصادفی نیست و مهندس طراح باید مجموعهای از عوامل فنی و اقتصادی را بررسی کند.
برای مثال باید تعداد طبقات ساختمان را برای انتخب روش مناسب در نظر گرفت. ساختمانهای کوتاه سه تا پنج سقف معمولاً با قاب خمشی طراحی میشود. این درحالی است در حالی که برای تقویت ایمنی سازه در برج های مسکونی بلند به دیوار برشی یا حتی سیستم ترکیبی نیاز است.
نوع خاک نیز اهمیت زیادی دارد. به طوری که اگر خاک نرم باشد، مهندس ممکن است سیستم سختتری را انتخاب کند تا تغییرمکان سازه کاهش یابد. همچنین موارد عمومی مانند هزینه اجرا، سرعت ساخت، محدودیتهای معماری و الزامات آییننامه نیز در تصمیمگیری تاثیر دارد.
بنابراین انتخاب سیستم سازهای در واقع نتیجه یک فرآیند تحلیلی است؛ فرآیندی که مهندس سازه با استفاده از نرمافزارهای تحلیل و دانش آییننامه در نهایت تصمیم می گیرد که کدام روش را طراحی و اجرا کند.
کدام سیستم بتن آرمه برای ساختمان بهتر است؟
این سؤال را بسیاری از کارفرمایان میپرسند که بهترین سیستم برای احداث بنای بتنی کدام است؟
پاسخ کوتاه این است: بهترین سیستم بنابر شرایط فنی، مهندسی و آئین نامه ها انتخاب میشود.
اگر بخواهیم فرضیاتی در ذهن خود داشته باشیم معمولا برای یک ساختمان مسکونی ۴ طبقه ممکن است ” قاب خمشی ” گزینه کاملاً منطقی باشد. اما برای یک ساختمان ۱۵ طبقه در منطقه زلزلهخیز، استفاده از دیوار برشی یا سیستم ترکیبی یک گزینه اجتناب ناپذیر خواهد بود.
به همین دلیل است که توصیه میشود که طراحی سازه توسط مهندس باتجربه و حرفه ای انجام شود تا ایمنی و عملکرد ساختمان تضمین شود و بتوانید پایان کار بگیرید.
جمعبندی
در این مقاله ما ۴ روش رایج ساختمان سازی به روش بتن آرمه را به صورت مختصر و عامیانه توضیح دادیم که برای کلیه افراد مبتدی نیز قابل فهم باشد. همانطور که می دانید انواع میلگرد های ساختمانی یکی از رایج ترین و پرمصرف ترین مصالح مورد نیاز برای تمام روش های ساختمان سازی با بتن آرمه است. آهن باکس به عنوان بیرگ ترین تامین کننده میلگرد کشور برای خرید انواع میلگرد در خدمت شما است.