طراحی ستون ها و تیرهای بتونی تقویت شده

طراحی ستون ها و تیرهای بتونی تقویت شده

طراحی ستونها و تیرهای بتونی مسلح برای ایجاد استحکام ساختاری در یک ساختمان و به ویژه مقاومت در برابر زلزله و سایر بلایای طبیعی بسیار مهم است. در اینجا ما به طراحی ستونها و تیرها در قرار دادن بتن و فولاد و چگونگی استحکام ساختاری اینها نگاه می کنیم. ما همچنین می خواهیم خطر ساخت ستون ها را به صورت کوچک یا خیلی نازک ببینیم.

مقاومت سازه ساختمانها

اخیراً خبر از زمین لرزه های جدی در مناطق مختلف جهان بوده است و ما با تصاویر ساختمان هایی که فروریخته اند یا از بین رفته اند ، آشنا هستیم. اندونزی بسیار مستعد زمین لرزه است و بالی به عنوان منطقه ای با خطر بالاتر در نظر گرفته می شود.

اگر خانه شما با رعایت اصول و استانداردهای طراحی مهندسی سازه مناسب طراحی و ساخته شده باشد ، خانه شما باید ایمن باشد ، متأسفانه بسیاری از خانه ها مطابق طرح هایی طراحی شده و ساخته شده اند که ممکن است از آن استفاده نکنند و یا از طراحی مهندسی سازه پیروی نمی کنند.

احتمالاً یکی از رایج ترین و نگران کننده ترین کاستی هایی که من روزانه می بینم ساختمانهایی با ساختارهای ضعیف یا حتی اصلاً سازه نیستند.

البته در هر ساختمان همیشه خطر وجود خواهد داشت ، با این وجود ساختاری که به خوبی ساخته شده است، حتی اگر در بلایای طبیعی آسیب دیده باشد ، اغلب می تواند در برابر چنین نیروهایی باز تا حد زیادی مقاومت کند و غالباً به معنی تفاوت زندگی و مرگ است.

متأسفانه ، دقیقاً همانطور که برخی افراد به دلیل مد کفشهای پاشنه بلند ناراحت کننده می پوشند ، ظاهراً بسیاری از افراد به دلیل داشتن خطوط ساختمانی تمیز قصد دارند از طراحی ساختاری معقول خودداری کنند.

هیچ کجای این امر آشکارتر از طراحی ستونهای ساختاری نیست.

ستون های ساختاری چیست؟

ستون های سازه ای ستون های بتونی آرمه ای عمودی هستند که روی پایه ها می ایستند و از یک ساختمان پشتیبانی می کنند ، دیوارها ، کفها و سقفها را در خود نگه می دارند و هنگامی که با تیرهای بتن مسلح ترکیب شوند ، یک قاب محکم تشکیل می دهند که ساختمان را قادر می سازد در مقابل برخی نیروهای بسیار مخرب مقاومت کند. نیروهایی مانند سیل ، وزش باد شدید ، زمین لرزه  و فرونشست زمین.

ستون های ساختمان های معمولی در خانه ها معمولاً 20 سانتی متر با 20 سانتی متر مربع است که از دیوار متوسط ​​گسترده تر است. در سال های اخیر ، طراحان ساختمان نمی خواهند ستون های ساختاری از دیوارها بیرون زده و نمای تمیز ساختمان آنها را خراب کنند ، بنابراین آنها سعی کرده اند تا از ستون های اسکینی در طراحی های خود استفاده کنند که مستطیل شکل (گسترده و نازک) باشد تا بتوانند در آن مخفی شوند. البته ( اسکینی ) این یک اصطلاح مهندسی فنی است.

بسیاری از ویلاها در بالی با این ستون های لاغر ساخته می شوند که به طور معمول 15 سانتی متر ضخامت و 30 سانتی متر عرض دارند.

برای مهندسین سازه این یک نگرانی اساسی است. برای درک این مسئله اجازه دهید اصول طراحی بتن آرمه را بررسی کنیم.

اصول طراحی بتن مسلح

این ترکیب بتن و فولاد است که مقاومت عظیمی به بتن آرمه می بخشد. بتن سخت است و نمی تواند فشرده شود اما شکننده است و به راحتی می شکند. فولاد بتن را در کنار خود نگه می دارد وباعث می شود به راحتی کشیده و شکسته نشود. وقتی این دو را با هم ترکیب کنیم ، یک ماده بسیار قوی داریم البته تا زمانی که فولاد به درستی طراحی و در داخل بتن قرار بگیرد.

بتن مانند بلوک یوبوت ، یکی از مصالح ساختمانی است که در سازه های مختلف ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد.

جایگاه فولاد بسیار مهم است. در یک کف بتونی که از دو لایه جدا شده از میله های فلزی افقی تعبیه شده در بتن استفاده می کنیم. اکنون اگر یک وزن زیادی را به آن اعمال کنیم ، کف در برابر این فشار از بین می رود اما  در اینجا میله های فلزی فوقانی باید فشرده و یا خرد شوند  و یا میله های زیرین  آسیب دیده و یا شکسته شوند.

اگر دو لایه از فولاد به هم نزدیک باشند ، کف آن خیلی قوی نمی شود اما اگر فاصله بین لایه های فولادی را زیاد کنیم مقدار کشش و فشرده سازی مورد نیاز برای خراب شدن بسیار بیشتر است پس در نتیجه کف آن بسیار قوی تر خواهد بود.

فولادی که ما استفاده می کنیم به اندازه کافی قوی است بنابراین شکسته نمی شود و کشش نمی یابد و بتن به گونه ای طراحی شده است که به اندازه کافی ضخیم باشد تا بتواند استیل را به طور محکم در جای خود نگه دارد و ترک نخورد.

اگر همین اثر را در یک ستون بتنی در نظر بگیریم می بینیم که استحکام ستون با توجه به اندازه میله های فولادی و اینکه فاصله میله ها در داخل بتن چقدر باشد تعیین می شود .

در اکثر شرایط ستونها حالت  خود را حفظ می کنند ، آنها فقط باید وزن را تحمل کنند ، اما شرایط زیادی وجود دارد (مانند زمین لرزه) وقتی نیروهای جانبی در ستون وجود دارد آن ها باید قادر به مقاومت در برابر ترک خوردگی یا خم شدن باشند.

به راحتی می توان فهمید که اگر یک ستون بتونی را با یک نوار فولادی در مرکز آن بسازیم ، این ستون به راحتی خم می شود و ترک می شود.

اگر چهار (یا بیشتر) میله فولادی را به شکل مربع در پایین ستون قرار دهیم ، دقیقاً مانند کف ، به منظور جلوگیری از خم شدن ستون . هر چه میله ها از هم جدا شوند (در حالی که ستون از بتون  پوشانده شده است) ستون بیشتر در برابر خمش مقاومت می کند.

به طور معمول ما ستون ها را به شکل مربع می سازیم زیرا این ستون از همه جهت (جهت های A و B در نمودار) برابر است.

ستون بتن آرمه

ستون های نازک می توانند خطرناک باشند

اما اگر یک ستون مستطیل درست کنیم ، یعنی پهن باشد ولی خیلی ضخیم نباشد ، می توانیم آن را در یک دیوار پنهان کنیم . این ستون ممکن است استحکام بالایی در جهت دیوار (جهت A) داشته باشد اما در زاویه های به سمت دیوار (جهت B) درست نباشد. یک ستون مستطیل شکل مستطیل اسکیین ممکن است 30 سانتی متر عرض داشته باشد اما فقط 15 سانتی متر ضخامت دارد و باعث می شود که در جهت B ضعیف تر باشد.

برای جبران ضعف ستون های لاغر ، طراحان ممکن است ستون های مستطیلی را در زوایای مناسب در قسمت های مختلف ساختمان قرار دهند ، این در حالی است که جایگزینی برای استفاده از ستون های مربع نیست. آنها همچنین تمایل دارند شش میله فولادی و نه  4 میله را در ستون های لاغر قرار دهند که این امر به شما کمک می کند اما این میله ها معمولاً با قطر کوچکتر هستند تا بتوانند آنها را در بتن قرار دهند. همانطور که هر مهندس به شما خواهد گفت ، شما فقط باید قطر یک میله فولاد را به مقدار بسیار کمی کاهش دهید زیرا با کاهش قطر از قدرت آن به میزان قابل توجهی کاسته می شود.

متأسفانه ستون های لاغر کاستی های جدی دیگری نیز دارند.

1- اکسیژن موجود در هوا می تواند به فاصله 6 یا 7 سانتی متر از بتن نفوذ کرده و فولاد تقویت شده را اکسید کند (زنگ زدگی). توصیه می شود که فولاد تقویت شده در بتن سازه توسط یک لایه حداقل 6 سانتی متر پوشانده شود تا از زنگ زدگی فولاد جلوگیری شود. این امر به ویژه در 50 كیلومتری دریا به دلیل نمك موجود در هوا از اهمیت ویژه ای برخوردار است. اگر ستون ما فقط 15 سانتیمتر ضخامت داشته باشد و یک پوشش بتونی 6 سانتی متر از فولاد داشته باشد ، فقط 3 سانتی متر برای ما باقی می گذارد تا 2 لایه از میله های فولادی را در آن قرار دهیم. بدیهی است که ساخت ستون بتونی به ضخامت 15 سانتی متر با پوشش بتونی کافی برای محافظت مناسب از میله های تقویت شده فولادی غیرممکن است.

2- یک دیواره معمولی فقط 15 سانتی متر ضخامت دارد و لایه ای از گچ (رندر سیمانی) احتمالاً به ضخامت 0.5 سانتی متر ضخامت دارد که دیوار را برای صاف کردن آن می پوشاند ، این رندر هم برای ستون و هم برای آجر یا بلوک های سیمانی که دیوار را می سازند اعمال می شود. پس برای قرار دادن ستون های مستطیل در این دیوارها باید قطر ستون 14 سانتی متر باشد که این قطر کمی برای ستون ها می باشد.

3- ریخته گری ستون های بتنی کار آسانی نیست زیرا بتن باید از بالا به پایین درون قالب ریخته شود – معمولاً عمق 3 متری عمودی ،ساخته شده از تخته سه لا. بتن نباید خیلی مرطوب باشد. بتن باید در طی این فرآیند ارتعاش شود تا اطمینان حاصل شود که بتن به قسمت انتهایی قالب می رسد و هرگونه شکاف هوایی نیز پر شده باشد. این کار با یک ستون مربع به اندازه کافی دشوار است اما با یک ستون ضخامت 15 سانتی متر بسیار مشکل تر است. ستون های لاغر اغلب از ساخت و ساز ضعیف تری برخوردارند..

اگر می خواهید ساختمان شما در زمین لرزه ایمن باشد ، بهتر است از ستون های مربعی استفاده کنید.

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

آیا می خواهید به بحث بپیوندید؟
در صورت تمایل از راهنمایی رایگان ما استفاده کنید!!

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

دوازده + 6 =