بررسی اصول سازه های بتنی، بتن پیش تنیده،بتن پس تنیده، سقفهای کوبیاکس و سقفهای پس کشیده - در

دسته بندي : فنی و مهندسی » عمران
سازه بتنی سازه‌ای است که در ساخت آن از بتن یا به طور معمول بتن آرمه (سیمان، شن، ماسه و فولاد به صورت میلگرد ساده یا آجدار) استفاده شده باشد. در ساختمان در صورت استفاده از بتن آرمه در قسمت ستون‌ها و شاه تیر‌ها و پی، آن ساختمان یک سازه بتنی محسوب می‌شود.
ساختمان اسکلت بتنی ساختمانی است که در آن اعضا باربر فشاری یا ستونها از نوع بتن آرمه است که در محل قالب بندی و اجرا می گردند همچنین تمام تیرها اصلی هم از نوع بتنی است و دیوار برشی هم که برای مقابله با نیروهای جانبی مورد استفاده قرار می گیرد از نوع بتنی است .

مزایای سازه‌های بتنی
1) ماده اصلی بتن که شن و ماسه می‌باشد ارزان و قابل دسترسی است.
2) سازه‌های بتنی که مطابق با اصول آیین نامه‌ای طراحی و اجرا شده اند، در مقابل شرایط محیطی سخت، مقاومتر از سازه‌های ساخته شده با مصالح دیگر هستند.
3) به علت قابلیت شکل پذیری بالای بتن، امکان ساخت انواع سازه‌های بتنی نظیر پل، ستون و ... به اشکال مختلف میسر است.
4) سازه‌های بتنی در مقابل حرارت زیاد ناشی از آتش سوزی بسیار مقاوم اند. آزمایشات نشان داده اند که در صورت ایجاد حرارتی معادل ۱۰۰۰ درجه سانتی گراد برای یک نمونه بتن آرمه، حداقل یک ساعت طول می‌کشد تا دمای فولاد داخل بتن، که با یک لایه بتنی با ضخامت 2.5 سانتی متر پوشیده شده است، به ۵۰۰ درجه سانتی گراد برسد.

قسمتهای مختلف ساختمان بتنی
1) پی و فنداسیون
2) ستون
3) تیر
4) تیرهای فرعی ( تیرچه ها )
5) پله
6) دیوار برشی
7) سقف

مراحل اجرا

پی و اجرای آن :
شرایط پی کنی و پی ریزی و نوع فنداسیون ساختمان بتنی هیچ فرقی با ساختمانهای دیکر ندارد و از همان انواع فنداسیون در اینجا استفاده شود ولی در اینجا دیگر فنداسیون منفرد نداریم و عرض ارتفاع پی نواری برای ساختمان بتنی با فلزی به علت وزن زیاد ساختمان بتنی متفاوت است .
در اینجا هم عرض و ارتفاع مفطع پی با توجه این مکانیک خاک و بارهای وارده و موقعیت منطقه از لحاظ زلزله تعیین می شوند تفاوت عمده فنداسیون ساختمان بتنی با ساختمان فلزی در اتصال ستون به فنداسیون است که در ساختمان بتنی بجای اتصال تیر فلزی به بیس پلیت از میل گردهای انتظار برای اتصال میل گردهای ستون و فنداسیون استفاده می شود که طول آرماتورهای انتظار یک ششم طول ستون است .

اجرای ستونها ی بتنی
ستونها اعضای فشاری هستند که جهت انتقال بار ساختمان به زمین مورد استفاده قرار می گیرند و ستونها ی بتنی که در محل اجرا می شوند شکلهای مختلفی می توانند داشته باشند
1) مربعی شکل
2) مستطیلی شکل
3) دایره ای شکل
4) چند ضلعی
حداقل میلگرد ها برای یک چند گوشه یک میلگرد به ازای هر گوشه می باشد و برای مقطع دایره ای شکل حداقل میلگرد ها 6 عدد می باشد فاضله میلگرد ها در ستونها از هم حداقل 5 سانتی متر و حداکثر 25 سانتی متر است نسبت سطح مقطع میلگرد ها به سطح مقطع ستون حداقل 0.8% و حداکثر 4% و 6% در شرایط خاص می باشد و حداقل سایز میلگرد 14 می باشد پوشش بتن برای عناصر فولادی حدود 5-2.5سانتی متر است .
در یک ستون به ازای هر متر 4 عدد خاموت بسته می شود ، معمولا به ازای هر 25 سانتی متر یک خاموت بطور استاندارد است ، در 1/6طول ستون از پائین و بالا فشرده می شود و می تواند 15 سانتی متر کمتر شود و به ازای هر 15 سانتی متر جهت تقویت در مقابل کمانش بسته شوند بطور مثال اگر طول ستون 3 متر باشد در نیم متر از پائین و بالای ستون خاموتها باید فشرده شوند .
برای اینکه محور میلگردها ی ستون ثابت بماند و بعد ستون کوچک نشود میلگردها را خم می کنند و خم آنها به اندازه 40 برابر قطر میلگرد است .
البته شماره و طول میلگردهای ستون و اینکه میلگردها چقدر باید از سقف بالا تر باشند تا میلگرد انتظار برای ستون طبقه بعد باشند در نقشه مربوط به ستون بتنی داده شده است .
پس میلگردها را به طولعای مشخص بریده و به میلگردهای انتظار بسته ودر فواصل مشخص در نقشه خاموتها را می بندند و سپس تا تراز سقف قالب بندی را انجام می دهند و همانطوریکه قبلا هم در مورد قالب بندی بحث شد از انواع قالب با توجه به شکل ستون می توان برای قالب بندی استفاده کرد که بیشتر از قالب چوبی استفاده می کنند و سپس عملیات بتن ریزی را انجام می دهند و با ضربه زدن به قالب در حین بتن ریزی کار ویبراتور را نیز انجام می دهند .
بعد از اینکه اجرای ستونها پایان یافت نوبت به اجرای تیرهای اصلی اتصال است که ستونها را به هم وصل کنند که تیرهای اصلی هم همزمان با سقف قالبندی می شوند و بطور همذمان اجرا می گردنند.

اجرای تیر و سقف ساختمان بتنی
ابعاد مربوط به مقطع تیر وتعداد میلگردها و میلگردهای تقویتی در تیر در نقشه داده شده است و در تیرها خاموتها کار مقابله با نیروهای برشی دارند که مثل ستون در ابتدا و انتها تیر فشرده می شوند .
میلگردهای تقویتی در ابتدا و انتها تیر در بالای تیر و برای مقابله با نیروهای فشاری در نظر گرفته می شوند و در وسط تیر در پائین تیر و برای تحمل نیروهای کششی لحاظ می شوند و چون برش تحت زاویه 45 درجه ماکزیمم است زیرا با توجه به دایره موهر تنشها ، تنش برشی که برابربا تحت زاویه 45 درجه ماکزیمم است . به همین خلطر آرماتورهای تقویتی را تحت زاویه 45 درجه بهم وصل می کنند .
قالب بندی مربوط به تیرها پس از بستن آرماتورهای مربوط به آن همزمان با سقف اننجام می گیرد و در زیر همزمان با سقف تیرچه بلوک شرح داده خواهد شد .
اجرای سقف تیرچه بلوک
سقف تیرچه بلوک شامل تیرچه و بلوک است که تیرچه کار تیر فرعی و بلوک بعنوان قالب برای بتن ریزی و عایق صوتی عمل می کند و به دلیل فضاهای خالی داخل آن موجب سبک شدن سقف می گردد . بطوری که در عمل به سقف تیرچه بلوک سقف سبک هم می گویند .
انواع بلوک :
- بلوک سفالی
- بلوک سیمانی
بلوکهای سفالی در کارخانه تولید میشود و جهت اجرا به محل حمل می شوند و بلوکهای سیمانی در کارگاههای محلی اجرا می شوند و نسبت به بلوکهای سفالی ارزانتر تمام می شوند و چون مقاومت بلوک در سقف در نظر اساسی قرار نمی گیرد هیچ اولویتی برای بلوکهای سفالی نسبت به بلوکهای سیمانی نمی تواند قائل شد و به همین خاطراست که برای پروژه های معمولی از بل.کهای بتنی استفاده می شود .
تیرچه های سقف معمولاً در کارگاههای محلی تولید می شوند و با توجه به محاسبات مربوط به تیرچه ها و دتایلهای مخصوص سقف تیرچه بلوک شماره میلگردهای پائینی و بالای تیرچه مشخص شده است که باتوجه به طول تیرچه منظور شده اند . شماره میلگردهای پائینی بطور معمول 14و16 و ... و شماره میلگرد بالایی که مونتاژ نامیده می شود کمتر از میلگردهای پائینی است که بعنوان میلگرد حرارتی هم عمل می کند .
نحوه اجرا
ابتدا قالب بندی تیرها که معمولاً قالب تخته ای است انجام می شود و عرض قالبها از عرض تیر بیشتر است و در قسمتهایی که قرار است تیرچه ها به تیرها متصل شوند تخته هایی به عرض حدود 10 - 5 سانتی متر بر حسب ضخامت تیر قرار می دهند تا تیرچه ها هنگام اتصال به تیر روی میلگردهای طولی قرار نگیرند و بر آنها بار منفرد وارد نکنند . دور از اینکه در فاصله بین تیرها قرارگرفتند توسط بلوک فاصله دوطرف تیرچه تنظیم می گردد و بعد از آن شمع بندی زیر تیرچه شروع می شو دکه یطور متوسط از هر 15 - 1 متر ، یک ردیف شمع برای تیرچه های سقف در نظر گرفته می شود .

انواع شمع :
شمع فلزی
شمع چوبی
شمعهای فلزی دارای پیچهایی هستند که برای نگه داشتن تخته هایی که زیر تیرچه ها قرار می گیرند . در قسمت فوقانی دارای یک صفحه گیر دار هستند که به این تخته ها در اصطلاح بنایی کش می گویند . بعد از اینکه کش ها را روی شمعها قرار می دهند توسط پیچهایی که در وسط شمع شمع فلزی قرار دارد ، کش ها را به تیرچه ها اتصال داده و به تیرچه ها یک خیز منفی اعمال می کنند تا بعد از بتن ریزی سطح زیرسقف دارای خیز به طرف پائین نباشد .
بعد از آنکه قالب بندی و شمع بندی پایان گرفت فاصله بین تیرچه را با بلوک پر کرده و شروع به بستن میلگردهای حرارتی می کنند که فاصله میلگردهای حراراتی در طول ( به موازات ) تیرچه ها از هم 50 سانتی متر و در عرض ( عمود بر ) تیرچه ها 25 سانتی متر است و علت فاصله زیاد میلگردهای حرارتی موازی تیرچه ها این است که میلگردهای بالای تیرچه ها بعنوان میلگرد حرارتی عمل می کنند . پس از آن که آرماتوربندی ها تمام شد نوبت به بتن ریزی می رسد که اصولاً باید یکپارچه انجام گیرد ، ولی در عمل پائین آوردن هزینه و یا نبود کارگاه بتن از بتونر برای ساختن بتن استفاده می کنن دکه به علت سرعت پائین آن و اینکه اکثراً دانه بندی هاب صورت تخمینی و آنچنان در قبل عنوان صورت می پذیرد یعنی 35 بیل شن ،40 بیل ماسه و یک کیسه سیمان و دو سطل آب و کیفیت بتن حداقل از لحاظ دانه بندی سیار نامناسب می شود و نسبت آب به سیمان در آن دعایت نمی شود .
پس از آنکه بتن در داخل بتونر آماده می شود توسط بالا بر یا دست به بالای سقف هدایت می شود و چون حجم بتن ساخته شده در واحد زمان نسبت به حجم سقف کم است ، پس ازآنکه بتن یک قسمت ریخته می شود حداقل نیم ساعت الی یک ساعت و نیم طول می کشد تا بتن بعدی در کنار آن ریخته شود و این عامل باعث عدم چسبندگی بتن تازه به بتن که گیرش اولیه را انجام داده میشود . که در عکس ها کاملاً مشهود است .
پس ازاتمام بتن ریزی پس از آن که بتن کاملاً گیرش را انجام داد نوبت به شیب بندی وایزولاسیون سقف می رسد که برای تمام انواع ساختمانها یکسان صورت می گیرد و همزمان قسمتهای داخلی ساختمان نیزاجرا می گردند .

عملیات صورت گرفته در سازه های بتنی :

بتن ريزي
قبل از بتن‎ريزي بايد كليه آرماتورها با نقشه كنترل شود، ‌مخصوصاً دقت شود كه آرماتورها به هم ديگر با سيم آرماتوربندي بسته شده باشد و اگر جاي فراموش شده باشد مجددا بسته شود. فاصله آرماتورها يكنواخت باشد زيرا اغلب اتفاق مي‎افتد كه در تيرهاي اصلي كه آرماتورها نزديك همديگر بسته مي‎شود فاصله بين آرماتورها يكنواخت نباشد،‌ بعضي ازآنها به هم چسبيده و بعضي با فاصله ازهم ديگر قرار مي‎گيرند. اين موضوع باعث مي‎شود كه بتن نتواند كليه ميلگردها را احاطه نموده و قطعه همگن و توپري به وجود بياورد. بايد محل بتن‎ريزي عاري از خاك و مواد زائد باشد، اگر بين اتمام كارآرماتوربندي و بتن ريزي چند روز فاصله باشد حتماً مي‎بايد محل كار با دقت بيشتري بازديد شود.
كليه قسمتهاي قالب بندي بايد با دقت بازديد شود واز استحكام تيرها و دستك‎ها و قالب‎ها بايد مطمئمن بشويم زيرا تا چند روز كليه وزن بتن و آرماتورهاي آنرا همين قالب تحمل خواهدنمود واگر نقطعه ضعفي درآن باشد كه نتواند بتن را تحمل نمايد و در موقع بتن‎ريزي شكسته وفرو ريزد ضر رمالي بزرگي به كار وارد خواهد شد. زيرا درروز بتن‎ريزي كه رفت وآمد روي قالب زياد بوده و هر كس به كاري مشغول مي‎باشد مشكل به توان اقدام به تعمير كفراژ نمود. درتمام روز بتن‎ريزي حتماً بايد يك نفر كارگر با تجربه مدام قالب‎ها را اززيركنترل نموده و اثرات اضافه شدن وزن را روي آنها درنظر داشته باشد و درموقع بروز خطرفور افراد ديگر را مطلع نمايد.

ويبره كردن بتن
معمولاً درتيرها ودالها بتن را با دستگاه ويبراتور، متراكم مي نمايند ويبراتور دستگاهي است كه به شيلنگ بلندي ختم شده واين شيلنگ بوسيله موتور برقي ويا بنزيني مرتعش مي‎شود كه با قراردادن اين شيلنگ در داخل بتن آن را مرتعش نموده و باعث هدايت آن به تمام گوشه هاي قالب مي‎شوند با توجه به اينكه ويبره كردن بتن مخصوصاً در دالها و تيرهاي اصلي لازم مي‎باشد ولي بايد متوجه بود كه ويبره كردن بتن بيش ا ز اندازه باعث مي‎شود كه دانه‎هاي ريزتر و دوغاب سيمان بالا آمده ودانه‎هاي درشت‎تر به ته قالب هدايت بشود كه اين خود باعث مجزا شدن اجزاء بتن گرديده و موجب ضعف قطعه ريخته شده خواهد شد. بهتر است كه درضمن ويبره كردن بتن بوسيله ضربه زدن به بدنه قالب و يا كوبيدن خود بتن آنرا بخوبي متراكم نموده و نقاط تجمع هوا و فضاهاي خالي را به خوبي ‎پر نماييم.
درموقع ويبره كردن بتن شيلنگ ويبراتور بايد حتي‎المقدور دروضع قائم نگاهداشته شود و درامتداد محورش جابه جا گرديده وخيلي آرام درحال كاركردن از بتن بيرون كشيده شود. اگر بتن را ويبره مي‎نماييم بايد زماني كه شيلنگ ويبراتور داخل بتن قرارمي‎گيرد به دفعات بوده وهربار ازيك دقيقه تجاوز نكند وبعداز يك دقيقه بايد آنرا دربتن جابجا نماييم .

آرماتوربندي
آرماتوربندي از حساترين و با دقت ترين قسمتهاي ساختمان بتني مي‎باشد زيرا كليه نيروهاي كششي در ساختمان بوسيله ميلگردها تحمل مي‎شود بدين لحاظ دراجرا آرماتوربندي ساختمانهاي بتني بايد نهايت دقت به عمل آيد.
خم‎كردن آرماتور :
آرماتورهاي تا قطر 12 ميلي متر را مي‎توان با دست خم نمود ولي آرماتورهاي بزرگتر از 12 ميلمتر بهتر است با دستگاه مكانيكي مجهز به فلكه خم شود قطر فلكه خم، متناسب با قطر آرماتور بوده و بايد به وسيله مهندس محاسب و مهندسي كارگاه تعيين گردد.
وصله كردن آرماتورها :
با توجه به اينكه طول ميلگرد كه به بازارها عرضه مي‎شود 12 متر است و دراغلب قسمتهاي ساختمان ها مخصوصاً د رشناژها ميلگردهائي با طول بيشتر مورد نياز مي‎باشد و هم اين طور قطعات باقي مانده از شاخه‎هاي بلند كه بالاخره بايد مصرف شود. ناگريز از وصالي ميلگردها هستيم، بهتر است دقت شود حتي‎المقدور اين وصالي به حداقل برسد يعني درموقع برش‎كاري طوري اندازه‎ها را هم جور كنيم كه ريزش آرماتورها زياد نباشد و درصورت اجبار محل مصرف آرماتورهاي وصله‎دار با نظر مهندسي ناظر در جائي باشد كه تنش‎ها درآن جا حداقل است و بايد توجه شود كه دريك مقطع كليه آرماتورها وصالي شده نباشد.

قالب بندي
قالبهاي كه براي بتن ساخته مي‎شود اغلب چوبي بوده ولي براي كارهاي سري ‎سازي از قالبهاي فلزي نيز استفاده مي‎شود.
قالبها وداربست هاي زير آن علاوه بر شكل دادن به بتن وزن آنرا نيز تا زمان سخت شدن تحمل مي‎نمايند. بدين لحاظ اگر دراجراي آن دقت كافي نشود ممكن است در موقع بتن‎ريزي واژگون شده موجب خسارت شود. در ساختمانهاي بزرگ براي قالب‎بندي نيز بايد محاسبه انجام گرفته و نقشه اجرايي تهيه گردد ولي درساختمانهاي كوچك به علت كمي حجم بتن احتياج به محاسبه وتهيه نقشه براي قالب بندي وداربست آن ندارد.
شكل قطعات بتني با اندازه آنها كه بايد ريخته شود بايد به وسيله قالب تهيه شود. تخته و چوبي كه براي قالب‎بندي مصرف مي‎شود بايد كاملاً خشك بوده و در برابر رطوبت تغيير شكل ندهد زيرا تغيير شكل قالب موجب تغيير شكل بتن گشته و در شكل تيرها و ستونها و همچنين ممانهاي وارده برآنها موثر مي‎باشد. در ايران معمولاً ‌ از تخته‎اي كه به نام چوب روسي معروف مي‎باشد براي قالب‎بندي استفاده مي‎نمايند.

انواع قالب
1) قالب‎بندي پي‎ها
درساختمانهاي كوچك كه معمولاً براي قالب‎بندي پي‎ها از آجر استفاده مي‎كنند. بدين طريق كه بعد از خاكبرداري و تعيين محورها اندازه پي‎ها را با آجر چيده و بعد آجرچيني قالب شناژها را نيز به آن متصل مي‎نمايند.

مشكل اساسي دراين نوع قالب بندي آن است كه آجر، آب بتني مجاور خودرا مكيده و آنرا خشك نموده و فعل وانفعالات شيميايي را درآن متوقف مي‎نمايد و در نتيجه حداقل به ضخامت 5 سانتيمتر بتن مجاور خود را فاسد مي‎كند براي جلوگيري از اين كار بهتر است كه رويه آجر با يك ورقه نايلون پوشانيده شود تا آجر و بتن مستقيماً درتماس نباشند. مزيت ديگر اين ورقه نايلون آن ا ست كه بعد از سخت شدن بتن آجرها به راحتي از قالب جداشده و مي‎تواند درمحل هاي ديگر مورد استفاده قرارگيرد.

2) قالب بندي ستونها
اغلب ستونها بصورت چهارضلعي (مربع يا مستطيل) مي‎باشد گاهي نيز ممكن است آرشيتكت ساختمان از نظر زيبائي مقاطع ديگري را از جمله دايره – بيضي و غيره پيشنهاد نمايد براي قالب بندي ستونها ابتدا ابعاد ستون را از روي نقشه تعيين نموده و دو ضلع قالب را به همان ميزان از تخته‎هاي مناسب بريده و به چوبهاي چهارتراش كه به آن" پشت بند" مي‎گويند ميخ مي‎نمايند.
درمورد ستونها معمولاً به محض آن كه بتن حالت رواني خود را از دست بدهد و بتواند شكل هندسي خود را حفظ كند قالب آن را باز مي‎كنند و اين درحدود 48 ساعت بعد از بتن‎ريزي مي‎باشد درمواقع بازكردن قالب بايد توجه شود كه قالب را با احتياط طوري از بتن جدا نمايند كه گوشه‎هاي تيز ستون خراب نشود براي جلوگيري از اين كار بهتر است درگوشه‎هاي قالب فتيله‎هائي مثلثي شكل نصب نمايند تا در داخل قالب پختي كوچكي ايجاد گردد تا بتن ريخته شده درقالب تيز گوشه نبوده و درنتيجه شكننده نباشد. قالب ستون بايد حتماً بعد از48 ساعت باز شود زيرا در غيراين صورت آب دادن به بتن به راحتي ميسر نيست و ممكن است بتن خشك شده و به سوزد.

3) قالب‎بندي تيرهاي اصلي
دراغلب موارد بتن تيرهاي اصلي و سقف يك پارچه ريخته است وآرماتورهاي سقف و تيرهاي اصلي به يكديگر متصل مي‎باشد. اگر ضخامت تيرهاي اصلي از سقف بيشتر باشد گاهي اين تفاوت ضخامت را از پائين منظور نموده و آنگاه آنرا با سقف كاذب اصلاح مي‎نمايند وگاهي نيز اين تفاوت ضخامت را از بالا منظور نموده براي هم سطح كردن كف و فرش نمودن اطاقها اين اختلاف ارتفاع را با بتن سبك پر مي‎نمايند.
درمورد اول قالب تيرهاي اصلي از دوقسمت تشكيل مي‎شود كه اين دو قسمت عبارتند از كف قالب وگونه‎هاي چپ و راست قالب ازپائين ولي اگر ضخامت تيرهاي اصلي و سقف مساوي باشد و يا اختلاف ضخامت در بالا منظور شود در نتيجه قالب تيرهاي اصلي فقط احتياج به كف دارد.

4) قالب