پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
سیستم قاب ساختمانی بتن مسلح
سیستم قاب ساختمانی بتن مسلح از سـتون‌هـای پـیش سـاخته دارای نشـیمن کربـل و تیرهای نیمه پیش سـاخته تشکیل شده است. قطعات پیش ساخته ستون و نیمه پیش ساخته تیر و سقف، پس از حمل از کارخانه، در محل کارگاه نصب خواهند شد. دیوارهای برشی بـتن مسـلح نیـز، بـا توجه به محل‌هایی که در طراحی پیش بینی شده‌اند، به صورت بتن درجا اجرا می‌شوند. تمام اتصالات سقف‌های با هسته توخالی به یکدیگر و به تیرها، همچنین اتصال سقف‌هـای پـیش ساخته به دیوار برشی، به صورت درجا در محل کارگاه بـتن‌ریـزی خواهنـد شـد. اتصـالات ساده تیرها به ستون‌های قاب، اتصال ستون‌ها به شالوده و هـمچنـین اتصـال محـل وصـله ستون‌ها، به صورت خشک اجرا می‌شـوند. بنـابراین در ایـن سیسـتم بارهـای ثقلـی توسـط قاب‌های ساختمانی ساده بتن مسلح و بارهای جانبی توسط مجموعه دیافراگم سقف و دیوار برشی بتن مسلح درجا حمل می‌شوند.
استفاده از این سیستم سازه‌ای به عنوان قاب ساختمانی ساده بتن مسلح پیش ساخته به همراه دیوار برشی بتن مسلح متوسط درجا، در کلیه پهنه‌های لرزه‌خیـزی کشـور مطـابق استاندارد ۲۸۰۰ ایران مجاز هستند. استفاده از این سیستم به صورت قاب ساختمانی ساده بتن مسلح پیش ساخته به همراه دیوار برشی بتن مسلح معمولی، فقط در مناطق با پهنه بندی لرزه‌خیزی کم و متوسط کشور مجاز است.
معرفی اجزای تشکیل دهنده
اجزای اصلی تشکیل دهنده این سیستم به شرح زیر است.
- فونداسیون درجا
- ستون پیشساخته
- تیر نیمه پیشساخته
- سقف‌های نیمه پیشساخته از نوع core Hollow 5
- دیوارهای برشی درجا
در واقع اجزای تشکیل دهنده این سیستم سازه‌ای را می‌توان به چهار دسته اصلی اعضای بتن مسلح پیشساخته، اعضای بتن مسلح نیمه پیشساخته، اعضای بتن مسلح درجا و اتصالات تقسیم بندی نمود.
اعضای بتن مسلح پیش ساخته
اعضای بتن مسلح پیش ساخته شامل ستون‌های بتن مسلح پیش ساخته بـا نشـیمن‌هـای کربل بوده و با طول حداکثر ۱۲ متر اجـرا مـی‌شـوند. بـدیهی اسـت بـرای احـداث ساختمان با ارتفاع بیشتر، طراحی و اجرای وصله ستون‌هـا بـر اسـاس ضـوابط اسـتاندارد PCI الزامی است.
اعضای بتن مسلح نیمه پیش ساخته
شامل تیرها و سقف‌هـای سـوراخدار بـوده و قسمت تحتانی ایـن اعضـاء بـه صـورت پـیش ساخته در کارخانه ساخته می‌شوند.
اعضای بتن مسلح درجا
اعضای بتن مسلح درجا شامل دیوارهای برشـی و شـالوده بـتن مسـلح هستند. همچنین قسمت فوقانی تیر یا سقف‌های سوراخدار، اتصال پانل‌های سقف سوراخدار به یکدیگر و به تیرها، به صورت بتن درجا در محل کارگاه اجرا می‌شوند.
اتصالات تیر
اتصالاتی که با تعبیه قلاب‌های برشگیر و میلگردگذاری لازم به صورت بـتن درجـا اجرا می‌شوند.
اتصالات خشک
اتصالاتی که عمدتاً جوشی یا پیچ و مهره‌ای بوده و در محل اتصال تیـر نیمـه پـیش ساخته به ستون پیش ساخته، وصله ستون‌ها و همچنین اتصـال پـای سـتون پـیش سـاخته مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مواد افزودنی
موادی هستند که غیر از مواد اصلی مانند سیمان، آب و مصالح سنگی، کمی قبـل از اختلاط یا در حین اختلاط به بتن افزوده می‌شوند و یک یا چند ویژگـی بـتن تـازه یـا سـخت شده را تغییر می‌دهند.
مواد جایگزین سیمان
موادی شامل پوزولان‌ها و مواد شبه سیمانی هستند که به منظور تامین یک یا چنـد خاصیت نظیر کاهش مصرف سیمان، افزایش مقاومـت بـتن و افـزایش پایـایی بـتن، بـه کـار می‌روند.
پوشش‌های اپوکسی
رنگ‌های دو ترکیبی که برای محافظت از میلگردهای مسـلح و مواضـع جوشـکاری شده در مقابل خوردگی، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
مواد درزبندی
موادی که برای جلوگیری از نفوذ رطوبت، هوا، حـرارت، گـرد و غبـار بـه داخـل اتصـال، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اتصالات و روش اجرای آن
اجزای پیشساخته بتن مسلح، به طور معمول در کارخانه ساخته و سپس بـه کارگـاه حمل می‌شوند تا در محل مشخص شده در سازه نصب شوند. لازم است طراح بـا توجـه بـه محدویت‌های مربوط به حمـل و نصـب، اجـزای یکپارچـه پـیش‌سـاخته سـازه را بـه قطعـات کوچکتر تقسـیم نمایـد. محـدودیت‌هـای مـذکور شـامل وزن، ارتفـاع، طـول، پهنـا و ظرفیـت جرثقیل‌های موجود برای نصب قطعات پیشساخته هستند.
جزییات اتصالات
در حالت کلی، مناسبترین نقطه برای اتصالات در سیستم‌های قابی شکل، قطعـاً نقطـه‌ای است که تلاش‌ها، به خصوص لنگرها، به کمترین مقدار خود می‌رسند. لذا می‌توان محل لنگـر خمشی صفر را به عنوان محل مناسب تقسـیم سیسـتم یکپارچـه بـه قطعـات مجـزا، در نظـر گرفت. بدیهی است، به منظور تامین یکپارچگی، اتصال قطعات پیشساخته به یکدیگر می‌تواند به روش یکسان سازی با بتن درجا، اجرا شود.
تیرها و ستون‌ها نیز با توجه به طویل بودن آنها معمولاً به صورت افقی حمل می‌شـوند. ابعاد دهانه قاب و ارتفاع طبقه، با در نظر گرفتن محدودیت‌های حمل و نقل، بـه طـور معمـول اندازه این قطعات را برای مونتاژ مشخص می‌نماید.
اتصالات در قاب‌های بتن مسلح پیشساخته عمدتاً به دو دسته اصلی اتصالات ساده (مفصلی) و اتصالات خمشی (صلب) قابل تقسیم هستند. در دسته اول، تیرها و ستون‌هـای قاب، با اتصال ساده به یکدیگر متصل شـده، قـاب‌هـا فقـط در مقابـل بارهـای قـائم مقاومـت می‌نمایند و باربری جانبی توسط بادبند یا دیوار برشی تامین می‌شود. حال آن که در دسـته دوم که دارای اتصالات صلب هستند، باربری قائم و سختی جانبی توسط عملکرد خمشـی قاب فراهم خواهد شد.
اتصال ساده تیر به ستون پیشساخته
اتصالات ساده (مفصلی) وظیفه انتقـال نیروهـای برشـی ناشـی از بارهـای ثقلـی و نیروهای بلند شدگی را به عهده دارند. این نوع اتصالات با جزییات ساده، برای انتقال بـار از یک عضو به عضو دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرند. به منظـور افـزایش ظرفیـت بـاربری و کاهش احتمال خرد شدگی موضعی، به طور معمول از یک صفحه دارای شاخک فولادی مهار شده در بتن اتصال استفاده می‌شود. در نهایت، برای حفظ پایایی و مقاومت در برابر حریق، باید ناحیه اتصال با ملات گروت پایه سیمانی پوشانده شود.
به منظور اجرای اتصال تیر – ستون، پس از استقرار تیر نیمه پیش‌سـاخته بـر روی کربل نشیمن ستون پیشساخته، ابتدا ورق یا نبشی نشیمن تعبیه شده در قطعه تیـر بـه ورق کربل جوش داده می‌شود. سپس میلگردهای تامین کننده یکپارچگی، در ناحیه فوقانی اتصال میانی و کناری نصب خواهند شد. بدیهی است بتن ریزی درجـای قسـمت فوقـانی تیـر نیمـه پیشساخته، پس از نصب قطعات پیشساخته دال سقف و تکمیل میلگرد گذاری ناحیه اتصال دال پیشساخته به تیر نیمه پیشساخته، اجرا خواهد شد.
اتصال ستون پیشساخته به شالوده
این نوع اتصال یکی از متداولترین شیوه‌ها برای اتصال ستون پیشساخته به شالوده به شمار می‌رود. پایداری و امکان شاغول نمودن ستون پیشساخته از طریق تنظیم مهره‌هـا در محل اتصال بـه میـل مهـار فـولادی، از مزایـای ایـن نـوع اتصـال است. اتصـال سـتون پیشساخته به صفحه پای ستون، با توجه به ابعاد صفحه پای ستون نسبت به ابعـاد سـتون پیشساخته، به دو دسته صفحه پای ستون با ابعاد بزرگتر از ستون پیشساخته و صفحه پای سـتون هـم انـدازه بـا سـتون پـیش‌سـاخته تقسـیم می‌شود. در این نوع اتصالات، پایداری آنی به هنگام نصب ستون پیشساخته فـراهم شـده و عمق شالوده زیاد نخواهد شد.
صفحه پای ستون با اندازه بزرگتـر از ابعـاد سـتون پـیش‌سـاخته، بـه طـور معمـول در اتصالات خمشی مورد استفاده قرار می‌گیرد. بزرگتر بودن انـدازه صـفحه نسـبت بـه ابعـاد ستون، سبب به وجود آمدن لنگر خمشی دو محوره در صفحه پـای سـتون نسـبت بـه وجـه ستون خواهد شد. معمولاً، بزرگتر بودن صفحه پای ستون از هـر طـرف نسـبت بـه سـتون پیشساخته، ۱۰۰ میلیمتر در نظر گرفته می‌شود. لازم به ذکر است، استفاده از ملات گـروت در زیر صفحه پای ستون با ضخامت حداقل ۲۵ میلیمتر ضروری است.
حال آن که در ستون‌های بتن مسلح پیش ساخته هم اندازه با صفحه پای ستون، مقاومت خمشی محدودی در محل اتصال پای ستون به شالوده به وجود می‌آید و در نتیجه می‌تـوان آن را به صورت مفصلی در نظر گرفت. در این حالت، صفحه پای ستون به طـور معمـول بـا استفاده از دو میل مهار فولادی در یک جهت از محور مرکزی صفحه پـای سـتون یـا چهـار میل مهار فولادی در گوشه صفحه، طراحی و اجرا خواهد شد.
وصله دو ستون پیشساخته
بسیاری از طراحان سازه‌های بتن مسلح پیشساخته، به منظور جلوگیری از ضعیف شدن مقطع باربر ستون، از ایجاد وصله خودداری می‌نمایند. با این وجود، پیش بینی وصـله به علت محدودیت‌های حمل قطعـات پـیش‌سـاخته از محـل کارخانـه بـه کارگـاه و هـمچنـین ملاحظات اجرایی (مانند تغییر مقطع ستون)، امری اجتناب ناپذیر است. اولین تـراز وصـله در یک ستون بتن مسلح پیشساخته، به طور معمول بین طبقه سوم و چهارم اتنخاب مـی‌شـود، مگر آن که وصله ستون بین طبقه دوم و سوم صورت گیرد که در آن حالت، وصله بعدی به صورت استثنا در طبقه پنجم انجام خواهد شد. دومین وصله در یک ستون، به طـور معمـول دو تا سه طبقه بالاتر از محل وصله اول انجام می‌شود.
وصله از طریق کفشک فولادی
یکی دیگر از شیوه‌های مورد اسـتفاده بـرای وصـله سـتون‌هـای بـتن مسـلح پـیش ساخته، به کار بردن کفشک فولادی در محل وصله آنها است. برای این منظور، با اتصال جوشی میلگردهای اصلی ستون پیشساخته به صفحه ستون در بالا و پایین محل وصـله و اتصال دو صفحه ستون تحتانی و فوقانی توسط پیچ و مهره به یکدیگر، می‌توان از ایـن نـوع وصله خمشی استفاده نمود.
وصله از طریق ستون فولادی با مقطع قوطی و تامین طول مهاری لازم برای میلگرد طولی ستون
یکی دیگر از جزییات مناسب برای وصله دو ستون بتن مسلح پیشساخته، اسـتفاده از ستون فولادی با مقطع قوطی شکل در محـل وصـله دو سـتون، ادامـه دادن میـلگردهـای اصلی ستون بتن مسلح پیش سـاخته در داخـل قطعـه فـولادی و جـوش دادن آن بـه جـداره داخلی قوطی فولادی و در نهایت پر نمودن آن با بتن است. طول قوطی فولادی، با در نظر گرفتن طول مهاری مورد نیـاز بـرای میـلگردهـای اصـلی ستون تعیین می‌شود. پس از استقرار دو ستون تحتانی و فوقـانی، بـه صـورت اتکـایی و در محل قوطی فولادی، وصله دو ستون با جوش نمودن ورق اتصال در چهار طـرف دو قـوطی تحتانی و فوقانی، تکمیل خواهد شد.
اتصال سقف به تیر پیشساخته
عملکرد مطلوب دیافراگم کف یا سقف و انتقال نیروهـای اینرسـی سـاختمان بـه سیسـتم مقاوم باربر جانبی، از طریق اتصالات دیافراگم کف به تیرهای پیرامونی قاب و در نهایت بـه دیوارهای برشی فراهم می‌شود. اتصالات سقف به تیر پیش ساخته را در حالت کلی می‌توان به دو دسته اصـلی اتصـالات در گره‌های تکیه‌گاهی و اتصالات در گره‌های طولی غیر تکیه‌گاهی تقسیم نمود.
اتصالات در گره‌های تکیه‌گاهی تیر – دال متشکل از سقف‌های بتن مسلح پیش سـاخته بـا هسته توخالی، وظیفه انتقال نیروهای ثقلی و جانبی را به تکیه‌گاه بر عهده داشته و معمولاً به صورت اتصالات ساده (مفصلی)، با در نظر گرفتن کلافی از فولاد مسلح کننده و بـتن درجـا، طراحی و اجرا می‌شوند. با وجود مفصلی بودن اتصال پانل سقف به تیـر پـیش سـاخته، بـه منظور تامین یکپارچگی سازه‌ای، این گونه اتصالات، برای لنگر خمشی منفی مقـاومی حـدود ۲۵ کیلونیوتن متر در واحد پهنای دال، طراحی شده، و با پیش بینی شیار و تعبیه میـلگـرد در ناحیـه فوقانی قطعه دال پیش ساخته، اجرا می‌شوند.
طـول شـیار در قطعه پیش ساخته و طول میلگرد بایـد بـر مبنـای طـول مهـاری مسـتقیم لازم بـرای تـامین پیوستگی میلگرد در نظر گرفته شود. شیار مذکور نیز باید به اندازه کافی عـریض باشـد تـا اطمینان کافی از تراکم مطلوب بتن در این ناحیه حاصل شود. این شیار به طور معمول برابر عرض سوراخ در سقف پیش ساخته با هسته توخالی در نظر گرفته می‌شـود.
منظور تامین چسبندگی و عملکرد یکپارچه میان سقف پیشساخته بـا هسـته توخـالی و لایـه فوقانی بتن درجا تحت اثر بارهای خارج و داخل صفحه دیافراگم سقف، استفاده از قلاب‌های برشگیر به تعداد و فواصل لازم ضروری است. لازم به ذکر است کـه اجـرای لایـه بتن مسلح رویه، اگر چه تقش مطلوبی را در تامین عملکرد یکپارچه دیافراگم سقف بـه دنبـال دارد، ولی از سوی دیگر افزایش وزن مرده سقف را به همراه خواهد داشت.
حال آن که اتصالات غیر تکیه‌گاهی، بـه مـوازات امتـداد بـاربر دال سـقف بـین لبـه قطعـه پیشساخته سقف و تیر یا دیوار ایجاد می‌شوند. این گونه اتصالات صرفاً یکپارچگی سازه‌ای را در دیافراگم سقف تامین نموده و وظیفه انتقال تیروهـای برشـی افقـی حاصـل از عملکـرد دیافراگم سقف را به عناصر مقاوم باربر جانبی به عهده دارند. به همـین علـت نیـز از درجـه اهمیت یکسانی مشابه بـا اتصـالات تکیـه‌گـاهی برخوردارنـد.
اتصالات سقف پیش ساخته با هسته توخالی به یکدیگر
اتصالات طولی میان قطعات سقف‌های پیش ساخته با هسته توخـالی مجـاور یکـدیگر، از اهمیت خاصی برای تامین یکپارچگی سازه‌ای دیافراگم سقف و انتقال تیروهای برشـی افقـی حاصل از دیافراگم به عناصر مقاوم باربر جانبی برخوردارند. به عـلاوه ایـن اتصـالات بایـد قادر به انتقال نیروهای برشی قائم و تغییر شکل‌های حجمی ناشی از حرارت و انفباض میان دو قطعه مجاور هم نیز باشند. در این رابطه، ابتدا نمونه‌هایی از مشخصات هندسـی مربـوط به برخی از سقف‌های پـیش سـاخته بـا هسـته توخـالی ارائـه مـی‌شـود. سـپس بـه معرفـی مشخصات و جزییات کامـل هندسـی مربـوط بـه محـل اتصـال طـولی میـان دو قطعـه پانـل پیشساخته مجاور یکدیگر پرداخته خواهد شد.
اتصال قاب پیش ساخته با دیوار برشی بتن مسلح درجا
بارهای رفت و برگشتی حاصل از نیروی زلزله در داخـل صـفحه دیـوار برشـی بـتن مسلح درجا، ممکن است تنش‌های کششـی و فشـاری بزرگـی را در لبـه‌هـای انتهـایی دیـوار به وجود آورند که به طراحی اجزای مرزی در آن منتهـی شـود. از سـویی سـتون‌هـای بـتن مسلح پیشساخته در طرفین دیوار برشی این سیستم سازه‌ای که متشکل از قاب سـاختمانی ساده با دیوار برشی بتن مسلح هستند. صرفاً برای بارهـای محـوری طراحـی شـده‌انـد و نمی‌توانند به عنوان اجزای مرزی در لبه دیوار مورد استفاده قرار گیرنـد. بـه عـلاوه در حـد فاصل میان اجزای مرزی و دیوار برشی بتن مسلح درجا، نیروهای برشی قابـل تـوجهی بـر اثر بارهای لرزه‌ای پدید می‌آید که ستون‌های بتن مسلح پیش ساخته بـرای چنـین نیروهـایی طراحی نشده‌اند.
به همین علت ضروری است جزییات مناسبی برای اتصال قـاب بـتن مسـلح پیش ساخته به دیوار برشی بتن مسلح درجا در نظر گرفته شود تا اعضای قاب پیش سـاخته صرفا بارهای ثقلی را تحمل نموده و در باربری جانبی هیچ گونه مشارکتی نداشته باشند. در این خصوص لازم است ستون‌های پیش ساخته طرفین دیـوار برشـی بـتن مسـلح درجـا بـا فاصله مناسبی از آن که برابر با حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی طبقه هستند، طراحـی و اجرا شوند. در عین حال، دیافراگم سقف پیش ساخته و تیر کلاف مربوطـه بایـد بـا جزییـات فنی- اجرایی مطلوبی به دیوار برشی درجا، بـرای انتقـال صـحیح نیروهـای جـانبی، متصـل شود.
اتصال سقف با هسته توخالی به دیوار برشی بتن مسلح درجا
اتصال سقف پیش ساخته با هسته توخالی بـه دیوار برشـی بـتن مسـلح درجـا، نقـش بسیار مهمی را در اتنقال نیروی برشی از دیافراگم سقف به سیستم مقاوم بـاربر جـانبی بـر عهده دارد. این نوع اتصال را نیز با توجه به عمود بودن یا موازی بـودن امتـداد سـقف‌هـای پیشساخته (با هسته توخالی) با دیوار برشی بتن مسلح درجا، به ترتیب می‌توان به دو دسته اتصالات تکیه‌گاهی و غیر تکیه‌گاهی تقسـیم نمـود. در این اتصال به منظور تـامین طـول نشـیمن کـافی برای سقف‌های پیش ساخته در محل اتصال به دیوار برشی و عـدم کـاهش ضـخامت مقطـع دیوار، طراحی و اجرای کربل نشیمن به صورت درجا در گره اتصال اجتناب ناپذیر است.
لازم به ذکر است، در محل اتصال تکیه‌گاهی سقف پیشساخته با هسته توخالی بـه دیـوار برشی بتن مسلح درجا، باید مشابه جزییات ذکر شده گذشته، یک کلاف بتن مسلح درجا اجرا شود. / همیار ناظر