معماری معاصر

خرپا (Truss) سازه ای صلب و مثلثی شکل می باشد که اعضای آن مستقیم و بدون انحنا بوده و اتصال اعضا ی آن با یکدیگر به صورت مفصل (لولا) می باشد. اگر اعضای خرپا همگی در یک صفحه موجود باشند به آن خرپا، خرپا صفحه ای می گویند. خرپا ها توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند و تحت اثر نیروهای وارد شده تغییر هندسی نمی دهند مگر آنکه یکی از  اعضای آن خم شود یا بشکند.

به دلیل نوع اتصال اعضای خرپا به صورت مفصل با یکدیگر نیروی گشتاور در خرپا تاثیری ندارد و به همین دلیل خرپاها جزء سازه های ساده ی باربر محسوب می شوند که در پل ها، سقف ها، در سواله ها با دهانه های بلند و سازه های هوا فضا کاربرد دارند.

خرپا ها به دلیل سه عضوی و مثلثی شکل بودنشان پایدار می باشند ولی اشکالی که دارای چهار عضو یا بیشتر باشند ناپایدار بوده و تحت اثر نیروهای وارد شده فرو می ریزند.

خرپا (Truss) سازه ای صلب و مثلثی شکل می باشد که اعضای آن مستقیم و بدون انحنا بوده و اتصال اعضا ی آن با یکدیگر به صورت مفصل (لولا) می باشد. اگر اعضای خرپا همگی در یک صفحه موجود باشند به آن خرپا، خرپا صفحه ای می گویند. خرپا ها توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارند و تحت اثر نیروهای وارد شده تغییر هندسی نمی دهند مگر آنکه یکی از  اعضای آن خم شود یا بشکند.

به دلیل نوع اتصال اعضای خرپا به صورت مفصل با یکدیگر نیروی گشتاور در خرپا تاثیری ندارد و به همین دلیل خرپاها جزء سازه های ساده ی باربر محسوب می شوند که در پل ها، سقف ها، در سواله ها با دهانه های بلند و سازه های هوا فضا کاربرد دارند.

خرپا ها به دلیل سه عضوی و مثلثی شکل بودنشان پایدار می باشند ولی اشکالی که دارای چهار عضو یا بیشتر باشند ناپایدار بوده و تحت اثر نیروهای وارد شده فرو می ریزند.


 

اعضای خرپا لنگر خمشی را تحمل نمی کنند و پایداری اعضا در صفحه ی خرپا توسط گره ها تامیین می گردد به همین دلیل می توان اعضا خرپا را از پروفیل های نازک تری ساخت که ای موضوع باعث ایجاد مشئله پایداری ارتجاعی می شود که برای پایداری خرپا در جهت جانبی از مهاربند استفاده می کنند.

معینی و نامعینی خرپا رفتن به فهرست[ویرایش]

 

اگر تعداد گره های خرپا را J بنامیم، تعداد اعضا خرپا را M و R تعداد مولفه های واکنش تکیه گاهی مستقل موجود باشد روایط زیر بر قرار می باشد

    اگر M+R<2J  باشد خرپا ناپایدار استایی است.
    اگر M+R=2J خرپا معین است ولی پایداری هندسی و ایستایی خرپا  باید بررسی شود.
    اگر M+R>2J باشد خرپا نامعین استایی است ولی پایداری هندسی و ایستایی خرپا  باید بررسی شود.

خرپایی که کمتر از 2J-R  عضو داشته باشد حتما ناپایدار می باشد.

 

پس از تعیین حداقل سطح مقطع اعضا، طراحی اتصالات خرپا آخرین گام در طراحی خرپا می باشد. اعضای خر پاها به وسیله جوش ، پیچ و مهره ویا پرچ به یکدیگر متصل می شوند. بر اساس نیازهای پروژه، اتصالات خرپا داخلی (مفاصل) می تواند به شکل سفت و سخت، نیمه سفت و سخت، یا لولا طراحی شود.

تشکیل شده توسط دپارتمان پژوهشی شرکت پاکمن

کتاب تحلیل سازه ها ، محمد رضا اخوان لیل آبادی و شاپور طاحونی

en.wikipedia.org

www.classictruss.com
 

گلدن گيت كه با هزينه 35 ميليون دلار ظرف مدت 4 سال در سانفرانسيسكو ساخته شد، شمال اين شهر را به جنوب آن متصل مي‌كند. اين پل در 28 مي سال 1937 ساعت 12 بعدازظهر به روي وسايل نقليه باز شد. اين پل متحرك 4200 فوت طول دارد و سال‌هاست كه مستحكم پابرجا مانده است. ارتفاع اين پل از سطح آب 220 فوت و وزن آن 887000 تن است. دو برجي كه در طول اين پل ساخته شده‌اند 746 فوت ارتفاع دارند.

 در سال 1997، حدود 41381000 وسيله نقليه از روي اين پل عبور كردند. 30 نفر در هنگام ساخت اين پل از روي آن سقوط كردند و به دليل وزش بادهاي شديد، كارگران در هنگام ساخت آن با مشكلات بسياري مواجه شدند. ساكنين شهر سانفرانسيسكو اين پل را نماد شهر خود به حساب مي‌آورند. داستان‌ها و مسايل عجيب و جالبي در مورد اين پل وجود دارد. اين پل علي رغم نام خود (گلدن گيت به معني دروازه طلايي) به رنگ طلايي نيست ولي برخي معتقدند كه اين پل هر سال رنگ مي‌شود، در حالي كه اين امر حقيقت ندارد و تاكنون فقط دو بار رنگ شده است: يك بار در سال 1937 و بار ديگر در فاصله سال‌هاي 1995 _ 1965.

 گفته مي‌شود كه پل گلدن گيت بزرگ‌ترين پل دنياست. البته اين امر در فاصله سال‌هاي 1937 تا 1964 صحت داشت ولي با ساخت پل ورازانو نروزبين بروكلين و جزيره استيتن در نيويورك، گلدن گيت ديگر در زمره طولاني‌ترين پل معلق دنيا به شمار نمي‌آمد. البته در حال حاضر با ساخت پل‌هايي در منطقه آسيا و اسكانديناوي (بخشي از شمال اروپا كه شامل دانمارك، نروژ، سوئد و فنلاند مي‌شود)، تعيين بزرگ‌ترين و طولاني‌ترين پل در دنيا مشكل مي‌شود. پل گلدن گيت براي ميليون‌ها نفر ساكنين از شهر بزرگ سانفرانسيسكو نقش كليدي را در برقراري ارتباط و اتصال نقاط مختلف دارد و در واقع به استثناي پل بروكلين هيچ پلي در آمريكا به اندازه اين پل از اهميت و محبوبيت برخوردار نيست. در ماه آگوست سال 2002 پروژه‌اي با هزينه‌اي معادل 16 ميليارد دلار به مقاوم‌سازي اين پل در برابر زلزله اختصاص يافت. پل گلدن گيت، ابتكار مهندس مشهور جوزف استراس بود كه پيش از اين طراحي 400 پل متحرك را برعهده داشت. ايرونيگ مارو، مهندس معمار و مهندس چارلز آلتون اليس و لئون مويسيف از طراحان پل در اجراي اين پروژه بزرگ مشاركت داشتند. ساخت اين پل از 5 ژانويه سال 1933 شروع شد و در آوريل 1937 به پايان رسيد و در 27 مي همان سال براي تردد عابران پياده آزاد شد. اين پل تنها راه خروجي سانفرانسيسكو به سمت شمال است و از 6 مسير مخصوص تردد وسايل نقليه و دو مسير محل عبور عابران پياده در هر دو طرف تشكيل شده است در اول سپتامبر سال 2002 عوارض تردد از روي اين پل براي وسايل نقليه موتوري از 3 دلار به 5 دلار افزايش يافت. دوچرخه، موتور و عابر پياده از پرداخت عوارض معاف هستند.

محدوديت سرعت حركت روي پل گلدن گيت در اول اكتبر سال 1983 از 90 كيلومتر در ساعت به 70 كيلومتر در ساعت كاهش يافت. رنگ اين پل نارنجي متمايل به قرمز است كه اين رنگ براي هماهنگي اين پل با محيط اطراف خود و جلوه بيشتر آن در مه و غبار (كه از شرايط آب و هوايي ويژه آن منطقه است) انتخاب شده است.

 اين پل از نظر زيبايي‌شناسي و معماري در نوع خود منحصر به فرد است. در ماه جون سال 2001 انجمن مهندسان عمران آمريكا چند بنا را با نام «بناهاي هزاره» معرفي كردند. اين بناها عبارت بودند از كانال پاناما، ساختمان ايمپايراستيت و پل گلدن گيت.
 

بنام یگانه معمارهستی وهستی بخش

دانشگاه آزاداسلامی واحد

تحقیق درس..........
استاد......................
اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولاد
تهیه کننده........................ محمدکریم

:جوشكاري، ساختمان، زلزله 
چکيده تحليلباگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشي در صنعت ساختمان در ايران هنوز نقايص زيادي در اجراي ساختمانهاي فولادي جديد مشاهده مي شود. در يک بررسي اوليه عوامل زير را مي توان به عنوان دلايل اصلي نقايص ذکر کرد:

عدم طرح دقيق اتصالات جوشي با توجه به عملکرد مورد نظر آنها_1
_عدم انطباق اجراي معمول ساختمان با آيين نامه ها و دستورالعملها2
 کيفيت پايين جوش به علت عدم وجود آموزش کلاسيک کافي در اين زمينه براي مهندسان و جوشکاران _3
 نبود نظارت اصولي و دقيق بر اجراي جوشکاري در ساختمانهاي شهري در کشور_4

در اين مقاله بعد از مرور خرابيهاي سازه هاي فولادي در زلزله هاي گذشته ايران و جهان سعي گرديده تا طراحي و اجراي معمول و سنتي سازه هاي فولادي جوش شده در کشور با حالت قابل قبول آن مقايسه گردد. براي اين منظور از آيين نامه هاي معمول طراحي سازه هاي فولادي ايران و آيين نامه هاي طراحي کشورهاي صنعتي زلزله خيز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردي از اجرا يا آيين نامه ها و دستورالعملهاي اجرايي همخواني ندارد. علاوه بر آن مطالعه اي بر روي نقاط ضعيفي که ناشي از اجراي جوش مي باشد انجام گرفته و در پايان پيشنهاداتي براي بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشي از زلزله ها در اين نوع سازه ها ارايه گرديده است.

متن تحليل
مقدمه
سازه فولادی از مجموعه ای از اعضای باربرساخته شده از نیمرخهای فولادی یا ورق می باشد که به کمک اتصالات به یکدیگر متصل می گردند.با توجه به روشهای تکامل یافته ای که برای تولید نیمرخ های فولادی به  کار گرفته می شود این مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاری از  خود نشان می دهند. مساله بسیار مهم رفتار اتصالاتی است که  الف)   برای ساخت اعضای مرکب از نیمرخ و ورق برای یکپارچه نمودن  اعضا(شامل تیر و ستون و مهاربندها)در محل گره ها مورد استفاده قرار می گیرد.وسایلی که برای ساخت اعضا  و اتصال آنها به  یکدیگر به کار می رود شامل پیچ و پرچ و جوش است.در این میان استفاده از جوش در ساختمان سازی متعارف در ایران بسیار رایج است.تا زمان وقوع زلزله نورث ریچ(1994)تصور بر این بود که در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی جوشی این سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولی از خود  نشان می دهند.اما وقوع این زلزله این فرض رازیر سوال برد.در این زلزله مشاهده شد که در بسیاری از اتصالات , در محل درز جوش اتصال , فلز مادر(Base metal) دچار ترک یا یعضا شکست شده است.اسن مساله باعث شد تا تحقیقات گسترده ای در مورد علت این پدیده صورت گیرد که این تحقیقات  تا به امروز ادامه دارد.از طرف دیگر مشاهده و تحقیق  درباره وضعیت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی نشان می دهد که اتصالات جوشی متداول در ایران از کیفیت مناسبی برخوردار نیستند و با وجود سابقه نسبتا طولانی در استفاده از جوشکاری در صنعت ساختمان هنوز نقایص  زیادی در این زمینه مشاهده می شود.
 
عملکرد  لرزه ای ساختمانهای فولادی
براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هایی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پایداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمایند.با توجهبه منحنی نیرو-تغییر مکان  سازه ها و توجه به  این مطلب که سطح بین منحنی نیرو-تغییرمکان و محور تغییرمکان نشان دهنده میزان انرژی جذب شده توسط سازه است.هر چه سازه شکل پذیرتر باشد انرژی بیشتری را  هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتری دارد.فولاد نرمه به علت طبیعت شکل پذیر از این نظر ماده مناسبی می باشد و می تواند میزان زیادی انرژی جذب کند.اما تجربه نشان داده است  که در سازه  های فولادی  در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و یا انهدام خواهد شد.در زلزله منجیل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمانهای فولادی دچار تخریب کامل شدند. رفتار این سازه ها در این زلزله  ثابت کرد که در بسیاری از موارد سازه های موجود دارای سیستم مقاوم زلزله مناسبی نیستند.استفاده  از تیرهای خورجینی(تیرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سیستم حاصل و مدل صحیح برای این اتصالات باعث شده این سیستم از نظر مهندسی زلزله بسیار آسیب پذیر تلقی گردد.درس حاصل از این زلزله کیفیت پایین ساخت و ساز شهری بودکه در سالهای اخیر تلاشهایی برای اصلاح آن به عمل آمده است.در زلزله نورث ریچ آمریکا مشاهده شد که در بسیاری ازساختمانهای فولادی  اتصال تیرها و ستونها دچار ترک و یا بعضا شکست شد.بیشتر این ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.
 
صنعت جوشکاری ساختمان در ایران
با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهایی که  با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید.در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایرن به ناگهان سر از زمین برآورد.گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروز انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که  باید از کیفیت  مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل  دخیل  در طرح  و ساخت سازه های  فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان  به صورت زیر بیان نمود :
1-     عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها  و دستورالعملها
2-     کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
3-     نبود  نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
4-     عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
 
1-عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها  و دستورالعملها
 
 در بسیاری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزییات ارایه شده در آیین نامه تطابق ندارد.این موارد ناشی از موارد متعددی است که از میان آنها به موارد زیر می توان اشاره کرد:
الف) آشنا نبودن مهندسین سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارایه نقشه ها و 
      جزییات غیرقابل اجرا
 ب) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا
 پ)آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم     
      توانایی در تمیز دادن حالات مختلف از یکدیگر
بعد از اجباری شدن آیین نامه2800(1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیتهای معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روزافزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در این سیستم اتصال تیر به ستون از نوع  گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگراز تیر به ستون وجود داشته باشد.در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجاییکه متاسفانه عملیات جوشکاری در محل کارگاههای ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گیرد کنترل  کیفیت جوش بخصوص در هنگام  مونتاژ درارتفاع زیاد از سطح زمین حتی به صورت عینی(Visual)  امکان پذیر  نمی  باشد. همچنین معمولا در محل  اتصال   ورق به ستون به جای  جوش نفوذی از  جوش گوشه استفاده می شود در نتیجه هنگام زلزله این نقاط  علاوه بر تحمل نیروی کمتر در   حالت تردشکن گیسخته خواهد شد. زمانی که در یک عضو فشاری ازدومقطع در کنار یکدیگر استفاده می شود باید هم پایداری کل عضوبه عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تاخیچکدان تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند.برای این منظور این مقاطع باید در فواصل مشخص به یکدیگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش یابد. بسیاری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به یکدیگر وصل نمی شوند و در نتیجه دومقطع بایکدیگر عمل نمیکنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بین جوش دومقطع در ستونهای ترکیبی را مقرر نموده است.اما در موارد زیادی مشاهده می شود که فاصله بین جوش ستونها بیشتراز این مقدار است.
 
 
2-    کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
یکی از مهمترین اشکالات موجوددر اجرای ساختمانهای فولادی در کشور کیفیت پایین جوشکاری ساختمان می باشد.عوامل مختلفی در این امر تاثیر می گذارند.استفاده ازجوشهای کارگاهی حتی در مورد جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری درکارگاه ساختمانی و استفاده از نیروی انسانی غیرمجرب از عولمل اصلی پایین آمدن کیفیت جوشکاری ساختمان می باشد.در نتیجه عوامل برشمرده شده مشکلات عدیده ای گریبانگیر اتصالات جوشی می باشد.
در بسیاری از  موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن یا مواد نامناسب دیگر است و یا اینکهروی فلززنگ زده یا رنگ خورده جوش داده می شود.گاه در فاصله بین پاسهای متوالی جوش حتی از جدا نموده گل جوش نیز خودداری می شود و یابدون برداشتنگل جوشکاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود.از انواع جوشهایی که در کارهای ساختمانی بسیار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب موارد این نوع جوش از کیفیت پایینی برخوردار است. در بسیاری از موارد در اثر استفاده از تکنیکهای نامناسب جوشکاری نقایصی چون تابیدگی و پیچش در قطعات اتفاق می افتد.
عیوبی نظیر نفوذ ناقص  بریدگی کناره جوش  اختلاط سرباره  تخلخل و وجود ترک درفلز مادر  باعث کاهش ظرفیت باربری قطعات می شود. یکی از متداولترین اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تیرهای لانه زنبوری می باشد.بسیاری از مجریان طرح این تیرها را در وضعیت نامطلوبی در کارگاه  ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسیاری از موارد جوش میانی تیر از کیفیت پایینی برخورداراست و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت و تقویتهای لازم درمجل تکیه گاه تیر و وسط آن صورت نمی پذیرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمانها نیز از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول  نمی شود .
 
3-    نبود  نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
 
با توجه به اهمیتی که شهرداری برای مسایلی از قبیل پارکینگ و نورگیرها و مسایلی از این دست قایل است مشاهده می شود که بیشتر توجه مهندسان نیز به این امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسایل سازه ای نمی شود.البته باید به این نکته نیز اشاره  شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجویان عمران مهندسینی که از دانشگاه فارغ التحصیل می شوند در این زمینه دارای اطلاعات کافی نیستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسوولیت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته باید به این موارد مساله سختی کار را نیز افزود.به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسین از انجام بازدید از این جوشها طفره می روند. در نهایت امر اینکه آنطور که از ظواهر امر مشخص است شهرداریها نیز در این زمینه کوچکترین نقشی ایفا نمی کنند و هیچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.
 
4-    عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
بسیاری از کارفرمایان عمل طراحی سازه و ایجاد تمهیدات مقابله با زلزله  را یک امر زاید می دانند و تلاش می کنند  تا کمترین هزینه ممکن را صرف این  کار نمایند.از طرف دیگر شهرداریها کمترین نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسایل معماری دقت می کنند. این عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسین سازه اهمیت داشته باشد و طرح از حداقل اهمیت برخوردار باشد به خاطر همین موضوع  مهندسین سازه  اغلب کمترین وقت را صرف این عمل می نمایند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی نبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای یک ساختمان در نقشه های دیگر ساختمانها استفاده می شود. در بسیاری از موارد جزییات اتصالات  موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.
 

 
نتیجه گیری و پیشنهادات
از بررسی های انجام شده بر روی ساخت وساز ساختمانهای فلزی در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زیادی در طرح و اجرای این سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقایص مربوط به اتصالات جوشی است.اجرای جوش کارگاهی و نبود آموزش کافی برای مهندسان عمران و عدم نظارت کافی بر حسن اجرای جوش و ... مشکلاتی است که این صنعت را رنج میدهد.و برای رفع این  موارد بهترین راه
1-در صورت امکان استفاده  از جوش در کارخانه به جای جوش کارگاهی
2-بالابردن سطح آگاهی عمومی جامعه درباره زلزله بر ساختمانها
3=آموزش جوشکاری به جوشکاران و دادن گواهینامه به جوشکاران ماهر ساختمانی
4-آموزش جوشکاری به عنوان  واحد درسی به مهندسین عمران و یا ایجاد شاخه جدیدی
تحت  عنوان  بازرسی جوش اسکلت برای مهندسیت ناظر
5-تقویت سیستم نظارتی موجود و ایجاد سیستم های نظارتی ناظربر کار مهندسین عمران
مي باشد.

بنام یگانه معمارهستی وهستی بخش
دانشگاه آزاداسلامی واحد     
تحقیق درس   
استاد   آقای
موضوع     سازه بتن
تهیه کننده       محمدکریم


 (concrete) به هر ماده چسبنده که خاصیت سیمانی شدن را دارا  باشد                 بتن می گویند

بتن از ترکیب و واکنش بین آب و سیمان به وجود می آید. بتن در کنار فولاد از جمله پرکاربرد ترین مواد و مصالح ساختمانی و عمرانی می باشد که در ساخت ساختمان ها، سد ها، پل ها، جاده ها، خیابان ها و ... مورد استفاده قرار می گیرد. امروزه بتن و فولاد مصرف زیادی در کارگاه های عمرانی و ساختمانی دارند. بسته به نوع کاربرد و بهره برداری ، سازه های بتنی و فولادی طراحی و ساخته می شود

 
مزایا

    بتن در مقایسه با مصالح دیگر مقاومت فشاری قابل قبولی دارد
    شکل پذیری خوبی دارد و با ساختن قالب مناسب تقریبا هر نوع مقطعی را می توان تولید نمود
    تمامی اجزای تشکیل دهنده بتن به جز سیمان ارزان قیمت محسوب می شوند و  در اکثر نقاط یافت می شوند
    مقاومت بسیار خوب در مقابل آتش
    مقاومت بسیار خوب در مقابل آب و رطوبت، همچنین محافظ  آرماتور
    صلبیت بالای بتن آرمه
    بتن نسبت به فولاد نیاز به محافظت کمتری دارد
    عمر بتن در مقایسه با دیگر مصالح ساختمانی بیشتر می باشد و یک ساختمان بتن آرمه می تواند برای همیشه بدون کاهش ظرفیت باربری مورد استفاده قرار گیرد
    اجرای سازه بتن آرمه در مقایسه با سایر مصالح نیاز به نیروی اجرایی با مهارت بالا ندارد
    در بعضی از موارد مثل پی، شمع و ... به عنوان تنها گزینه ی اقتصادی مخسوب می شود

معایب

    مقاومت کششی بتن بسیار پایین بوده، حدوده 10% مقاومت فشاری

    سیمان: حدود 7 الی 15 درصد از حجم بتن را تشکیل می دهد

    آب: حدود 14 الی 21 درصد از حجم بتن را تشکیل می دهد

    دانه های سنگی (شن و ماسه) : حدود 60 الی 75 درصد از حجم بتن را تشکیل می دهد

    هوا

(الف) : در بتن بدون هوا میزان حجم هوای موجود بین 5/0 تا 3 درصد است

(ب) : در بتن هوادار میزان حجم هوای موجود بین 4 الی 8 درصد است

توضیح آنکه بتون بدون هوا به حالت معمولی ساخته می شود و حبابهای درشت و مضر هوا در آن وجود دارد.ل یکن در بتن هوادار عمداٌ سعی می شود در آن حبابهای ریز هوا ایجاد شود این کار با استفاده از مواد مضاف هوازا یا سیمان هوازا انجام می شود.حبابهای هوای ایجاد شده عمدی ، کوچک 4میلیمتر ریزتر هستند که وجود آنها در بتن موجب افزایش دوام بتن می شود

5-مواد مضاف :مواد شیمیایی هستند که به میزان جزئی و بصورت درصدی از وزن سیمان به مخلوط اضافه می شوند تا خواص مطلوب مورد نظر را در بتن ایجاد کنند

اثرات مواد زیان آور بر خواص یتن رفتن به فهرست]


    کربنات سدیم » گیرش سیمان را تسریع می کند،با حداکثر غلظت 0.1%
    بی کربنات سدیم » گیرش سیمان را تسریع یا کند می کند با حداکثر غلظت 0.4% تا.1%
    کلرورها » تسریع در زنگ زدگی آرماتور و کابل های پیش تنیدگی.بیش از 0.06% در بتن پیش تنیده و 0.1% در بتن آرمه خطرناک است.
    سولفاتها » اثر نامطلوب روی بتن.به ازای هر 1% سولفات در آب،10% کاهش مقاومت بوجود می آید.
    فسفاتها،آرسنات ها و براتها » افزایش زمان گیرش.حداکثر غلظت 0.05%
    نمک های مس،روی،سرب،منگنز،قلع » افزایش زمان گیرش.حداکثر غلظت 0.05%
    آبهای اسیدی » در صورت وجود اسید کلریدریک و اسید سولفوریک و سایر اسیدهای غیرآلی،حداکثر تا 0.1% بلامانع است و آبهای با 4.5<8.5 مجاز نیست.
    آبهای قلیایی » در صورت وجود بیش از 0.5% هیدروکسید سدیم و 1.2% هیدروکسید پتاسیم ( نسبت به وزن سیمان ) باشد،مقاومت بتن تقلیل می یابد.
    آبهای گل آلود » قبل از مصرف از حوضچه های ته نشینی عبور داده و یا به روش دیگر تصفیه کرد.
    آب دریا » با حداکثر 3.5% نمک محلول برای ساخت بتن ( بدون آرماتور ) بلامانع است.
    مقاومت بتن ساخته شده با آب دریا بین 10% تا 20% کاهش می یابد. 

سیمان

به هر ماده چسبنده ای سیمان یا cement اطلاق می شود. لکن به ماده جسباننده مصالح در بتن، سیمان هیدرولیکی و ... اصطلاحاٌ سیمان می گویند.

سیمان از ترکیب خاک رس، مصالح آهکی، سیلیس و اکسیدهای معدنی در دمایی تا ۱۵۰۰ درجه سانتی‌گراد تولید می شود.

سیمان، چسبی است که پس از مخلوط با آب به صورت دوغاب سیمان یا خمیر سیمان دور دانه ها را آغشته و آنها را بهم می چسباند. لذا نقش سیمان در بتن صرفاٌ چسباندن دانه ها به یکدیگر بوده و بخودی خود تاثیری در مقاومت و باربری ندارد، از این جهت بتن خوب بتنی است که وقتی در آزمایشگاه نمونه ای از آن را بشکنند دانه های سنگی آن از وسط شکسته شود و سیمانها (چسب) پاره نشود.

بسته سیمان برای تولید بتن
 
                                                             پودر سیمان    
 




آب در بتن ریزی
 
آب یکی از مهمترین پارامتر های ساخت بتن است و به همین جهت استفاده از آب مناسب در بتن همواره باید مورد توجه قرار گیرد.

استفاده از آب نامناسب در ساخت بتن مشکلات زیر را به دنبال خواهد داشت:

    زمان گیرش سیمان به تاخیر افتاده، بتن دیرگیر می شود.
    باعث افت مقاومت نهایی بتن می شود (گاهی تا 30% مقاومت را کاهش می دهد).
    موجب خوردگی و زوال تدریجی میلگردها در ساخت ساختمان ها می شود.
    روی سطحِ بتنِ خشک شدهء نهایی، لکه هایی را ایجاد می کند که این مسئله به خصوص در بتن هائی که سطح آنها در نما و معرض دید قرار می گیرد حائز اهمیت است.

آب مناسب برای ساخت بتن چگونه آبی است

آب بکار رفته در ساخت بتن باید پاک و عاری از هرگونه ناخالصی باشد. یا بعبارت دیگر قابل شرب باشد. در یک بررسی کلی می توان گفت آبی برای ساخت بتن مناسب است که دارای خواص زیر باشد:

    اسیدی و بازی نباشد.(PH بین 6 تا 8)
    درصد کربنات هایش کمتر از 1/0 درصد باشد.
    درصد جامدات (ذرات معلق) در آن (مانند سیلت) کمتر از 1/0 درصد باشد.
    درصد کلرورهایش کمتر از 05/0 درصد باشد.
    درصد سولفاتهایش کمتر از 1/0 درصد باشد.

تذکر1: آبی که باعث شود افت مقاومتی بیش از 10% در بتن ایجاد شود (نسبت به بتن با ویژگیهای مشابه منتهی با آب خالص) برای بتن سازی مناسب نیست.

تذکر2: چنانچه آب صاف و مناسب برای ساخت بتن موجود نبود بعضاٌ حمل آب از مناطق دورتر، از تصفیه و اصلاح آب نامناسب ارزان تر تمام می شود که این مسئله باید مورد بررسی قرار گیرد.
 

ماشین آلات مورد استفاده در بتن ریزی

 
_دستگاه میکسر بتن Concrete mix


 
کامیون حمل بتن_concrete mixer truck


 
دستگاه پمپ سیمان

 
دستگاه پمپ سیمان_cement pump








منابع:
sid.ir
    ACI - American
www.concrete.org
انجمن سیمان آمریکا به عنوان اصلی ترین مرجع علمی تحقیقاتی بتن در دنیاست که برای بهبود طراحی، نگه داری و تعمیر سیمان تحقیقات خود را ادامه می دهد.
    PCA-Portland Cement Association
www.cement.org
 انجمن سیمان پرتلند، یکی از فعالان عرصه تحقیق و توسعه سیمان می باشد. سایت این انجمن دارای بلاگ و مقالات قوی درباره ی بتن و سیمان می باشد
پژوهشی شرکت پاکمن
انجمن های بتن وسیمان

بنام یگانه معمارهستی وهستی بخش
دانشگاه آزاداسلامی واحد 
تحقیق درس    
استاد  
موضوع          تفاوت سازه بتنی   سازه فولادی
تهیه کننده           محمدکریم
آذر....

سازه با اسکلت بتنی بهتر است یا فولادی ؟
هر روز هنگام عبور از خیابان‌های شهر شاهد ساخت و سازهای روز افزونی هستیم، ساختمان‌های مختلف از یک طبقه تا چند طبقه که جلوی آنها انواع مصالح دیده می‌شود؛ سازه‌هایی که گاه از بتن ساخته می‌شوند و گاه از فولاد

دهها  سال است که بحث و اختلاف سلیقه در بین ساختمان سازان و مهندسین سازه در انتخاب و برتری سازه های فولادی و بتنی نسبت به یکدیگر باعث گردیده که این سئوال و ابهام همواره ذهن متخصصین و حتی مردم عادی رابه خود جلب نماید و بهمین دلیل کارفرمایان و سازندگان بعضاً تا آخرین لحظات قبل از طراحی سازه خود در انتخاب نوع سازه با تردید مواجه میشوند
شاید استمرار این ابهام به این دلیل باشد که اصولاً انتخاب نوع سازه تابعی است از مسائل اقتصادی ، اقلیمی ، فنی ، اجرایی و دلایل دیگر و به عبارتی هیچکدام از این نوع سازه ها برتری مطلقی نسبت به یکدیگر نداشته باشند ، بلکه در هر شرایطی هر کدام به یک برتری نسبی بر دیگری دست یابند

در ابتدا یک تقسیم بندی کلی از سازه های متداول در کشور نموده و سپس بررسی اجمالی از را می نمائیم
الف) سازه های سنتی  ( سازه های با مصالح بنایی
ب) سازه های بتنی
ج) سازه های فلزی

---------------

الف) سازه های سنتی  ( سازه های با مصالح بنایی )

همانگونه که از نام این نوع سازه ها پیداست طراحی و محاسبات در این نوع سازه ها بر خلاف سازه های بتنی و فلزی بیشتر از اینکه محاسباتی و علمی باشد تجربی بوده و آئین نامه ها و محدودیت های اجرایی در این نوع سازه هانیز بر اساس نمونه های آماری و تجربی تعیین گردیده است .  که در این نوع سازه ها باید حداقل های آئین نامه 2800 طراحی در برابر زلزله و مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان را  رعایت نموده که حداکثر طبقات مجاز در این نوع سازه در تمام شرایط و مناطق دو طبقه حداکثر ارتفاع مجاز هشت متر از سطح زمین می باشد بعلاوه در طراحی و اجرای پلان معماری باید محدودیت و ضوابط مربوطه به این نوع سازه ها  بر اساس آئین نامه 2800 ایران رعایت گردد

در این نوع سازه ها وظیفه تحمل بارهای قائم بر عهده دیوارها می باشد وکلاف و شناژهای قائم و افقی نیز با دو هدف ذیل اجرامیشوند

1 ) زنجیر کردن و اتصال تمام اعضاء افقی و عمودی سازه شامل دیوارها و سقف به یکدیگر

 2) ایجاد اتصال مناسب و تراز و توزیع مناسب بار سقف بر روی دیوار که این وظیفه بیشتر توسط کلاف یا شناژ های افقی ، تأمین می گردد

برتری های ساختمانهای بنائی

۱٫ مصالح سنتی با توجه به سابقه استفاده در کشور به اندازه کافی موجود میباشد، مانند آجر که در اکثر نقاط ایران تولید میشود و کافیست کیفیت آن استاندارد شود

۲٫ درمقایسه با بتن و سازه های فولادی نیاز به استاد کار سطح بالا وجود ندارد

۳٫ مصالح بنایی در مقایسه با بتن حساسیت کمتری در مقابل سرما و گرما دارد و با کمترین تمهیدات قابل اجرا است.

۴٫ روا داری در سازه های بنایی بیشتر است و با توجه به کنترل کم و نظارت غیر مستمر ساختمانهای مسکونی این مورد یک حسن بشمار می رود

۵٫ با توجه به صرفه جویی در مصرف آهن آلات وابستگی ارزی، کم خواهد بود

۶٫ آسانی امکان تعمیر و ترمیم در نقاطی از کشور که کیفیت ساختمان سازی پایینی دارند در صورت بروز اشکال، حتی ترمیم مقدور است

۷٫ چون در این سیستم از دیوارهای ضخیم تر استفاده می شود از نظر جلوگیری از انتقال حرارت مناسب می باشد که در نتیجه مصرف انرژی سوخت نیز کاهش پیدا خواهد نمود

۸٫ تامین آسایش و آرامش نسبی با توجه به اینکه مساله برودتی و گرمایش نسبتا بطور طبیعی تامین می شود، مقایسه بازارهای سنتی با پاساژهای جدید روشنگر موضوع می باشد

۹٫ کم بودن احتمال پوسیدگی و زنگ زدگی و مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی در مقایسه با ساختمانهای فولادی،آجر وسنگ که قسمت اصلی سازه های بنائی را تشکیل می دهند در مقا بل پوسیدگی عمر زیادی دارند و احتمال زنگ زدگی نیز وجود ندارد

وبا لاخره داشتن هزینه کمتر یعنی اقتصادی بودن بعلت مصرف کم آهن آلات

علی ایحال با توجه به تجربی بودن دستورالعمل ها و آئین نامه های اجرایی در این روش ، مطمئناً هیچ مرجع علمی قادر به تضمین این نوع سازه های نیست و لذا تنها اجرای این نوع سازه ها در مناطق محرم با محدودیت های فنی و تکنولوژی توصیه می شود

ب) سازه های بتنی :

طراحی این سازه ها در کشور به روش های حدی نهایی بوده که در این روش ضرایب تقلیل بار بترتیب به مقاومت بتن و فولاد اعمال می گردد و ضرایب افزایش بار نیز براساس ترکیب بار منظور می گردد

حال به بررسی مزایا و معایب این نوع سازه ها می پردازیم :

مزایا:
1- بدلیل امکان شکل پذیری آرماتور و بتن تازه و قالب ، اعضاء این سازه ها را می توان در مقاطع مختلف اجرا نمود
2- این سازه ها در مقابل آتش سوزی از خود مقاومت نشان می دهند
3- این سازه ها در مقابل شرایط مختلف آب و هوایی مقاوم بوده ودر صورت اجرای صحیح پوشش بتن ، رطوبت هیچ آسیبی به آن وارد نخواهد کرد
4- این سازه ها نسبت به سازه های فلزی از یک صلبیت بیشتری برخوردار هستند
5- مصالح سنگی و سیمان معمولاً آسان تر از سایر مصالح در دسترس می باشد
6- عمر این سازه ها بدلیل مقاومت در مقابل شرایط آب و هوا ، معمولاً بیشتراز سایر سازه بوده است
7- اتصال تیر و دیافراگم سقف بدلیل همگن بودن مناسب تر از سایر سازه ها می باشد
معایب :
1- اجرای آرماتور بندی و قالب بندی در این سازه ها نیاز به تخصص و صرف زمان بیشتری نسبت به سایر سازه ها دارد
2- بدلیل افزایش مقطع اعضاء این سازه ها ، وزن آن بیشتر از سازه های فلزی می باشد
3- بدلیل نیاز به آزمایش مستمر بتن ، در محل اجرای این سازه ها باید آزمایشگاه های مکانیک خاک در دسترس باشد

ج) سازه های فلزی

مزایا :

1- سازه های فلزی بعلت امکان مونتاژ اسکلت قبل از نصب و لزوم اجرای همزمان و بدون وقفه اسکلت ، در مقایسه با سایر سازه ها از سرعت عمل بالاتری برخوردار می باشد

2- بدلیل همگن بودن تیروستون و بادبند بعنوان اعضاء اصلی، اسکلت این نوع سازه ها دارای یکپارچگی مناسبت تری نسبت به سایر سازه های میباشد و بهمین دلیلی نیز نتیجه محاسبات سازه ای فاصله نزدیکتری به مقاومت واقعی این نوع سازه ها دارد

3- بدلیل نوع اتصال اعضاء تیر و ستون ، امکان توسعه طبقات در این نوع سازه های به شکل مناسبتر و قابل قبول تری وجود دارد

مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیت فراوان میباشد

خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود

دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، اگر در نگهداری ساختمانهای فلزی دقت گردد  برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود

 خواص ارتجاعی : ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد

شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ، خود خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات آن عضو جلوگیری میکند. و پیوستگی مصالح ، تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی ( بهسازی لرزه ای ) ، وزن کم  و اشغا فضای کمتر

معایب :
1- تجربه و مطالعات بعمل آمده بر روی زلزله های دهه های اخیر در نقاط مختلف دنیا این نتیجه را در برداشته است که علی رغم اینکه از نظر طراحی و محاسبات ، سازه های فلزی مطلوبتر و مقاوم تر از سازه های دیگر بنظر می رسند و لیکن در عمل بیشتر تخریب های ناشی از زلزله متوجه این نوع سازه ها بوده است و براساس این تحقیقات دلیل اصلی ضعف این نوع سازه ها در مقابل زلزله عدم اجرای صحیح اتصالات بوده است چرا که اجرای جوش در تمام اتصالات براساس محاسبات مربوط و رعایت آئین نامه اجرای جوش شامل انتخاب نوع باری ، آمپر مناسب ، شرایط آب و هوا و تخصص کافی جوشکاران ، مخصوصاً در مناطق محروم و کشورهای در حال توسعه تقریباً غیر ممکن بنظر می رسد و بر همین اساس اتصالات جوش را در سازه های فلزی باید بعنوان ضعف اصلی این نوع سازه ها به حساب آورد و راهکار برطرف نمودن این نقطه ضعف اساسی ، استقاده از پیچ و مهره در اتصالات این نوع سازه ها می باشد

2- با توجه به اینکه تیرو ستون و بادبند این نوع سازه ها فلزی بوده و لیکن دیافراگم سقف بصورت بتنی دال یک طرفه یا دو طرفه اجرا می گردد این موضوع باعث ایجاد یک نوع ناهمگنی میان تیر و سقف گردیده که اتصال صحیح و کامل آنها را با مشکل مواجه می نماید و جهت رفع این نقص می بایست تمام نکات فنی و آئین نامه ای محل اتصال تیر و سقف رعایت گردد

3- بدلیل تأثیر شرایط آب و هوایی بر کیفیت جوش و افزایش سرعت زنگ زدگی اسکلت و لزوم اجرای اتصالات در شرایط مناسب آب و هوایی ، معمولاً اجرای اسکلت این نوع سازه ها با یک محدودیت آب و هوایی مواجه می گردد

4- بدلیل تغییر شکل اسکلت فلزی در حرارت بالا ، در زمان آتش سوزی این نوع سازه ها با یک تغییر شکل و تخریب ناشی از آن مواجه خواهند شد
5- بدلیل زنگ زدگی و پوسیدگی ناشی از اکسید شدن ، این نوع سازه ها در دراز مدت دچار پوسیدگی عمیق و کاهش سطح مقطع شده وبا کاهش مقاومت این نوع سازه ها نسبت به بارهای وارده مواجه خواهند شد

در نهایت عمده عوامل موثر در مورد اینکه کدام نوع سازه ( بتنی  یا  فلزی ) بر دیگری برتری دارد . عبارتند از :

هزینه ، زمان  و کیفیت ساخت

هزینه ساخت و سود حاصل از این سرمایه‌گذاری با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگی دارند. بدیهی است هر چه زمان طرح طولانی‌تر ‌شود شاهد افزایش قیمت مصالح، قیمت تمام شده طرح، هزینه‌های متفرقه و بازگشت دیرتر سرمایه خواهیم بود که خوشایند هیچ سازنده‌ای نیست

سازه‌های بتن آرمه در مقابل سازه‌های فولادی معمولاً نیاز به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت دارد؛ در حالی‌که سازه‌های فولادی ابتدا نیاز به سرمایه زیادی برای خرید آهن آلات دارد ولی در عوض شاهد سرعت اجرای بالاتری خواهیم بود. بنابراین در ساختمان‌های عادی کمتر از 5 طبقه در نهایت از این منظر تفاوت زیادی وجود ندارد

در اسکلت‌های فولادی حتماً باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجراکرد. در حالی‌که در سازه‌های بتن آرمه ابتدا ستون‌های هر طبقه و سپس سقف همان طبقه که خود مشتمل بر تیر‌ها و کف یکپارچه‌تری نسبت به سازه‌های فولادی است اجرا می‌شود

مزیت این روش نسبت به روش اول آن است که می‌توان طبقه مورد نظر را سریعتر برای اجرای دیگر مراحل از جمله تیغه چینی، اجرای تأسیسات مکانیکی و برقی و... در اختیار سایر پیمانکاران قرار داد که خود موجب تسریع در روند طرح خواهد بود

ولی به‌طور کلی زمان اجرای سازه‌های فولادی در مقیاسهای بزرگ تا حدودی کوتاه‌تر از سازه‌های بتن آرمه و هزینه‌های سازه‌های بتن آرمه کمتر از سازه‌های فولادی است که هر سازنده‌ای با توجه به شرایط و معیار‌های خود تصمیم‌گیرنده اصلی است

حال با فرض وجود شرایطی کاملاً ایده‌آل، یعنی عدم ‌وجود محدودیت زمان و هزینه‌ها، عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی می‌کنیم. کیفیت را می‌توان از جنبه‌های متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه‌های قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحی، قابلیت ترمیم آسان و ... مورد نقد و بررسی قرار داد. با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسئله، در اینجا فقط تصمیم‌گیری برای ساختمان‌های عادی را مورد توجه قرار می‌دهیم

اولین و مهم‌ترین نکته قابل ذکر در این مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولاً هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتر از دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازه‌ای مناسب‌تر است و هر چه مصالح مصرفی که در عرف ساختمان‌سازی‌ بتن یا فولاد هستند قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشند منجر به طراحی اعضای ظریف‌تری خواهند شد

اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتری خواهند شد که جزء اصلی‌ترین آیتم‌های طراحی یک مهندس محاسب به شمار می‌روند

در طراحی سازه‌ها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض می‌کنند بنابراین ابعاد ستون‌ها و تیرهای بتنی، به‌مراتب بیش از سازه‌های فولادی است. البته این ابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه دیگر به ارمغان خواهند آورد که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولاً رفتار سازه‌ای مناسب‌تری دارد

« سازه‌های بتنی سنگین هستند.» در پاسخ به این ایراد باید گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جایی مورد پذیرش یک مهندس است که منجر به سنگینی بیش از حد سازه نشود و با توجه به آنکه بحث ما در مورد سازه‌های عادی کمتر از 5 طبقه است تفاوت وزن اسکلت نیز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحی سازه فولادی بکشاند. بحث زلزله می‌تواند جنبه دیگری از کیفیت مناسب یک سازه باشد. سازه‌های بتن آرمه عادی و به ویژه مجهز به دیوارهای بتنی به‌علت سختی بالا نسبت به سازه‌های فولادی در برابر زلزله، در بیشتر موارد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند اما سازه‌های فولادی نیز می‌توانند همین رفتار را از خود نشان دهند مشروط برآنکه طراحی مناسبی داشته باشند

نکته قابل تامل اینجا است که این رفتار به چه قیمتی به دست خواهد آمد؟ اگر طراحی، یک طراحی بدون نقص باشد، هم سازه فولادی و هم سازه بتن آرمه در چند ثانیه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد. اما کار به اینجا ختم نخواهد شد و پس از زلزله‌های زیادی شاهد شکستگی لوله‌های گاز و وقوع آتش سوزی‌های مهیب بوده‌ایم که گاه از خود زلزله مخرب‌تر هستند

با توجه به اینکه اطفاء حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونه‌ای طراحی شود که تا چند ساعت متوالی بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل کند. در سازه‌های بتن آرمه مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد، اما درسازه‌های فولادی درصورتی‌که تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد در چند دقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریب‌های بسیار سریع و غیرقابل جبران خواهیم بود که این مورد نیز مزیتی بسیار ارزشمند برای سازه‌های بتن آرمه به حساب می‌آید

اما آنچه اکثر مهندسان را نسبت به سازه‌های بتن آرمه به شدت بد‌بین کرده، عدم‌قطعیت‌ها، یکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعی بسیاری از سازندگان از نحوه عمل‌آوری و به دست آوردن نتیجه‌ای مطلوب از این ماده است

قابلیت اشتباه در تهیه بالقوه این نوع ماده در مقابل فولاد توجیه دیگری است که از سوی عده زیادی در مخالفت با بتن ارائه می‌شود، چرا‌که ممکن است حین عمل آوری، مقاومت فشاری کمتر از حد مورد نیاز به دست آید

این گروه معتقدند جبران یک اشتباه در سازه‌های بتن آرمه در مواردی منجر به تخریب اجباری سازه می‌شود در حالی‌که فولاد در هر لحظه که سازنده اراده کند با هزینه‌ای به نسبت پایین قابل ترمیم و تقویت است

در پاسخ به این ایراد باید گفت این عدم‌قطعیت‌ها در آیین نامه‌ها با اعمال ضریب ایمنی بسیار بالایی پیش‌بینی شده تا جایی که در موارد زیادی شاهد مقاومتی چند برابر مقاومت مورد نیاز در ساخت این قبیل سازه‌ها هستیم. از سوی دیگر این عدم‌قطعیت کیفیت بتن در شالوده و سقف‌های سازه فولادی نیز وجود دارد و صرفاً متعلق به سازه‌های بتن آرمه نیست

در نهایت باید بر این موضوع تاکید کرد که به‌طور کلی هم سازه‌های فولادی و هم سازه‌های بتن آرمه درصورتی که در طراحی آنها سیستم مناسب و منطبق بر آیین‌نامه‌های به روز، مورد استفاده قرار نگیرد و متخصصین متبحر آنها را اجرا و مهندسین با تجربه بر اجرای آنها نظارت مستمر نکنند، هیچ مزیتی از نظر کیفیت و قابلیت اطمینان بر دیگری ندارند

فراموش نکنیم معیار چهارمی نیز در انتخاب وجود دارد؛ معیاری که 3 معیار هزینه، زمان و کیفیت را تحت سیطره خود قرار می‌دهد: فولاد به‌عنوان یک سرمایه ملی ماده‌ای است که ارزان به دست نمی‌آید و همانند نفت روزی تمام خواهد شد؛ ماده‌ای که باید در صنایع ارزشمندتر ‌ و یا حداقل در سازه‌های خاص که نیاز به ظرافت خاصی دارند و پس از بررسی‌های علمی برتری فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرد تا شاهد رشد اقتصادی در دیگر زمینه‌ها باشیم

به‌نظر اینجانب  با توجه عامل هزینه و صرفه جویی در مصرف فولاد و بالا بردن رشد اقتصادی  استفاده از سازه‌های بتن آرمه با توجه به مصرف به‌مراتب پایین‌تر از فولاد (به‌صورت میلگرد) هم از نظر سازه‌ای و هم از نظر اقتصادی و هم از جنبه ملی به‌مراتب مناسب‌تر و بهینه‌تر از سازه‌های فولادی است

بنام یگانه معمارهستی وهستی بخش
دانشگاه آزاداسلامی واحد 
تحقیق درس    
استاد  
موضوع          تفاوت سازه بتنی   سازه فولادی
تهیه کننده           محمدکریم
آذر....

سازه با اسکلت بتنی بهتر است یا فولادی ؟
هر روز هنگام عبور از خیابان‌های شهر شاهد ساخت و سازهای روز افزونی هستیم، ساختمان‌های مختلف از یک طبقه تا چند طبقه که جلوی آنها انواع مصالح دیده می‌شود؛ سازه‌هایی که گاه از بتن ساخته می‌شوند و گاه از فولاد

دهها  سال است که بحث و اختلاف سلیقه در بین ساختمان سازان و مهندسین سازه در انتخاب و برتری سازه های فولادی و بتنی نسبت به یکدیگر باعث گردیده که این سئوال و ابهام همواره ذهن متخصصین و حتی مردم عادی رابه خود جلب نماید و بهمین دلیل کارفرمایان و سازندگان بعضاً تا آخرین لحظات قبل از طراحی سازه خود در انتخاب نوع سازه با تردید مواجه میشوند
شاید استمرار این ابهام به این دلیل باشد که اصولاً انتخاب نوع سازه تابعی است از مسائل اقتصادی ، اقلیمی ، فنی ، اجرایی و دلایل دیگر و به عبارتی هیچکدام از این نوع سازه ها برتری مطلقی نسبت به یکدیگر نداشته باشند ، بلکه در هر شرایطی هر کدام به یک برتری نسبی بر دیگری دست یابند

در ابتدا یک تقسیم بندی کلی از سازه های متداول در کشور نموده و سپس بررسی اجمالی از را می نمائیم
الف) سازه های سنتی  ( سازه های با مصالح بنایی
ب) سازه های بتنی
ج) سازه های فلزی

---------------

الف) سازه های سنتی  ( سازه های با مصالح بنایی )

همانگونه که از نام این نوع سازه ها پیداست طراحی و محاسبات در این نوع سازه ها بر خلاف سازه های بتنی و فلزی بیشتر از اینکه محاسباتی و علمی باشد تجربی بوده و آئین نامه ها و محدودیت های اجرایی در این نوع سازه هانیز بر اساس نمونه های آماری و تجربی تعیین گردیده است .  که در این نوع سازه ها باید حداقل های آئین نامه 2800 طراحی در برابر زلزله و مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان را  رعایت نموده که حداکثر طبقات مجاز در این نوع سازه در تمام شرایط و مناطق دو طبقه حداکثر ارتفاع مجاز هشت متر از سطح زمین می باشد بعلاوه در طراحی و اجرای پلان معماری باید محدودیت و ضوابط مربوطه به این نوع سازه ها  بر اساس آئین نامه 2800 ایران رعایت گردد

در این نوع سازه ها وظیفه تحمل بارهای قائم بر عهده دیوارها می باشد وکلاف و شناژهای قائم و افقی نیز با دو هدف ذیل اجرامیشوند

1 ) زنجیر کردن و اتصال تمام اعضاء افقی و عمودی سازه شامل دیوارها و سقف به یکدیگر

 2) ایجاد اتصال مناسب و تراز و توزیع مناسب بار سقف بر روی دیوار که این وظیفه بیشتر توسط کلاف یا شناژ های افقی ، تأمین می گردد

برتری های ساختمانهای بنائی

۱٫ مصالح سنتی با توجه به سابقه استفاده در کشور به اندازه کافی موجود میباشد، مانند آجر که در اکثر نقاط ایران تولید میشود و کافیست کیفیت آن استاندارد شود

۲٫ درمقایسه با بتن و سازه های فولادی نیاز به استاد کار سطح بالا وجود ندارد

۳٫ مصالح بنایی در مقایسه با بتن حساسیت کمتری در مقابل سرما و گرما دارد و با کمترین تمهیدات قابل اجرا است.

۴٫ روا داری در سازه های بنایی بیشتر است و با توجه به کنترل کم و نظارت غیر مستمر ساختمانهای مسکونی این مورد یک حسن بشمار می رود

۵٫ با توجه به صرفه جویی در مصرف آهن آلات وابستگی ارزی، کم خواهد بود

۶٫ آسانی امکان تعمیر و ترمیم در نقاطی از کشور که کیفیت ساختمان سازی پایینی دارند در صورت بروز اشکال، حتی ترمیم مقدور است

۷٫ چون در این سیستم از دیوارهای ضخیم تر استفاده می شود از نظر جلوگیری از انتقال حرارت مناسب می باشد که در نتیجه مصرف انرژی سوخت نیز کاهش پیدا خواهد نمود

۸٫ تامین آسایش و آرامش نسبی با توجه به اینکه مساله برودتی و گرمایش نسبتا بطور طبیعی تامین می شود، مقایسه بازارهای سنتی با پاساژهای جدید روشنگر موضوع می باشد

۹٫ کم بودن احتمال پوسیدگی و زنگ زدگی و مقاومت بیشتر در مقابل آتش سوزی در مقایسه با ساختمانهای فولادی،آجر وسنگ که قسمت اصلی سازه های بنائی را تشکیل می دهند در مقا بل پوسیدگی عمر زیادی دارند و احتمال زنگ زدگی نیز وجود ندارد

وبا لاخره داشتن هزینه کمتر یعنی اقتصادی بودن بعلت مصرف کم آهن آلات

علی ایحال با توجه به تجربی بودن دستورالعمل ها و آئین نامه های اجرایی در این روش ، مطمئناً هیچ مرجع علمی قادر به تضمین این نوع سازه های نیست و لذا تنها اجرای این نوع سازه ها در مناطق محرم با محدودیت های فنی و تکنولوژی توصیه می شود

ب) سازه های بتنی :

طراحی این سازه ها در کشور به روش های حدی نهایی بوده که در این روش ضرایب تقلیل بار بترتیب به مقاومت بتن و فولاد اعمال می گردد و ضرایب افزایش بار نیز براساس ترکیب بار منظور می گردد

حال به بررسی مزایا و معایب این نوع سازه ها می پردازیم :

مزایا:
1- بدلیل امکان شکل پذیری آرماتور و بتن تازه و قالب ، اعضاء این سازه ها را می توان در مقاطع مختلف اجرا نمود
2- این سازه ها در مقابل آتش سوزی از خود مقاومت نشان می دهند
3- این سازه ها در مقابل شرایط مختلف آب و هوایی مقاوم بوده ودر صورت اجرای صحیح پوشش بتن ، رطوبت هیچ آسیبی به آن وارد نخواهد کرد
4- این سازه ها نسبت به سازه های فلزی از یک صلبیت بیشتری برخوردار هستند
5- مصالح سنگی و سیمان معمولاً آسان تر از سایر مصالح در دسترس می باشد
6- عمر این سازه ها بدلیل مقاومت در مقابل شرایط آب و هوا ، معمولاً بیشتراز سایر سازه بوده است
7- اتصال تیر و دیافراگم سقف بدلیل همگن بودن مناسب تر از سایر سازه ها می باشد
معایب :
1- اجرای آرماتور بندی و قالب بندی در این سازه ها نیاز به تخصص و صرف زمان بیشتری نسبت به سایر سازه ها دارد
2- بدلیل افزایش مقطع اعضاء این سازه ها ، وزن آن بیشتر از سازه های فلزی می باشد
3- بدلیل نیاز به آزمایش مستمر بتن ، در محل اجرای این سازه ها باید آزمایشگاه های مکانیک خاک در دسترس باشد

ج) سازه های فلزی

مزایا :

1- سازه های فلزی بعلت امکان مونتاژ اسکلت قبل از نصب و لزوم اجرای همزمان و بدون وقفه اسکلت ، در مقایسه با سایر سازه ها از سرعت عمل بالاتری برخوردار می باشد

2- بدلیل همگن بودن تیروستون و بادبند بعنوان اعضاء اصلی، اسکلت این نوع سازه ها دارای یکپارچگی مناسبت تری نسبت به سایر سازه های میباشد و بهمین دلیلی نیز نتیجه محاسبات سازه ای فاصله نزدیکتری به مقاومت واقعی این نوع سازه ها دارد

3- بدلیل نوع اتصال اعضاء تیر و ستون ، امکان توسعه طبقات در این نوع سازه های به شکل مناسبتر و قابل قبول تری وجود دارد

مقاومت زیاد: مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است ، به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ، ساختمانهائی که برزمینهای سست قرارمیگیرند ، حائز اهمیت فراوان میباشد

خواص یکنواخت : فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه میشود ، یکنواخت بودن خواص آن میتوان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمی گیرد ، اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک مؤثر است که خود صرفه جو یی در مصرف مصالح را باعث میشود

دوام : دوام فولاد بسیار خوب است ، اگر در نگهداری ساختمانهای فلزی دقت گردد  برای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهند بود

 خواص ارتجاعی : ممان اینرسی یک مقطع فولادی را میتوان با اطمینان در محاسبه وارد نمود . حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشد

شکل پذیری : از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را که در واقع علت شروع خرابی است ونیروی دینامیکی و ضربه ای را تحمل نماید ،در حالیکه مصالح بتن ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند. یکی از عواملی که در هنگام خرابی ، خود خبر داده و ازخرابی ناگهانی وخطرات آن عضو جلوگیری میکند. و پیوستگی مصالح ، تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی ( بهسازی لرزه ای ) ، وزن کم  و اشغا فضای کمتر

معایب :
1- تجربه و مطالعات بعمل آمده بر روی زلزله های دهه های اخیر در نقاط مختلف دنیا این نتیجه را در برداشته است که علی رغم اینکه از نظر طراحی و محاسبات ، سازه های فلزی مطلوبتر و مقاوم تر از سازه های دیگر بنظر می رسند و لیکن در عمل بیشتر تخریب های ناشی از زلزله متوجه این نوع سازه ها بوده است و براساس این تحقیقات دلیل اصلی ضعف این نوع سازه ها در مقابل زلزله عدم اجرای صحیح اتصالات بوده است چرا که اجرای جوش در تمام اتصالات براساس محاسبات مربوط و رعایت آئین نامه اجرای جوش شامل انتخاب نوع باری ، آمپر مناسب ، شرایط آب و هوا و تخصص کافی جوشکاران ، مخصوصاً در مناطق محروم و کشورهای در حال توسعه تقریباً غیر ممکن بنظر می رسد و بر همین اساس اتصالات جوش را در سازه های فلزی باید بعنوان ضعف اصلی این نوع سازه ها به حساب آورد و راهکار برطرف نمودن این نقطه ضعف اساسی ، استقاده از پیچ و مهره در اتصالات این نوع سازه ها می باشد

2- با توجه به اینکه تیرو ستون و بادبند این نوع سازه ها فلزی بوده و لیکن دیافراگم سقف بصورت بتنی دال یک طرفه یا دو طرفه اجرا می گردد این موضوع باعث ایجاد یک نوع ناهمگنی میان تیر و سقف گردیده که اتصال صحیح و کامل آنها را با مشکل مواجه می نماید و جهت رفع این نقص می بایست تمام نکات فنی و آئین نامه ای محل اتصال تیر و سقف رعایت گردد

3- بدلیل تأثیر شرایط آب و هوایی بر کیفیت جوش و افزایش سرعت زنگ زدگی اسکلت و لزوم اجرای اتصالات در شرایط مناسب آب و هوایی ، معمولاً اجرای اسکلت این نوع سازه ها با یک محدودیت آب و هوایی مواجه می گردد

4- بدلیل تغییر شکل اسکلت فلزی در حرارت بالا ، در زمان آتش سوزی این نوع سازه ها با یک تغییر شکل و تخریب ناشی از آن مواجه خواهند شد
5- بدلیل زنگ زدگی و پوسیدگی ناشی از اکسید شدن ، این نوع سازه ها در دراز مدت دچار پوسیدگی عمیق و کاهش سطح مقطع شده وبا کاهش مقاومت این نوع سازه ها نسبت به بارهای وارده مواجه خواهند شد

در نهایت عمده عوامل موثر در مورد اینکه کدام نوع سازه ( بتنی  یا  فلزی ) بر دیگری برتری دارد . عبارتند از :

هزینه ، زمان  و کیفیت ساخت

هزینه ساخت و سود حاصل از این سرمایه‌گذاری با زمان اتمام طرح رابطه تنگاتنگی دارند. بدیهی است هر چه زمان طرح طولانی‌تر ‌شود شاهد افزایش قیمت مصالح، قیمت تمام شده طرح، هزینه‌های متفرقه و بازگشت دیرتر سرمایه خواهیم بود که خوشایند هیچ سازنده‌ای نیست

سازه‌های بتن آرمه در مقابل سازه‌های فولادی معمولاً نیاز به هزینه کمتر و زمان بیشتری برای ساخت دارد؛ در حالی‌که سازه‌های فولادی ابتدا نیاز به سرمایه زیادی برای خرید آهن آلات دارد ولی در عوض شاهد سرعت اجرای بالاتری خواهیم بود. بنابراین در ساختمان‌های عادی کمتر از 5 طبقه در نهایت از این منظر تفاوت زیادی وجود ندارد

در اسکلت‌های فولادی حتماً باید تمام اسکلت آماده باشد تا بتوان سقف را اجراکرد. در حالی‌که در سازه‌های بتن آرمه ابتدا ستون‌های هر طبقه و سپس سقف همان طبقه که خود مشتمل بر تیر‌ها و کف یکپارچه‌تری نسبت به سازه‌های فولادی است اجرا می‌شود

مزیت این روش نسبت به روش اول آن است که می‌توان طبقه مورد نظر را سریعتر برای اجرای دیگر مراحل از جمله تیغه چینی، اجرای تأسیسات مکانیکی و برقی و... در اختیار سایر پیمانکاران قرار داد که خود موجب تسریع در روند طرح خواهد بود

ولی به‌طور کلی زمان اجرای سازه‌های فولادی در مقیاسهای بزرگ تا حدودی کوتاه‌تر از سازه‌های بتن آرمه و هزینه‌های سازه‌های بتن آرمه کمتر از سازه‌های فولادی است که هر سازنده‌ای با توجه به شرایط و معیار‌های خود تصمیم‌گیرنده اصلی است

حال با فرض وجود شرایطی کاملاً ایده‌آل، یعنی عدم ‌وجود محدودیت زمان و هزینه‌ها، عامل سوم یعنی کیفیت سازه را بررسی می‌کنیم. کیفیت را می‌توان از جنبه‌های متفاوتی مانند مقاومت در برابر بارهای ثقلی وارده و زلزله، مقاومت در برابر حرارت، ابعاد، دهانه‌های قابل پوشش، تعداد طبقات قابل طراحی، قابلیت ترمیم آسان و ... مورد نقد و بررسی قرار داد. با توجه به گستردگی و پیچیدگی مسئله، در اینجا فقط تصمیم‌گیری برای ساختمان‌های عادی را مورد توجه قرار می‌دهیم

اولین و مهم‌ترین نکته قابل ذکر در این مورد مقاومت مصالح و ابعاد مصالح مصرفی است. معمولاً هر چه اعضای باربر ما ابعاد بزرگتر از نگاه عام و ممان اینرسی بالاتر از دید مهندسی داشته باشد، رفتار سازه‌ای مناسب‌تر است و هر چه مصالح مصرفی که در عرف ساختمان‌سازی‌ بتن یا فولاد هستند قابلیت تحمل نیروهای بیشتر را داشته باشند منجر به طراحی اعضای ظریف‌تری خواهند شد

اگر هر دو عامل در کنار هم قرار گیرند منجر به رسیدن به سختی و صلبیت بالاتری خواهند شد که جزء اصلی‌ترین آیتم‌های طراحی یک مهندس محاسب به شمار می‌روند

در طراحی سازه‌ها، مقاومت بتن را 10 درصد مقاومت فولاد فرض می‌کنند بنابراین ابعاد ستون‌ها و تیرهای بتنی، به‌مراتب بیش از سازه‌های فولادی است. البته این ابعاد بزرگ اعضای بتنی، ممان اینرسی بسیار بالاتری نسبت به گزینه دیگر به ارمغان خواهند آورد که در نهایت سازه بتنی، سختی بالاتر و معمولاً رفتار سازه‌ای مناسب‌تری دارد

« سازه‌های بتنی سنگین هستند.» در پاسخ به این ایراد باید گفت: ابعاد بزرگ سازه تا جایی مورد پذیرش یک مهندس است که منجر به سنگینی بیش از حد سازه نشود و با توجه به آنکه بحث ما در مورد سازه‌های عادی کمتر از 5 طبقه است تفاوت وزن اسکلت نیز آنچنان نخواهد بود تا مهندس طراح را به سمت طراحی سازه فولادی بکشاند. بحث زلزله می‌تواند جنبه دیگری از کیفیت مناسب یک سازه باشد. سازه‌های بتن آرمه عادی و به ویژه مجهز به دیوارهای بتنی به‌علت سختی بالا نسبت به سازه‌های فولادی در برابر زلزله، در بیشتر موارد مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهند اما سازه‌های فولادی نیز می‌توانند همین رفتار را از خود نشان دهند مشروط برآنکه طراحی مناسبی داشته باشند

نکته قابل تامل اینجا است که این رفتار به چه قیمتی به دست خواهد آمد؟ اگر طراحی، یک طراحی بدون نقص باشد، هم سازه فولادی و هم سازه بتن آرمه در چند ثانیه وقوع زلزله، با حداقل خسارت ممکن جان سالم به در خواهند برد. اما کار به اینجا ختم نخواهد شد و پس از زلزله‌های زیادی شاهد شکستگی لوله‌های گاز و وقوع آتش سوزی‌های مهیب بوده‌ایم که گاه از خود زلزله مخرب‌تر هستند

با توجه به اینکه اطفاء حریق بلافاصله بعد از وقوع حادثه ممکن نیست، ساختمان باید به گونه‌ای طراحی شود که تا چند ساعت متوالی بتواند آتش را با حداقل خسارات وارده تحمل کند. در سازه‌های بتن آرمه مقاومت بالایی در برابر آتش سوزی وجود دارد، اما درسازه‌های فولادی درصورتی‌که تمهیدات ایمنی لازم در آنها صورت نپذیرد در چند دقیقه ابتدایی حریق، شاهد تخریب‌های بسیار سریع و غیرقابل جبران خواهیم بود که این مورد نیز مزیتی بسیار ارزشمند برای سازه‌های بتن آرمه به حساب می‌آید

اما آنچه اکثر مهندسان را نسبت به سازه‌های بتن آرمه به شدت بد‌بین کرده، عدم‌قطعیت‌ها، یکنواخت نبودن مقاومت بتن و کم اطلاعی بسیاری از سازندگان از نحوه عمل‌آوری و به دست آوردن نتیجه‌ای مطلوب از این ماده است

قابلیت اشتباه در تهیه بالقوه این نوع ماده در مقابل فولاد توجیه دیگری است که از سوی عده زیادی در مخالفت با بتن ارائه می‌شود، چرا‌که ممکن است حین عمل آوری، مقاومت فشاری کمتر از حد مورد نیاز به دست آید

این گروه معتقدند جبران یک اشتباه در سازه‌های بتن آرمه در مواردی منجر به تخریب اجباری سازه می‌شود در حالی‌که فولاد در هر لحظه که سازنده اراده کند با هزینه‌ای به نسبت پایین قابل ترمیم و تقویت است

در پاسخ به این ایراد باید گفت این عدم‌قطعیت‌ها در آیین نامه‌ها با اعمال ضریب ایمنی بسیار بالایی پیش‌بینی شده تا جایی که در موارد زیادی شاهد مقاومتی چند برابر مقاومت مورد نیاز در ساخت این قبیل سازه‌ها هستیم. از سوی دیگر این عدم‌قطعیت کیفیت بتن در شالوده و سقف‌های سازه فولادی نیز وجود دارد و صرفاً متعلق به سازه‌های بتن آرمه نیست

در نهایت باید بر این موضوع تاکید کرد که به‌طور کلی هم سازه‌های فولادی و هم سازه‌های بتن آرمه درصورتی که در طراحی آنها سیستم مناسب و منطبق بر آیین‌نامه‌های به روز، مورد استفاده قرار نگیرد و متخصصین متبحر آنها را اجرا و مهندسین با تجربه بر اجرای آنها نظارت مستمر نکنند، هیچ مزیتی از نظر کیفیت و قابلیت اطمینان بر دیگری ندارند

فراموش نکنیم معیار چهارمی نیز در انتخاب وجود دارد؛ معیاری که 3 معیار هزینه، زمان و کیفیت را تحت سیطره خود قرار می‌دهد: فولاد به‌عنوان یک سرمایه ملی ماده‌ای است که ارزان به دست نمی‌آید و همانند نفت روزی تمام خواهد شد؛ ماده‌ای که باید در صنایع ارزشمندتر ‌ و یا حداقل در سازه‌های خاص که نیاز به ظرافت خاصی دارند و پس از بررسی‌های علمی برتری فولاد در آن محرز شده، مورد استفاده و بهره برداری قرار گیرد تا شاهد رشد اقتصادی در دیگر زمینه‌ها باشیم

به‌نظر اینجانب  با توجه عامل هزینه و صرفه جویی در مصرف فولاد و بالا بردن رشد اقتصادی  استفاده از سازه‌های بتن آرمه با توجه به مصرف به‌مراتب پایین‌تر از فولاد (به‌صورت میلگرد) هم از نظر سازه‌ای و هم از نظر اقتصادی و هم از جنبه ملی به‌مراتب مناسب‌تر و بهینه‌تر از سازه‌های فولادی است

بنام یگانه معمارهستی وهستی بخش
دانشگاه آزاداسلامی واحد
تحقیق درس
استاد   
موضوع         مزایای ومعایب سازه های فولادی :        
تهیه کننده           محمدکریم احمدی نرگسه
آذر....

مزایای ومعایب سازه های فولادی :
مزایا :
مقاومت زیاد_1
مقاومت قطعات فلزی زیاد بوده و نسبت مقاومت به وزن از مصالح بتن بزرگتر است به این علت در دهانه های بزرگ سوله ها و ساختمان های مرتفع ساختمان هایی که بر زمین های سست قرار میگیرند حائز اهمیت فراوان می باشد.

خواص یکنواخت_2
فلز در کارخانجات بزرگ تحت نظارت دقیق تهیه می شود یکنواخت بودن خواص آن می توان اطمینان کرد و خواص آن بر خلاف بتن با عوامل خارجی تحت تاثیر قرار نمیگیرد

اطمینان در یکنواختی خواص مصالح در انتخاب ضریب اطمینان کوچک موثر است که خود صرفه جویی در مصرف مصالح را باعث می شود

دوام_3
دوام فولاد بسیار خوب و مناسب است ساختمان های فلزی که در نگهداری آن دقت گرددبرای مدت طولانی قابل بهره برداری خواهد بود.

خواص ارتجاعی_4
خواص مفروض ارتجاعی فولاد با تقریب بسیار خوبی مصداق عملی دارد فولاد تا تنش های بزرگی از قانون هوک به خوبی پیروی می کند مثلا ممان اینرسی یک مقطع فولادی را می توان با اطمینان در محاسبه وارد نمود حال اینکه در مورد مقطع بتنی ارقام مربوطه چندان معین و قابل اطمینان نمی باشند.

شکل پذیری5_
از خاصیت مثبت مصالح فلزی شکل پذیری ان است که قادرند تمرکز تنش را در واقع علت ترد و شکننده در مقابل این نیروها فوق العاده ضعیف اند یکی از عوامل که در هنگام خرابی عضو خود خبر داده و از خرابی ناگهانی و خطرات ان جلوگیری می کند.

پیوستگی مصالح_6
قطعات فلزی با توجه به مواد متشکله آن پیوسته و همگن می باشد ولی در قطعات بتنی صدمات وارده در هر زلزله به پوشش بتنی روی سلاح میلگرد وارد می گردد ترک های که در پوشش بتن پدید می اید قابل کنترل نبوده و احتمالا ساختمان در پس لرزه یا زلزله بعدی ضعف بیشتر داشته و تخریب می شود.

انفجار_7
در ساختمان های بارهای وارد توسط اسکلت ساختمان تحمل شده از قطعات پرکننده مانند تیغه ها و دیوارها استفاده نمی شود نیروی تخریبی انفجار سطوح حائل را از اسکلت جدا می کند و انرژی مخرب اشکار می شود ولی ساختمان کلا ویران نخواهد گردید در ساختمان های بتن مسلح خرابی دیوارها باعث ویرانی ساختمان خواهد شد.

تقویت پذیری و امکان مقاوم سازی _8
اعضای ضعیف ساختمان فلزی را در اثر محاسبات اشتباه تغییر مقررات و ضوابط اجرا میتوان با جوش و یا پرچ و یا پیچ کردن  قطعات جدید تقویت نمود و یا قسمت یا دهانه های اضافه کرد.

شرایط اسان ساخت و نصب_9
تهیه قطعات فلزی در کارخانجات و نصب آن در موقعیت شرایط جوی متفاوت با تمهیدات لازم قابل اجرا است.

سرعت نصب_9
سرعت نصب قطعات فلزی نسبت به اجزا قطعات بتنی مدت زمان کمتری می طلبد.

پرت مصالح_10
با توجه به تهیه قطعات از کارخانه پرت مصالح نسبت به تهیه و بکار گیری بتن کمنر است.

وزن کم_11
میانگین وزن ساختمان فولادی را می توان بین 245- 390 کیلوگرم بر متر مربع و یا بین 80 تا 128 کیلوگرم برمتر مکعب تخمین زد در حالی که در ساختمان های بتن مسلح این ارقام به ترتیب بین 480 تا 780 کیلوگرم بر متر مربع یا 160 تا 250 کیلوگرم بر متر مکعب می باشد.

اشغال فضا_12
در دو ساختمان مساوی از نظر ارتفاع و ابعاد –ستون و تیرها ی ساختمان های فلزی از نظر ابعاد کوچکتر از ساختمان های بتنی می باشد سطح اشغال یا فضا مرده در ساختمان های بتنی بیشتر ایجاد می شود.

ضریب نیروی لرزه ای_13
حرکت زمین در اثر زلزله موجب اعمال نیروهای درونی در اجزا ساختمان میشود بعبارت دیگر ساختمان بر روی زمین که به صورت تصادفی  و غیر همگن در حال ارتعاش است بایستی ایستایی داشته  و ارتعاش زمین را تحمل کند در قاب های بتن مسلح که وزن بیشتر دارد ضریب نیروی لرزه ای بیشتر از قاب های فلزی است تجربه نشان میدهد که خسارت وارده بر ساختمان های کوتاه و صلب که در زمین های محکم ساخته شده اند زیاد است.

در حالی که در ساختمان های بلند و انعطاف پذیر انهایی که در زمین های نرم ساخته شده اند صدمات بیشتری از زلزله دیده اند به عبارت دیگر در زمین های نرم که دوره  ارتعاش نسبتا بزرگ است ساختمان های کوتاه نتیجه داده اند و برعکس در زمین های سفت با دوره کوچک ساختمان های بلند احتمال خرابی کمتر دارند.


معایب سازه های فولادی


ضعف در دمای زیاد:1
مقاومت ساختمان فلزی با افزایش دما کاهش یافته اگر دمای دمای اسکjk;uiiuiلت فلزی از 500 به 600 درجه سانتی گراد برسد تعادل ساختمان به خطر می افتد
.
خوردگی  فساد فلز در مقابل عوامل خارجی:2
قطعات مصرفی در ساختمان فلزی در مقابل عوامل جوی خورده شده و از ابعاد آن کاسته می شود و مخارج نگهداری و محافظت آن زیاد است.

تمایل قطعات فشاری به کمانش:3
با توجه به اینکه قطعات فلزی زیاد و ابعاد مصرفی معمولا کوچک است تمایل به کمانش در این قطعات یک نقطه ضعف به شمار می آید.

جوش نامناسب:4
در ساختمان های فلزی اتصال قطعات به همدیگر با جوش – پرچ – پیچ صورت می گیرد استفاده از پیچ و مهره  و تهیه و یاخت قطعات در کارخانجات  اقتصادی ترین و فنی تری کار می باشد.که در کشور ما برای ساختمان های متداول چنین امکانی وجود ندارد اتصال با جوش به علت عدم مهارت کافی جوش کاران استفاده از ماشین الات قدیمی عدم کنترل توسط مهندس ناظر گران بودن هزینه آزمایش جوش . ... بزرگترین ضعف می باشد.