سازه های بتن آرمه
از دیرباز، انسان از مصالح متنوعی برای ساختوساز بهره برده است. در میان این مصالح، میتوان از چوب، سنگ، فولاد و بتن بهعنوان پرکاربردترینها یاد کرد. بتن، که نوعی سنگ مصنوعی محسوب میشود، در ترکیب با فولاد به یکی از اصلیترین اجزای سازهای در معماری مدرن تبدیل شده است. این ترکیب، تحت عنوان بتن مسلح یا بتن آرمه، اسکلت بسیاری از ساختمانهای امروزی را تشکیل میدهد. در این مقاله، تلاش میکنیم تا شما را با ویژگیها، مزایا و کاربردهای سازههای بتن آرمه آشنا کنیم.
فهرست مطالب
اعضا بتن آرمه
بتن مادهای است که از ترکیب آب، سیمان و سنگدانهها با نسبتهای مشخص ساخته میشود. این ماده دارای مقاومت فشاری مطلوبی است، اما مقاومت کششی آن بسیار پایین بوده و معمولاً حدود ۱۰ درصد مقاومت فشاری آن است.
در بسیاری از اعضای سازهای، بهویژه تحت اثر بارهای خارجی، تنشهای کششی مستقیم یا کششی ناشی از خمش در بخشهایی از عضو ایجاد میشود. به همین دلیل، برای جبران ضعف بتن در برابر کشش، از فولاد بهعنوان مادهای مسلحکننده استفاده میشود. عملکرد مرکب بتن و فولاد، ضعفهای یکدیگر را پوشش میدهد.
در طراحی بتن مسلح، هدف اصلی واگذاری مقاومت در برابر کشش به فولاد است. با این وجود، فولاد میتواند در تحمل نیروهای فشاری نیز نقش داشته باشد. به همین دلیل، در اعضای فشاری مانند ستونها یا حتی در بخشهای فشاری تیرها، میلگردها بهعنوان فولاد فشاری مورد استفاده قرار میگیرند.
عملکرد مرکب بتن و فولاد
بتن و فولاد دارای سازگاری بسیار خوبی برای تشکیل یک جسم مرکب هستند. این سازگاری به دلایل زیر امکانپذیر است:
1. ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد
ضریب انبساط حرارتی بتن و فولاد بسیار به یکدیگر نزدیک است. به همین دلیل، تحت تأثیر تغییرات دمایی متداول، تنشهای قابلتوجهی بین این دو ماده ایجاد نمیشود. این ویژگی باعث حفظ انسجام و عملکرد مشترک بتن و فولاد در شرایط مختلف میشود.
2. پیوستگی بین بتن و فولاد
بتن و فولاد پیوستگی بسیار خوبی دارند و لغزش بین آنها معمولاً ناچیز است. این پیوستگی امکان عملکرد مرکب آنها را فراهم میکند و سبب میشود بتن و فولاد همانند یک جسم واحد عمل کنند.
پیوستگی قوی بین بتن و فولاد ناشی از عوامل زیر است:
- چسبندگی شیمیایی: که باعث اتصال اولیه بین دو ماده میشود.
- ناصافیهای سطحی: برآمدگیهای آج میلگرد که اصطکاک و گیرایی مکانیکی را تقویت میکند.
3. خوردگی شیمیایی
فولاد مادهای است که بهراحتی در معرض خوردگی شیمیایی قرار میگیرد. اما بتن به دلیل نفوذناپذیری نسبتاً خوب، میتواند نقش محافظتی در برابر خوردگی فولاد مسلحکننده ایفا کند. علاوه بر این، محیط خمیر سیمان هیدراته شده در بتن، به دلیل خاصیت قلیایی بالا، مانند یک سپر محافظ عمل میکند و از میلگردهای فولادی در برابر خوردگی محافظت مینماید. این ویژگیها باعث میشوند سازههای بتن آرمه بهعنوان سازههایی با عمر مفید طولانی و هزینههای نگهداری پایین شناخته شوند.
4. مقاومت در مقابل آتش
مقاومت فولاد در مقابل دمای آتش بسیار پایین است؛ درحالیکه پوشش بتنی که روی میلگردها قرارگرفته است، مقاومت فولاد بهتنهایی مقاومت کمی در برابر دمای ناشی از آتشسوزی دارد و در دماهای بالا سریعاً دچار افت استحکام میشود. اما پوشش بتنی که میلگردها را احاطه کرده است، بهعنوان یک عایق مؤثر عمل میکند و مقاومت سازه را در برابر آتشسوزی به میزان قابلتوجهی افزایش میدهد.
این ترکیب، یعنی عملکرد مرکب بتن و فولاد، سازههای بتن آرمه را به گزینهای مناسب برای مقاومت در برابر آتشسوزی تبدیل کرده و ایمنی بیشتری در برابر حوادث فراهم میکند.
مزایا و معایب بتن آرمه
مصالح مختلفی مثل فولاد، چوب، مصالح بنایی و بتن ممکن است بهعنوان گزینههایی برای ساخت یک بنا مطرح باشند. این گزینهها برای بسیاری از سازههای متداول وجود دارند؛ اگرچه در ساخت اسکلت سازههای با ارتفاع متوسط تا بلند، ممکن است به فولاد و بتن محدود گردند. بااینوجود امروزه بتن آرمه بهعنوان یک گزینهی قابلاعتماد برای ساخت بسیاری از سازههای کوچک و بزرگ محسوب میگردد بهطوریکه شاید بتوان از آن بهعنوان مهمترین ماده ساختمانی موجود با کاربردی فراگیر در تمام دنیا نام برد که مزایا و معایب خاص خود را دارد.
مزایای بتن آرمه
از مهمترین مزایای قطعات بتن آرمه نسبت به سایر مصالح میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
مقاومت فشاری بالا
بتن مقاومت فشاری قابل قبولی در مقایسه با بسیاری از مصالح ساختمانی دیگر دارا میباشد.دسترسی آسان به مصالح اولیه
تمامی اجزا تشکیلدهنده بتن به جز سیمان به عنوان مصالح محلی و ارزان قیمت محسوب میشوند. تقریباً در همهجا میتوان آب، ماسه و شن را از فواصل نزدیک به محل بتنریزی حمل نمود؛ که این مسئله منجر به سهولت و رغبت بیشتر به بتن و ارزانتر تمام شدن آن اشاره نمود.شکلپذیری بالا
بتن را میتوان به سهولت به هر شکل دلخواه درآورد. با ساختن قالب مناسب، تقریباً هرگونه مقطع سازهای و اشکال معماری را میتوان از بتن آرمه تولید نمود. در مقابل، مقطع فولادی در ابعاد مشخص و در کارخانه تولید میشود و تولید مقاطع خاص از مصالح فولادی گاه مشکل و پرهزینه و یا غیرممکن خواهد بود.مقاومت در برابر آتش
بتن مقاومت بسیار خوبی در مقابل آتش دارد. یک ساختمان بتن آرمه میتواند ساعتها در مقابل آتشسوزی مقاومت کند بدون آنکه فروریزد. این مسئله فرصت کافی برای مهار آتش و تخلیه ساکنین را فراهم مینماید.مقاومت در برابر رطوبت و آب
بتن در برابر رطوبت و آب مقاوم است و اگر حاوی یونهای مخرب مانند سولفات یا کلرید نباشند، از میلگردها نیز محافظت میکند.صلبیت بالا
سازههای بتن آرمه در برابر ارتعاشات ناشی از باد یا حرکات همسایگان مقاومت خوبی دارند و آرامش ساکنان را حفظ میکنند.نیاز به هزینه نگهداری کمتر
اجزای بتنی نسبت به سازههای فولادی نیاز کمتری به نگهداری دارند.طول عمر بالا
بتن دارای عمر مفید بالایی است و بهرهوری اقتصادی آن در طول زمان مناسب است.گزینه اقتصادی در اجزای خاص
در بخشهایی مانند پیها، دیوارهای زیرزمین و شمعها، بتن آرمه اغلب تنها گزینه اقتصادی محسوب میشود.نیاز کمتر به نیروی ماهر
اجرای سازههای بتن آرمه معمولاً به نیروی اجرایی ماهر کمتری نسبت به سازههای فولادی نیاز دارد.
معایب بتن آرمه
در کنار مزایای فراوان، بتن آرمه نقاط ضعفی نیز دارد که در برخی پروژهها میتواند انتخاب سایر مصالح را توجیه کند:
مقاومت کششی پایین
مقاومت کششی بتن حدود یکدهم مقاومت فشاری آن است. این مسئله منجر به ترکخوردگی در ناحیه کششی مقطع میشود که ممکن است نفوذ آب و یونهای مخرب را تسهیل کند.هزینه قالببندی و مهاربندی
اجرای بتن درجا نیازمند قالببندی و مهاربندی است که میتواند هزینه پروژه را افزایش دهد. هرچند پیمانکاران امروزه معمولاً این تجهیزات را تأمین میکنند.وزن بالای سازه
وزن بتن در مقایسه با فولاد بیشتر است. این وزن اضافی بهویژه در دهانههای بلند، بار مرده و لنگر خمشی را افزایش میدهد و ممکن است ابعاد تیرها و ستونها را بزرگتر کرده و فضای معماری بیشتری اشغال کند.کنترل کیفیت پایینتر
کیفیت بتن بهطور عمده در محل پروژه و به شکل کارگاهی کنترل میشود که نسبت به کنترل کیفی فولاد که در کارخانه انجام میشود، دقت کمتری دارد.تغییرات حجمی وابسته به زمان
بتن دچار تغییرات حجمی ناشی از پدیدههایی مانند افت و خزش میشود. این تغییرات میتوانند با گذر زمان باعث ترکخوردگی، افزایش خیز و تغییر شکل اجزای سازه شوند.
جمع بندی
در این مقاله تلاش کردیم شما را با اعضای بتن آرمه، مزایا و معایب آن آشنا کنیم. بهطور کلی، در طراحی یک سازه، عوامل متعددی نظیر نیازهای پروژه، شرایط محیطی و اقتصادی، و اولویتهای کارفرما در انتخاب نوع سازه و سیستم سازهای تأثیرگذار هستند. مهندس محاسب با در نظر گرفتن این عوامل، بهترین و مقرونبهصرفهترین گزینه را به کارفرما پیشنهاد میدهد.
ما در فول پک طراحی سازه بهطور کامل شما را با سازههای بتنی و فولادی آشنا میکنیم و نحوه طراحی آنها را بهصورت گامبهگام آموزش میدهیم. همچنین به شما یاد میدهیم چگونه با انتخاب بهترین طرح برای هر پروژه، پیشنهادات حرفهای و کاربردی به کارفرمایان ارائه دهید.
