پروژه سازه های بتنی ساختمان چهار طبقه

چکیده
پروژه حاضر به تحلیل و طراحی یک ساختمان چهارطبقه بتنی با کاربری مسکونی می پردازد که در شهر مشهد واقع شده و بر اساس شرایط لرزه خیزی منطقه، نوع زمین محل احداث و ضوابط آیین نامه ای کشور مورد بررسی قرار گرفته است. در این پروژه، ابتدا مشخصات کلی ساختمان و سیستم باربر جانبی و ثقلی معرفی می شود و سپس مراحل بارگذاری، تحلیل سازه ای و طراحی اعضای مختلف شامل ستون ها، تیرها، دال ها، پله و فنداسیون تشریح می گردد. همچنین کنترل تغییرمکان جانبی، تعیین مرکز جرم و سختی، ترکیبات بار، اثرات باد و زلزله، و مقادیر بیشینه لنگر و برش در اعضا به طور دقیق بررسی شده است. در پایان نیز طراحی فنداسیون نواری و کنترل های نهایی مربوط به حالت های حدی، همراه با نقشه های سازه ای و معماری ارائه می شود. این پروژه نمونه ای کامل از فرآیند تحلیل و طراحی سازه های بتنی در قالب اصول مهندسی و استانداردهای رایج به شمار می آید.

مقدمه
طراحی و تحلیل سازه های بتنی یکی از مهم ترین مراحل در فرآیند احداث ساختمان های امروزی است؛ زیرا کیفیت این بخش از کار، نقش تعیین کننده ای در ایمنی، دوام و عملکرد مطلوب سازه در طول دوره بهره برداری دارد. پروژه حاضر به بررسی یک ساختمان چهارطبقه بتنی با کاربری مسکونی می پردازد که در شهر مشهد واقع شده است. شرایط ویژه لرزه خیزی این منطقه، نوع زمین و محدودیت های ناشی از ضوابط طراحی، همگی سبب می شود تحلیل و طراحی سازه با دقت بیشتری انجام شود. در این ساختمان، ارتفاع طبقات برابر ۳.۲۰ متر و ارتفاع خرپشته نیز مطابق نقشه های معماری تعیین شده و مجموعه ساختمان در قالب طرحی ساده اما دارای جزئیات دقیق سازه ای ارائه گردیده است.

پیش از آغاز تحلیل، معرفی کامل پروژه و سیستم باربر جانبی و ثقلی ساختمان در اولویت قرار می گیرد. انتخاب سیستم سازه ای مناسب، نخستین گامی است که می تواند بر ایمنی سازه تأثیر بگذارد. در این ساختمان، انتقال بارهای ثقلی از طریق دال ها، تیرها و ستون ها به فنداسیون صورت می گیرد و سیستم باربر جانبی برای مقابله با نیروهای زلزله و باد طراحی شده است. مصالح مصرفی نیز بر اساس نیازهای سازه ای و معیارهای عملکردی انتخاب شده اند و تمامی مراحل طراحی مطابق آیین نامه ها و استانداردهای معتبر انجام گرفته است. استفاده از ضوابط مربوط به ترکیبات بار، کنترل تغییرشکل ها و اصول طراحی در حالت های حدی از جمله بخش های اساسی این پروژه محسوب می شود.

بارگذاری یکی از مهم ترین بخش های تحلیل سازه ای است و در این پروژه با دقت فراوان انجام شده است. بارهای مرده شامل وزن اجزای سازه ای و غیرسازه ای مانند دال، دیوارها، کف سازی و پوشش ها هستند و بارهای زنده، بارهای متغیری می باشند که بر اساس کاربری ساختمان تعیین می شوند. علاوه بر این، با توجه به قرارگیری ساختمان در منطقه ای که احتمال بارش برف وجود دارد، بار برف نیز محاسبه و در ترکیبات بار وارد شده است. بخش عمده ای از پروژه به تعیین وزن واحد سطح دیوارهای مختلف، از جمله دیوارهای داخلی، دیوارهای محیطی، دیوارهای جان پناه و دیوارهای پله اختصاص یافته است تا میزان دقیق بار وارد بر تیرها و ستون ها مشخص شود.

پس از تعیین بارهای ثقلی، مرحله بارگذاری جانبی آغاز می شود. ساختمان چهارطبقه موردنظر، نسبت به نیروهای جانبی ناشی از باد و به ویژه زلزله باید مقاومت کافی داشته باشد. به همین دلیل، محاسبه نیروهای جانبی، تعیین مرکز جرم، مرکز سختی و توزیع نیروی زلزله در ارتفاع ساختمان با دقت انجام گرفته است. تفاوت میان این دو مرکز، ایجاد لنگر پیچشی را سبب می شود که در طراحی نهایی اعضای سازه ای باید مورد توجه قرار گیرد. کنترل تغییر مکان جانبی طبقات نیز از الزامات طراحی سازه در مناطق لرزه خیز است و نتایج آن نشان می دهد که سازه با ضوابط آیین نامه ای مطابقت دارد.

مراحل طراحی اعضا شامل طراحی تیرها، ستون ها و دال ها، بخش گسترده ای از پروژه را تشکیل می دهد. در طراحی تیرها، لنگرهای خمشی و برشی تعیین شده و مقادیر آرماتور طولی و عرضی محاسبه می شود. ستون ها نیز بر اساس نیروهای محوری و لنگرهای ناشی از ترکیبات بار طراحی شده اند تا پایداری و ظرفیت لازم را داشته باشند. در بخش مربوط به دال ها، لنگرهای نوار میانی و نوار کناری محاسبه شده و کنترل های برش و تغییر شکل انجام گرفته است. طراحی تیر پله نیز براساس بارهای خاص این بخش و شرایط هندسی انجام شده است.

یکی از مراحل پایانی پروژه، طراحی فنداسیون نواری است که بر اساس برآورد بارهای منتقل شده از ستون ها و شرایط زمین طراحی شده است. کنترل برش یک طرفه و دوطرفه (پانچینگ)، تعیین آرماتورهای خمشی و کنترل های مربوط به حالت حدی مقاومت از جمله گام های اصلی این بخش محسوب می شوند. پس از انجام محاسبات، دیاگرام های مقاومتی، نسبت تنش ستون ها و نمودارهای مربوط به لنگرهای فنداسیون ارائه شده است.

مجموعه ای از نقشه های معماری و سازه ای، روند طراحی را تکمیل می کند و پروژه را به نمونه ای جامع از فرآیند تحلیل، بارگذاری و طراحی سازه های بتنی تبدیل می کند. این پروژه نشان می دهد که طراحی یک ساختمان چهارطبقه، هرچند به ظاهر ساده به نظر می رسد، اما در عمل نیازمند بررسی دقیق بارها، ضوابط لرزه ای و جزئیات سازه ای است تا در نهایت ساختمان عملکردی ایمن و پایدار داشته باشد.