سازه های بتن آرمه

هدف پروژه:
هدف از این تکلیف، تسلط بر روند گام‌به‌گام تحلیل و طراحی دستی تیرهای بتنی بر اساس ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و مقایسه دقیق نتایج آن با خروجی‌های نرم‌افزارهای مهندسی عمران (مانند سپ یا ایتبس) است تا دانشجو دید مهندسی مناسبی نسبت به محاسبات نرم‌افزاری و علل تفاوت‌های آن با محاسبات دستی پیدا کند.

مشخصات فرضی تیر برای طراحی:
یک تیر بتنی با تکیه‌گاه‌های ساده به طول دهانه ۵ متر در نظر گرفته شده است. مقطع تیر به صورت مستطیلی با عرض ۳۵ سانتی‌متر و ارتفاع کل ۵۰ سانتی‌متر مفروض است. پوشش خالص بتن روی آرماتورها ۴ سانتی‌متر، رده مقاومتی بتن ۲۵ مگاپاسکال و تنش تسلیم فولاد مصرفی ۴۰۰ مگاپاسکال لحاظ گردد. تیر تحت اثر بار مرده گسترده به میزان ۲۰ کیلو‌نیوتن بر متر و بار زنده گسترده به میزان ۱۰ کیلو‌نیوتن بر متر قرار دارد (بار مرده شامل وزن خود تیر نیز می‌باشد).

شرح مراحل انجام کار توسط دانشجو:

بخش اول: محاسبات دستی
ابتدا بار گسترده نهایی طراحی را با اعمال ضرایب بار محاسبه کنید. سپس لنگر خمشی حداکثر در وسط دهانه و نیروی برشی حداکثر در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها را به دست آورده و نمودارهای برش و لنگر را رسم نمایید. در ادامه، مساحت آرماتور طولی مورد نیاز برای تحمل لنگر وسط دهانه را محاسبه کرده، ضوابط حداقل آرماتور را کنترل نمایید و تعداد و نمره میلگرد مناسب را تعیین کنید. در نهایت، با بررسی ظرفیت برشی بتن، نیاز مقطع به آرماتور برشی را ارزیابی کرده و قطر و فاصله مجاز خاموت‌ها را به دست آورید.

بخش دوم: مدل‌سازی و طراحی نرم‌افزاری
تیر را در یکی از نرم‌افزارهای تخصصی سازه (سپ ۲۰۰۰ یا ایتبس) مدل‌سازی کنید. مصالح بتن و فولاد و مقطع تیر را با مشخصات داده‌شده تعریف نمایید. بارها و ترکیب بار نهایی را اعمال کرده و پس از انجام تحلیل، نمودار نیروهای داخلی را استخراج کنید. سپس با فعال‌سازی ماژول طراحی تیرهای بتنی در نرم‌افزار، مقادیر مساحت میلگرد طولی در وسط دهانه و میزان خاموت مورد نیاز را استخراج نمایید.

بخش سوم: مقایسه و تحلیل مهندسی
یک جدول مقایسه‌ای تهیه کنید که در آن لنگر حداکثر، مساحت میلگرد خمشی و مشخصات خاموت‌های طراحی دستی در کنار خروجی‌های نرم‌افزار قرار گرفته باشد. در ادامه، در قالب چند بند توضیح دهید که نتایج چه میزان با هم همخوانی دارند و دلایل احتمالی تفاوت بین محاسبات دستی و نرم‌افزاری (نظیر ضرایب تقریب نرم‌افزار و ضوابط آیین‌نامه‌ای پیش‌فرض) چیست.

نحوه تحویل گزارش:
گزارش نهایی در قالب یک فایل پی‌دی‌اف تهیه شود که شامل برگه مرتب محاسبات دستی، تصاویر گویا از مراحل مدل‌سازی و طراحی نرم‌افزار، جدول مقایسه و نتیجه‌گیری نهایی باشد. ترسیم یک شکل ساده از مقطع عرضی تیر به همراه نحوه چیدمان میلگردها نیز الزامی است.

بررسی خواص مکانیکی بتن و فولاد، مقاومت‌های فشاری و کششی، و پدیده‌های درازمدت مانند جمع‌شدگی و وارفتگی.

آشنایی با روش‌های طراحی، مفاهیم ایمنی، حالت‌های حدی و ترکیبات بارگذاری استاندارد.

تحلیل رفتار خمشی تیرهای بتن مسلح و نحوه محاسبه لنگر خمشی مقاوم مقطع.

بررسی ضوابط فولاد حداقل و حداکثر، کاربرد فولاد فشاری و شکل‌پذیری در تیرهای بتن مسلح.

طراحی ستون‌های کوتاه، بررسی رفتار تحت فشار و خمش مرکب، و کاربرد نمودار اندرکنش.

تحلیل مرتبه دوم و طراحی ستون‌های لاغر در قاب‌های مهارشده و مهارنشده با روش تشدید لنگر.

بررسی رفتار برشی تیرهای بتن مسلح، مقاومت برشی بتن و ضوابط طراحی میلگردهای عرضی.

مطالعه پیوستگی بتن و فولاد، طول مهاری، و ضوابط اجرایی قطع میلگرد در اعضای خمشی.

تحلیل رفتار قطعات بتنی تحت پیچش خالص و اثرات همزمان برش، خمش و پیچش.

بررسی ضوابط قابلیت بهره‌برداری، رفتار سرویس و محدودیت‌های آیین‌نامه‌ای سازه‌ها.

بررسی پدیده ترک‌خوردگی خمشی و روش‌های محاسبه و محدود کردن عرض ترک در تیرها.

محاسبه تغییر شکل و خیز اعضای خمشی بتنی و بررسی محدودیت‌های آیین‌نامه‌ای خیز مجاز.

مطالعه سیستم‌های سازه‌ای مقاوم در برابر بار جانبی، قاب‌های بتنی و دیوارهای برشی.

بررسی اصول طراحی لرزه‌ای و جزئیات ویژه شکل‌پذیری در اعضای سازه‌های بتنی.

بررسی انواع سیستم‌های سقف بتنی شامل تیرچه بلوک، تاوه‌های یک‌طرفه و دوطرفه و تاوه‌های تخت.

معرفی بتن پیش‌تنیده، اصول اجرایی و مبانی محاسبات طراحی خمشی و برشی اعضا.