مدرسین
در این دوره آموزشی، دانشجویان با اصول تحلیل، طراحی و جزئیات اجرایی اجزای سازههای بتن آرمه آشنا شده و مهارت لازم را در محاسبه و تعیین ابعاد و آرماتورهای اعضای مختلف سازهای کسب میکنند. مباحث این درس شامل شناخت رفتار مکانیکی بتن و فولاد، اصول روشهای طراحی و حالتهای حدی، تحلیل و طراحی تیرها تحت خمش و برش، طراحی ستونهای کوتاه و لاغر تحت فشار و خمش، تئوری پیوستگی و ضوابط مهار میلگردها، و بررسی رفتار اعضا تحت پیچش است. همچنین در بخش دوم دوره، مباحث پیشرفتهتر نظیر کنترل قابلیت بهرهبرداری، ترکخوردگی و خیز در اعضای خمشی، بررسی سیستمهای مقاوم در برابر بارهای جانبی و دیوارهای برشی، اصول طراحی لرزهای، طراحی سیستمهای مختلف سقف (تیرچه و بلوک و تاوهها) و آشنایی با مبانی بتن پیشتنیده مورد مطالعه قرار میگیرد. این دوره با ارائه مباحث تئوری و ضوابط آییننامهای، پلی میان تحلیل سازهها و اجرای عملی سازههای بتنی مستحکم ایجاد میکند. رئوس مطالب این درس به صورت زیر می باشد:
۲. انواع فولاد مصرفی در بتن آرمه، خواص مکانیکی فولاد
۳. روشهای طراحی اجزا، بتن آرمه، مفاهیم ایمنی و حالتهای حدی، ترکیبات بارگذاری و روشهای آنالیز
۴. رفتار تیرهای بتن آرمه تحت اثر خمش در مراحل مختلف بارگذاری، لنگر خمشی مقاوم تیر، محاسبه تیر برای خمش و بررسی ضوابط آن (فولاد حداکثر و حداقل در تیر، استفاده از فولاد فشاری در تیر، شکلپذیری در تیرهای بتن مسلح و …)
۵. طراحی ستونهای کوتاه: بررسی رفتار و محاسبه قطعات تحت فشار محوری (ساده) و خمش مرکب (نیروی محوری و لنگر خمشی) و تعیین نمودار اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی ستون، طراحی ستون تحت خمش دو محوره
۶. طراحی ستونهای لاغر: تحلیل مرتبه دوم سازه، اثر لاغری در رفتار ستون، رفتار ستون در قابهای مهار شده و مهار نشده، روش تشدید لنگر
۷. رفتار نیروهای بتن آرمه تحت اثر برش، برش مقاوم تیر و ضوابط مربوطه
۸. تئوری پیوستگی (چسبندگی) بتن و فولاد، مهار نمودن فولاد در بتن و روش فولادگذاری و قطع میلگرد در تیرها
۹. بررسی رفتار اجزاء بتن آرمه تحت پیچش، همزمانی برش و پیچش، همزمانی برش و پیچش با خمش و پیچش
۱۰. بررسی قابلیت بهرهبرداری و محدودیتهای مربوطه
۱۱. ترکخوردگی در اجزاء خمشی، محاسبه عرض ترک و روش محدود کردن آن
۱۲. تعیین تغییر شکل (خیز) ضوابط و محدودیتهای آن
۱۳. بررسی انواع سیستمهای مقاوم، قابهای بتن آرمه و دیوارهای برشی، توزیع بار بین اجزای باربر
۱۴. طراحی لرزهای قطعات بتن آرمه
۱۵. آشنایی با پوششهای مختلف و روش محاسبه پوششهای متشکل از: تیرچه و بلوک، تاوههای یک طرفه و دو طرفه، تاوههای بدون تیر
۱۶. آشنایی با مبانی بتن پیش تنیده، اصول اجرایی و محاسباتی (طراحی خمشی و برشی)
این دوره شامل 3 فصل، 18 درس و 4:00 ساعت محتوا میباشد.
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.
پاسخ به پرسش