اسکلت بتنی چیست ؟ مزایا و معایب
اسکلت بتنی چیست ؟
آیا می دانید اسکلت بتنی چیست ؟ اسکلت بتنی یکی از شکل های متداول سازه است که از شبکه ای از ستون ها و تیرهای به هم پیوسته تشکیل شده است. همه این ها در کنار هم اسکلت ساختمان را ایجاد می کنند. این شبکه از تیرها و ستون ها معمولا بر روی یک پایه بتونی ساخته می شوند و برای پشتیبانی از کف, سقف, دیوارها, روکش های فلزی و… مورد استفاده قرار می گیرند. به زبان انگلیسی Concrete skeleton می گویند. میلگرد یکی از اجزای اصلی سازه بتنی می باشد. ( جهت مطالعه بیشتر به میلگرد چیست مراجعه نمایید)
تیرها اجزای افقی اسکلت هستند که برای تحمل بار تعبیه شده اند. این تیرها به دو دسته تیرهای اصلی ( برای انتقال بار کف یا تیرهای ثانویه به ستون ها) و تیرهای ثانویه (برای انتقال بار کف به تیرهای اصلی) تقسیم می شوند.
ستون ها اجزای عمودی اسکلت بتنی هستند و به عنوان عنصر اصلی باربری ساختمان شناخته می شوند. ستون ها بارهای دریافتی از سمت تیرها را به پی ساختمان منتقل می کنند. (جهت مطالعه بیشتر به میلگرد بستر مراجعه نمایید)
مصالحی که می توان از آن ها به عنوان دیواری برای اسکلت بتنی استفاده کرد خیلی زیاد است, ازجمله این مصالح می توانیم به گزینه های سنگینی مانند آجر, بلوک و سنگ و گزینه های سبکی مانند دیوار خشک و الوار اشاره کنیم. به همین ترتیب هم می توان از هر نوع مواد روکش کاری برای ساخت روکش سازه های اسکلت بتنی استفاده کرد.
سازه بتنی
می توان اسکلت های بتنی را از قبل ساخت یا اینکه می توانیم در همان محل ساخت و ساز اقدام به ساختن آن ها کنیم. از اسکلت های بتنی پیش ساخته اغلب برای ساختمان های یک طبقه و با ارتفاع کم استفاده می شود. اجزای اسکلت بتنی به محلی که جرثقیل در آن قرار دارد منتقل می شوند, سپس جرثقیل آن ها را بلند می کند و برای ساخت اسکلت بتنی در محل مناسب قرار می دهد.(جهت مطالعه بیشتر به تفاوت اسکلت فلزی و بتنی مراجعه نمایید)
بتن تقویت شده ماده ای سازه ای است که این امکان را فراهم می کند تا تنش های مهندسی از پیش تعیین شده برای خنثی کردن تنش هایی که هنگام بارگیری ایجاد می شوند, در اجزا قرار بگیرند. این ویژگی فشار مقاومت بالای بتن را با مقامت کششی بالای فولاد ترکیب می کند و امکان ساخت اجزای اسکلت بتنی در محل ساخت و ساز هم وجود دارد اما این کار با استفاده از قالب صورت می گیرد. قالب ذکر شده درواقع یک قالب موقت است که بتن در آن ریخته می شود. قالب های سنتی با استفاده از چوب ساخته می شدند ولی در حال حاضر می توان این قالب ها را با استفاده از فولاد ( جهت مطالعه بیشتر به فولاد چیست مراجعه نمایید), پلاستیک های تقویت شده با الیاف شیشه و سایر مواد این چنینی نیز ساخت. شاید محبوب ترین نوع قالب اسکلت های بتنی شاتر باشد که به طور معمول در محل ساخت و ساز و با استفاده از چوب و تخته سه لایه ساخته می شود.
تاریخچه اسکلت بتنی
شکل گیری اولیه بتن به 5600 سال قبل از میلاد برمی گردد که در حاشیه رود دانوب یوگسلاوی کشف شد که شکارچیان یا ماهیگیران عصر حجر از آن برای ساخت کف کلبه استفاده می کردند تجزیه و تحلیلی که نشان می دهد از بتن روی پایه گچ استفاده شده کف ذوزنقه ای به ضخامت 25 سانتیمتر از بتن ساخته شده که روی آن ریخته و سپس فشرده وکف آن را می ساختند.از یک آهک قرمزی که به محل آورده شده است و مربوط به 322 کیلومتر بالاتر می باشد. (جهت مطالعه بیشتر به سازه نگهبان مراجعه نمایید)
به طور کلی رومیان به عنوان اولین مهندس بتن شناخته می شوند. اما شواهد باستان شناسی چیز دیگری می گوید اولین کشفیات بتن در مناطق سوریه و اردن مربوط به سال 6500 قبل از میلاد می باشد که توسط بادیه نشینان ساخته شد و در ساخت سازه های مسکونی و کف بتنی و مخازن ضد آب زیر زمینی استفاده کردند. زمانی که سوری های عصر سنگ از حفره های دائمی آتش برای گرم کردن پخت و پز استفاده می کردند. این گودال ها از سنگ آهک ساخته می شده که منجر به کشف تصادفی آهک به عنوان ماده اصلی ساختمان شد. این فناوری تازه کشف شده به طور گسترده ای در سوریه مورد استفاده قرار گرفت زیرا کوره آهک سوزی برای تامین ملات و ساخت خانه های قلوه سنگ و کف بتنی و مخازن ضد آب استفاده شد. (جهت مطالعه بیشتر به فورجینگ میلگرد مراجعه نمایید)
آنها بعدها توانستند آهک هیدرولیک ( سیمانی که زیر آب سخت می شود) را کشف کنند. و یکی از دلایلی که باعث شد گیاهان در بیابان رشد کند همین امر بود.
500 سال بعد از بادیه نشینان رومی ها ماده ای در دسترس داشتند که می توانست سیمان را ضد آب کند. که می توان به ماسه سیلیس اشاره کرد. نفوذ آب زیر زمینی از طریق سیلیس آن را به یک ماده پوزولان که یک خاکستر آتشفشانی بود تبدیل می کرد.
برای ساخت سیمان بادیه نشینان این رسوبات را پیدا و با آهک ترکیب کردند و سپس در کوره هایی که ظروف سفالی می گذاشتند گرم کردند زیرا دما در همان حد بود.
و بعد مصریان 3000 سال قبل از میلاد برای ساخت اهرام بزرگ از نوعی سیمان که فقط 500.000 تن ساروج بوده استفاده کردند.
در مورد اولین کاربرد تقویت کننده ها در بتن در اوایل دهه 1850 چندین قایق پارویی کوچک ساخته شد که از آن ها به عنوان نمونه های موفق استفاده از بتن تقویت شده یاد می شود.
اولین استفاده گسترده از بتن سیمان پرتلند در سال های بین 1850 و 1880 صورت گرفت که فرانسوا کوئینه اقدام به ساخت چندین خانه بزرگ بتنی در انگلستان و فرانسه کرد.
کاربرد سازه بتنی یا اسکلت بتنی چیست ؟
درست است که هنوز هم برخی از ساختمان ها با استفاده از چوب و شیشه ساخته می شوند, ولی نمی توانیم انکار کنیم که بیشتر ساختمان های تجاری و صنعتی با استفاده از اسکلت های بتنی ساخته می شوند. از جمله کاربردهای بتن می توانیم به موارد زیر اشاره کنیم : (جهت مطالعه بیشتر به درز انقطاع مراجعه نمایید)
در ادامه می توانید با ویژگی های بتن به کار رفته در هریک از موارد ذکر شده آشنا شوید:
پله ها
پله های بتنی معمولا در باغ ها و فضاهای خارجی ساختمان ها, خانه هایی که دارای سطح تقسیم شده هستند, ساختمان های تجاری, دفاتر, رستوران ها, استخرها و مجتمع های آپارتمانی دیده می شوند. دلایل زیادی وجود دارد که ثابت می کند پله های بتنی نسبت به سایر پله هایی که جنس مواد اولیه آن ها متفاوت است برتری دارند. ازجمله این دلایل می توانیم به مقاومت و دوام آن ها اشاره کنیم. این پله ها نه تنها قادر به تحمل فشارهای سنگین هستند, بلکه در برابر شرایط آب و هوایی مختلف هم مقاومت زیادی نشان می دهند و به ندرت پوسیده می شوند. این پله ها برای چندین دهه سالم باقی می مانند و نیازی به تعمیرات پیدا نخواهند کرد. همچنین امکان ساخت آن ها با توجه به نیازهای شخصی مشتری وجود دارد.
ستون ها و تیرها
اگر به سوالی که ابتدای مطلب پرسیدیم یعنی اسکلت بتنی چیست برگردید می توانید دلیل به کار بردن بتن در ستون ها و تیرها را هم درک کنید. معمولا برای ساخت ساختمان های مقاوم مانند ساختمان های کوچک, ویلاها و حتی ساختمان هایی با ارتفاع بالا از بتن استفاده می شود. در این روش اسکلت و ستون ها و تیرها هم از بتن ساخته می شوند.
فونداسیون ها
فوانداسیون یا زیربنای ساختمان هایی که دارای طبقات زیاد یا کم هستند معمولا با استفاده از بتن سیمان تقویت شده ساخته می شوند, این ماده بسیار بادوام است و ظرفیت حمل بار خیلی زیادی هم دارد. (جهت مطالعه بیشتر به فرق شناژ و فونداسیون مراجعه نمایید)
سقف
سقف های بتنی دقیقا همان چیزی هستند که تصور می کنید, یک تخته سنگ بتنی که در بالای خانه قرار می گیرد. ویژگی های سقف های مختلف با هم تفاوت دارند اما ضخامت اکثر سقف های بتنی حدود چندین اینچ است. برای نصب چنین سقفی ابتدا باید یک چارچوب برای آن ایجاد شود. این چارچوب ها میتوانند بتن های قابل جابجایی باشند یا اینکه میتوان از بتن های عایق و ثابت در جای خود استفاده کرد که به سادگی بخشی از سقف می شوند. (جهت مطالعه بیشتر به تفاوت کفراژ و داربست مراجعه نمایید)
دیوار
ساخت دیوارهای بتنی یکی از مراحل مهم در زمان ساخت ساختمان است. دیوارهای بتنی یکی از سازه هایی هستند که برای تحمل بار در ساختمان تعبیه می شوند و وظیفه انتقال بار از کف به دیوارهای زیرین یا پی را دارند و در عین حال فضای موجود در ساختمان های چند طبقه را هم جدا می کنند. همچنین دیوارهای بتنی یکی از اجزایی است که به کار بردن آن در مناطق زلزله خیز بسیار مفید واقع خواهد شد زیرا در زمان بروز زلزله عملکرد مطلوبی از خود نشان می دهد و ایمنی ساختمان را تا حد زیادی کنترل خواهد کرد. استفاده از این سازه های بتنی باعث افزایش طول عمر دیوار هم می شود.
جهت مطالعه بیشتر به مقالات زیر مراجعه نمایید.
مواد تشکیل دهنده بتن آرمه
حالا که می دانید اسکلت بتنی چیست بهتر است با ویژگی های بتن آرمه آشنا شوید. بتن آرمه به بتنی گفته می شود که با استفاده از اجزای معینی مسلح شده باشد. مواد تشکیل دهنده بتن آرمه شامل میلگرد, صفحات یا الیافی که مصالح را تقویت می کنند, شبکه های توری تقویت کننده و میله های فولادی هستند. هدف از ایجاد بتن آرمه یا بتن مسلح این است که توان ساختمان را برای تحمل بار و فشار افزایش دهد. همین باعث شده است که در حال حاضر میزان استفاده از این بتن در صنعت ساخت و ساز و در اسکلت های بتنی افزایش پیدا کند. شاید بتوانیم ادعا کنیم که بتن های آرمه هم اکنون بیش از سایر انواع بتن در ساختمان ها به کار برده می شوند. همانطور که ذکر شد برای ساخت یک بتن آرمه می توانیم از میلگردها (جهت مطالعه بیشتر به میلگرد چیست مراجعه نمایید) , صفحات فولادی (جهت مطالعه بیشتر به صفحه ستون چیست مراجعه نمایید), الیاف و شبکه های توری تقویت شده استفاده کنیم.
مراحل اجرا اسکلت بتنی در سازه
همانطور که ذکر شد بشر از قرن نوزدهم در حال استفاده از بتن در صنعت ساخت و ساز است و در حال حاضر استفاده از این ماده اولیه بیش از همیشه گسترش یافته است. آیا می خواهید بدانید فناوری ساخت اسکلت بتنی چیست؟ این فناوری نقش بسزایی در ساخت و سازهای جهانی دارد. مراحل اسکلت بتنی در سازه ها شامل موارد زیر است که در ادامه به بررسی هریک می پردازیم:
آرماتوربندی
برای اینکه بدانید وظیفه آرماتورها در اسکلت بتنی چیست, باید بگوییم که آرماتورها وظیفه حمل نیروهای کششی در سازه ها را دارند. به این ترتیب ما قبل از بتن ریزی کف اقدام به آرماتوربندی می کنیم. با این کار می توانیم استحکام کششی بتن را افزایش داده و مقاومت آن را هم بالا ببریم. آرماتورها در این مرحله باید با استفاده از قیچی های مخصوصی برید شوند.
خم کردن آرماتور
آرماتورها را هم می توان با دست و هم با استفاده از دستگاه های مخصوص خم کرد. خم کردن آرماتور زمانی انجام می شود که آرماتور سرد باشد. به هیچ وجه برای خم کردن آرماتور از چکش کاری استفاده نمی شود.
وصله کردن آرماتور
زمانی که به انتهای طول میلگرد می رسیم می توانیم با وصله کردن آرماتور میلگرد موردنظر را به یک میلگرد دیگر متصل کنیم. برای وصله کردن آرماتور از روش هایی مانند وصله کردن پوششی, وصله کردن جوشی, وصله کردن مکانیکی و… استفاده می شود. (جهت خرید و بررسی به قیمت میلگرد مراجعه نمایید)
قالب بندی
برای ساخت قالب ها می توان از موادی مانند چوب و فلز استفاده کرد. برای قالب بندی ابتدا باید حدود مورد نظر خود را مشخص کرده و سپس داربست ها را در پی قرار دهیم, بعد قالب خود را جایگذاری می کنیم و آن قالب را با استفاده از سیم به لوله های داربست متصل می کنیم.
سقف ها و تیرها
با توجه به ابعادی که در نقشه مشخص شده است تعداد میلگردها جایگذاری می شوند. میلگردهای تقویتی باید در ابتدا و انتهای تیرها جای بگیرند تا با بارهای وارده مقابله کنند. همچنین از این میلگردها هم در وسط و هم در بخش پایینی تیرها استفاده می شود تا امکان تحمل نیروهای کششی برای تیر فراهم شود.
باز کردن قالب
زمانی که بتن قادر باشد تنش ها را تحمل کند و بیش از حد مجاز تغییر شکل ندهد می توان قالب ها را باز کرد.
شمع بندی و بتن ریزی
برای شمع بندی می توان هم از شمع های چوبی و هم از شمع های فلزی استفاده کرد. بعد از قالب بندی و شمع بندی باید عملیات بتن ریزی را انجام دهیم. قبل از بتن ریزی باید آرماتورها و فضای مورد نظر یک بار دیگر با دقت بررسی شود.
ویبره کردن بتن
بعد از بتن ریزی با دستگاهی به نام ویبراتور سطح بتن را مرتعش می کنند و آن را به تمام گوشه های قالب می فرستند. به این صورت فضاهای خالی به صورت کامل پر می شوند.
معایب و مزایا اسکلت بتنی چیست ؟
امکان ساخت اشکال مختلف با بتن
بتن تازه روان و در حالت مایع است. به همین دلیل هم می توان بتن را در قالب های مختلفی ریخت تا اشکال و اندازه های دلخواه را در محل ساخت و ساز ایجاد کند.
بهره وری انرژی در تولید بتن
میزان انرژی مورد نیاز برای تولید بتن در مقایسه با فولاد کم است. برای ساخت بتن سیمانی معمولی به 450 تا 750 کیلووات ساعت در تن انرژی لازم است, در صورتی که میزان انرژی مورد نیاز برای تولید فولاد سازه ای 8000 کیلووات ساعت در تن یا بیشتر است.
مقاومت فوق العاده در برابر آب
بتن می تواند بدون آسیب جدی در مقایسه با چوب و فولاد در برابر آب مقاومت کند.
مقاومت بالا در برابر حرارت زیاد
بتن بهتر از چوب و فولاد در برابر حرارت زیاد مقاومت می کند.
روش های طراحی سازه بتنی ساختمان
روش تنش مجاز (ASD)
هدف از به کار بردن این روش این است که میزان تنشی که در یکی از اجزای یک سازه ایجاد می شود نباید از مقدار مشخص شده افزایش پیدا کند.
(جهت مطالعه بیشتر به آزمایش خاک مراجعه نمایید)
روش طراحی پلاستیک یا مقاومت نهایی
در این روش ضریب اطمینان در بارهای وارده ضرب می شود و در نتیجه این کار میزان بارها افزایش پیدا می کند. این روش یکی از پرکاربردترین روش های طراحی سازه بتنی محسوب می شود.
روش حالت حدی (LSD) در طراحی اسکلت بتنی
در این روش مدرن بر اساس محاسباتی که انجام می شود مقاومت سازه کاهش پیدا می کند و به همین ترتیب هم میزان بارهای وارده افزایش می یابد.
جهت مطالعه بیشتر به ویکی پدیا مراجعه فرمایید.
