بررسی اثر هزینه قالب بندی بر هزینه کل ساختمان های بتنی

6 نوامبر , 2018

۰ زمان تقریبی مطالعه 5 دقیقه

سیستم های ثقلی

ایمنی، کارایی، اقتصاد و در زمان حال رعایت قوانین و ضوابط طراحی مقاصد اصلی یک طراحی سازه به شمار می آیند. ایمنی هنگامی به وجود می آید که سیستم طراحی شده بتواند بارهای الزام شده آیین نامه را بدون فروریزش تحمل کرده و عملکرد مشخصی را در بازه بارهای تعیین شده در آیین نامه را احراز کند. برای حصول ایمنی، کافی است تا نشان داده شود که تحت شرایط بارگذاری الزام شده توسط آیین نامه، سازه بتواند مسیر بار غیر منقطعی از محل اعمال بار به شالوده داشته باشد و قادر به تحمل بار اعمالی و تمامی واکنش های متناظر به وجود آمده با آن را در سازه داشته باشد. برای حصول این مهم، روند طراحی معمول برای ایمنی دو معیار را هدف قرار می دهد- که مسیر بار پیش بینی شده کافی باشد، و بر اساس نیاز، مقاومت لازم بسیج شود.

کفایت مسیر بار (load path) به گونه ای احراز می شود که تضمین شود که در هر نقطه از مسیر بار، سازه بتواند قادر به باربری مورد نیاز در آن نقطه باشد. در طراحی ها، کفایت تنها برای یک مسیر بار انتخاب شده، تعیین می شود که عموما به این مسیر سیستم سازهای گفته می شود. مسیر بار انتخاب شده، یک مسیر تخصیص داده شده است. به این معنا که ممکن است مسیر بار طبیعی نیروها از مسیر انتخاب شده توسط مهندس سازه متفاوت باشد. هنگامی که مهندس بتواند کفایت لازم را برای مسیر بار تخصیص داده شده را احراز کند، می توان ادعا کرد که طرح قابل قبولی فراهم شده است.

مسیر بار طبیعی سازه عموما اقتصادی تر از سایر مسیر بارهاست به این دلیل که بار همیشه سعی می کند که مسیری با حداقل مقاومت را انتخاب کند. اگرچه که، ملاحظات دیگر همچون روش های ساخت متفاوت، ممکن است مسیر های بار جایگزینی را دیکته کند. بنابراین، با این وجود که مسیر بار طبیعی برای یک قضاوت مهندسی مناسب ارزشمند است، اما برای یک طراحی سازه مناسب مورد نیاز نیست.

برای تخصیص مسیر بار، مهندسین سازه می بایست اطمینان پیدا کنند که سازه دارای مقاومت قابل اعتماد و شکل پذیری کافی است. شکل پذیری در طراحی سازه های بتنی با کنترل ارماتور های عضو حاصل می شود. در ادامه مطلب اثرات قالب بندی بر روی هزینه کل قاب سازه ای بتنی مورد سنج قرار گرفته و اریابی می شود.

2. ملاحظات قالب بندی

توضیحات این مطلب در ارتباط با طراحی قالب بندی، معمولا در کتب و مقالات سازه ای یافت نمی شود، از طراح سازه هیچگاه درخواست نمی شود تا نقشی را برای طراح قالب فرض کند و طراحی سازه تابعی از ملاحظات قالب بندی نیز نمی شود. فرضیات اساسی آن تنها بر مبنای اگاهی عملی از این مسئله است که هزینه های قالب بندی ممکن است بتواند تا به طراح کمک کرده تا از راه حل های سازه ای با هزینه کمتر بهره ببرد که همزمان دارای زیبایی، کیفیت و کاربری یکسانی هستند. برای استفاده از این روش عملی، طراح تنها نیاز دارد تا قالب ها را تجسم کند، نیروی کار مورد نیاز شکل دادن اعضا سازه ای مختلف، و از نسبت مستقیم پیچیدگی و هزینه اطلاع داشته باشد.

بیشتر سیستم های سقف بتنی معمول که در حال حاضر استفاده می شوند، به صورت شماتیک در شکلa-h 1 نشان داده شده اند. شکل ویژگی های هر سیستم را شامل ابعاد معمول، بارگذاری، مقادیر مصالح، و محدودیت های اصلی کاربرد را نشان می دهد. همان طور که مشاهده می شود، به نظر می رسد که راه های بی شماری برای طراحی یک سیستم سقف برای یک ساختمانی بتنی درجا وجود دارد. اگرچه، شایسته است که در ذهن داشته باشیم که از بین هزینه های سازه، قالب ها معمولا بزرگترین مولفه با اکثریت هزینه به شمار می روند که معمولا این ویژگی به قالب های متناظر با المان های افقی قابل نسبت داده می شود. در نتیجه، اولین اولویت ملاحظات اقتصادی، انتخاب سیستم سازهای است که کمترین هزینه کل را به همراه داشته در حالی که تمامی نیازمندی های بار ها را اغنا می کند.

سقف های بتنی شکل1- سیستم های معمول سقف بتنی: a- صفحه تخت دو طرفه b-سقف مشبک(وافل) دو طرفه c- دال تخت دو طرفه همراه با آویز d- تیر و دال یک طرفه e- واحد تیرچه عریض حذفی f- تیر و دال دو طرفه g- دال تیرچه ای یک طرفه h- دال تخت یک طرفه

برای سیستم های معمول نشان داده شده در شکل 1، مقدار هزینه کل نسبی این سیستم ها تابعی از اندازه دهانه و شرایط بار است. نمودار های نشان داده شده در اشکال 2 و 3 ارتباط هزینه ای متغیر را ترسیم کرده است. در حین روند مهندسی ارزش برای قاب های بتنی، روش معمول در تئوری و در عمل جستجو برای راه های تقلیل مصالح است.

از لحاظ اقتصادی، هر یک از المان های سازه به دقت بررسی می شوند تا اطمینان حاصل شود که آن المان سنگین تر، عریض تر و یا عمیق تر از مقدار مورد نیاز برای مقاومت در برابر بار نباشد. اگر منحصرا بر روی کاهش دائمی مصالح تمرکز شود بدین معناست که از مهم ترین تاثیر بر روی هزینه قاب سازه ای بتنی چشم پوشی می شود- قالب بندی که تا 50% هزینه قاب های بتنی درجا را تشکیل می دهند. متعاقبا، هر تلاش واقعی برای صرفه جویی اقتصادی می بایست کلیه روند ساخت را یکپارچه سازد: مصالح، زمان، نیروی کار و تجهیزات.

نمودار هزینه قالب بندی شکل2- هزینه نسبی قالب بندی. LL=125 psf

شکل3- هزینه نسبی قالب بندی، LL=60 psf

صرفه جویی اقتصادی در مرحله طراحی آغاز می شود. اغلب، دو یا چند راه حل سازه ای اهداف طرح را به خوبی اغنا می کنند. یک از آن ها به صورت قابل ملاحظه ای دارای هزینه ساخت کمتری است. برای حصول راه حل بهینه در مراحل اولیه طراحی و نه بعد از آن، یک فهم پایه ای از منطق قالب بندی نیاز است. بتن در جا ماده ای مونولیتیک(یکپارچه) است. که از لحاظ سازه ای بدین معناست که در بین المان های آن یکپارچگی وجود دارد، که اجازه می دهد تا بار در سازه جریان داشته باشد. و این مهم در سازه بر قرار است به این دلیل که دیوار ها، کف ها، و ستون ها به عنوان یک واحد انتقال بار به صورت یکپارچه با یکدیگر عمل می کنند. از آن جا که سازه های بتنی معمولا با المان هایی پیوسته طراحی می شوند، طراح عموما دارای انعطاف بیشتری در اغنا الزامات گسترده بار و دهانه دارد.

همان طور که پیش تر گفته شد، قالب ها به تنهایی بزرگترین مولفه قاب سازه ای ساختمان بتن مسلح هستند. الویت در طراحی قالب ها می تواند منجر به کاهش هزینه های کل قاب به صورت قابل ملاحظه ای در بازه بین 20% تا 50% شود. ساخت پذیری (constructability) به معنای ساخت یک قاب سازه ای با سرعت بیشتر، ساده تر، و با هزینه کمتر، در حالی که استانداردهای کیفیت را اغنا می کند، می تواند به عنوان یک هدف طراحی در نظر گرفته شود. بنابراین، ساخت پذیری به صورت هدفی که از لحاظ اقتصادی نیز توجیه شده است، می باشد. بیش تر آن که، آغاز روند طراحی با در نظر گرفتن ساخت پذیری به عنوان یک هدف دارای بازدهی بیشتری نسبت به اصلاح ثانویه طرح برای کاهش هزینه هاست. طراحی می تواند ساخت پذیری را در پروژه توسط مجاز دانستن 3طرح از منطق قالب بندی برای انجام کار، ادغام کند.