نکات تکمیلی طراحی ساختمان های بتنی از دیدگاه قالب بندی-قسمت1
مهندسی قالب بندی
1. تکرر طراحی
تکرار طرح و قالب یکسان دهانه به دهانه، در هر طبقه و طبقه به طبقه تا سقف، اجازه تولید خط جریان کار و بهره وری نیروی کار را فراهم می سازد. تجهیزات یکسانی می توانند به سرعت از یک ناحیه اتمام یافته و برای شروع طبقه دیگر، بازیافت شوند. برعکس، تغییرات ثابت در طرح و قالب منتج به تاخیرات متناظر با تفاسیر و ارزیابی پلان ها، اصلاح تجهیزات و ارزیابی اندازه ها می شود.
2. استاندارد های ابعادی
صنعت ساخت در شمال آمریکا اندازه ها و ابعاد اعضا سازه ای را استاندارد سازی کرده است. متناظرا، اندازه‌های استاندارد به صورت معمول توسط تامین کنندگان تامین شده و موجود می باشد. پایه ریزی کردن طراحی بر اساس اندازه های ابعادی استاندارد هزینه بسیار کمتری نسبت به ابعادی که انحصارا برای هر پروژه در نظر گرفته می شود، می باشد. همچنین ابعاد استاندارد اسمی تخته ها(الوار های قالب بندی) برای کنترل هزینه اهمیت دارد. ابعاد اعضا سازه ای در محل(کارگاهی)، ابعاد مصالح قالب بندی آن را مطابق با شکل 1 بازتاب می کند.
شکل1- تاثیر ابعاد الوار(تخته) بر روی بتن درجا. طراحی برای ابعاد اسمی الوار ها منجر به صرفه جویی اقتصادی در طراحی می شود.
طراحی هایی که از الوار های استاندارد تخطی کرده و انحراف دارند هزینه نجاری مضاعفی را تحمیل می کنند: اره کردن، متصل کردن به یکدیگر، ضایعات و زمان. یک آویز(drop) در زیر تراز سقف سیستم قاب، چه متعلق به تیر عمیق و چه برای قاب آویز(drop panel)باشد، یک ناپیوستگی در قالب بندی اصلی به حساب می آید. این آویز عملیات ساخت را قطع می کند، به طوری که که کارگران قاب بندی یک سیستم قالب بندی اصلی در یک نقطه را تمام کرده و به یکدیگر متصل کرده و اندازه می کنند و سپس مرحله بعد را شروع می کنند.
قالب بندی ویژه مورد نیاز برای ستوننماها(pilasters) گاهی می تواند توسط ترکیب کاربرد آن ها با دیوار، حذف شود. مطابق با شکل 2، با اضافه کاردن ارماتور ها، بار های ستون نما ها می توانند به دیوار ها برای ایجاد یک دیوار-ستون انتقال یابد و یا عملکرد تیر را انتقال دهد. در صورتی که، استفاده از ستون نما ها غیر قابل اجتناب باشد، استاندارد سازی ابعاد آن ها و جاگذاری و فاصله گذاری آن به صورت یکنواخت قالب بندی خط تولید را تجهیز می کند.
شکل2- ستون نما ها و ستون دیوار ها
هنگامی که از نوار های های ریخته شده(pour strips) استفاده می شوند(تاخیر در بتن ریزی منجر به افت(shrinkage) در سازه های پس کشیده طویل می دهد) می توان از شرایط شمع بندی توسط طراحی دال مجاور نوار های ریخته شده به صورت طرهای اجتناب کرد. باند ریخته شده به صورت دهانه ساده مطابق با شکل 3 طراحی می شود.
شکل3- نوار بتنی ریخته شده به صورت دهانه ساده که توسط طره ها مهار شده است.
3. سازگاری ابعادی اعضا سازه ای بتن مسلح
هنگامی که مفهوم سازگاری ابعادی به هزینه قالب بندی اعمال می شود، معنا و مفهوم عملی بیشتری به خود می گیرد. سازگاری و ساده سازی منجر به صرفه جویی در هزینه و پیچیدگی منجر به افزایش هزینه می شود.
مثال های ویژه از فرصت هایی برای ساده سازی قالب بندی شامل نگاه داری:
– عمق ثابت عملیات ساخت افقی
– فاصله ثابت تیرها و تیرچه ها
– ابعاد ثابت ستون های از طبقه ای به طبقه دیگر
– ارتفاع های طبقه ثابت
صرفه جویی اقتصادی در ابعاد ممکن است برخی از تغییرات را توجیه کند، اما معمولا این طور نیست. هنگامیکه وقفه های کاری مد نظر قرار بگیرد، یک مبادله میان این دو تغییر ممکن است رخ دهد. هزینه اضافه شده برای توقف و شروع کار منجر به کاهش سرعت برای تفسیر نقشه ها، ایجاد و ارزیابی اندازه گیری های جدید، برای برش و چسباندن الوار ها و سایر مصالح برای ایجاد اشکال پیچیده، ممکن است هزینه های صرفه جویی شده در مصالح را بیش از سطح انتظار سوء جبران نماید. به طور کل، ساده بودن و سازگاری طرح منجر به صرفه جویی اقتصادی در پروژه می شود.
عمقهای(ارتفاع های) تکرار شونده عملیات ساخت یکی از ملاحظات اصلی هزینه است. با استاندارد سازی اندازه تیرچه ها و تغییر عرض و نه عمق تیرها، اکثر الزامات با هزینه کمتری اغنا می شود، به این دلیل که غالب ها را می توان در تمامی طبقات شامل بام مجدد استفاده کرد. برای پیش رفتن به یک مرحله جلوتر، افزایش مقاومت بتن و یا مقادیر ارماتور ها(برای سازگاری با بار ها و دهانه های متغیر ) نسبت به تغییر ابعاد اعضا سازه ای، بازدهی اقتصادی بیشتری دارد.
تغییر عمق تیرچه ها، یا ابعاد تیر ها و ستون ها ممکن است صرفه جویی اقتصادی جزیی را در مصالح حاصل کند، اما محتمل است که توسط هزینه های بالاتر نیرو کار سوء جبران گردد. تعیین عمق یکنواخت منجر به حصول صرفه جویی عمده ای در هزینه های قالب بندی و در نتیجه هزینه کل شود.
4. تکنیک های طراحی افقی
هنگامی که اقتصادی ترین سیستم سقف انتخاب شد، تکنیک های طراحی ویژه ای وجود دارد که به کاهش هزینه کل کمک می کند. برخی از آن ها عبارتند از:
4.1 سیستم های تخت:
عموما، هر جابه‌جایی نسبت به تراز سقف یا نامنظمی ممکن است منجر به متوقف کردن(اتمام و آغاز) نیروی کار می شود، که نیازمند برش اضافی و ضایعات مصالح می شود. هنگامی که از قاب آویز(drop panel) در ستون ها استفاده می شود، ملاحظاتی می بایست باید برای حداقل فاصله بین قاب های اویز در نظر گرفته شود تا بتوان از طول استاندارد الوار ها بدون برش استفاده کرد. سازگاری قاب های آویز در هر دو قسمت پلان و مقطع باعث کاهش پیچیدگی و هزینه می شود. ابعاد آویز ها نیز می بایست ابعاد اسمی الوار ها را در نظر بگیرند.(شکل4)
شکل4- ابعاد قاب های آویز a-نمای پلان b- نمای مقطع. در سراسر طرح ابعاد d، x و y می بایست ثابت بماند.
4.2 سیستم های تیرچه:
برای بیشترین بازدهی اقتصادی، فواصل بین تیرچه ها می بایست با ابعاد استاندارد قالب سازگار باشد. یک تراز سقف سازگار، که دارای عمق تیرهایی برابر با عمق تیرچه هاست، از لحاط اقتصادی کاملا بهینه محسوب می شود، به این دلیل که تراز زیرین کل سقف بر روی صفحه افقی قرار خواهد گرفت(به شکل5 دقت شود). مزایای افزوده تراز سقف یکنواخت شامل کاهش هزینه نصب HAVC، لوله کشی، الکتریکی، تیغه های جداکننده داخلی، و عملیات سقف می شود.
شکل-5
نکات تکمیلی طراحی ساختمان های بتنی از دیدگاه قالب بندی- قسمت2
در قسمت بالا برخی از تکنیک های طراحی و قاب بندی اعضا افقی ساختمان های بتن مسلح بیان شد. در این مطلب به ادامه این شرح این تکنیک ها پرداخته و همچنین تکنیک های طراحی و قاب بندی اعضا عمودی نیز تشریح می شود.
در قسمت بالا برخی از تکنیک های طراحی و قاب بندی اعضا افقی ساختمان های بتن مسلح بیان شد. در این قسمت به ادامه این شرح این تکنیک ها پرداخته و همچنین تکنیک های طراحی و قاب بندی اعضا عمودی نیز تشریح می شود.
4.3 سیستم های تیر و دال :
استاندارد سازی و تکرار هنگام استفاده از این سیستم نسبتا گران دارای اهمیت ویژه ای است. سازگاری در عمق(ارتفاع) در الویت اول قرار دارد؛ تیر های عریض و تخت نسبت به تیر های کم عرض و عمیق از لحاظ اقتصادی به صرفه تر هستند. در قسمت A شکل 6 سیستمی مشاهده می شود که هدف سازه ای یکسانی را نسبت به تیر عمیق نشان داده شده در شکل B اغنا کرده و دارای هزینه کمتری است. در صورتی که استفاده از تیر های عمیق ضرورت داشته باشد(شکل 7)، می بایست به گونه ای طراحی شوند که بتوان از الوار هایی با ابعاد اسمی استفاده کرد. سازگاری در عرض دارای الویت بعدی از نقطه نظر اقتصادی پس از عمق قرار می گیرد. سیستم های مدول تیرچه مثالی از استاندارد سازی و تکرار برای ساخت تیر و دال محسوب می شوند.
شکل6- تیرهای نواری و نازک. تیر نواری سکشن َA از تیر نازک و عمیق سکشن B اقتصادی تر است.
شکل7- ابعاد قالب بندی پیشنهادی برای تیر های عمیق
4.4 ماهیچه های تیر:
هنگامی که ماهیچه های تیر مورد نیاز است، استاندارد سازی ابعاد مسئله ای مهم به شمار می رود. همان طور که در شکل 8 نشان داده شده است، استاندارد سازی ابعادی x، y و z اجازه می دهد تا در صورت نیاز عرض ستون بدون نیز به ساخت قالب های جدید، تغییر کند.
شکل8- ماهیچه های تیر a-پلان(نما) b-سکشن(مقطع)
4.5 تیر های محیطی(تیر های کناری یا پیشانی):
تیر های تخت که دارای عرض یکسانی با کف هستند، هزینه کمتری نسبت به تیر های عمیق را تحمیل می کنند. دقت شود که هر چقدر تیر عمیق تر و باریک تر باشد، هزینه ساخت آن بیشتر است. مضاف آن که، تیر های محیطی عمیق، استفاده از سیستم های قالب لغزان را محدود می کند. قالب بندی ستونی که یک تیر محیطی عمیق و باریک بر آن تکیه دارد کاملا گران است.(شکل 9 قسمت c)
در شکل 9 قسمت A یک راه حل کاملا اقتصادی دیده می شود. در صورتی که تیر های عمیق برای طراحی قاب خمشی یا قاب لوله‌ای مورد نیاز باشد، عرض تیر یکسان با عرض ستون منجر به حذف فصل مشترک تیر/ستون خیلی گران می شود. به طور مشابه دیوار های دست انداز که به عنوان تیر طراحی می شوند دارای هزینه قالب بندی کمتری نسبت به تیر های عمیق زیر دال می باشد. به مقطع B شکل 9 دقت شود. پیشنهادات دیگر برای قاب بندی کف ها و دیوار ها در شکل 10نشان داده شده است.
شکل9- قالب بندی تیر های محیطی. قاب بندی نازک و عمیق تیر های محیطی در ستون ها منجر به قالب بندی گران تری می شود.
شکل 13- پیشنهاداتی برای قاب بندی اقتصادی. a- استفاده از واحد های موضعی موجود b- تراز(زیرین) سقف در یک تراز نگاه داشته شود. c- پله(گام) دیوار ها مطابق با شکل انجام شود.
5. تدابیر طراحی اعضا عمودی
هزینه قالب بندی المان های سازه ای عمودی همچون دیوار ها، ستون هاو هسته های آسانسور و پلکان عموما نسبت به قالب بندی اعضا افقی کمتر است. تنها در ساختمان های بسیار بلند، مولفه های عمودی ثقلی و لرزه ای دارای هزینه بیشتری سیستم های قاب بندی کف هستند. دیوار ها به عنوان بهترین نماینده در ترکیبی از چندین کاربرد سازه ای در یک المان واحد محسوب می شوند. به طور مثال، حفاظ کشی در برابر آتش برای شفت های پلکان و آسانسور، ستون ها برای تکیه گاه های عمودی و مهاربندی افقی برای بار های جانبی می تواند در یک دیوار ترکیب شود.
نواحی هسته برای آسانسور ها و پلکان در صورتی که ملاحظات اقتصادی قالب بندی در نظر گرفته نشود، کاملا گران خواهد بود. در یک حالت حدی، هسته تنها نیازمند نیروی کار بیشتری از سایر قسمت های کف می باشد. اقتصاد قالب بندی در اینجا بر مبنای یک استراتژی ساده حاصل می شود: تا جایی که امکان دارد از ایجاد پیچیدگی در پیکر بندی هسته کاهش داد.
در صورتی که طراحی مطابق با اصول زیر باشد، هسته دارای هزینه ساخت کمتری خواهد بود:
– شکل متقارن، راست خط و بدون زوایای تند باشد.
– تعداد بازشو های کف حداقل باشد.
– باز شو های کف و دیوار دارای اندازه و محل ثابت در هسته باشد.
– الگوی قاب بندی هسته برای دیوار ها وکف ها تا آن جا که ممکن است در طبقات تکرار شود.
گزینه استفاده از سیستم های قالب بندی کف با بازدهی بالا همچون قالب های لغزان ممکن است توسط طراحی های ستون های خاص جلوگیری شود. بنابراین، استراتژی ستون ها دارای اثرات جدی نه تنها بر روی هزینه ستون هاست، بلکه بر روی تمامی هزینه و بازدهی قالب ها موثر است. برای افزایش بازدهی 4 جنبه طراحی ستون به شرح زیر دارای اهمیت بالایی است:
1. اندازه ستون– هر چقدر که تغییرات اندازه ستون ها کمتر باشد، هزینه قالب بندی ستون ها کمتر است. برای جبران افزایش بار، افزایش مقاومت بتن و یا ارماتور ها بر افزایش اندازه ستون ها اهمیت بیشتری دارد. در صورت استفاده از قالب های دستی سنتی (handset) افزایش یک راستا در آن واحد دارای بازدهی بیشتری است و برای قالب های پیوسته(ابر قالب ها) (gang forms) افزایش هر دو راستا دارای بازدهی بیشتری است.
2. راستای ستون– ستون هایی که از راستای تعیین شده خارج می شوند، در محل اشتراک خود با قاب بندی افقی منجر به وجود شکاف عمده در قالب بندی می شوند.
3. چهارچوب ستون– استفاده از الگوی یکنواخت و متقارن ستون استفاده از سیستم های با بازدهی بالا را همچون قالب های لغزان(قالب های پرنده) و یا ابر قالب ها را برای سیستم سازه ای ممکن می سازد. در صورتی که از موقعیت پراکنده و نامنظمی برای ستون ها استفاده شود استفاده از از این سیستم های با بازدهی اقتصادی بالا ناممکن می شود. حتی در سیستم های قالب دستی سنتی نیز انتخاب ستون های یکنواخت منجر به شتاب قابل ملاحظه ای در عملیات ساخت می شود.
4. فصول مشترک ستون/کف– سر ستون ها (کتیبه ها)به ویژه در حالتی که مخروطی باشند نیازمند نیروی کار و مصالح بیشتری است. بهترین روش اجتناب از آن ها توسط به کارگیری ارماتور برشی و یا استاد ریل ها (stud rails)در درون دال است. در صورتی که این مسئله امکان پذیر نباشد، قاب های آویز مستطیلی با آویزی معادل با ابعاد الوار قرار گرفته در بالای ستون ها دستاورد یکسان سازه ای مشابه با سرستون ها را با هزینه بسیار کمتری دارند.
5. ضخامت دیوار– هنگام طراحی دیوار می بایست ارزیابی و صحت سنجی کاملی انجام پذیرد. دلایل استفاده از ضخامت ثابت دیوار شامل استفاده مکرر از قالب های استاندارد، طول خاموت و آهن آلات می شود. اگر چه در ساختمان های بلند دلایلی از جمله تراکم و انباشتگی بارهای ثقلی برای تغییر ضخامت دیوار وجود دارد. بنابراین هنگامی که ضخامت دیوار تغییر می کند گام ها فزاینده 5 سانتی متری و 10 سانتی متری دارای بیشترین بازده هستند. مضاف آن که، گام ها می بایست تنها بر روی وجوه هسته های آسانسور و پلکان طراحی شود.
دپارتمان سازه سامانه کارگشا
مطلب مورد تایید انجمن (ICC(International code council می باشد.
برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در موارد ذیل ، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی سازه ثبت نمایید.
