دفترچه محاسبات فولاد و بتن
بیشتر دانشجویان مقطع کارشناسی مهندسی عمران که ترم‌های پایانی خود را سپری می‌کنند و باید واحدهای پروژه فولاد و پروژه بتن را بگذرانند، برای نوشتن دفترچه محاسبات پروژه نگرانی زیادی دارند. بخشی از این نگرانی بخاطر عدم تسلط بر نرم‌افزارهای تحلیل و طراحی و قسمتی از آن هم ناشی از محاسبات دستی و تهیه دفترچه محاسبات پروژه است. ما در این مطلب سعی خواهیم کرد که شما را با روند تهیه دفترچه محاسبات و قسمت‌های مختلف آن آشنا کنیم، به امید اینکه بتواند به شما دانشجویان عزیز که در شرف فارغ التحصیلی هستید کمک کند.
دفترچه محاسبات شامل چه مطالبی است؟
به طور کلی دفترچه محاسبات پروژه های دانشجویی از 5 بخش تشکیل می‌شود:
بخش اول – معرفی پروژه
بخش دوم – بارگذاری سازه
بخش سوم – تنظیمات مهم نرم‌افزاری
بخش چهارم – نتایج نرم‌افزار و کنترل‌های سازه
بخش پنجم – طراحی دستی اعضا
در این مطلب درباره بخش اول و دوم صحبت می‌کنیم و سه قسمت بعدی را در یک مطلب دیگر شرح خواهیم داد.
معرفی پروژه
در اولین بخش از دفترچه محاسبات، شما باید مشخصات عمومی پروژه را برای استاد خود معرفی و تشریح نمایید. این مشخصات عمومی عبارت‌اند از:
- نقشه‌های معماری شامل پلان و نما (به‌طوری که تعداد طبقات، ابعاد پلان، ارتفاع طبقات و هر مشخصه دیگری که لازم است استاد راهنما از آن‌ها اطلاع داشته باشد را در بر گیرد)
- سایت پلان (وضعیت ساختمان‌های اطراف)
- نوع کاربری مد نظر طرح (مسکونی، تجاری، اداری، بیمارستان و…)
- سیستم سازه‌ای پروژه (سیستم‌های سازه‌ای موجود در استاندارد 2800)
- نوع سقف‌های مورد استفاده (دال بتنی، عرشه فولادی، تیرچه بلوک و…)
- نوع زمین پروژه (بر اساس استاندارد 2800)
پس از معرفی مشخصات عمومی، باید آیین‌نامه‌های مورد استفاده در پروژه خود را مشخص کنید. در پروژه‌های متعارف دانشجویی، این آیین‌نامه‌ها عبارت‌اند از:
- مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارد بر ساختمان)
- مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه)
- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی)
- استاندارد 2800 (آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله)
در قسمت بعدی باید به معرفی نرم‌افزار تحلیل و طراحی سازه و پی بپردازید، که معمولا نرم‌افزارهای Etabs و Safe می‌باشند. توصیه ما به شما این است که از آخرین نسخه‌های این نرم‌افزارها استفاده نمایید.
در آخرین قسمت از بخش اول باید مشخصات مصالحی که در نظر دارید در پروژه خود از آن‌ها استفاده کنید را معرفی کنید. در پروژه‌های معمول و رایج دانشجویی بتن مصرفی از نوع C25 و فولاد از نوع ST37 می‌باشد؛ مگر اینکه استاد مربوطه مصالح مصرفی دیگری را برای شما مشخص کند.
بارگذاری سازه
بارهای وارد بر سازه به دو بخش تقسیم می‌شود:
1- بارهای ثقلی
این بارها همان بارهای مرده و زنده هستند. مقدار بارهای مرده بر اساس جزئیات اجرایی سقف‌ها و دیوارها و مقدار بار زنده بر اساس کاربری قسمت‌های مختلف ساختمان (طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان) تعیین می‌گردد. بارگذاری به گونه‌ای است که بار دیوارها به صورت خطی (نیرو بر واحد طول) به تیر وارد شده و بار کف‌ها به صورت بار گسترده (نیرو بر واحد سطح) محاسبه شده و وارد می‌شوند.
بارهای مرده شامل موارد زیر می‌شود:
- دیوار پیرامونی نمادار
- دیوار پیرامونی فاقد نما
- سقف طبقات
- دیوار جان‌پناه
- راه‌پله
- دیوارهای جداکننده داخلی
مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، چنانچه وزن هر متر مربع دیوارهای جداکننده از 200 کیلوگرم بر متر مربع کمتر باشد، می‌توانیم آن‌ها را به عنوان بار زنده و به طور گسترده در کف طبقات پخش کنیم. اما اگر بیشتر از مقدار ذکر شده باشد، وزن آن باید به عنوان بار مرده در نظر گرفته شده و در محل واقعی خود اعمال گردد. حداقل بار معادل تیغه‌ها برابر 100 کیلوگرم بر متر مربع می‌باشد.
جزئیات بارگذاری دیوار نما را به عنوان نمونه در زیر می‌بینید که محاسبات آن (جدول مربوطه) در Excel انجام شده است.
به همین ترتیب برای سایر بارهای مرده در ابتدا جزئیات اجرایی و سپس محاسبات مربوط را در دفترچه محاسبات وارد می‌کنیم. برای انجام محاسبات مربوط به بار مرده می‌توانید از نرم‌افزار Excel و فرمول‌نویسی در آن استفاده نمایید. با این کار هم روند محاسبات شما سریع‌تر خواهد بود و هم ظاهر زیبایی به دفترچه محاسبات شما خواهد بخشید.
برای محاسبه بار زنده طبقات، باتوجه به کاربری‌های طبقات از جدول 6-5-1 مبحث ششم استفاده می‌کنیم. به عنوان مثال مقدار حداقل بار زنده گسترده یکنواخت برای طبقه بام بر اساس این جدول، مقدار 150 کیلوگرم بر متر مربع می‌باشد. در محاسبه بار زنده طبقه بام به خاطر داشته باشید که بار برف هم یک نوع بار زنده برای طبقه بام محسوب می‌شود؛ پس باید در این قسمت بار برف را نیز حساب کرده سپس بین بار زنده بام و بار برف مقدار حداکثر را به عنوان بار زنده به بام وارد کنیم.
2- بارهای جانبی
بارهای جانبی شامل بار زلزله و بار باد می‌باشد. در پروژه‌های دانشجویی که اغلب بلند مرتبه نیستند، بار زلزله از بار باد بسیار بزرگتر بوده و به عنوان بار بحرانی حاکم در محاسبات وارد می‌شود. اگر سیستم باربر جانبی سازه شما در هر دو جهت اصلی X و Y یکسان باشد، بار زلزله در دو جهت یکسان خواهد شد، در غیر این صورت باید بار زلزله را در هر دو جهت محاسبه کنید. به طور کلی مراحل این بخش به ترتیب زیر است و بهتر است به همین ترتیب در دفترچه محاسبات آورده شود:
- محاسبه ضریب زلزله در جهت X
- محاسبه ضریب زلزله در جهت Y
- محاسبه وزن موثر لرزه‌ای
- محاسبه نیروی زلزله در راستای X
- محاسبه نیروی زلزله در راستای Y
به یاد داشته باشید که نیروی زلزله حاصل از این بخش باید حدودا مقدار مشابهی با نیروی زلزله‌ای که از مدل نرم‌افزار بدست می‌آید، داشته باشد.
دوره‌های تخصصی مربوط به طراحی سازه‌های فولادی و بتنی را در مشاهده کنید:
«طراحی دستی سازه‌های بتنی»
«طراحی سازه‌های فولادی و بتنی توسط نرم‌افزارهای ETABS و SAFE»
«طراحی سقف‌های مجوف و دیوارهای برشی»
«طراحی اتصالات و کف‌ستون‌ها»