مقدمه
یکی از راهکارهای بهینه سازی سازه ها بکارگیری بتن پرمقاومت می باشد. برای سازندگان این سوال به طور قطع مطرح خواهد شد که افزایش بتن پرمقاومت چه مزیت زمانی-مالی برای ایشان خواهد داشت؟ آیا با بتن پرمقاومت می توان انتظار کاهش هزینه های میلگرد را داشت؟ آیا ابعاد اسکلت تغییری خواهد داشت؟ آیا تمهیدات خاصی جهت اجرای این نوع بتن نخواهیم داشت؟
در این مقاله قصد داریم اثر تغییر مقاومت فشاری بتن (نمونه استاندارد استوانه ای ۲۸ روزه) را در مقدار تغییر تناژ نهایی میلگرد به تیر و ستون ها و تغییر دریفت طبقات سازه بررسی کنیم.
مدل طرح
سازه مورد بررسی ۷ طبقه با کاربری های زیرزمین، تجاری و مسکونی می باشد. سازه نامنظم از لحاظ پلان و ارتفاع در نظر گرفته شده است. دلیل این انتخاب مشهودتر شدن اثر مقاومت مشخصه بتن بر سازه می باشد. سازه در پهنه خطر پذیری خیلی زیاد و با اهمیت متوسط و قاب خمشی متوسط لحاظ شده است.
اثر مقاومت بتن بر تناژ اسکلت
پس از طراحی مناسب سازه جهت اجرا، برای مقاومت بتن 30Mpa ،تناژ میلگرد مصرفی برای تیر وستون مطابق جدول زیر شد:
| COL30 – BEAM 30 | وزن میلگرد (تن) |
| COLUMN | ۲۲ |
| BEAM | ۳۹ |
جدول ۱
- عددهای مقاومت ۲۸ روزه بتن به طور اختصار جلوی BEAM/COLUMN آمده است.
حالت ۱:
در حالت اول مقاومت تیر ها مقدار ثابت و برابر ۳۰ مگاپاسکال در نظر گرفته شده است و فقط مقاومت ستون ها از ۳۰ به ۴۰ مگاپاسگال تغییر داده شد. با مقایسه جدول ۱ و ۲ ملاحظه می گردد که تناژ میلگرد ستون ها از ۲۲ به ۲۱ تن کاهش یافته است.
| COL40 – BEAM 30 | وزن میلگرد (تن) |
| COLUMN | ۲۱ |
| BEAM | ۳۹ |
جدول ۲
حالت ۲:
در این حالت، مقاومت بتن ستون ها ۳۰ مگاپاسکال ثابت ماند و تیرها از ۳۰ به ۴۰ مگاپاسکال افزایش داده شد. با مقایسه جدول ۱و۳ مشاهده می شود تغییری در تناژ میلگرد تیر بوجود نیامده است.
| COL30 – BEAM 40 | وزن میلگرد (تن) |
| COLUMN | ۲۲ |
| BEAM | ۳۹ |
جدول ۳
حالت ۳:
در این حالت، هردو مقاومت بتن تیر و ستون ها به ۴۰ مگاپاسکال افزایش داده شد. با مقایسه جدول ۱و۴ مشاهده می شود تغییری در تناژ میلگرد تیر بوجود نیامده و اثر کاهنده جزئی در ستونهابوجود آمده است.
| COL40 – BEAM 40 | وزن میلگرد (تن) |
| COLUMN | ۲۰ |
| BEAM | ۳۹ |
جدول ۴
نتیجه گیری
- افزایش مقاومت فشاری بتن تاثیری در کاهش تناژ میلگرد تیر ندارد اما در ریشو و تناژ میلگرد ستون ها تاثیر دارد و آن را کاهش می دهد.
- نسبت تنش ستون ها به طور متوسط ۱۰ درصد (به ازای ۱۰ واحد افزایش در مقاومت فشاری بتن) کاهش می یابد.
- افزایش مقاومت فشاری بتن ستون ها مشابه افزایش جاگذاری میلگرد می باشد.
نمودار شماره ۱
بررسی تاثیر مقاومت بتن در دریفت سازه
پس از طراحی مناسب سازه جهت اجرا، برای مقاومت بتن 30Mpa ، دریفت سازه مطابق جدول زیر شد:
| Col 30 – beam 30 | DRIFT |
| max drift x | ۰.۰۰۴۲ |
| max drift y | ۰.۰۰۴۵ |
جدول ۵
حالت ۱:
در حالت اول مقاومت بتن تیر ها ثابت و مقاومت بتن ستون ها ۱۰ Mpa افزایش یافت.
| Col 40 – beam 30 | DRIFT |
| max drift x | ۰.۰۰۴۰ |
| max drift y | ۰.۰۰۴۳ |
جدول ۶
با ملاحضه جدول ۵ و ۶ با افزایش مقاومت بتن ستون تا ۱۰ مگا پاسکال ( و ثابت ماندن مقاومت تیر) دریفت سازه به اندازه ۰.۰۰۰۲ کاهش یافت.
حالت ۲:
در این حالت مقاومت بتن ستون ها ثابت و مقاومت بتن تیرها ۱۰ Mpa افزایش یافت.
| Col 30 – beam 40 | DRIFT |
| max drift x | ۰.۰۰۳۸ |
| max drift y | ۰.۰۰۴۰ |
جدول ۷
حالت ۳:
در این حالت مقاومت بتن تیر و ستون ها ۱۰ Mpa افزایش یافت.
| Col 40 – beam 40 |
DRIFT |
| max drift x | ۰.۰۰۳۶ |
| max drift y | ۰.۰۰۳۹ |
جدول ۸
با افزایش مقاومت بتن تیر و ستون ها به مقدار ۱۰ مگا پاسکال دریفت سازه به میزان ۰.۰۰۰۶ کاهش می یابد.
نتیجه گیری
افزایش مقاومت فشاری بتن به مقدار ۱۰ مگاپاسکال بر خلاف وزن میلگرد که در تیرها تاثیری نداشت بر روی دریفت موثرتر از ستون می باشد. مشاهده می شود، در ستون ها به میزان ۰.۰۰۰۲ کاهش داریم و در تیر ها به میزان ۰.۰۰۰۴ و مجموع کاهش دریفت توسط تیر و ستون به اندازه ۰.۰۰۰۶ می باشد.
مثال :
در یک سازه با بتن مصرفی ۲۵ مگاپاسکال دریفت طبقه به مقدار ۰.۰۰۵ می باشد. حال برای حل این مشکل می توان مقاومت فشاری را به ۳۵ مگا پاسکال افزایش داد که در این صورت دریفت طبقه به اندازه ۰.۰۰۰۶ کاهش می یابد.
۰.۰۰۴۴=۰.۰۰۵-۰.۰۰۰۶
نمودار شماره ۲
افزایش مقاومت بتن از نظر قیمت تمام شده ناچیز می باشد. اما این پارامتر در کاهش دریفت و ابعاد ستون و کاهش تراکم میلگرد و سهولت اجرایی مزیت است.
نتیجه گیری نهایی
افزایش مقاومت بتن کارایی (روانی-اسلامپ) بتن را کاهش می دهد و بتن ریزی را سخت می کند. علاوه بر آن هزینه را افزایش می دهد. باید توجه داشت این افزایش، در هر جای سازه موثر و مناسب نیست.با توجه مطالب فوق، افزایش مقاومت در تیرها تاثیر زیادی بر دریفت سازه و در ستونها در مقاومت آنها می گذارد. در شرایطی که مشکل جوابگویی جابجایی سازه باشد می توان بتن تیرها را افزایش داد. در شرایطی که مسائل معماری، ابعاد کوچک ستون را تحمیل می کند، افزایش مقاومت ستون می تواند مقاومت ستون را افزایش دهد. افزایش بتن در تیرچه ها تاثیر گذار نمی باشد و در فونداسیون می تواند کمی نیروی پانچ و میلگردها را کاهش دهد.
