آنچه باید در ساختن خانه ها بدانیم

مقاومتهر سازه در برابر زلزله به دو عامل اساسی بستگی دارد: یکی نوع ساخت سازه وبه کارگیری اصول و قوانین مهندسی در طراحی و اجرای آن و دیگری بزرگی وقدرت زلزله
در سالهای اخیر از طریق رسانه های گروهی هر چند وقت یک بارخبری در مورد روش های ابداعی مهندسان سازه برای مقاوم سازی ساختمان ها یاساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله شنیده می شود؛ شیوه هایی مثل قراردادن ساختمان روی بلوک های لغزشی، حفر کانال های بسیار بزرگ در اطراففونداسیون ها (پی ها)، معلق کردن ساختمان از زنجیر(!)، آویزان کردن پاندولهای بزرگ از سقف و…. نکته قابل تامل در مورد این راهکارها، تقریبا غیرعملی بودن آنها با توجه به وضعیت ساخت وساز در کشوری مثل ایران آنهم درمقیاس وسیع است. البته نه تنها در ایران بلکه در اکثر کشورها این کار تاحدود زیادی نشدنی است و اگر هم قابلیت اجرایی داشته باشند بسیار هزینه بربوده، برای تمام ساختمان ها قابلیت اجرایی ندارند. در کنار این روش ها،کارهایی مثل استفاده از جدا سازها، میرا کننده ها و جذب کننده های انرژی (قرار دادن فنرهای پلاستیکی ویژه یک یا چند لایه در پی ساختمان) برای کاهشخسارات و تلفات، عملی تر به نظر می رسد.

بقیه در ادامه مطلب ……

آنچه باید در ساختن خانه ها بدانیم

مقاومتهر سازه در برابر زلزله به دو عامل اساسی بستگی دارد: یکی نوع ساخت سازه وبه کارگیری اصول و قوانین مهندسی در طراحی و اجرای آن و دیگری بزرگی وقدرت زلزله
در سالهای اخیر از طریق رسانه های گروهی هر چند وقت یک بارخبری در مورد روش های ابداعی مهندسان سازه برای مقاوم سازی ساختمان ها یاساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله شنیده می شود؛ شیوه هایی مثل قراردادن ساختمان روی بلوک های لغزشی، حفر کانال های بسیار بزرگ در اطراففونداسیون ها (پی ها)، معلق کردن ساختمان از زنجیر(!)، آویزان کردن پاندولهای بزرگ از سقف و…. نکته قابل تامل در مورد این راهکارها، تقریبا غیرعملی بودن آنها با توجه به وضعیت ساخت وساز در کشوری مثل ایران آنهم درمقیاس وسیع است. البته نه تنها در ایران بلکه در اکثر کشورها این کار تاحدود زیادی نشدنی است و اگر هم قابلیت اجرایی داشته باشند بسیار هزینه بربوده، برای تمام ساختمان ها قابلیت اجرایی ندارند. در کنار این روش ها،کارهایی مثل استفاده از جدا سازها، میرا کننده ها و جذب کننده های انرژی (قرار دادن فنرهای پلاستیکی ویژه یک یا چند لایه در پی ساختمان) برای کاهشخسارات و تلفات، عملی تر به نظر می رسد.

باتوجه به توضیحات فوق، در حال حاضر بهترین راه حل یافتن شیوه هایی برایبهبود روند ساختمان سازی کنونی است. یعنی با تغییراتی چند در روش هایاجرایی و صد البته با انجام کارها بر اساس ضوابط و آئین نامه ها از ابتداتا اتمام کار اجرایی پروژه ها، می توان به نتایج بسیار بهتری دست یافت.
مقاومت هر سازه در برابر زلزله به دو عامل اساسی بستگی دارد: یکی نوع ساخت سازه و به کارگیری اصول و قوانین

مهندسی در طراحی و اجرای آن و دیگری بزرگی و قدرت زلزله.

نوع، کمیت و کیفیت مصالح
ازاین دیدگاه ساختمان ها به طور کلی به چهار دسته ساختمان های فولادی، بتنی،ساختمان های با مصالح بنایی (آجری) و ساختمان های چوبی تقسیم می شوند. باتوجه به کاربرد بیشتر و به روز بودن ساخت سازه های بتنی و فولادی در عصرحاضر، قوانین موجود در زمینه ساخت این دو نوع سازه را بیشتر مورد بحث وبررسی قرار می دهیم. سازه های بتنی و فولادی اگر براساس اصول مهندسی وضوابط و آئین نامه های اجرایی موجود ساخته شوند، تفاوت آنچنانی از نظرمقاومتی با هم ندارند. با یادآوری این نکته که، فولاد در برابر حرارت ومواد شیمیایی نسبت به بتن مقاومت کمتری دارد (آتش سوزی و ذوب شدن، زنگزدگی، پوسیدگی و…). در زلزله هر چه اعضای سازه شکل پذیرتر و انعطافپذیرتر باشند، خسارات مالی و جانی وارده کمتر خواهدبود. برای این کار بهتراست از فولاد کم کربن، جوش پذیر و دارای شکل پذیری بالا استفاده شود. البته صرفا فولادی بودن یک سازه تضمینی بر مقاومت آن در برابر زمین لرزهنیست. به عنوان مثال برج ۲۰ طبقه
Pinot Suarez که یک برج فولادی بود درزلزله سال ۱۹۸۵ مکزیکوسیتی، کاملا فرو ریخت. بنابراین مقاومت بالای سازههای فولادی مستلزم اجرای اتصالات و جوش ها و سایر مولفه های اجرایی آنها،به طور کاملا علمی و فنی و بر اساس آئین نامه های ملی و بین المللی موجوداست.

باد بندها
در ساختمان هایفولادی، بادبندها بعد از تیر و ستون و در موقع زلزله و باد حتی می توانگفت بیش از آنها دارای اهمیتند و عامل بسیار مهمی برای مقاومت در برابرزلزله و بارهای جانبی دیگرهستند. انواع باد بندهای هم مرکز و خارج ازمرکز، به اشکال مختلف vو v معکوس و ضربدری (X) مورد استفاده قرار میگیرند. بادبندهای X برای مقابله با باد کاربردی ترند تا در برابر زلزله ودر برابر بارهای متناوب از شکل پذیری کمتری برخوردارند، زیرا که در ایننوع بادبندها در هنگام وارد شدن نیروهای جانبی، همواره یک عضو مورب آن درکشش و دیگری در فشار است و این باعث شکست آنی یا اصطلاحا شکست ترد می شود . طراحی و اجرای بادبندها باید با نهایت دقت و بر اساس اصول و قوانینمهندسی خصوصا در مورد محل قرارگیری خود بادبندها، نوع و اندازه پروفیلمصرفی، مقدار و نوع و طول جوش ها، نوع درز جوش و… صورت گیرد.

تیر و ستون های بتنی
بتنمسلح بتنی است که در آن برای مقاومت و شکل پذیری بیشتر در قدیم از مواد والیافی طبیعی مثل موی اسب، بز و در عصر حاضر از فولاد (اکثرا میلگرد یاسیم های ضخیم و…) یا از الیاف مصنوعی استفاده می شود. در اجرای این نوعاعضا رعایت نکات زیر الزامی است:
بکار بردن میزان آرماتور در حد موردنیاز طبق نقشه نه بیشتر و نه کمتر، فاصله گذاری مناسب بین آرماتورها، عدماستفاده از میلگردها و مسلح کننده های زنگ زده و آغشته با گرد و خاک یا هرماده دیگر، برس کشیدن آرماتورها قبل از بتن ریزی و تمیز کردن آنها،استفاده از بتن با عیار (مثلا بتن با عیار ۳۵۰ یعنی بتنی که در هر مترمکعب آن که در حدود ۴/۲ تن وزن دارد میزان سیمان مصرفی ۳۵۰ کیلوگرم است) سیمان خواسته شده طبق نقشه اجرایی، رعایت زمانبندی بتن ریزی، استفاده ازسیمان با تیپ بندی متناسب با شرایط محیطی محل احداث سازه و نیز متناسببامقاومت خواسته شده، استفاده از سنگدانه ها (شن و ماسه )با دانه بندیمناسب و درصد اختلاط صحیح و نهایتا استفاده از آب مناسب بتن ریزی. زیرا هرآبی که املاح آن از حد طبیعی بیشتر یا کمتر باشد برای بتن ریزی مناسب نیستو بتن ساخته شده با آن مقاومت مطلوب را نخواهد داشت. بهترین آب برای ساختبتن، آب آشامیدنی و قابل شرب است.

یک بتن ایده آل
بتنمصالحی است متشکل از سنگدانه (شن وماسه حدودا ۷۰ درصد) و مابقی آب و سیماناست. بتن بعد از ۲۸ روز به حدود ۹۰ درصد از مقاومت نهایی خود
می رسد و هر آن به مقاومت آن افزوده می شود تا به مقاومت کامل خود برسد.
برایدستیابی به یک بتن ایده آل باید نسبت آب به سیمان مناسب بوده، دانه بندیاستاندارد و مقاومت و سختی کافی سنگدانه ها (شن وماسه) و مخلوط کردن آنهابا نسبت های تعیین شده نیز باید بر اساس
دستور العمل های موجود باشد. استفاده از نوع سیمان (تیپ ۱،۲، ۳، ۴،۵، ضد سولفات) متناسب با شرایط محیطیو مقاومت مورد نیاز مهمترین عامل در کیفیت بتن است، متراکم کردن کامل وهواگیری بتن در هنگام بتن ریزی به کمک لرزاندن بتن در مدت زمان معین برایخروج آب و حباب اضافی بتن و جلوگیری از تخلل (حفره حفره شدن) بتن و درنتیجه کاهش مقاومت آن بعد از گیرش بتن نتیجه ای بی نقص را به همراه خواهدداشت.

شکل هندسی نقشه ساختمان
یکسازه مقاوم در برابر زلزله دارای نقشه ساده، متقارن وبدون کشیدگی درسطح(پلان) و ارتفاع (نما و مقاطع عرضی) است؛ چنین سازه ای دارای توزیعمقاومت یکنواخت و پیوسته بوده، در برابر زلزله
مقاوم تر است. هرچه نقشهیک ساختمان ساده تر باشد، باعث قدرت بیشتر مهندسان در درک رفتار لرزه ایسازه از یک طرف و از جهت دیگرکسب اطلاعات بیشتری از رفتار دینامیکی (حرکتی) اتصالات آن می شود. بهترین شکل پلان به صورت مربع یا اشکال منظمهندسی نزدیک به آن (مثلا مستطیلی) است. نقشه های دایره ای هم مناسبند. نقشه هایی که شمای کلی آنها بصورت (L – صلیبی – U – H -T) هستند، نامناسببوده، محاسبات این سازه ها که دارای نقشه های کشیده هستند، پیچیده تر ازدیگر ساختمان هاست ..و حتما باید از درز زلزله استفاده شود

ارتفاع ساختمان
نسبتارتفاع (h ) به عرض (b) ساختمان نباید از ۴ تجاوز کند. اگر این نسبت بین ۴تا ۶ باشد حالت بحرانی داشته، هر چه این نسبت بیشتر شود احتمال واژگونی واز جا کنده شدن ساختمان وجود دارد. حتی الامکان باید سعی شود که تمامطبقات دارای ارتفاع یکسان و یکنواخت بوده و در ساختمان طبقات با ارتفاعغیر معمول کوتاه یا بلند نداشته باشیم. پرهیز از داشتن
تراز های دوقسمتی در ساختمان و ساخت باز شوها در دیافراگم ها (منظور از دیافراگم صفحهای است فرضی که نقاط مقاوم را به هم متصل می کند تا به صورت یکپارچه عملکرده و در برابر نیروها مقاومت کنند. عمده ترین دیافراگم ها در ساختمان هاسقف طبقات هستند که باعث عملکرد همزمان و هم جهت تیر ها و ستون ها و بهطور کلی عمل کردن همزمان تمام اجزای طبقه و نهایتا کل سازه می شوند) نیزامری ضروری است.

شرایط زمین محل احداث
اگرناگزیر به ساخت در یک زمین با نقشه نامنظم باشیم، با ایجاد درز انقطاع (جدا کننده) با عرض مناسب پلان را به شکل های منظم هندسی تقسیم می کنیم تاهم اجرا راحت و اصولی تر باشد و هم از
ضربه زدن ساختمان های مجاور بههمدیگر در هنگام زلزله جلوگیری شود. دوری از احداث سازه روی سطوح شیب داریا تپه ها، از مواردی است که می تواند ما را به ساخت سازه ای مقاوم رهنمونشود. البته ساخت وساز در اینگونه مکان ها هم ضوابط خاص خود را دارد ‍؛ ازجمله قرار دادن عناصر مقاوم مرکز سختی در پایین شیب.

پی سازی
اجرایفونداسیون ساختمان باید به طور کاملا فنی و دقیق روی زمین با مقاومت کافیو کنترل شده، باخاک کاملا متراکم و دارای دانه بندی و جنس مطلوب باشد، تااحیانا مسئله نشست و لغزش در پی رخ ندهد. به جرات می توان گفت که خرابی درفونداسیون ساختمان ها، همواره به سبب گسیختگی خاک زیر آن صورت
می گیردو واژگونی در اثر بلندشدن پی بندرت پیش می آید.در انتها، شایان ذکر اینکه،اگرچه ممکن است برای مالکان ،پیمانکاران ، سازندگان و شرکت های بیمه ازنظر هزینه های اجرایی، تفاوت چندانی بین فروریختن کامل یا آسیب دیدگی جزئیسازه وجود نداشته باشد که منجر به عدم کارایی آن شده که نیاز به تخریبکامل و جایگزینی داشته باشد، ولی برای ساکنان ساختمان ها این تفاوت بسیارحیاتی و در واقع مرز بین زندگی و مرگ است.
بنابراین، رعایت نکات فوق هرچندکه نتواند مانع آسیب دیدگی جزئی ساختمان ها شود ولی، اگر از تخریب صددر صد آنها جلوگیری کند، در این صورت بازهم در کارمان موفق بوده ایم و تاحدودی به اهدافمان رسیده ایم…. ولی مسلم بدانید که، در پیش گرفتن مسیررعایت قوانین و مقررات و بندهای آئین نامه های اجرایی به یک جا ختم می شودو آن جایی است که با ساخت سازه های مقاوم در برابر زمین لرزه و سایرنیروهای خارجی و داخلی وارد بر ساختمان ها، تلفات و خسارات جانی و مالی،تا حد بسیار زیادی کاهش پیدا خواهد کرد…، امید آن داریم که چنین شود.

منبع : www.saze20.ir

کاربرد مواد نانو در صنعت بتن

مقدمه

مواد نانو به عنوان موادی که حداقل یکی از ابعاد آن ( طول ، عرض ، ضخامت ) زیر nm100 باشد تعریف شده اند. یک نانومتر یک هزارم میکرون یا حدود ۱۰۰۰۰۰ برابر کوچکتر از موی انسان است. به طور کلی در یک تقسیم بندی عمومی ، محصولات نانو مواد را می توان به صورت های زیر بیان کرد :

– فیلم های نانو لایه برای کاربردهای عمدتا” الکترونیکی – نانو پوشش های حفاظتی برای افزایش مقاومت در برابر خوردگی ، حفاظت در برابر عوامل مخرب محیطی – نانو ذرات به عنوان پیش سازنده یا اصلاح ساز پدیده های شیمیایی و فیزیکی – نانو لوله ها منظور از یک ماده نانو ساختار یا واضح تر یک بدنه نانو ساختار جامدی است که در آن انتظام اتمی ، اندازه کریستالهای تشکیل دهنده و ترکیب شیمیایی در سراسر بدنه در مقیاس چند نانو متری گسترده شده باشد.

بقیه در ادامه مطلب ……

خواص فیزیکی و شیمیایی مواد نانو ( در شکل و فرم های متعددی که وجود دارند از جمله ذرات ، الیاف ، گلوله و … ) در مقایسه با مواد میکروسکپی تفاوت اساسی دارند. تغییرات اصولی که وجود دارند نه تنها از نظر کوچکی اندازه بلکه از نظر خواص جدید آنها در سطح مقیاس نانو می باشد .

هدف نهایی از بررسی مواد در مقیاس نانو ، یافتن طبقه جدیدی از مصالح ساختمانی با عملکرد بالا می باشد ، که آنها را می توان به عنوان مصالحی با عملکرد بالا و چند منظوره اطلاق نمود. منظور از عملکرد چند منظوره با ظهور خواص جدید و متفاوت نسبت به خواص مواد معمولی می باشد به گونه ای که مصالح بتوانند کاربدهای گوناگونی را ارائه نمایند. در مطلب بعدی که خواهد آمد مواد نانو ساختاری معرفی خواهند شد که با توجه به نوظهور بودن چنین موادی می توانند تحولی شگرف در صنعت ساختمان سازی و صنایع وابسته به آن ایجاد کنند.

۱-     مواد نانو کمپوزیت

  مواد نانو کمپوزیت بر پایه پلیمر ( ماتریس پلیمری ) اولین بار در سالهای ۷۰ معرفی شده اند که از تکنولوژی سول – ژل ( Sol-Gel ) جهت انتشار دادن ذرات نانو کانی درون ماتریس پلیمر استفاده شده است . هرچند تحقیقات انجام شده در دو دهه گذشته برای توسعه تجاری این مواد توسط شرکت تویوتا در ژاپن در اواخر سالهای ۸۰ صورت گرفته است ، ملی رشته نانو کمپوزیت پلیمر هنوز در مرحله جنینی و در آغاز راه است. در این شرایط نانو آلومینا ، بهترین ساختار نانوئی است که افق جدیدی را در صنعت سرامیک نوید می دهد. زیرا کاربرد این مواد پدیده ای است که از نظر مکانیکی ، الکتریکی و خواص حرارتی بطور مناسب دارای تعادل بوده و در رشته های مختلف کاربرد دارد. از جمله می توان به چند نمونه اشاره کرد : تکنولوژی نانو فلز آرتوناید که اخیرا” بطور تجاری ، الیاف نانویی آلومینا ، انقلابی در رشته سرمیک بوجود آورده است . ذرات نانویی غیر فلز مانند سیلیکا ، نانو زیرکونیا و مواد دیگر اصلاح کننده سرامیک ها می باشد.

۲-     بتن با عملکرد بالا  HPC

  یکی از چالشهایی که در رشته مصالح ساختمانی بوجود آمده است ، بتن با عملکرد بالا می باشد. این نوع بتن مقاوم یکی اانواع مصالح کامپوزیت بوده و از نظر دوام جزو مصالح کامپوزیت و چند فلز مرکب و پیچیده می باشد. خواص ، رفتار و عملکرد بتن بستگی به نانو ساختار ماده زمینه بتن و سیمانی دارد که چسبندگی ، پیوستگی و یکپارچگی را بوجود می آورد.

بنابراین مطالعات بتن و خمیر سیمان در مقیاس نانو برای توسعه مصالح ساختمانی جدید و کاربرد آنها بسیار حائز اهمیت می باشد.

روش معمولی برای توسعه بتن با عملکرد بالا اغلب شامل پارامترهای مختلفی اتز جمله طرح اختلاط بتن معمولی و بتن مسلح با انواع الیاف می باشد . در مورد بتن به طور خاص ، علاوه بر عملکرد با دوام و خواص مکانیکی بهتر ، بتن با عملکرد بالای چند منظوره خواص اضافه دیگری را  دارا می باشد. از جمله می توان به خاصیت الکترومغناطیسی، قابلیت به کارگیری در سازه های اتمی ( محافظت از تشعشعات ) و افزایش موثر بودن آن در حفظ انرژی ساختمانها و … را نام برد.

۳-    نانو سیلیس آمورف

         در صنعت بتن ، سیلیس یکی از معروفترین موادی است که نقش مهمی در چسبندگی و پرکنندگی بتن با عملکرد بالا ایفا می کند.

محصول معمولی همان سیلیکافیوم یا میکروسیلیکا می باشد که دارای قطری در حدود ۰٫۱ تا ۱ میلی متر می باشد و دارای اکسید سیلیس حدود ۹۰% می باشد. می توان گفت که میکروسیلیکا محصولی است که در محدوده بالای اشل اندازه نانومتر جهت افزایش عملکرد کامپوزیت مواد سیمانی به کاربرده می شود.

محصول نانو سیلیس متشکل از ذراتی هستند که دارای شکل گلوله ای بوده و با قطر کمتر از nm 100 یا بصورت ذرات خشک پودر یا به صورت معلق در مایع محلول قابل انتشار می باشد ، که مایع آن معمول ترین نوع محلول نانو سیلیس می باشد ، این نوع محلول در آزمایشات مشخص در بتن خود تراکم SCC به کارگرفته شده است . نانو سیلیس معلق کاربردهای چند منظوره از خود نشان می دهد مانند : خاصیت ضد سایش – ضد لغزش – ضد حریق – ضد انعکاس سطوح

آزمایشات نشان داده اند که واکنش مواد نانو سیلیس با هیدرواکسیدکلسیم در مقایسه با میکروسیلیکا بسیار سریع تر انجام گرفته و مقدار بسیار کم این مواد همان تاثیر پوزولانی مقدار بالای میکروسیلیکا را در سنین اولیه دارا می باشد. تمام کارهای انجام یافته برروی کاربرد مواد نانو سیلیس کلوئیدی در بخش اصلاح خواص ریولوژی ، کارپذیری و مکانیکی خمیر سیمان بوده است . آنچه که در اینجا مطرح است نتایج اولیه محصولات نانو سیلیس با قطری در محدوده ۵ تا ۱۰ نانومتر می باشد.

۴-    نانو لوله ها

   همانگونه که در مقدمه مقاله مطرح شد معمولا” الیاف برای مسلح کردن و اصلاح عملکرد مکانیکی بتن بکار برده می شود. امروزه از الیاف فلزی ، شیشه ای ، پلی پروپلین ، کربن و … در بتن برای مسلح کردن استفاده می شود ولیکن تحقیقات روی بتن مسلح شده توسط نانو لوله کربنی انتشار نیافته است تا بتوان از نتایج آن برای مسلح کردن بوسیله نانو لوله ها استفاده کرد.

نانو لوله کربنی توسط LUIMA در سال ۱۹۹۱ کشف شده است و کارهای بسیاری بر روی ساختار نانو در بخش فیزیک کوانتوم انجام یافته است بطوریکه تحقیقات نوین بر روی تکنولوژی و مهندسی نانو در سطح جهانی نقش اساسی و اصلی بازی می کند. کربن ۶۰ و نانو لوله های نوین دارای ساختاری هستند که آنها را از فولاد قوی تر و بسیار سبک می کند بطوریکه می توانند خمیدگی و کشش را بدون شکستن تحمل نمایند و در آینده جایگزین الیاف کربن خواهند شد که در کامپوزیت ها به کار برده می شوند.

نانو لوله ها با توجه به تحقیقات انجام شده در مرکز تحقیقات بتن ( وابسته به موسسه ACI شاخه ایران ) ، دارای مقاومت کششی بیش از هر نوع الیاف بتنی شناخته شده می باشند و نیز نانو لوله ها خواص ویژه قابل ملاحظه حرارتی و الکتریکی از خود نشان می دهند. بطوریکه هادی بودن  حرارت آنها بیش از دو برابر الماس و هادی بودن الکتریکی آنها در حدود ۱۰۰۰ برابر فلز مس می باشد.

نانو لوله ها طبقه بندی جدیدی از محصولات می باشند که انقلابی جدید در زمینه مصالح و مواد پیشرفته را بوجود آورده اند. یک نسل جدید از نانو کامپوزیت های چند منظوره می توانند به عنوان نانو لوله های کربنی در نقش الیاف مسلح کننده مناسب آن مواد مورد استفاده قرار گیرند. بنابرین نانو لوله های کربنی از اجزای کلیدی بدست آوردن هدف اصلی ذکر شده در فوق بهنوان مصالح ساختمانی با عملکرد بالای چند منظوره را بازی می کنند.

منبع : www.saze20.ir