سیستم‌های سازه‌ای و معماری ساختمان (بخش دوم)

فونداسیون‌ها

پی گسترده

پی گسترده، پایه‌های بتنی ساده‌ای هستند که روی زمین برای حمایت از دیواره‌های فونداسیون بتنی یا تیرهای بالای آنها قرار می‌گیرند. این نوع پی‌هامعمولاً در سازه‌های ساده و کم ارتفاع استفاده می‌شوند و برای ساختمان‌های بلند یا شرایط خاک ضعیف یا ناپایدار مناسب نیستند. ساختمان‌های بلندتر (بیش از سه یا چهار طبقه در ارتفاع) فشارهای تک نقطه‌ای بزرگ‌تری ایجاد می‌کنند که معمولاً پایه‌های گسترده نمی‌توانند آن را تحمل کنند. خاک‌های ضعیف هم نمی‌توانند به‌طور ایمن پایه‌های گسترده را بدون نشست و ترک در خود نگه دارند.

شمع‌بندی

رایج‌ترین و یکی از بهترین جایگزین‌های پایه‌های گسترده، شمع‌ها هستند. شمع‌ها می‌توانند از چوب، فولاد یا بتن ساخته شوند و برای پشتیبانی از شرایط بارگذاری نقطه‌ای به داخل زمین فرو شوند. شمع‌های بتنی می‌توانند از پیش ساخته شده و با نیروی کوبنده به داخل زمین هدایت شوند یا می‌توانند قفسه‌هایی باشند که در جای خود سوراخ می‌شوند و با بتن و قفس‌های فولادی تقویت‌کننده پر شوند.

شمع‌ها به عنوان انواع اصطکاکی یا نقطه‌ای طبقه‌بندی می‌شوند. شمع‌های اصطکاکی بارهای خود را از اصطکاک ایجاد شده در امتداد سطح خود بین شمع و خاک‌های اطراف حمل می‌کنند. شمع‌های نقطه‌‌ای معمولاً روی لایه‌ای سفت از سنگ‌های شوره‌ای، سنگ‌های لبه‌تیز، شن یا سایر لایه‌های باربر قرار می‌گیرند که قادر به تحمل فشار واحد بزرگی هستند.

شمع ها معمولاً به صورت گروهی قرار می‌گیرند و با یک رویه بتنی سنگین پوشیده می‌شوند. برخی از شمع‌ها در هر گروه با زاویه کمی نسبت به عمود قرار می‌گیرند تا درگیری بیشتری با خمیر بتن را فراهم کنند. بنابراین ثبات بیشتری در هر گروه شمع ایجاد می‌شود. شمع‌ها توسط یک وزنه بزرگ در حال سقوط آزاد یا یک وزنه چکشی وارد خاک می‌شوند.

شمع‌های ریخته‌شده در محل (کایسون‌ها) با سوراخ کردن زمین و پر کردن آنها با بتن پس از رسیدن کف سوراخ به لایه باربری مناسب، ایجاد می‌شوند. قطر شمع‌ها از 12 اینچ تا پنج یا شش فوت متغیر است و گاهی اوقات به عمق 60 فوت می‌رسد. در خاک‌های رونده یا جاهایی که آب وجود دارد، حفاری شمع با یک پوشش فولادی پوشانده می‌شود و ممکن است با بیرون کشیدن دیواره فولادی، سوراخ با بتن پمپ شود.

شمع‌ها نسبت به پی‌های گسترده ساده گران‌تر هستند، اما گاهی اوقات توجیه می‌شوند زیرا پایه‌ها بخش مهمی از طراحی ساختمان هستند و باید تا پایان عمر ساختمان دوام بیاورند و بدون صرف هزینه هنگفت نمی توان آن را اصلاح، جایگزین یا حتی حفظ کرد. بنابراین، در طراحی کلی ساختمان موردی برای خطرکردن نباید وجود داشته باشد.

سیستم‌های کف

بتن یکپارچه

بسیاری از ساختمان‌های اسکلت بتنی دارای سیستم‌های کف بتنی هستند که به عنوان بخشی جدایی ناپذیر از سیستم کلی سازه در محل ریخته می‌شوند. به این سیستم بتن مسلح یکپارچه گفته می‌شود. سیستم‌های یکپارچه معمولاً جامد و پایدار هستند و منجر به کاهش مشکلات انتقال صدا و ارتعاش می‌شوند.

بتن پیش‌ساخته

بسیاری از شرکت‌ها واحدهای کف پیش‌ساخته را تولید می‌کنند که می‌توانند توسط جرثقیل حمل شوند و به تیرهای نگهدارنده متصل شوند. واحدهای پیش‌ساخته دارای مزایای نصب سریع در همه نوع آب و هوا، احتمال کنترل کیفیت بالاتر به دلیل رویکرد تولید مبتنی بر فروش و ویژگی‌های کاهش صدا مانند کف‌های بتنی یکپارچه هستند. برخی از واحدها پیش‌تنیده هستند و ممکن است دارای هسته‌های توخالی برای کاهش وزن کلی خود باشند. بتن پیش‌تنیده روش و محصولی است که برای غلبه بر ضعف طبیعی بتن در کشش استفاده می‌شود. می‌توان از این نوع بتن‌ها برای تولید تیرها، کف، یا پل‌هایی با دهانه بلندتر نسبت به بتن مسلح معمولی استفاده کرد. تاندون‌های پیش‌تنیدگی (معمولاً از کابل یا میله‌های فولادی با کشش بالا) برای ایجاد بار و تنش فشاری استفاده می‌شوند که تنش کششی حاصل از خمش بر بتن فشاری را جبران می‌کند. واحدهای پیش‌ساخته عموماً به اندازه بتن‌های درجا توانایی انعطاف در طراحی سازه‌های عجیب و غریب و باز‌شوهای ویژه در کف را ندارند.

سیستم فلزی

سیستم‌های فولادی شامل تیرچه‌های فولادی سبک وزن یا خرپاهایی هستند که عرشه فولادی به آنها جوش داده می‌شود. معمولاً مقداری سیم فولادی شبکه‌ای در بالای عرشه فولادی می‌گذارند و یک لایه نازک بتن روی آن ریخته می‌شود تا به استحکام و پایداری سیستم کلی اضافه کند، انتقال صدا و لرزش را کاهش دهد و مقاومت در برابر آتش را بهبود بخشد.

واحدهای فولادی را می توان به سرعت برپا کرد و معمولاً مقرون به صرفه تر از سیستم‌های بتنی هستند. بسیاری از عرشه‌های فولادی با محفظه یا سلول برای سیم‌کشی برق، کامپیوتر، تلفن و سایر تجهیزات طراحی شده‌اند.

سیستم‌های کامپوزیت (ترکیبی)

امروزه بسیاری از انواع سیستم‌های کف در بازار و در حال استفاده هستند. یکی از این سیستم‌ها، سیستم ترکیبی یا کامپوزیت نامیده می‌شود. زیرا از تیرهای فولادی برای تکیه‌گاه اصلی و یک کف بتنی که به عنوان یک سیستم سازه‌ای مرکب بر روی تیرها ریخته می‌شود، استفاده می‌کنند. بتن و فولاد به گونه‌ای طراحی شده‌اند که در ترکیب با یکدیگر به عنوان یک واحد مستقل برای حمل بارها عمل کنند. آنها با محکم کردن فلنج بالایی هر تیر بر روی دال بتنی عمل می‌کنند. این لنگر انداختن توسط یک سری گل میخ فولادی کنترل می‌شود که به فلنج بالایی تیر جوش داده شده و در هنگام ریختن دال در بتن محصور می‌شود. این نوع سیستم از نظر وزن سبک‌تر است اما تمام مزایای یک کف بتنی را فراهم می‌کند.

کف‌های کامپوزیت نیز می‌توانند با استفاده از تکنیکی مشابه، ساخته شوند. در این حالت، عرشه فولادی موجدار دارای پین‌هایی است که در فواصل مشخص به بالای عرشه جوش داده شده و سپس یک لایه سازه‌ای از بتن بر روی عرشه ریخته می‌شود. پین‌ها بتن را به عرشه می‌بندند. به طور معمول، بتن‌ریزی دوم، کف را تکمیل می‌کند که به آن لایه رویه می‌گویند و کف کامپوزیت را به ارتفاع نهایی خود می‌رساند.

به طور کلی، سیستم‌های کف حجیم‌تر، انتقال سر و صدا و ارتعاش را بیشتر کاهش می‌دهند، در حالی که طبقات سبک‌تر، صدا و ارتعاش را بیشتر منتقل می‌کنند. در برخی موارد، نیازهای طراحی خاص ممکن است توسط سیستم کف با تطبیق تجهیزات تخصصی متناسب با شرایط برآورده شود. ممکن است لازم باشد برخی تجهیزات را روی یک دال کف با طراحی دقیق فونداسیون و شمع همراه باشد.

منابع: www.appa.org