کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های بتنی ۱ ( از صفر تا صد شامل بارگذاری، تحلیل و طراحی با رویکردی نوآورانه )

کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های بتنی ۱
( از صفر تا صد شامل بارگذاری ، تحلیل و طراحی با رویکردی نوآورانه )
پیشگفتار کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های بتنی ۱
در سال‌های اخیر استفاده از نرم‌افزارهای رایانه‌ای طراحی ساختمان‌ها مانند Etabs ، Sap ، Safe بصورت گسترده در جامعه مهندسی کشور رواج یافته است. بسیاری از مهندسین علاقمند به حوزه طراحی نیز با تهیه کتاب و یا شرکت در دوره‌های آموزشی تلاش به گام نهادن در حوزه محاسبات سازه را دارند؛ ولی آیا هیچ گاه به این مسئله اندیشیده‌ایم که استفاده بدون آگاهی از این نرم‌افزارها چه خطرات جبران‌ناپذیری را به دنبال دارد؟ منظور از آگاهی چیست؟
آگاهی از نرم افزارها
آگاهی یعنی شناخت دقیق و تسلط کامل از نرم‌افزار مورد استفاده که شامل شناخت از نحوه کارکرد، روال تحلیل، تعریف روابط آیین‌نامه‌ای و در نهایت روشی که نرم‌افزار مورد نظر در معرفی المان‌ها و انجام محاسبات از آن بهره می‌گیرد. یک مهندس محاسب بایستی فرآیند کامل محاسبه سازه توسط برنامه را به خوبی درک نماید تا در مواجهه با نتایج غیرمعقول، بر اساس قضاوت مهندسی تصمیم صحیح را اتخاذ کند. این هدف میسر نمی‌شود مگر با اشراف بر محاسبات دستی.
در حقیقت مهندسانی که اختیار تصمیم نهایی را به کامپیوتر واگذار می‌کنند و در پی بررسی نتایج کامپیوتری با محاسبات و کنترل‌های دستی نیستند را می‌توان به اپراتورهایی تشبیه کرد که تنها برای کار با یک برنامه کامپیوتری تربیت شده‌اند. همان طور که ماشین حساب، حسابدار نیست و فقط باعث تسریع روند محاسباتِ حسابدار می‌شود؛ نرم‌افزار‌های طراحی سازه نیز مهندس طراح نیستند و بایستی به آن‌ها فقط به چشم یک یاری‌دهنده نگاه کرد.
نقش محاسبات دستی در مهندسی
محاسبات دستی در طول تاریخ مهندسی نقشی بی‌جایگزین را داشته و خواهد داشت و محاسبات و تحلیل‌های کامپیوتری تنها در جهت تسریع در مدلسازی و دریافت خروجی‌ها عمل می‌کنند.
در ضرورت تسلط بر محاسبات دستی به ذکر یک مثال می‌پردازیم. اگر در گذشته نه چندان دور (مثلا دهه شصت خورشیدی) بعنوان مهندس محاسب فعالیت داشتید و یک کارفرما برای یک ساختمان نه چندان پیچیده به شما مراجعه می‌­نمود، آیا قادر به انجام محاسبات ساختمان بصورت دستی بودید؟ چگونه به محاسبه‌ی این ساختمان در فقدان کامپیوتر و نرم‌افزارهای محاسباتی می‌پرداختید؟ اصلا تا به حال به این موضوع اندیشیده­‌اید که مهندسان قدیم چگونه سازه‌­ی ساختمان‌ها را محاسبه می‌کردند؟
در واقع جایگاه محاسبات دستی بقدری مهم است که امروزه نیز در بیشتر دانشگاه‌های معتبر دنیا دروس محاسباتی در مهندسی عمران بصورت دستی و بسیار سختگیرانه آموزش داده می‌شود. این در حالیست که شرکت‌های تجاری عموما نسخه‌ای از نرم‌افزارهای خود را به رایگان در اختیار این دانشگاه‌ها قرار می‌دهند.
محاسبات دستی ساختمان در مهندسی عمران (کارشناسی) تقریبا در دروس بارگذاری، ایستایی، تحلیل و طراحی خلاصه می‌شود که دانشجویان در آخرین سال تحصیل خود در درس پروژه ساختمان‌های بتنی و فولادی تمامی دروس فوق را به کار می‌گیرند تا بتوانند یک ساختمان بتنی و فولادی را از صفر تا ۱۰۰ به صورت دستی محاسبه کنند. یعنی دقیقا همان کاری که مهندسان پیشکسوت در قدیم و در نبود کامپیوتر انجام می‌دادند.
ولی از آنجایی که معمولا پروژه‌های دانشجویی بصورت رفع تکلیف انجام شده و اساتید امر در دوره تحصیل به دانشجویان چندان سخت نمی‌گیرند، متاسفانه این درس بسیار بسیار مهم با تساهل گذرانده می‌­شود؛ در حالیکه درس پروژه بعنوان جمع‌بندی و نتیجه سال‌های تحصیل یک دانشجو در رشته مهندسی عمران محسوب می‌­شود.
هدف اساسی کتاب محاسبات دستی ساختمان‌های بتنی ۱
هدف اساسی این کتاب، بیان روندی است که طراحی سازه‌ی یک ساختمان را از صفر تا صد در بر می‌گیرد. در این کتاب تمامی مراحل محاسبه سازه‌ی ساختمان (بارگذاری، تحلیل و طراحی) به صورت دستی انجام و سعی شده است در هر قسمت به اندازه کافی توضیحات لازم جهت درک بهتر مطالب ارائه شود و از مطالب اضافه و حاشیه‌ای پرهیز گردد. در برخی موارد لازم بوده است که عملیات دستی بصورت تکراری جهت فهم بهتر مطلب انجام شود و در بعضی موارد عمل تکرار بیهوده ارزیابی شده است که به آنها اشاره گشته است.
دلیل نگارش کتاب حاضر
متاسفانه عدم وجود منبع و راهنمایی که روند کامل محاسبات دستی ساختمان را توضیح داده باشد باعث سردرگمی دانشجویان سال آخر مهندسی عمران و ارائه پروژه‌های نامطلوب شده است. مولفین با شناخت این خلاء اقدام به نگارش کتاب حاضر در دو جلد بتنی و فولادی نموده‌اند تا گامی هرچند کوچک در ارتقاء سطح علمی دانشجویان و مهندسان برداشته شود. جلد فولادی کتاب بزودی توسط انتشارات نوآور به چاپ خواهد رسید .
فهرست محاسبات دستی ساختمان‌های بتنی ۱ :
مقدمه
فصل اول / بارگذاری
۱-۱ مقدمه
۱-۲ نکاتی در خصوص انتخاب پروژه بتنی جهت انجام محاسبات دستی
۱-۳ معرفی پروژه
۱-۴ مشخصات مصالح
۱-۵ مشخصات خاک
۱-۶ محاسبه تخمین ابعاد اولیه تیر و ستون
۱-۷ مقاطع دیوار برشی
۱-۸ محدودیت هندسی مبحث ۹ مقررات ملی ساختمان در معرفی مقاطع تیر و ستون
۱-۹ بارگذاری ثقلی
۱-۹-۱ جزئیات سقف‌ها
۱-۹-۲ جزئیات دیوار‌ها
۱-۹-۳ بار تیغه‌بندی (بار پارتیشن)
۱-۹-۴ جزئیات اجرائی راه پله
۱-۹-۵ محاسبه بار برف طبق بند ۶-۷-۲ مبحث ۶ مقررات ملی ساختمان
۱-۹-۶ بار زنده و جدول خلاصه بارگذاری
۱-۱۰ محاسبه وزن غیرلرزه‌ای اسکلت
۱-۱۱ محاسبه وزن مؤثر لرزه‌ای سازه(Ws)
۱-۱۲ محاسبه ضریب زلزله (C) برش پایه (VU) و نیروی جانبی طبقات (FU) در هر جهت
۱-۱۳ تعیین مرکز برش (center of shear)
۱-۱۴ محاسبات سختی ساختمان
۱-۱۵ کنترل دریفت بر مبنای بند ۳-۵ استاندارد ۲۸۰۰ زلزله
۱-۱۶- توزیع برش هر طبقه از سازه بین قاب‌های آن طبقه در هر دو راستای X و Y به نسبت سختی آن قاب‌ها
۱-۱۶-۱ محاسبه لنگر پیچشی نهایی طبقه (MUTn)
۱-۱۶-۲ توضیح در مورد برون مرکزی واقعی (e) و برون مرکزی اتفاقی (ea) و لنگر پیچشی نهایی(MUT) در یک طبقه مطابق روش دوم
۱-۱۷ پخش بار در سقف‌های تیرچه بلوک (پخش بار یک طرفه) و دال (پخش بار دو طرفه)
فصل دوم / تحلیل
۲-۱ تحلیل قاب‌ها
۲-۱-۱ تحلیل جانبی قاب خمشی محور ۴ (تحلیل قاب تحت بارهای جانبی زلزله)
۲-۱-۲ تحلیل ثقلی قاب خمشی محور ۴ (تحلیل قاب تحت بارهای قائم)
۲-۲ استخراج تلاش‌های نهایی (MU,VU,PU) المان‌های تیر و ستون و دیوار برشی جهت طراحی آنها
۲-۲-۱ استخراج تلاش‌های نهایی ستون (A-4)
۲-۲-۲ استخراج تلاش‌های نهایی دیوار برشی محور A (Pire1)
۲-۲-۳ استخراج تلاش‌های خمشی و برشی نهایی ((MU, VU تیر ABC در طبقه اول
-۱ تعیین تلاش‌های خمشی و برشی نهایی تیر AB
– الف تعیین تلاش‌های خمشی تیر AB
– ب تعیین تلاش‌های برشی تیر AB
-۲ تعیین تلاش‌های خمشی و برشی تیر BC
– الف تعیین تلاش‌های خمشی تیر BC
– ب تعیین تلاش‌های برشی تیر BC
فصل سوم / طراحی
۳-۱ طراحی المان‌ها
۳-۱-۱ طراحی تیر ABC
۳-۱-۱-۱ طراحی خمشی تیر ABC
۳-۱-۱-۲ طراحی برشی تیر ABC
۳-۱-۲ طراحی ستون
۳-۱-۲-۱ طراحی خمشی – محوری ستون
۳-۱-۲-۲ طراحی برشی ستون
۳-۱-۳ طراحی دیوار برشی
۳-۱-۴ طراحی فونداسیون نواری قاب خمشی محور ۴
۳-۱-۵ طراحی سقف تیرچه بلوک
۳-۱-۶ طراحی پله بتنی
منابع و مآخذ