1 ˘ REINFORCED CONCRETE DESIGN 1 · REINFORCED CONCRETE DESIGN 1 1 ˆ ˙ ... Reinforced Concrete Designed, 7th edition, Wang, Salmon, Pincheira 2007 8. Design of Reinforced Concrete,

921مھرماه

دانشگاه محقق اردبيلي

University of Mohaghegh ArdabiliUniversity of Mohaghegh Ardabili

دكتر حامد رحمن شكرگزاردكتر حامد رحمن شكرگزاردكتر حامد رحمن شكرگزاردكتر حامد رحمن شكرگزار

1طراحي سازه بتني

REINFORCED CONCRETE DESIGN 1

1

مقدمه

DESIGN OF CONCRET STRUCTURE 1

BY: Dr.Hamed R.Shokrgozar

فهرست مطالب

2

مقدمه: فصل اولمصالح بتن و ويژگي آنها: فصل دومروشهاي طراحي و تركيبات بارگذاري: فصل سوم

طراحي مقاطع بتني تحت خمش خالص: فصل چهارمطراحي تير تحت برش: فصل پنجمطراحي ستون كوتاه -اعضاء فشاري: فصل ششمپيوستگي فوالد و بتن، طول مهاري و وصله ميلگرد: فصل هفتمخدمت پذيري اعضاء و محاسبه تغيير شكل: فصل هشتم

922مھرماه



منابع و مراجع

3

1392سال انتشار و اجراي ساختمانهاي بتن آرمه، مطرح: مبحث نهم مقررات ملي ساختمان. 1آيين نامه طراحي ساختمانهاي بتني آمريكا. 2

Building Code Requirements For Structural Concrete (ACI 318-2010)


BY: Dr.Hamed R.Shokrgozar مقدمه: فصل اول

منابع و مراجع

4

)دكتر داود مستوفي نژاد: مولف( 2و 1سازه هاي بتن آرمه، جلد . 3

)شاپور طاحوني: مولف(، مسلح بتن ساختمانهاي طراحي. 4

)دكتر امير مسعود كي نيا: مولف(آناليز و طراحي سازه هاي بتني، . 5

)دكتر رهايي: مولف(طراحي و محاسبه سازه هاي بتن مسلح بر مبناي آبا، . 6

7. Reinforced Concrete Designed, 7th edition, Wang, Salmon, Pincheira 2007

8. Design of Reinforced Concrete, 7th edition, ACI 318-05 Code edition, Mc

Coormac 2006

923مھرماه



شيوه ارزشيابي

5

درصد 10: تمرينات و فعاليت كالسي

درصد 30:امتحان ميان ترم

درصد 60:امتحان پايان ترم

درصد ±5 :غيبت كالسي



6

توصيف بتن

سنگ ساخت بشر متشكل از مصالح سنگي، سيمان و آب

924مھرماه



7

توصيف بتن

نسبتهاي حجمي

درصد هوا 6

درصد سيمان 11

)درشت دانه(درصد شن 41

)ريز دانه(درصد ماسه 26

درصد آب 16

W/Cنسبت وزني آب به سيمان

مقاومت باال

سختي كار باال

W/C=0.3 W/C=0.7

مقاومت پايين

راحتي كار باال

نسبت بهينه

با آزمايش و تكرار



8

هاي بتني انواع سازهسازه هاي طره اي. 1

925مھرماه



9

هاي بتني انواع سازهساده تيرهاي دو سر. 2



10

هاي بتني انواع سازهتيرهاي پيوسته. 3

926مھرماه



11

هاي بتني انواع سازهتيرهاي طره اي. 4



12

هاي بتني انواع سازهتيرهاي پيش ساخته. 5

927مھرماه



13

هاي بتني انواع سازهپلهاي با عرشه جعبه اي. 6



14

هاي بتني انواع سازهقوسهاي سه مفصل. 7

928مھرماه



15

هاي بتني انواع سازهقوسهاي پيوسته . 8



16

هاي بتني انواع سازهپلهاي كابلي. 9

929مھرماه



17

هاي بتني انواع سازهپوسته ها . 10



18

هاي بتني انواع سازهپوسته ها . 11

9210مھرماه



19

هاي بتني انواع سازهبلند ساختمانهاي. 12



20

هاي بتني انواع سازه سازه هاي مدفون . 13

9211مھرماه



21

هاي بتني انواع سازه)كيسون، سكو و اسكله( سازه هاي دريايي. 14



22


9212مھرماه



23




24


9213مھرماه



25

پروسه طراحي سازهپالنهاي معماري

انتخاب سيستم سازه اي

حدس اوليه براي مقاطع

تحليل و محاسبه نيروهاي داخلي

طراحي اعضاء

كنترل پذيرش

پايان طراحي و طراحي جزئيات

OK

NO

طراحي مجدد

حلقه طراحي



26

فلسفه طراحي سازه

پايداري1.

ايمني2.

خدمت پذيري3.

اقتصادي4.

سازگار با محيط زيست5.

9214مھرماه



27

فلسفه طراحي سازه

پايداري1.

ايمني2.

خدمت پذيري3.

اقتصادي4.

سازگار با محيط زيست5.



28

بتن مسلح

بتن

فوالد

مقاومت فشاري باال و خوبمقاومت فشاري باال و خوبمقاومت فشاري باال و خوبمقاومت فشاري باال و خوب•

مقاومت كششي پايين و كممقاومت كششي پايين و كممقاومت كششي پايين و كممقاومت كششي پايين و كم•

فرو رفتن در بتن فرو رفتن در بتن فرو رفتن در بتن فرو رفتن در بتن •

مقاومت كششي باالمقاومت كششي باالمقاومت كششي باالمقاومت كششي باال•

9215مھرماه



29

سازگاري بتن و فوالد: بتن مسلح

نزديك بودن ضريب انبساط حرارتي بتن و فوالد) الف

αc=1~1.3x10-5(1/oC)

αs=1.2x10-5(1/oC)

چسبندگي شيميايي و مكانيكي: چسبندگي خوب بين بتن و فوالد) ب

جلوگيري از خوردگي فوالد در داخل بتن) پ

مقاومت فوالد در برابر آتش سوزي پايين است و با قرار گيري در داخل بتن مقاومت در برابر آتش سوزي بسيار )ت

.افزايش مي يابد



30

مزاياي بتن مسلح

مقاومت فشاري مناسب در مقايسه با ساير مصالح ساختماني1.

در دسترس بودن و ارزان بودن مواد تشكيل دهنده2.

قابليت شكل دهي به فرم دلخواه3.

مقاومت مناسب در برابر آتش سوزي4.

.كلر نباشد يونمقاومت مناسب در برابر رطوبت و آبي كه حاوي سولفات يا 5.

.)كنند نمياحساس لرزشيباد شديد و يا تحركات همسايگان وزشساكنان ساختمان بتن مسلح در برابر ( آرمهبسيار زياد اجزا بتن صلبيت6.

احتياج به حفاظت يا نگهداري كمتر در مقايسه با اعضا فوالدي7.

.)مقاومت بتن با گذشت زمان باالتر مي رود(در مقايسه با ساير مصالح عمر بهره برداري باالتري دارند 8.

تنها گزينه اقتصادي در اجزاء خاصي چون پي ها، ديوارهاي زير زميني، شمعها9.

.جهت اجرا به نيروي با مهارت بسيار باال نياز ندارد10.

9216مھرماه



31

معايب بتن مسلح

مقاومت كشش پايين1.

برخي مواقع هزينه مصالح مصرفي براي قالب بندي، ساخت قالب، هزينه (و شمع بندي دارد مهارگذاريبراي اجراء نياز به قالب بندي، 2.

.)درصد هزينه كل اجراء را شامل مي شود 50نصب قالب و برچيدن آن، هزينه شمع بندي نصب و برداشتن آن هزينه قابل توجهي دارد كه حتي تا

مقاومت بتن در حدود (. مقاومت پايين تر به ازاء وزن بتن در مقايسه با فوالد منجر به سنگين شدن اعضاء بتن مسلح مي شود3.

)درصد فوالد است 30درصد فوالد است در حاليكه وزن آن 10

كنترل كيفيت بتن يك كنترل كارگاهي است در حاليكه كنترل كيفيت فوالد در كارخانه انجام شده و كيفيت به مراتب 4.

.پايين تر است

. در مقطع شده و تغيير شكل اجزاء را افزايش مي دهد هاييتغيير حجم بتن نسبت به زمان كه موجب ترك خوردگي 5.

خزشافت و (



32

آيين نامه هاي طراحي سازه بتن مسلح

Professor Morschآلمان اشتوتگارت، دانشگاه 1904نخستين آيين نامه در سال 1.

شروع به تدوين مقررات سازه بتن مسلح نمود و اولين 1904سيمان آمريكا در سال كنندگانموسسه ملي استفاده 2.

.تغيير نام داد ACIمنتشر شد كه بعدها به 1916ويرايش در سال

مجموعه مقررات ساختمانهاي بتن مسلح را تحت عنوان ACI-318آيين نامه امروز 3.

Building Code Requirment for Structural Concrete

. سال منتشر مي كند 7يا 6را در هر

ACI-318-92, ACI-318-95, ACI-318-99, ACI-318-05, ACI-318-10

9217مھرماه



33

آيين نامه هاي طراحي سازه بتن مسلح

CSA STANDARD A23.3آيين نامه كانادا 4.

AS 3600آيين نامه استراليا 5.

CEB-FIP Model for Concrete Structureبا نام 1978آيين نامه كشورهاي اروپايي در سال 6.

1371توسط دفتر امور فني و تدوين معيارها، سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور در سال ) آبا(آيين نامه بتن ايران 7.

.منتشر شد



34

ويژگي مصالح در بتن

مصالح سنگي به يكديگر و توليد جسم سخت چسباندننقش : سيمان1.

آهك + ماده اوليه خاك رس

.به منظور كند گير كردن سنگ گچ اضافه مي شود

63 % CaOآهك

20 %SiO2سيليس

6 %Al2O3آلومين

3 %Fe2O3اكسيد آهن

1.5 %MgOاكسيد منيزيم

9218مھرماه



35


انواع سيمان: سيمان1.

، مصارف عمومي 1نوع �

.، براي محيطهايي كه حمله ضعيف سولفات است مناسب است2نوع �

و مناسب براي مصرف در هواي سرد زودگير، 3نوع �

حجيم جهت كاهش تنش حرارتي بتنهايو مناسب براي مصرف در هواي گرم و براي كندگير، 4نوع �

، سيمان ضد سولفات و مقاوم در برابر حمالت سولفات، تا حدي كند گير5نوع �

I-A II-A III-A: سيمان حباب زا

انبساطياي، سيمان بنايي، سيمان چاه نفت، سيمان سرباره، سيمان پوزوالنيسيمان سفيد، سيمان رنگي، سيمان



36


.)است d=4.76mmيا 4مرز بين شن و ماسه الك نمره (شن و ماسه : سنگ دانه2.

.درصد حجم بتن را تشكيل مي دهد 70تا 60حدود �

يا سوزني هستند پولكيگرد، نامنظم، گوشه دار، شكسته، بصورتدانه ها از نظر شكل ظاهري �

.درصد كل دانه ها بيشتر باشند 15و سوزني نبايد از پولكيدانه هاي با شكل ظاهري �

.دانه هاي گوشه دار به دليل سطح مخصوص بزرگ نيازمند سيمان بيشتر بوده و اتصال بهتري در بتن دارند�

.توزيع دانه ها از نظر ابعاد با منحني دانه بندي مشخص مي شود�

9219مھرماه



37


شن و ماسه: سنگ دانه2.

.در ساخت بتن استفاده از منحني دانه بندي پيوسته موجب كاهش فضاهاي خالي شده و مصرف سيمان را نيز كم مي كند�

.و متراكم تر شود توپرتراستفاده از منحني دانه بندي پيوسته موجب مي شود كه بتن �

.مجاز است اكسپوزاستفاده از دانه بندي گسسته در بتنهايي با ظاهر نمايان يا بتن �



38


: رطوبت سطحي و جذب آب دانه ها3.

) شدن در كوره خشك(دانه هاي كامال خشك �

) شدن در فضاي عادي خشك(دانه هاي خشك �

)حفرات داخلي اشباع از آب ولي سطح آنها عاري از رطوبت(دانه هاي اشباع با سطح خشك �

)آب است مولكولعالوه حفرات داخلي، سطح بيروني تيز حاوي (دانه هاي مرطوب و خيس �

.درصد فرض نمود 0.7درصد و دانه هاي ماسه اي را 0.5در صورت عدم آزمايش مي توان رطوبت دانه هاي شني را

9220مھرماه



39


.)آب مناسب براي بتن آب آشاميدني است(: آب بتن4.

.آب مورد استفاده عاري از روغن، اسيد، قليا و مواد الي باشد�

معايب استفاده از آب نامناسب�

تاخير زمان گيرش1.

كاهش مقاومت نهايي2.

ميلگردافزايش خوردگي 3.

ايجاد لكه روي سطح بتن4.



40


:مواد افزودني5.

.استفاده در هواي سرد و كسب مقاومت اوليه را تسريع مي كند): كلريد كلسيم(مواد مضاف تسريع كننده �

.استفاده در هواي گرم و محدود نمودن افزايش دماي هيدراسيون): شكر و اسيدهاي مختلف(مواد مضاف كند كننده �

و توليد بتن مقاومت باال) كارايي( اسالمپكاهش ميزان آب به سيمان و افزايش ): آلي سولفاتهاي(روان كننده ها �

شدن بتن اليهافزايش ميزان رواني، افزايش مقاومت در برابر يخ زدگي، كاهش اليه : هوازازا، جباب�

پودر روي يا ) متراكم نمودن بتن(، پودر سنگ آهك )سولفاتهامقاومت در برابر (، سربار كوره هاي ذوب آهن پوزوالنها: مواد معدني�

) ايجاد حباب در بتن( آلومينيم

9221مھرماه



41

ويژگي مكانيكي بتن

:مقاومت فشاري1.

درجه سانتيگراد 25تا 21روزه نگهداري شده در دماي 28مقاومت �

(0.34MPa/Sec~0.15)بارگذاريسرعت �

نيز وجود دارد Mpa 460امكان رسيدن به مقاومت سراميكيدرصورت استفاده از دانه هاي �

F’c ≤20 MPa بتن با مقاومت فشاري پايين

20 Mpa<F’c ≤40 MPaبتن با مقاومت فشاري متوسط

40 Mpa<F’c ≤80 MPa بتن با مقاومت فشاري باال

80 Mpa<F’c ≤150 MPa بتن با مقاومت فشاري بسيار باال

F’c >1500 MPaبتن با مقاومت فشاري فوق العاده زياد



42


فشاري برمقاومتعوامل موثر : مقاومت فشاري1.

)مكعبياي يا استوانه(نوع نمونه ) الف

ا:مكعبياي و استوانهعلت تفاوت مقاومت نمونه

بين صفحه فوالدي اعمال بار و سطح نمونه به دليل تفاوت برشي تنشهاي ثر�

است پواسونو ضريب االستيسته مدولدر

درجه در نمونه نفوذ كرده و نمونه هاي كه نسبت 60با زاويه برشي تنشهاي�

جانبي و تحت تنشهايدارند ناحيه اي عاري از 1.73ارتفاع به غرض بيش از

.تنش فشاري خالص دارند كه برآورد دقيقي از مقاومت تك محوري ميدهند

اي استوانهروزه نمونه 28مقاومت �

300و ارتفاع 150قطر (استاندارد

مكعبيدرصد نمونه 80حدود ) ميليمتر

.ميليمتري است 150روزه 28

اي استوانهروزه نمونه 28مقاومت �

300و ارتفاع 150قطر (استاندارد

مكعبيدرصد نمونه 30حدود ) ميليمتر

.ميليمتري است 200روزه 28

ناحيه فشاري خالص

9222مھرماه



43



)مكعبياي يا استوانه(نوع نمونه ) الف

.هرچه اندازه نمونه از نمونه استاندارد بزرگتر باشد نمونه مقاومت فشاري كمتري نشان مي دهد: اندازه نمونه) ب

2اي با نسبت ارتفاع به قطر كمتر از استوانهضريب اصالح مقاومت فشاري نمونه هاي �

1.751.51.251.11h/D

ضريب اصالح0.980.960.940.90.85

D=600,h=1200mm

D=300,h=600mm

D=200,h=400mm

D=150,h=300mm

D=100,h=200mm

D=75,h=150mm

D=50,h=100mm

ابعاد نمونه ای استوانه

مقاومت نمونه نسبت0.840.910.961.001.041.061.09

غيراستاندارد به نمونه

استاندارد



44



.هرچه اندازه نمونه از نمونه استاندارد بزرگتر باشد نمونه مقاومت فشاري كمتري نشان مي دهد: اندازه نمونه) ب

D=600,h=1200mm

D=300,h=600mm

D=200,h=400mm

D=150,h=300mm

D=100,h=200mm

D=75,h=150mm

D=50,h=100mm

ابعاد نمونه ای استوانه

مقاومت نسبت0.840.910.961.001.041.061.09

نمونه غيراستاندارد

به نمونه استاندارد

D=300mm

D=250mm

D=200mm

D=150mm

D=100mm

نمونه ابعاد

مکعبی

مقاومت نسبت0.961.001.041.061.09

نمونه غيراستاندارد

به نمونه استاندارد

9223مھرماه



45



كمتر، نمونه مقاومت بيشتري از خود نشان خزشبيشتر باشد بتن به دليل پديده بارگذاريهرچه سرعت : بارگذاريسرعت ) پ

. مي دهد

.شكندثانيه مي 120تا 90در زمان Mpa/Sec 0.25استاندارد بارگذارينمونه با سرعت �

. درصدي مقاومت فشاري مي شود 12موجب افزايش بارگذاريبرابري سرعت 30افزايش �

. درصدي مقاومت فشاري مي شود 12موجب كاهش بارگذاريبرابري سرعت 30كاهش �

:عوامل مرتبط با نوع و درصد مصالح) ت

ها، عمل آوري سنگدانهنوع سيمان، نسبت آب به سيمان، خصوصيات



46



:عوامل مرتبط با نوع و درصد مصالح) ت

ها، عمل آوري سنگدانهنوع سيمان، نسبت آب به سيمان، خصوصيات

9224مھرماه



47


منحني تنش كرنش بتن 2)

بتن معموليسبكبتن



48


منحني تنش كرنش بتن2)

.درصد مقاومت فشاري تقريبا خطي است 50رفتار بتن تا تنش حداكثر �

مقاومت پايين تا مقاومت باال در بتنهاينشان داده مي شود براي ɛoكرنش نظير تنش حداكثر بتن را كه با �

.است 0.002است اما براي بتن معمولي 0.0015~0.003حدود

كرنش نهايي نظير شكست فشاري بتن بوده و در برخي �

. نيز مي رسد 0.005نمونه ها تا

ɛcu >0.003

9225مھرماه



49


منحني تنش كرنش بتن2)

1951معادله رفتاري تنش كرنش بتن�2

2

00

−′=′′→

−′′= Hongnestadfkfff csc

cccc

ε

ε

ε

ε

MPafk

MPafk

MPafk

MPafk

MPafk

cs

cs

cs

cs

cs

3592.0

3093.0

2595.0

2097.0

151

≥′→=

=′→=

=′→=

=′→=

=′→=

1964

1

2

2

0

−

+

′′

= Todeschini

f

f

c

cu

cc

c

ε

ε

ε

ε



50


االستيسيته مدول3.

3

5.1

/250015002300

)69003300( mkgww

fECodeIRAN cc

cc ≈=→

+′=→−

3

35.1

/23004700318

/25001500043.0318

mkgwfEACI

mkgwfwEACI

cccc

cccc

=′=→

≈=′=→

Concretestrengthhighw

fEACI ccc −−

+′=→

5.1

23)69003320(363

9226مھرماه



51


پواسونضريب 4.

.جانبي به كرنش فشاري محوري است كرنشهاينسبت �

.است 0.2تا 0.1براي بتن عددي در حدود �

. پيشنهاد كرده است 0.2و براي بتن مقاومت باال 0.15آيين نامه ايران براي بتن معمولي �

بتن محورهمقاومت كششي تك 5.

. مقاومت كششي بتن تحت كشش خالص اندازه گيري مي شود�

.درصد مقاومت فشاري آن است 15الي 8مقدار مقاومت كششي بتن در حدود �



52


بتن محورهمقاومت كششي تك 5.

. درصد بيشتر از آزمايش كشش مستقيم نشان مي دهد 15تا 10مقاومت كششي بتن را استوانهآزمايش شكافت �

9227مھرماه



53


بتن خزش6.

.و كاهش حجم بتن كه با از دست رفتن آب جذب شده و يا خارج شدن آب جذب شده اتفاق مي افتد شدگيجمع �

انقباضي كه در خمير سمان پالستيك و در اثر تبخير از سطح بتن يا جذب آب توسط سطح خشك شده : افت پالستيك�

انقباض ايجاد كرده و تنش كشش در سطح در حدود يك درصد حجم سيمان خشك شده اين افت . افندزيرين اتفاق مي

. اليه ها ايجاد ميكند

.سيمان عامل اين افت است و بسيار اندك ميباشد هيدراتاسيوناز دست رفتن آب ناشي از : افت خود گيري�

انقباضي كه در بتن سخت شده و در اثر خارج شدن آب جذب شده در ساختار خمير سيمان به دليل : شدگيافت خشك �

.درصد اتفاق مي افتد 100قرار گرفتن در محيط با رطوبت نسبي كمتر از

: كربناسيونافت �



54


انقباض بتن 7.

. و يا وارفتگي گويند خزشماده تحت تنش ثابت و در طول زمان را تغييرشكل�

در بسياري از مواد چون فوالد نيز رخ مي دهد، اما مقدار آن در بتن قابل توجه است و ممكن است تغيير شكل خزش�

.نيز افزايش دهدتا سه برابر االستيك را

، خروج آب جذب شده سطح از ساختار خمير سيمان هيدراته در اثر اعمال تنش ثابت كه در طول رمان خزشدلي اصل �

.تعريف مي شود

. به دليل تفاوت رطوبت نسبي محيط با رطوبت بتن است نه به دليل اعمال تنش شدگيبا پديده افت خشك خزشتفاوت �

9228مھرماه



55


)آرماتور( ميلگرد8.

.و صاف توليد مي شود آجدار ميلگرددو نوع �

.را مجاز به استفاده در بتن مي داند آجدار ميلگردهايآيين نامه تنها �

.بزرگتر بايد سفارش داده شود قطرهاياما براي . ميليمتر به راحتي در بازار يافت مي شود 32الي 6قطر ميلگردهاي�

.متر است 12توليدي ميلگردهايطول �

.در نقشه ها با نشان داده مي شود آجدار ميلگردساده در نقشه با و ميلگرد� ϕT,Φ



56



) توليد كارخانه ذوب آهن اصفهان(، طبق استاندارد روسي ميلگرداز لحاظ مشخصات مكانيكي سه نوع �

.درصد باشد 8حداقل تغيير شكل نسبي در هنگام گسيختگي بايد �

22

22

22

/600/4003

/500/3002

/380/2201

mmNfmmNfA

mmNfmmNfA

mmNfmmNfA

uy

uy

uy

==→

==→

==→

%14

%19

%25

نسبي هنگام گسيختگي تغييرشكل

9229مھرماه



57



:شبكه سيمي جوش شده9.

نيوتن بر متر مربع 500حداقل مفتول ها بايد شدگيتنش جاري �

. ميليمتر دارد 8الي 4قطر مفتول �

25/102 mmNxEs =



58


كابل 10.

. در كارهاي پيش تنيده استفاده مي شود�

. شده است دورگير پيجمار بصورتيك مفتول مركزي توسط چند مفتول محيطي �

قطر كابل . ميليمتر دارد5الي 1.5قطر هر مفتول . مفتول محيطي دور يك مفتول مركزي است 6توسط مفتوليكابل هفت �

.سه برابر قطر مفتول است

االستيسيته برابر مدول�

نيوتن بر متر مربع 1850الي 1700مقاومت كششي كابل �

25/102 mmNxEs =

Documents

1 ˘ REINFORCED CONCRETE DESIGN 1 · REINFORCED CONCRETE DESIGN 1 1 ˆ ˙ ... Reinforced Concrete Designed, 7th edition, Wang, Salmon, Pincheira 2007 8. Design of Reinforced Concrete,