archco

مطالعات ژئوتکنیکی

ابتدای تمامی پروژه های عمرانی با مطالعات ژئوتکنیکی است زیرا شناسایی ویژگی های مکانیکی و شیمیایی خاک محل احداث اهمیت بسیاری در طراحی و پیش بینی تمهیدات لازم دارد. حذف مطالعات ژئوتکنیکی باعث می شود در ادامه هزینه های بسیار بیشتری به ما تحمیل شود.

درطراحي ژئوتكنيكي هر سازه، مقاومت مجاز، ضرايب نشست، ضريب ارتجاعي و پارامترهاي مقاومتي و لرزه اي خاك تعيين كننده بوده ودستيابي به اطلاعات مزبور جز با بررسي هاي دقيق ژئوتكنيكي امكانپذيرنيست. وجود تغييرات در خصوصيات لايه هاي زمين، وجود حفرات، وجود خاك دستي و مسائلي از اين قبيل باعث ميشودكه قضاوت مهندسي در خصوص لايه هاي تحت الارضي با احتياط بيشتري صورت گيرد. از اين رو ساختگاه بايد بطور دقيق ازنظر مقاومت و نشست مورد بررسي قرار گيرد. در اين ميان تشخيص و قضاوت مهندسي در مورد خواص خاك نقش بسزايي در مطالعات خواهد داشت. بدين ترتيب قبل از طراحي سازه، يك برنامه كاوش صحرايي و آزمايشگاهي و در چارچوب فني و مالي با صرف حداقل هزينه اي بين ۱ – ۱/ ۰ درصد هزينه كل احداث، تهيه ميگردد كه انجام اين مطالعات نقش عمده اي درفرآيند مقاوم سازي ساختمان ها ايفاخواهدنمود.

اهداف مطالعات ژئوتکنیکی

تعیین نوع و ضخامت لایه های تحت الارض

بررسی خصوصیات فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی لایه ها

تعییت ظرفیت باربری و نشست پی ها

تعیین ضرایب فشارهای جانبی خاک در حالات مختلف

ارائه ضرایب زلزله و تعیین نوع زمین

تعیین نوع سیمان مصرفی در بتن فونداسیون ها

تعیین عمق نفوذ یخ بندان

ارائه توصیه ها و پیشنهادات فنی و اجرایی

بديهي است حجم اين مطالعات و هزينه آن براساس مساحت زيربنا وتعدادطبقات واهميت پروژه متغيير خواهد بود. لازم به يادآوري است كه عدم انجام مطالعات ژئوتكنيك و احداث سازه بر روي زمين، بدون شناخت لايه هاي تحت الارضي، ممكن است عواقب ناگوار و زيان باري را به همراه داشته باشد. براي بهبود كيفي و كمي مطالعات، نظارت بيشتربرمطالعات اوليه خصوصا درمورد طرح هاي بزرگ بوسيله نهادهاي نظارتي، ارزيابي افراد واجد شرايط به عنوان مهندسين ژئوتكنيك حرفه اي و نيز زمين شناسان مهندسي و نيز كنترل مستمر بر فعاليت شركتهاي آزمايشگاهي را ميتوان پيشنهاد نمود.

الزامات انجام مطالعات ژئوتكنيكي:

نيازهاي طراحي:

در تعيين نيازهاي طراحي ژئوتكنيكي بايد، با توجه به رده هاي ژئوتكنيكي، عوامل زير در نظر گرفته شوند: –

–  شرايط بارگذاری

–  نوع و ابعاد اجراي آن شرايط همسايگي سازه شامل: سازه هاي مجاور، وضعيت ترافيك، تأسيسات شهري، فضاي سبز، وجود مواد شيميايي خطرناك و غيره

–  شرايط زمين

–  وضعيت آبهاي زيرزميني

–  اثرات محيطي شامل: هيدرولوژي، آب هاي سطحي، فرو نشست و تغييرات فصلي رطوبت

– لرزه خيزي منطقه

– شرايط نياز به انجام عمليات شناسايي

درصورتي كه تمام شرايط زير برقرار باشد نياز به انجام عمليات گمانه زني نمي باشد و جمع آوري اطلاعات وبازديد محلي كفايت مي كند.

–  داده هاي كافي از محدوده محل مورد نظر و زمين هاي باسازند زمين شناسي مشابه در دسترس باشد

–  ساختمان مورد نظر با اهميت كم يا با اهميت متوسط باحداكثر ۴ طبقه باشد

–  ساختمان مورد نظر با سطح اشغال كمتر از ۳۰۰ متر مربع باشد.

–  درطراحي و اجراي ساختمان نياز به گودبرداري به ميزان كمتر از ۲ متر باشد

–  تعداد ساختمان ها زياد ( بيش از سه ساختمان مشابه و نزديك به يكديگرمانند شهرك ها، پروژه ها انبوه سازي و غيره ) نباشد.

  – نوع زمين طبق مبحث ششم مقررات ملي ساختمان ( استاندارد ۲۸۰۰ ( نوع ۱ و ۲ نباشد

–  هيچكدام از شرايط ذيل نيز وجود نداشته باشد:

الف ) احتمال مواجه شدن با خاك دستي در محل ساخت

ب ) احتمال مواجه شدن با خاك هاي مسئله دار ( مانند خاكهاي متورم شونده، خاك هاي با پتانسيل روانگرايي و خاك هاي رمبنده )

ج ) سازه اي در مجاور محل مورد نظر كه احتمال خسارت به آن وجود دارد

د ) محل مورد نظر در منطقه خردشده گسل اصلي واقع شده باشد.

ه ) مناطقي با سطح آب زيرزميني بالا ( براساس بررسي هاي محلي ) – حتي يكي از شرايط مندرج در بند فوق برقرار نباشد، آنگاه لازم است شناسايي هايي ژئوتكنيكي در محل مورد نظر انجام گيرد. 

بررسيهاي طراحي:

 در بررسي هاي طراحي براي شناسايي زمين معمولاً تركيبي از روشها شامل: گمانه زني، آزمايش هاي برجا، آزمايش هاي آزمايشگاهي در برنامه كار قرار داده مي شود. در انتخاب زمين، به ابعاد و مشخصات پروژه توجه شود و نيز بررسي هاي طراحي بايد حداقل تا عمق سازندهايي كه بر طرح تأثيرگذارند انجام شود، به طوري كه سازندهاي پائينتر تأثير قابل ملاحظهاي بر رفتار سازه نداشته باشند.

تعداد، عمق و الزامات حفر گمانه ها

فاصله بين گمانه ها و عمق گمانه بايد براساس اطلاعات زمين شناسي محل، شرايط زمين، ابعاد ساختگاه و نوع سازه تعيين شود.

 عمق گمانه

الف – براي پي هاي مجزا و نواري، ژرفاي گمانه ها از تراز زير پي معمولاً بايد بين يك و نيم تا سه برابر عرض پي در نظر گرفته شود. معمولاً براي ارزيابي شرايط نشست و مشكلات احتمالي آب زيرزميني، در تعدادي از نقاط اكتشافي بايد ژرفاي بيشتري مورد بررسي قرار گيرد. در ساختمان هاي با عرض بيشتر از ۳۰ متر، ژرفاي گمانهها را ميتوان با نظر مهندس ژئوتكنيك كمتر از عرض ساختمان منظور كرد

ب – براي پي هاي گسترده، ژرفاي گمانه ها از تراز پي بايد برابر با بيشترين مقدار بين دو ژرفاي معادل حباب گسترش ۱۰ %تنش كل زير پي و ۲۰ %تنش مؤثر بر جاي خاك، انتخاب كرد. اين ژرفا معمولاً برابر يا بزرگتر از عرض پي مي باشد مگر آنكه در حين اكتشاف در ژرفاي كوچكتري به بستر سنگي برخورد شود. در صورت برخورد به سنگ، حداقل عمق حفاري در سنگ ۳ متر مي باشد.

 پ – براي تشخيص نوع خاك به لحاظ ملاحظات مربوط به بارهاي زلزله براساس ضوابط مبحث ششم مقررات، بن ۶– ۷– ۲– ۵– ۵ ،ژرفاي يك گمانه از تراز زير پي بايد حداقل ۳۰ متر و يا تراز سنگ بستر، هر كدام كمتر است، انتخاب شود.

 ت – براي مناطق پر شده يا محوطه ها، ژرفاي كاوش بايد حداقل كليه لايه هاي خاك هاي تراكم پذير را كه تأثير آنها زير آن در نشست از ۱۰ درصد نشست كلي كمتر باشد، بديهي است در صورت وجود خاك دستي ضخامت در نشست قابل ملاحظه است، دربرگيرد. ژرفاي كاوش در اين موارد بايد به ترازي محدود گردد كه تأثير لايه هاي خاك دستي بايد به حداقل ژرفاي مورد نياز گمانه ها اضافه گردد

ث – در مواردي كه بنا مستقيماً بر روي سنگ بستر قرار مي گيرد، حفاري در سنگ با عمق حداقل ۳ متر و يا نمونه گيري از آن به منظور تعيين ژرفا و كيفيت سنگ ضروري است.

ج – براي پي هاي عميق يا شمعها، گمانه ها و آزمايش هاي نفوذ و يا ساير آزمايش هاي برجا بايد تا ژرفايي صورت گيرد كه شناسايي شرايط زمين با اطمينان كافي حاصل شود. اين ژرفا معمولاً تا چهار برابر قطر شمع ۴D براي نوك شمع در نظر گرفته مي شود. در گروه شمعها، ژرفاي كاوش بايد به اندازه ضلع كوچك مستطيل محيط بر گروه شمع پائينتر از تراز نوك شمع ها گسترش داده شود.

الزامات حفر گمانه ها

حداقل تعداد گمانه هاي لازم

حداقل عمق لازم گمانه ها

الف – براي ساختمانهاي ۴ و ۵ سقف سازه اي يك گمانه با عمق حداقل۱۰ متر از تراز زير فونداسيون و گمانه هاي ديگر به عمق نفوذ يك متر در خاك بكر

 ب – براي ساختمانهاي ۶ سقف سازه اي يك گمانه با عمق حداقل عمق ۱۵ متر از تراز زير فونداسيون و گمانه هاي ديگر به عمق نفوذ يك متر در خاك بكر

ج – براي ساختمانهاي ۷ و ۸ و ۹ سقف سازه اي يك گمانه با عمق حداقل ۲۰ متر از تراز زير فونداسيون و گمانه هاي ديگر به عمق نفوذ يك متر در خاك بكر

د – براي ساختمانهاي ۱۰ سقف سازه اي و بالاتر يك گمانه با عمق حداقل حاصله از رابطه زیر استفاده میشود:

D=2B

عمق حفاري از تراز زير فونداسيون =D 

 عرض پي =B 

تبصره مهم: براي گزارش نوع زمين دو حداقل عمق حفاري گمانه ۱۵ مترحداقل به همراه نتايج SPT براي ساختمانهاي زير ۷ سقف سازه اي از تراز زير پي الزامي است.

 تبصره مهم: كليه عمليات حفاري مي بايست زير نظر مشاور و يا شركت حقوقي ژئوتكنيك ذيصلاح و بعداز اخذ كليه مجوزهاي لازم از مراجع ذيصلاح و با قبول مسئوليت مشاور و يا شركت حقوقي ژئوتكنيك صورت پذيرد.

حداقل هاي آزمايشات :

­ –  در صورت يكنواخت بودن لايه ها به ازاي هر ۵ متر عمق حفاري يك سري آزمايشات شناسايي خاك (دانه بندی – هیرومتری – حدود اتربرگ – درصد رطوبت – تعیین دانسیته) و یک سری آزمایشات مقاومتی (برش مستقیم – تک محوری و سه محوری)

– در صورت تغيير وضعيت لايه ها لازم است از هر لايه آزمايش شناسايي و مقاومتي انجام گيرد

– در صورت وجود لايه ريزدانه و بالا بودن سطح آب انجام آزمايش تحكيم براي آن لايه خاك ضروريست

– آزمایش دانسیته به روش دانسیته در محل توسط تکنسین یا مقنی دردرون گاه برای خاک های دانه ای و در آزمایشگاه به روش موم گیری برای خاک های ریزدانه انجام می شود.

اندرکنش بین خاک و سازه (SSI) به معنای تعامل بین خاک (زمین) و سازه ای است که بر روی آن ساخته شده است. در در جه اول ،تبادل تنش متقابل است ،که بر اساس آن حرکت ساختار زمین تحت تأثیر نوع خاک و نوع سازه است. این امر در مناطق دارای فعالیت لرزه ای کاربرد دارد. ترکیب مختلف خاک و سازه می تواند حرکت/ آسیب بعدی را افزایش یا کاهش دهد. ساختمانی که بر روی زمین سفت قرار می گیرد و نه بر روی زمین تغییر شکل پذیر ، آسیب های بیشتری را متحمل می شود. دومین اثر متقابل که با خواص مکانیکی خاک مرتبط است ، فرو رفتن فونداسیون ها است که در اثر یک رویداد لرزه ای تشدید یافته است. به این پدیده روانگرایی خاک می گویند.

اکثر سازه های مهندسی عمران شامل عناصر سازه ای هستند که مستقیماً با زمین در تماس اند. هنگامی که نیروهای خارجی مانند زلزله به این سیستم ها وارد می شود ، جابجایی های سازه و جابجایی های خاک از یکدیگر مستقل نیستند. فرآیندی که در آن واکنش خاک بر حرکت سازه تأثیر می گذارد و حرکت سازه بر پاسخ خاک تأثیر می گذارد ، به عنوان اندرکنش خاک و سازه (SSI) نامیده می شود.

روشهای معمول طراحی سازه از اثرات SSI صرف نظر می کنند. صرف نظر از SSI برای سازه های سبک در خاک نسبتاً سفت مانند ساختمانهای کم ارتفاع و دیوارهای حایل ساده و محکم منطقی است. با این حال SSI تاثیر به سزایی بر سازه های سنگین احداث شده برخاکهای نرم و نسبتاً نرم دارد ، برای مثال نیروگاههای هسته ای ، ساختمانهای بلند مرتبه و بزرگراههای مرتفع بر روی خاک نرم

خسارات وارده در زلزله های اخیر ، مانند زلزله کوبه 1995 ، نشان داده است که رفتار لرزه ای یک سازه نه تنها از واکنش روبنا ، بلکه از واکنش فونداسیون و زمین نیز متاثر است. از این رو ، آیتم های طراحی لرزه ای مدرن ، مانند مشخصات استاندارد سازه های بتنی: تأیید عملکرد لرزه ای JSCE 2005  تصریح می کند که تجزیه و تحلیل پاسخ باید با در نظر گرفتن یک کل سیستم سازه ای شامل روبنا ، فونداسیون و زمین انجام شود.

به طور مرسوم اعتقاد بر این است که SSI یک اثر کاملاً مفید است و می توان از آن صرف نظرکرد. مقررات SSI از آیتم های طراحی لرزه ای اختیاری است و به طراحان این امکان را می دهد که با در نظر گرفتن اثر متقابل خاک و سازه (SSI) برشی طراحی ساختمان را کاهش دهند. فرض اصلی این مقررات این است که سیستم ساختار خاک را می توان با یک مدل ثابت معادل، با دوره طولانی تر و معمولاً نسبت میرایی بزرگتر جایگزین کرد. اکثر آیتم های طراحی، از فرآیند های طراحی بسیار ساده استفاده می کنند ، که تا یک دوره معین به شتاب ثابت می رسند و پس از آن هماهنگ با دوره کاهش می یابد. در نظر گرفتن تعامل خاک و سازه باعث انعطاف پذیری بیشتر سازه و در نتیجه افزایش دوره طبیعی سازه در مقایسه با ساختار محکم متصل می شود.

اثرات مخرب

با استفاده از تجزیه و تحلیل های عددی دقیق ، Mylonakis و Gazetas نشان داده اند که افزایش دوره طبیعی سازه به دلیل SSI همیشه مفید نیست. رسوبات خاک نرم می تواند دوره امواج لرزه ای را به طور قابل توجهی طولانی کند و افزایش دوره طبیعی سازه ممکن است منجر به ارتعاش زمین شود. علاوه بر این ، تحقیقات نشان داد که تقاضای شکل پذیری می تواند با افزایش دوره طبیعی سازه به دلیل اثر SSI به میزان قابل توجهی افزایش یابد. تغییر شکل و شکست دائمی خاک ممکن است واکنش لرزه ای سازه را تشدید کند.

وقتی سازه ای تحت تاثیر زلزله قرار می گیرد ، با فونداسیون و خاک در تعامل است و بنابراین حرکت زمین را تغییر می دهد. تعامل خاک و سازه را می توان به طور گسترده به دو پدیده تقسیم کرد:

 الف) اندرکنش سینماتیکی و ب) اندرکنش اینرسی.

به دلیل سختی نسبتا زیاد شالوده در مقایسه با خاک زیر آن، شالوده قادر نخواهد بود تا در تمام نقاط،

همگام با خاک زیر خود حرکت کند.از این رو می توان گفت که تحریک ناشی از زلزله که به ساره وارد می شود به نوعی برابر میانگین حرکات خاک زیر شالوده است که اصطلاحا به آن اندرکنش سینماتیکی می گویند.

اندرکنش اینرسی ناشی از وجود جرم سازه است که می تواند عاملی برای ایجاد انعطاف پذیری و استهلاک انرژی درکل مجموعه شود. به دلیل پیچیدگی های موجود در اندرکنش سینماتیکی غالبا تنها اثرات اندرکنش اینرسی را مورد بررسی قرار می دهند.البته باید گفت این ساده سازی خطای زیادی ایجاد نکرده و قابل قبول است.

 از دید تخصصی ترحرکت زمین لرزه باعث جابجایی خاک می شود که به حرکت آزاد میدان معروف است. با این حال ، فونداسیون تعبیه شده در خاک حرکت میدان آزاد را دنبال نخواهد کرد. این ناتوانی فونداسیون برای مطابقت با حرکت میدان آزاد باعث اندرکنش سینماتیکی می شود. از طرف دیگر ، جرم روبنا نیروی اینرسی را به خاک منتقل می کند و باعث تغییر شکل بیشتر در خاک می شود که به آن اندرکنش اینرسی می گویند.

در سطح پایین لرزش زمین ، اثر سینماتیکی غالب تر است که باعث طولانی شدن دوره و افزایش میرایی می شود. با این حال ، با شروع لرزش قوی تر ، تخریب مدول خاک در نزدیکی میدان و محدوده شمع خاک باعث کاهش میرایی تابش می شود و تعامل اینرسی غالب می شود که باعث جابجایی بیش از حد و فشارهای خمشی متمرکز در نزدیکی سطح زمین می شود و منجر به آسیب شمع در نزدیکی سطح زمین می شود.

مشاهدات ناشی از زلزله های اخیر نشان داده است که واکنش فونداسیون و خاک می تواند تأثیر کلی سازه را تحت تأثیر قرار دهد. موارد متعددی از آسیب های شدید ناشی از SSI در زلزله های گذشته وجود دارد. یاشینسکی آسیب تعدادی از سازه های پل با شمع را به دلیل تأثیر SSI در زلزله لوما پریتا در سانفرانسیسکو در سال 1989 ذکر می کند. تجزیه و تحلیل عددی گسترده ای که توسط Mylonakis و Gazetas انجام شده است  SSI را به عنوان یکی از دلایل سقوط بزرگراه هانشین در زلزله کوبه 1995 برشمردند.

برای مثال ، فرض کنید دو ساختمان دارای سختی یکسانی هستند. آنها روی دو نوع خاک متفاوت احداث شده اند: اولی، سفت و صخره ای – دومی ، شنی و تغییر شکل پذیر. اگر ساختمان در معرض زمین لرزه مشابه قرار گیرد ، اولی خسارت بیشتری را متحمل می شود.

روش های کاهش مشکلات ناشی از اندرکنش خاک و سازه

روشهایی که بیشتر برای کاهش مشکل تعامل بین زمین و ساختار استفاده می شود شامل استفاده از سیستم های جداسازی قبلا دیده شده و برخی از تکنیک های مهاربندی زمین است که بیشتر از همه در انواع با کیفیت پایین (دسته D و E) اتخاذ شده است. متداول ترین تکنیک ها تکنیک تزریق جت و تکنیک شمع کاری است. روش تزریق جت شامل تزریق مقداری بتن مایع در زیرخاک با استفاده از مته می باشد. هنگامی که این بتن سفت می شود ، نوعی ستون ایجاد می کند که خاک اطراف را یکپارچه می کند. این فرآیند در تمام قسمتهای سازه تکرار می شود. تکنیک شمع کاری شامل استفاده از شمع هایی است که پس از وارد شدن در زمین ، پایه و ساختمان را با حرکت دادن بارها یا وزنه ها به لایه های خاک عمیق تر و در نتیجه فشرده تر و مقاوم در برابر حرکت ، از پایه و ساختمان بالا پشتیبانی می کنند.

بتن GFRC چیست؟

(Glass Fiber Reinforced Concrete) یا به عبارتی بتن مسلح فایبرگلاس بتنی است که از الیاف شیشه‌ای با مقاومت بالا در آن استفاده می‌شود. این ترکیب علاوه بر مقاومت انعطاف ‍‍پذیری بالایی نیز دارد.

بتن GFRC از چه موادی تشکیل می‌شود؟

– سیمان معمولی (تیپ 1):

کلمه سیمان به هر نوع ماده چسبنده اطلاق می‌شود که قابلیت به هم چسباندن و یکپارچه کردن قطعات معدنی را داراست. سیمان گردی است نرم، جاذب آب، چسباننده خرده‌سنگ که اساساً مرکب از ترکیبات پخته و گداخته شده اکسیدهای کلسیم، سیلیسیم، آلومینیوم و آهن می‌باشد. منظور از سیمان در شاخه مهندسی، آن دسته از سیمان‌هایی است که دارای ریشه آهکی هستند. براین‌اساس سیمان ترکیبی است از اکسید کلسیم (آهک) با سایر اکسیدها نظیر اکسید سیلیسیم، اکسید آلومینیوم، اکسید آهن، اکسید منیزیم و اکسیدهای قلیایی که میل ترکیبی زیادی با آب داشته و در مجاورت هوا و حتی در زیر آب نیز به‌مرورزمان سفت شده و دارای مقاومت خاصی هستند.

اگرچه به علت چسبندگی بالا و همچنین پوزولان‌ها یا افزودنی‌های بتن بیشتر و بهتر در سیمان سیاه، اکثراً استفاده از آن توصیه می‌شود، اما بر اساس رنگ موردنیاز در قطعه، از سیمان سفید نیز می‌توان استفاده کرد. معمولاً استفاده از سیمان پرتلند تیپ 2 برای ساختن بتن GFRC سفارش می‌شود. نسبت ترکیب سیمان در بتن 50% وزن خشک آن است که در شرایط مختلف می‌توان کمی آنها افزایش یا کاهش داد.

–آب:

آب نقش اساسی و بسیار مهم در ساختار و خواص بتن دارد به همین جهت استفاده از آب مناسب در بتن همواره باید موردتوجه قرار گیرد. در یک نگاه کلی آبی که قابل شرب باشد بسیار مناسب است که جزئیات آن به‌اختصار آمده است:

اسیدی و بازی نباشد (PH:6-8).

درصد سولفات‌هایش کمتر از 1/0 درصد باشد.

درصد کلرهایش کمتر از 05/0 درصد باشد.

کمتر از 1/0 درصد کربنات داشته باشد.

کمتر از 1/0 درصد ذرات معلق داشته باشد.

نسبت مناسب و بهینه میزان آب در خواص نامبرده بتن مؤثر است:

میزان پایداری و استقامت (استحکام)

آب‌رفتگی و افت

نفوذپذیری

مقاومت در برابر فرسایش

مقاومت در برابر یخ‌زدگی

استفاده از آب نامناسب در بطن مسائل و مشکلات زیر را دنبال دارد:

زمان‌گیرش سیمان را به تأخیر می‌اندازد.

باعث کاهش مقاومت نهایی بتن می‌شود.

موجب ایجاد لکه روی سطح بتن خشک شده می‌شود.

در ساخت GFRCها مقدار آب بین 30 تا 35 درصد وزن سیمان در نظر گرفته می‌شود. دمای هوا و فصل کار، در میزان مصرف آب بسیار حائز اهمیت است. همچنین در روش SPRAY-UP  آب کمتری استفاده می‌شود که این خود یکی از عوامل استحکام بیشتر قطعات تولیدی در این روش است.

– الیاف شیشه‌ای:

الیاف شیشه Glass Fiber مشهورترین تقویت‌کننده مورداستفاده در صنعت کامپوزیت می‌باشد. برخلاف سایر مواد پلیمری که از ساختمانی زنجیره‌ای برخوردارند، این ماده از ساختمان شبکه‌ای برخوردار است. به این دلیل، مقاومتی بسیار بالا، حدوداً دوبرابر مقاومت و استحکام دیگر الیاف غیرفلزی دارد. الیاف شیشه تارهای بسیار باریک از جنس شیشه با قطر ثابت و طول نامحدود است که ظریف و خمش پذیراست. به این سبب از الیاف شیشه در بالابردن مقاومت کششی و تقویت کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود. این ماده استحکام و سختی مناسبی دارد و خواص مکانیکی خود را در دماهای بالا حفظ می‌کند، در برابر رطوبت و خوردگی مقاومت مناسبی دارد و نسبتاً ارزان است.

مهم‌ترین جزء و نقطه تمایز GFRC با بقیه بتن‌ها استفاده از الیاف شیشه در آن است. الیاف شیشه دقیقاً کارکرد میلگرد و مشهای فلزی را در بتنهای مسلح دارد. حتما باید از الیاف شیشه ی مقاوم به قلیا یا AR GLASS استفاده کرد تا محیط قلیایی بتن،  ساختار، استحکام و شکل الیاف را از بین نبرد. نسبت استفاده الیاف در بتن معمولا بین 2 تا 4 درصد وزن خشک بتن محاسبه می شود (سیمان + سیلیس + پوزولان‌ها).

مقدار مصرف در SPRAY-UP و PREMIX متفاوت است، ضمنا باید از الیاف با ضخامت 100 تا 200 فلامنت و طول 6 تا 25 میلیمتر استفاده کرد .

– پلیمرهای اکریلیک:

پلیمرهای آکریلیک با نام آکریلات نیز شناخته می‌شوند و این مواد گروهی از پلیمرها بوده که در ارتباط با پلیمرهای وینیل میباشند. این مواد از مونومرهای آکریلات ساخته شده اند ولی شاید شما با معنی مونومر آشنا نباشید. مونومر مولکولی است که از نظر شیمیایی با سایر مونومر ها ارتباط برقرار می کند تا یک ماده پلیمری را به وجود بیاورد همانند ایجاد پلیمر های آکریلیک. روندی که در طی آن مونومر های پلیمری به یکدیگر متصل می شوند تا یک ماده جدید با حجم زیاد را تولید می کنند با نام بسپارش شناخته می شود. اگر بخواهیم به ذرات کوچکتر مونومرها توجه کنیم به استرها میرسیم. استر ترکیبی است که از اسیدهای ارگانیک و یا غیر ارگانیک گرفته می‌شود و در آن یک گروه هیدروکسید با یک گروه آلکیل جایگزین شده است. مونومر آکریلات هم استری است که شامل تعدادی از گروه‌های وینیلی می باشد و در واقع از اتمهای کربنی تشکیل شده که با پیوندهای دوتایی به یکدیگر متصل شدند. حتی تعدادی از پلیمرها شامل اسیدهای آزاد و اسیدهای آکریلیک می شوند ولی تعدادی از آکریلاتها دارای گروه های اضافی متیل بوده که به آنها متصل شده و در نهایت با نام مت آکریلات شناخته می شوند. اگر با میکروسکوپ نگاه دقیقی به پلیمرهای آکریلیک یا آکریلات بیندازید متوجه می شوید که در این پلیمرها دو بخش بسیار متمایز وجود دارد زیرا دارای یک گروه کربوکسیلیک بوده و در کنار آن گروه‌هایی با پیوندهای دوتایی وجود دارند. هم اکنون می‌توانیم به مصارف پلیمرهای آکریلیک بپردازیم. موارد یاد شده می توانند پوششی با کیفیت برای وینیل و یا تعداد زیادی از محصولاتی باشند که از وینیل ساخته می شوند و یا به عنوان رنگ های آکریلیک مورد استفاده قرار می‌گیرند که توسط بسیاری از هنرمندان به کار برده می شود. اگرچه مصرف این مواد تنها محدود به ایجاد پوشش برای وینیل ها نمی باشد، بلکه می تواند مصارف بسیار متعددی در صنایع مختلف در دنیا داشته باشد. می‌توان عنوان کرد که پلیمرهای آکریلیک پتانسیل زیادی برای به کارگیری به عنوان رزین های سنتزی و یا ترکیبی دارند.

– مواد افزودنی:
پوزولان‌ها  Pozzolan گونه‌ای خاکستر آتشفشانی ریزدانه شامل مواد سیلیسی، یا سیلیسی – آلومینی هستند که در ساخت بتن کاربرد دارند. اگرچه پوزولان‌ها خود به‌تنهایی فاقد ارزش چسبانندگی بوده، اما به شکل بسیار ریز در مجاورت رطوبت در دمای معمولی، طی واکنش شیمیایی با کلسیم هیدروکسید و آهک در ترکیباتی پایدار و نامحلول (ژل) با خاصیت سیمانی به وجود می‌آورند.

افزودنی‌های بتن یکی از عوامل بسیار مهم در ساختار و استحکام بتن‌ها هستند. متأسفانه در کشور ما به‌خاطر صرفه‌جویی و کاهش هزینة تولید به این عناصر مهم، کم‌توجهی می‌شود. به‌جرئت می‌توان گفت در تولید GFRC باکیفیت بالا و مناسب، پوزولان‌ها نقش اساسی و تعیین‌کننده دارند. از جمله شاخص‌ترین آنها می‌توان از فلای‌اش (خاکستر بادی)، میکرو سیلیس، متا کائولن و V.C.A.S نام برد. معمولاً مقدار آنها در بتن 10 تا 15 درصد وزن سیمان محاسبه می‌شود و به همان اندازه از مقدار سیمان کاسته خواهد شد.

در تولید قطعات با رنگ روشن از بعضی از این افزودنی‌ها نمی‌توان استفاده کرد، مثلاً خاکستر بادی که سیاه‌رنگ است یا میکرو سیلیس که رنگ خاکستری دارد.

هرکدام از مواد افزودنی کارکرد و قابلیت خاصی به بتن خواهد بخشید، از جمله مزایای استفاده از پوزولان‌ها، داشتن خصوصیات سیمانی، بالابردن مقاومت در برابر حمله اسیدی یا قلیایی سنگ‌دانه‌ها، جلوگیری از ترک خوردن سطحی بتن، کاهش بتن‌ریزی و خواصی که در ارتباط با آب‌بند بودن سازه‌های نگهدارنده آب هستند را می‌توان ذکر کرد.

– سنگدانه های ریز: دلیل استفاده از سنگدانه های ریز جلوگیری از پایین آمدن کارایی بتن است.

تاریخچه:

شکل‌گیری ایده بتن مسلح با فایبرگلاس مربوط به سال 1940 بود که توسط روس‌ها ارائه شد. ولی بعد از جنگ جهانی دوم به‌واسطه حجم سنگین ساخت‌وساز در کشورهای اروپایی کاربرد بسیاری در صنعتی‌سازی ساختمان پیدا کرد و از سال ۱۹۷۰ میلادی در معماری‌های خاص و جنبه‌های دکوراتیو نیز مصرف شد بخصوص در کشورهای مسلمان در حال پیشرفت مانند مالزی، عربستان سعودی، امارات متحده عربی ترکیه به دلیل امکان استفاده در معماری اسلامی جایگاه خاصی را پیدا کرده است.

در ایران نیز در سال 1390 توسط شرکت بتن پیش‌ساخته دیسمان برای اولین‌بار این تکنولوژی وارد شد که مربوط به سالن همایش‌های بین‌المللی اصفهان بود و دستگاه آن از انگلستان به‌صورت دست‌دوم خریداری شد و سال‌ها بعد این دستگاه بومی‌سازی شد.

مزایا و معایب GFRC :

مزایا:

– سرعت اجرای بالا:

توجیه اقتصادی یکی از مهم‌ترین آیتم‌ها برای ساخت هر ساختمان هست. زمان ساخت می‌تواند تأثیرات زیادی در هزینه‌های ساخت یک پروژه ساختمانی بگذارد. نمای جی اف ار سی یک نمای پیش‌ساخته است که اجرای آن بسیار سریع‌تر و ایمن‌تر از سایر نماها هست.

– سبکی:

همه طراحان و مهندسین در انتخاب متریال‌ها به مقوله سبک‌سازی اهمیت می‌دهند. ازآنجایی‌که روش نصب جی اف را سی بدون ملات و به‌صورت خشک هست، وزن کلی نما نسبت به خیلی از متریال‌های نما کاهش می‌یابد.

– ضد حریق بودن:

انتخاب متریال‌های ضد حریق نمای ساختمان تبدیل به یک اجبار شده است. چون حوادث زیادی به دلیل حریق در نمای ساختمان اتفاق افتاده است. نمای جی اف ار سی به دلیل این که پایه اصلی آن سنگ هست، کاملاً در برابر حریق مقاوم می‌باشد.

– کیفیت و تنوع بافت سطوح:

یکی از دغدغه‌های معماران و طراحان خلاق، اجرایی شدن طرح‌هایشان است. چون خیلی از طرح‌ها با مصالح و متریال های دیگر قابل اجرا نیست؛  اما با نمای جی اف ار سی تقریباً هیچ‌گونه محدودیتی در تولید قطعات ازنظر طرح، نقش، اندازه و رنگ وجود ندارد.  امکان تولید قطعات مشبک و نقش برجسته و باکس‌های بزرگ نیز با نمای جی اف ار سی gfrc | grc امکان‌پذیر است.

از دیگر مزایای بتن مسلح فایبرگلاس می‌توان به قابلیت بازیافتی و ثبات ظاهری در طول زمان (در برابر کاهش دما و باران‌های اسیدی تغییر شکل نمی‌دهد.) اشاره کرد.

معایب:

هیچ شکل‌پذیری وجود ندارد. شکل‌پذیری توانایی ماده جامد برای تغییر شکل در شرایط تنش است.

هزینه GFRC بالاتر از بتن معمولی است. به دلیل وجود فایبرگلاس در داخل بتن و افزودن مواد افزودنی و پلیمرهای اکریلیک، قیمت این بتن زیاد است.

طرح اختلاط این بتن دشوار است و نیاز به نیروهای متخصص است.

بتن مسلح شده با الیاف شیشه قدرت خود را در طولانی‌مدت از دست می‌دهد.

برنامه‌ریزی زیادی برای حمل‌ونقل این بتن موردنیاز است.

روش‌های اجرای بتن GFRC :

روش افشانه (Spray-Up)

به فرایند استفاده از پمپ اسپری، روتور/ استاتور یا پریستالتیک برای پاشش دوغاب GFRC و الیاف شیشه اشاره دارد. از اسلحه مخصوص اسپری با دستگاه خردکن فیبر استفاده می‌شود. دوغاب و الیاف GFRC به طور جداگانه در تفنگ تغذیه می‌شود و دستگاه برش دهنده فیبر را برش داده و آن را به داخل جریان دوغاب در نازل اسپری وارد می‌کند. در روش افشانه، مخلوط بتنی معمولاً حاوی حداقل 4 درصد فیبر شیشه است.

روش پیش اختلاط (Premix)

در طول مخلوط کردن و تهیه دوغاب، الیاف شیشه در دوغاب ترکیب می‌شود. فرایند پیش اختلاط بیشتر به تکنیک‌های مختلف تولید مانند Spray Premix ،Cast Premix ،Pultrusion  و Hand Lay-Up تقسیم می‌شود. روش پیش اختلاط بیشتر اوقات برای قطعات کوچک‌تر بتن GFRC استفاده می‌شود و به‌ندرت در قطعات و اعضای بزرگ‌تر سازه بتنی استفاده می‌شود.

موارد استفاده از بتن مسلح فایبرگلاس:

بتن مسلح فایبرگلاس می‌تواند هم‌زمان نقش دیوار و نمای خارجی را ایفا کند.

بازسازی و احیای ساختمان‌های قدیمی

محوطه‌سازی و مبلمان‌های شهری اعم از آب‌نما نیمکت‌های پارک‌ها و مجسمه‌های سطح شهر

سرستون‌ها و گنبدها

کلام آخر (چکیده):

بتن مسلح با الیاف فایبرگلاس یا جی اِف آر سی شامل هیدراتاسیون سیمان به همراه سنگ‌دانه‌های ریز، الیاف شیشه و مواد افزودنی است. از الیاف شیشه به‌عنوان تقویت‌کننده بتن استفاده می‌شود. این الیاف به طور یکنواخت توزیع شده و به طور تصادفی جهت‌گیری می‌شوند. ویژگی بتن تقویت شده با الیاف با شرایط اختلاط، کیفیت الیاف، کاربرد و شیوه توزیع (ریختن) تغییر می‌کند. مهم‌ترین ویژگی آن ایفای هم‌زمان نقش دیوار و نمای خارجی که در نتیجه باعث کاهش وزن ساختمان می‌شود. بتن مسلح فایبرگلاس ویژگی خاصی به سازه می‌شد و به‌نوعی برای سازه باعث ارزش‌آفرینی می‌شود. به‌گونه‌ای که سازه‌هایی که از این ترکیب در نمای آن ها استفاده شده بیشتر موردتوجه مردم قرار می‌گیرد.

تونل

راه و راهسازی در سرزمین ما به دلیل تمدن کهن از دیرباز مورد توجه بوده است. راه شاهی به طول 2500 کیلومتر و جاده ابریشم به طول 8000 کیلومتر بیانگر این موضوع می باشد. همچنین وجود چنین راه هایی نشان دهنده اهمیت جغرافیایی ایران در مبادلات و فعالیت های اقتصادی بین المللی می باشد. اگر این فرصت ها را درکنار جغرافیای کوهستانی ایران قرار دهیم اهمیت احداث تونل های مختلف در ایران بیش از پیش نمایان می شود.

تونل ها سازه های زیرزمینی هستند که برای مقاصد مختلف حفر می شوند. که بر اساس نوع کاربری به دسته های زیر تقسیم بندی می شوند:

تونل های نظامی – تونل های آزمایشگاهی – تونل های انتقال آب – تونل های معدنی – تونل های ترافیکی این گروه مهندسی تجربه زیادی در بازسازی و اجرای تونل های مهم دارند شاید یکی از تاثیر گذار ترین پروژه های این گروه مهندسی مطالعات بهسازی لرزه ای تونل های ایلام و بالاخص مطالعات بهسازی لرزه ای تونل پیامبر اعظم در استان ایلام است

کاربرد و اهمیت احداث تونل:

در قرن حاضر جمعیت جهان به شدت رو به افزایش بوده و فضاهای موجود پاسخگوی نیاز این جمعیت نیست از این رو توسعه زیرزمینی شهرها از اولویت زیادی برخوردار است.

عوامل موثر در انتخاب مسیر و مشخصات هندسی تونل:

1-انتخاب پلان مسیر (با توجه به تعداد روستاها و شهر های تحت پوشش آن)

2-پروفیل مسیر

3-مشخصات هندسی

4-عمق تونل

5-شرایط زمین ساختی

و …

مقاطع هندسی تونل ها :

مقطع تونل ها با توجه به جنس و مشخصات مکانیکی محل احداث و نوع کاربری متفاوت است.

مقاطع هندسی تونل ها شامل :

دایره :

از نظر حفاری با ماشین های (TBM) و مقاومت برابر تنش های وارده بسیار مناسب است که انحنای پایین تونل از معایب این قبیل مقاطع به شمار می رود.

در زمین های نامناسب و نرم به ویژه در مواردی که احتمال تورم و آماس بالاست مقطع دایره به دلیل سهولت در حفر مناسب ترین مقطع است.

چهارگوش (باکس):

در مواردی که فشار جانبی بر دیواره تونل یا ضخامت روباره کم باشد، چنین مقطعی مقرون به صرفه است. در صورت لزوم، سقف این تونل ها را می توان به صورت قوسی انتخاب کرد زیرا استفاده از این سیستم، به ویژه در مورد تونل های کوچک ارزان تر تمام می شود.

مقطع به شکل D  دوران یافته:

دیواره قائم و قسمت بالای آن قوسی به شکل نیم دایره وجود دارد. این مقطع بیشتر در تونل های سنگی معمول است زیرا دیواره قائم به آسانی در برابر تنش های وارده مقاومت می کند.

مقطع نعل اسبی :

اغلب تونل های راه و راه آهن از این نوع مقطع است. در این نوع مقاطع بخش بالایی به شکل دایره و بخش پایینی نیز منحنی است.

از محاسن مقطع نعل اسبی این است که برای نگهداری تونل می توان از قاب های فلزی استفاده کرد. و از این نظر امتیاز مقطع دایره ای را دارد. با این تفاوت که کف مقطع نعل اسبی تقریبا مسطح است و این امر باعث سهولت بارگیری و حمل مواد حفر شده است.

بررسی شرایط زمین :

به طور کلی در ارتباط با زمین شناسی محیط، طراحی و احداث هر نوع سازه ای در طبیعت باید به گونه ای انجام شود که تعادل متقابل بین سازه و شرایط زمین شناسی به وجود بیاید. برای رسیدن به این هدف دو موضوع زیر حائز اهمیت می باشد:

1-شناخت کامل تمامی عوامل سازه مورد طراحی و اجرا از جمله عوامل استاتیکی، دینامیکی، زیست محیطی، تاثیرات شیمیایی و….. بر محیط.

2-شناخت زمین شناسی محیط

از جمله عوامل شکل دهنده آن نظیر زمین ریخت شناسی(مورفولوژی)، عوامل تکتونیکی، تاثیرات عوامل جوی و آب شناسی و شاخص های فیزیکی و شیمیایی و تاثیر آن ها بر سازه ی مورد نظر.

مورد اول توسط طراح سازه مشخص می شود که به عنوان داده برای برنامه ریزی مطالعات زمین شناسی مهندسی به کار گرفته می شود و مورد دوم با کوشش مهندس زمین شناس و بر اساس روش های مختلف اکتشافی در مرحله طراحی به دست می آید .

بررسی های زمین شناسی مهندسی و اکتشافات ژئوتکنیکی:

کلیه پارامتر های مورد نظر در این زمینه با عملیات صحرایی و آزمایشگاهی به دست می آید. هر چه اطلاعات به دست آمده دقیق تر باشد به همان نسبت طراح می تواند با هزینه کمتر و اطمینان بیشتری طرح خود را ارائه بدهد.

به طور کلی بررسی های ژئوتکنیکی در 5 مرحله از زمان تعریف پروژه تا اتمام ادامه می یابد.

1-مرحله شناسایی:

2-مرحله توجیهی:

3-مرحله طراحی تفصیلی:

4-مرحله اجرا:

5-مرحله بهره برداری و نگهداری:

انواع سیستم نگهداری تونل ها:

بطور کلی زمین در شرایط طبیعی، تحت نیروی ثقل و نیروهای تکتونیکی قرار دارد.

در اثر حفر تونل تعادل میان این نیروها به هم می خورد و وضعیت تنش جدیدی بوجود می آید که ممکن است زمین اطراف تونل را به مرحله گسیختگی برساند.

بطور مثال در توده سنگ ها، درزه های طبیعی و درزه های ایجاد شده در اثر حفاری تونل می تواند موجب ناپایداری زمین اطراف تونل شده و ممکن است که این ناپایداری به صورت سقوط چند بلوک تا فروکش کامل زمین اطراف تونل بینجامد.

1-پیش نگهدارنده ها:

پیش تزریق – فورپلینگ – انجماد – زهکشی – هوای فشرده

2-سیستم نگهداری اولیه:

قاب فلزی – میل مهار – شاتکریت – لتیس گریدر – توری سیمی و شاتکریت

3-سیستم نگهداری ثانویه:

قطعات پیش ساخته بتنی – بتن برجا – صفحات فلزی

مراحل اداری برای گرفتن مجوز ساخت ساختمان

گرفتن مجوز احداث ساختمان کاری زمان بر و پر هزینه است. برای امنیت، کارایی و صرفه اقتصادی بیشتر؛ باید الزاماتی را هنگام احداث ساختمان رعایت کرد. همچنین آیین نامه های متعددی برای احداث یک ساختمان کارا وجود دارد. شهرداری برای اینکه از رعایت این پروتکل ها اطمینان حاصل کند مراحل ساخت و ساز ها را چه به وسیله نظارت و چه به وسیله سازمان های زیر مجموعه زیر نظر می گیرد. به همین دلیل گرفتن مجوز (پروانه) ساخت برای هر ساختمان با هر کاربری الزامی است. کسانی که ساخت بنا را به یک پیمانکار می‌سپارند، ممکن است دنبال کردن این مراحل اداری را نیز به او محول کنند. اما اگر شخصا خودتان می‌خواهید این کارها را انجام دهید باید به شهرداری منطقه مراجعه نمایید.

اولین مرحله:

تشکیل دادن پرونده

هنگام درخواست دادن صدور پروانه و تشکیل پرونده این مدارک را همراه داشته باشید:
• اصل سند مالکیت و فتوکپی آن
• اصل کارت ملی و شناسنامه و فتوکپی آن‌ها
• برگه تسویه حساب عوارض نوسازی
• برگه تسویه حساب عوارض شهرداری
• نوشتن درخواست صدور پروانه به صورت کتبی
شما برای درخواست دادن مجوز ساخت می‌توانید به جز شهرداری، به دفاتر خدمات الکترونیکی هم مراجعه کنید.
مرحله دوم:

بازدید ملک توسط شهرداری

در این مرحله یکی از کارشناسانان شهرداری به محل احداث ساختمان مراجعه می کند و تمام جوانب  ساخت و ساز ساختمان (به عنوان مثال: مساحت کل ملک-همسایگی ها-عرض خیابان و کوچه) را بررسی و مجوز تعداد کل طبقات ساختمان را صادر می کند.

مرحله سوم:

طرح تفصیلی

این طرح در همه شهرها اجرا نمی‌شود و بیشتر در کلان شهر ها صورت می‌گیرد.
شهرداری کسی را با عنوان کارشناس طرح تفصیلی به محل احداث بنا می‌فرستد تا کاربری ملک را در طرح جامع و تفصیلی شهر بررسی کند. انجام این کار با هدف بررسی عدم مغایرت بنا با طرح‌های عمرانی شهر صورت می‌پذیرد. اگر تداخلی دیده شود، دستور انجام تغییرات و اصلاحات مورد نظر از طرف شهرداری صادر خواهد شد.

مرحله چهارم:

تهیه نقشه ساختمان

حالا که کارهای ذکر شده انجام شده است، شهرداری به شما دستور می‌دهد که نقشه ملک‌تان را تهیه نمایید.
در این نقشه باید مساحت کل ملک، تعداد طبقات، تعداد واحد ها و مساحت هر کدام از انها به طور دقیق مشخص شده باشد.

نقشه از شهرداری به گروه مهندسین معماری ارسال می شود. نقشه  توسط مهندسین معمار مورد بازبینی و طراحی مطابق با قوانین شهرداری و نظر مالک قرار می گیرد. پس از اتمام کار نقشه مجدد به شهرداری بازگشت داده می شود پس از تاییده، مجدد برای دفتر نظام مهندسی ارسال می شود تا مجوز های لازم صادر شوند.

مرحله پنجم:

پرداخت عوارض شهرداری

پس از اتمام تمام موارد قبل مالک باید مقداری را تحت عنوان عوارض نوسازی به شهرداری پرداخت نماید. این مقدار توسط بخش صدور پروانه با توجه به مساحت و کاربری ملک محاسبه و مشخص می شود.

مرحله ششم:

مدارک پیش نویس

حالا زمان آماده کردن مراحل پیش‌نویس رسیده است. دفاتر خدمات شهری جایی هستند که برای تهیه پیش‌نویس‌ها به شما کمک می‌کنند و می‌توانید در آنجا فرم درخواست تعیین ناظر را پر کنید.
مدتی باید صبر کنید تا از سوی شهرداری با شما تماس گرفته شود و برای عقد قرارداری با ناظر تعیین شده از سوی شهرداری به آنجا بروید

 مرحله هفتم:صدور پروانه

هنگامی‌که رئیس بخش صدور پروانه ساختمان، معاون شهرسازی و معماری و شخص شهردار درخواست شما را تایید کنند، پروانه ساختمانی شما چاپ خواهد شد.

نکات پایانی

انجام دادن تمام این مراحل اگر چه زمان‌بر هستند و نیاز به صرف هزینه و زمان و انرژی دارد، اما در عوض وقتی پروانه مورد نیازتان صادر شد معمولا 2 و یا 4 سال، زمان در اختیار خواهید داشت.
زمانی که روی صفحه نخست مجوز به عنوان مهلت ساخت آن ساختمان تعیین شده، بر‌اساس متراژ مساحت بنا مشخص گشته است. اگر نتوانید تا فرا رسیدن آن مهلت پروژه را تکمیل کنید، یک اخطاریه دریافت خواهید کرد و باید عوارض تعویق را پرداخت کنید. با انجام پروسه درخواست تمدید پروانه ساخت، زمان مناسبی به شما داده می‌شود تا پروژه را به پایان برسانید و در صورتی‌ که نتوانید پروژه را تکمیل کنید دیگر تمدید مجدد پروانه امکان‌پذیر نخواهد بود. پس بهتر است که برای کامل کردن پروژه در زمان مناسب به خوبی برنامه‌ریزی کنید.

بتن پیش تنیده چیست و چه ویژگی هایی دارد ( به همراه نقشه واقعی پل پیش تنیده)

تعریف

بتن پیش‌تنیده به انگلیسی: Prestressed concrete

برای برطرف کردن ضعف بتن در برابر کشش از بتن پیش‌تنیده استفاده می کنند. از بتن پیش تنیده برای ساخت تیرها، سقف ها یا پل‌هایی با طول دهنه‌های زیاد می توان بهره برد. از کابل‌های فولادی کششی به عنوان تاندون‌های پیش‌تنیده  ، برای ایجاد بار فشاری استفاده می‌شود. هنگام وارد شدن بار خمشی در یک عضو پیش تنیده ، تنش‌های کششی پدید می آیند. این تنش های کششی با بار فشاری که از قبل توسط کابل ها ایجاد شده خنثی میشود. این فرایند به وسیله رشته‌های فولادی، غلاف و … انجام شده و نیاز به ابزاری خاص دارد.

مفهوم

همان طور که در شکل مشاهده می کنید در بتن مسلح معمولی پس از بارگزاری خیز مثبت ایجاد میشود و تار پایین به کشش می افتد در اثر نیروی کششی ذکر شده ترک هایی ایجاد میشود که تا کمی بالاتر از تار خنثی امتداد خواهد داشت.

اما در بتن پیش تنیده قبل از بارگزاری خیز منفی وجود دارد(توسط کابل های قرار داده شده تحت فشار است) پس از اعمال نیروی کششی خیز(فشار موجود) خنثی خواهد شد ، در بتن پیش تنیده به دلیل سختی جانبی کمتر تار خنثی پایین تر می آید.

مقاومت بتن در برابر فشار بالاست ولی در مقابل كشش ضعیف است. ایجاد پیش تنیدگی در بتن با كابل‌های فولادی باعث می‌شود بتن همواره در تنش فشاری باقی بماند.  و در نتیجه میزان باربری آن افزایش خواهد یافت. چون كابل‌ها در حالت کشیده قرار دارند و نیروی کششی را به نیروی فشاری تبدیل می‌كنند و هیچ ضعفی در مقطع بتن ایجاد نمی‌كنند و بتن فقط تحت بارهای بسیار زیاد به كشش می‌افتد و ترک نمی ‌خورد. برای پیش تنیده كردن بتن دو سیستم متفاوت پیش كشیدن و پس كشیدن وجود دارد.

تاریخچه

در گذشته از این روش در ساخت چرخ های درشکه استفاده می کردند. عامل یکپارچگی پره ها و طوقه چوبی درشکه، تسمه ای فولادی بود که به صورت داغ حول طوقه قرار داده می شد. با سرد شدن و منقبض شدن حلقه، مجموعه طوقه و پره فشرده شده و یکپارچه می گردید. یک مثال دیگر که نشان دهنده مفهوم پیش تنیدگی،  بشکه های چوبی قدیمی است که کشش ایجاد شده در حلقه های فلزی به طور موثری قطعات چوبی را به یکدیگر می فشارد تا مقاومت پایداری آن را افزایش دهند.

روش بتن پیش تنیده در سال ۱۸۸۶ میلادی توسط دانشمند اروپایی جکسون در در ایالت سان فرانسیسکو مطرح شد. اگرچه تا ۵۰ سال بعد همچنان به عنوان یک مصالح ساختاری پذیرفته نشد اما با وقوع جنگ جهانی و کمبود مصالح ساختمانی از جمله فولاد، علاقه نسبت به استفاده از این فناوری جدید روز به روز گسترش پیدا کرد.

انواع

1-پیش تنیدگی(Pre-Tensioning):

بسیاری از قطعات بتنی پیش ساخته‌ی پیش تنیده (از جمله تیرهای برق ، تیرچه‌ی T شکل، دال های مجوف یا هالوکر، تراورس راه آهن و …) با این روش تولید می‌شوند. در روش پیش کشیدگی، ابتدا وایرها یا کابل ها را به صورت آزاد در داخل قالب قرار داده و به کمک جک های هیدرولیکی، تحت کشش قرار می دهند. سپس عملیات بتن ریزی انجام شده و پس از خارج کردن هوای آن به کمک ویبراتور، شرایط لازم را برای گیرش سریع‌تر بتن فراهم می کنند. پس از رسیدن بتن به مقاومت مطلوب، اضافه طول کابل ها برش داده شده و بتن تحت فشار قرار می‌گیرد. در این روش نیز همانند بتن مسلح پیش ساخته، مقطع و محل قرارگیری کابل ها بر اساس بارهای محاسبه شده، مشخص و رعایت می‌شود.

2-پس کشیدگی(Post-Tensioning):

در این روش، موقعیت کابل‌ها و صفحات مهاری (انکوریج) را پیش از بتن ریزی در داخل قالب تثبیت کرده و سپس بتن‌ریزی را انجام می‌دهند. پس از رسیدن بتن به مقاومت مورد نظر، عملیات کشش کابل‌ها با استفاده از جک های هیدرولیکی، انجام می شود از پس کشیدگی در دال‌ها و تیرهای ساختمان‌ها، پارکینگ‌ها، برج‌ها، مخازن بتنی، دالهای روی سطح زمین و … استفاده می‌شود.. مزیت پس کشیدگی بر پیش کشیدگی آن است که در این روش، می‌توان مسیر کابل ها را به گونه ای انحناء داد که در هر مقطع، تنش فشاری برابر با تنش کششی شکل گرفته در آن مقطع، ایجاد شود و به این ترتیب در حجم بتن ریزی، صرفه جویی نمود

پس کشیدگی به دو صورت گیردار یا چسبیده (Bonded) و آزاد یا غیرچسبیده (Unbonded) اجرا می‌گردد. در آمریکا بیشتر از سیستم آزاد و در استرالیا از سیستم گیردار استفاده می‌شود.

انتقال نیرو از کابل‌ها به بتن در سیستم آزاد تنها از طریق تکیه گاه های (انکوریج) انتهایی به صورت نیروی فشاری می‌باشد، اما در سیستم گیردار علاوه بر انتقال نیرو از طریق تکیه‌گاه‌ها، از طریق نیروی تماسی (گیرداری طولی) نیز این انتقال صورت می‌گیرد.

الف- سیستم گیردار یا چسبیده (Bonded):

در سیستم گیردار (Bonded)، ابتدا صفحات مهاری (انکوریج) و غلاف‌های فلزی درون قالب قرار داده می‌شوند. پس از رانش کابل در داخل غلاف ها، بتن‌ریزی را انجام می‌دهند. پس از رسیدن بتن به مقاومت لازم، کشیدن کابل‌ها توسط جک‌های هیدرولیکی انجام می‌گیرد. پس از انجام عمل کشیدگی، داخل مجرای غلاف‌ها با گروت (نوعی ملات سیمانی متشکل از آب، سیمان، ماسه و مواد افزودنی‌) پر می‌شود. استفاده از گروت هم باعث محافظت از خوردگی کابل‌های فولادی می‌شود و هم باعث ایجاد گیرداری و انتقال نیروی کششی بین کابل‌ها و محیط درون غلاف‌ می‌شود.

ب- سیستم آزاد (Unbonded):

در سیستم آزاد (Unbonded)، کابل‌ها دارای روکش پلی‌اتیلن مخصوص بوده و در نتیجه نیازی به غلاف گذاری ندارند؛ در نتیجه پس از کارگذاری کابل‌ها، بتن ریزی صورت گرفته و سپس عملیات کشش انجام می‌شود. بدلیل عدم وجود غلاف، این سیستم نیازی به گروت ریزی ندارد.

کاربرد

پارکینگ های طبقاتی

ساختمان ها و برج های بلند

مجتمع های مسکونی

پل ها

دیگر کاربردهای مهم سیستم پیش تنیدگی

از سیستم پیش تنیدگی در مواردی که عضو تحت تاثیر کشش و خمش بیشتری قرار دارند استفاده زیادی می‌شود مانند:

سقف پیش تنیده یا هالوکور

دیوار‌های حائل

دال‌ها

ستون‌ها و تیرها

اسکله‌ها

سقف پارکینگ‌ها

پل‌ها با دهانه‌های زیاد

لوله‌ها و مخازن آب

ساختمان ها و برج های بلند

مزایا

انعطاف پذیر بودن سازه پیش تنیده:

در بتن پیش تنیده بدون تغییر دادن مقاومت نهایی آن می توان سازه را با تغییر دادن مقداری از نیروی پیش تنیدگی انعطاف پذیر کرد. این انعطاف پذیری سازه بتن پیش تنیده در معماری هم قابل اجراست هم چنان که با حذف بعضی از ستون ها و پایه ها امکان اجرای سازه با دهانه بزرگتر را فراهم می کند

دوام و ماندگاری بالا:

از خاصیت های مهم بتن پیش تنیده نداشتن ترک های دائمی می باشد که باعث دوام بیشتر سازه پیش تنیده در مقایسه با سازه های بتنی می شود و این کار به خصوص در محیطی با زمین خورنده و سازه های دریایی اهمیت بیشتری دارد. همچنین در بتن پیش تنیده از شدت خیز به سمت پایین کاسته می شود که آن هم بدلیل داشتن خیز به طرف بالا تحت تاثیر نیروی پیش تنیدگی قبل از وارد آمدن بار بر آن می باشد

زیبایی و معماری:

تعداد ستون های بسیار کمتر درسازه ای که در آن از پیش تنیدگی استفاده شده دست معماران و طراحان فضای داخلی را باز میگذارد تا از فضای بیشتر استفاده کنند و همچنین تعداد ستون های کمتر، زیبایی بیشتری به سازه میدهد.

کاهش وزن سازه:

در این سیستم بدلیل حذف قسمت کششی بتن ضخامت دال کاهش می یاید. درنتیجه ابعاد ستون‌ها، دیوارهای برشی و فونداسیون کاهش یافته که این امر باعث کاهش بار مرده ساختمان و کاهش بار زلزله می شود به این ترتیب تحمل سازه در برابر زلزله بالا می‌رود.

معایب

احتیاج به دانش فنی و مهندسی بالاتر در ساخت و تولید

نیاز به بررسی و دقت بالاتر در تهیه و ساخت

سخت و پیچیده بودن طراحی

داشتن هزینه ی مصالح، ساخت و حمل و نقل بالاتر

خطر داشتن این عضوهای بتنی به هنگام تخریب به دلیل وجود انرژی موجود در کابل های کشیده شده

نمونه نقشه اجرایی از پیش تنیدگی :

(توسط شرکت آرشکو)

نکات اجرایی مربوط به پیش تنیدگی در این پروژه :

1-تاندونها متشکل از 3 رشته 7 سیمی به قطر اسمی 24/15 میلی متر و از نوع 270Grade  با مقاومت نهایی 18500 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و با وادادگی کم مطابق استانداردASTM A416  می باشد.

در ضمن نیروی کشیدن کابلها برابر 75 درصد مقاومت نهایی کابلها که معادل 53 ton می باشد.

2-غلاف تاندونها از نوع گالوانیزه موجدار به قطر خارجی 60 و قطر داخلی48 میلی متر می باشد.

3-غلاف تاندون ها باید به وسیله بست های مناسب و محکم و مطمئن در فواصل حداکثر یک متر مطابق اعداد ارائه شده در نقشه قالب بندی تیر ها نگهداری شوند.

4-یک متر پایانی همه تاندون ها باید به صورت مستقیم (خط راست) اجرا شوند.

5-صفحه گیره‌ها با توجه به زوایای داده شده باید به صورت عمود بر مسیر تاندون ها اجرا شوند.

6-حداقل مقاومت بتن پشت گیره ها هنگام کشیدن کابل ها باید 250 کیلوگرم بر سانتی متر مربع برای نمونه استوانه ای باشد.

7-اعمال نیرو و کشیدن کابل ها مطابق نقشه تیر ها از یک طرف تیرها می باشد.

8-کابل های شماره 1 و 2 روی زمین و از انتهای تیر و کابل شماره 3 بعد از اجرای دال کشیده می شود.

9-ترتیب، میزان کشیدن و قرائت نتایج تاندون ها در هر مرحله مطابق برنامه اجرایی می باشد.

10- در هنگام حمل و نقل تاندون ها باید از آسیب های مکانیکی تاندون ها نظیر شکننده شدن ، ضربه خوردن ، له شدن وحرارت دیدن جلوگیری شود. دستگاه نظارت باید به دقت بازرسی به عمل آورد.

11-تاندون ها باید در سطحی بالا تر از سطح زمین نگه داشته شوند.

12-تاندون ها را به هیچ وجه نمی توان جوش داد یا گرم کرد یا گالوانیزه نمود.

13-سطح تاندون ها و سطوح داخلی و خارجی غلاف ها باید عاری از زنگ زدگی و مواد چرب باشد.

14-در محل اتصالات غلاف ها باید به طور مطمئن از خروج شیره بتن و گروت جلوگیری گردد. اتصالات غلاف های مجاور باید حداقل 30 سانتی متر از هم فاصله داشته باشد.

15-تاندون های پیش تنیدگی ، مهارها ، گیرها و غلاف ها باید به طور موثری در برابر خوردگی در طول زمان بین کشیدن کابل ها و پوشاندن آن ها با گروت محافظت شوند. انتهای غلاف ها و منافذ آن ها باید در این هنگام بسته باشند.

16-عملیات کشش تاندون ها نباید در دمای صفر درجه سانتی گراد انجام شود.

17-عملیات کشش باید به طریقی انجام گیرد که تنش در فولاد به تدریج و به طور یکنواخت و کنترل شده افزایش یابد.

18-ملات تزریقی(گروت) باید از موادی تشکیل و به صورتی تهیه گرددکه با پوشانیدن اطراف کابل ها  و پر کردن تمام فضای خالی ، کابل ها را در مقابل زنگ زدگی محافظت نموده و قابلیت انتقال نیرو از کابل به بتن را تامین نماید. حداقل مقاومت فشاری نمونه استوانه ای ملات تزریقی 300 کیلوگرم بر سانتی متر مربع است.

هیچ نوع مصالح شن و ماسه نباید در ساخت ملات تزریقی مورد استفاده قرار گیرد و نسبت آب به سیمان نباید از 0.44 تجاوز نماید.

19-گیره های مورد استفاده باید از نوع dywidag یا مشابه آن بوده و مشخصات آن ها باید مطابق آیین نامه BS4447 باشد.

20-در محل گیره ها به منظور خروج هوای درون غلاف ها حین عملیات تزریق گروت باید هواکش هایی(vents)

با قطر 10 سانتی متر تعبیه شوند و عملیات تزریق درون غلاف ها پس از خروج گروت از این هواکش ها و اطمینان از باقی نماندن فضای خالی درون غلاف ها به پایان می رسد.

21-قبل از شروع عملیات تزریق باید آزمایش فشار هوا بر روی غلاف ها انجام می شود.

22-از انبار کردن تاندون ها به مدت طولانی در انبار باید خودداری نمود و در صورت وقوع این امر باید از کیفیت تاندون ها به علت عملیات زنگ زدگی ، کم شدن مقطع و تغییر در خواص مکانیکی به وسیله آزمایشات مطمئن شد.

23-جک های هیدرولیکی مخصوص کشیدن کابل ها باید دارای مشخصات زیر باشند.

الف- وسیله گیر دادن فولاد پیش تنیده به جک باید محکم و ایمن باشد.

ب- وسایل کشیدن باید به نحوی عمل کنند که نیروی نهایی قابل کنترلی راتدریجا در فولاد ایجاد نماید و هیچگونه تنش خطرناک ثانویدر تاندون ها ، گیره یا بتن ایجاد ننماید.

ج- میزان نیروی کششی باید در حین عملیات کششی به طور مستقیم توسط نیروسنج و یا به طور غیر مستقیم به وسیله نانومتر اندازه گیری شود.

د- دقت وسایل اندازه گیری نیرو نباید کمتر از 2 درصد باشد قبل ازبه کار گیری ازعملکرد صحیح دستگاه های اندازه گیری اطمینان حاصل شود.

24- برگشت کابل در گیره 6 میلی متر در محاسبات منظور شده است.

25-پیمانکار موظف است قبل از اقدام به کار پیش تنیدگی ، مشخصات کارخانه ای کابل هایی که مصرف خواهند شد را در اختیار مهندسین مشاور قرار دهد تا مقدار افت ها و نیروی کشیدن کابل ها در صورت متفاوت بودن با مشخصات مفروض بازنگری شود.

تاریخ توسعه سیستم های جداسازی لرزه ای

جداسازی لرزه ای ایده چندان جدیدی نیست. بیش از یک قرن پیش ، در سال 1885 ، جان میلن ، پروفسور ژاپنی یک خانه چوبی کوچک را روی بلبرینگی (گلوله هایی در صفحات چدنی با لبه های نعلبکی مانند) که روی سر شمع ها واقع شده بود، ساخت تا نشان دهد که می توان یک سازه را از ارتعاش ناشی از زمین لرزه ها جدا کرد.

ولی رفتار ساختمان تحت بارهای باد رضایت بخش نبود. بنابراین ، او قطر توپ های دورن بلبرینگ را از 10 اینچ به 1/4 اینچ کاهش داد. به این ترتیب ، ساختمان در برابر بارهای باد پایدار شد و ظاهراً در اثر زلزله واقعی موفق بود. کاوایی در سال 1891 پس از زلزله ناروبی رو سازه ای را پیشنهاد کرد که از ستون ها به وسیله پایه های چوبی در چند لایه در جهت طولی و عرضی جدا شده بود.

در سال 1906 ، ژاکوب بختولد از آلمان اختراعی را ثبت کرد که در آن ساختمان بر روی صفحه ای ساخته شده از متریال محکم بر روی گلوله های سخت قرار می گرفت. در سال 1909 ، پزشکی از انگلستان ، طرحی در اداره ثبت اختراع بریتانیا برای روش ساخت ساختمان ثبت کرده بود. در روش وی ، ساختمان بر روی لایه ای از ماسه ریز ، میکا یا تالک ساخته می شود، این امکان به ساختمان اجازه می دهد در هنگام زلزله لغزیده و در نتیجه نیروی منتقل شده به خود ساختمان را کاهش دهد. در سال 1929 ، روبرت دو مونتالک از نیوزلند طرحی ارائه کرد که به موجب آن یک تخته بین ستون ساختمان و پایه محکم آن قرار می گیرد.

تقریباً صد طرح  شناخته شده برای سیستم های جداسازی لرزه ای قبل از سال 1960 وجود دارد ، اما هیچ کدام اجرا نشده است. دلیل اصلی این موضوع عدم عملی بودن پیشنهاد های مطرح شده و عدم اطمینان حرفه مهندسی آن روز به موفقیت آن ها است. بکی از اولین نمونه های اجرا شده جداسازی لرزه ای،  هتل امپریال فرانک لوید رایت در توکیو است که در سال 1921 ساخته شد. این ساختمان بر روی لایه ای کم عمق از خاک محکم بنا شد ، که توسط یک لایه زیرین گل پشتیبانی می شد. این هتل جلوی حرکت ویرانگر زمین مقاومت می کرد و از زلزله 1923 توکیو جان سالم به در برد . هتل امپریال مدرکی است که نشان می دهد عملیات جداسازی پایه و حفاظت لرزه ای با وسایل نسبتاً ساده ای قابل دستیابی است.

از دهه 1920 ، اتفاقات دیگری رخ داده است که در آن برخی سازه ها از زلزله جان سالم به در برده اند و ساختمانهای مجاور فرو ریخته اند. در زلزله 1933 لانگ بیچ چندین ساختمان بنایی غیر مسلح فقط آسیب جزئی دیدند زیرا قادر به لغزش بر روی ستون های خود بودند. حداقل یک خانه بنایی از زلزله تانگشان در سال 1976 جان سالم به در برد ، زیرا بر روی پی خود به طور ناخواسته لغزید. گزارش ها مواردی از سازه های باریک را شناسایی میکنند که( به دلیل توانایی آنها در تکان خوردن یا تاب خوردن جانبی) از زمین لرزه ها جان سالم به در برده اند. مخازن آب و مجسمه ها ، لوسترها و پل های معلق نمونه هایی از آن هستند.

پژوهشگران در دهه 1930 تلاش کردند تا با طراحی بسیار انعطاف پذیر ستون های طبقه اول ، از طبقات بالای ساختمانهای چند طبقه محافظت کنند. پیشنهاد شد که ستون های طبقه اول باید طوری طراحی شوند که در هنگام زلزله به تسلیم برسند تا عملکردی جداگانه و میراگر ایجاد کنند. برای تولید میرایی کافی ، چندین اینچ جابجایی مورد نیاز است ، و از آنجایی که یک ستون برای تسلیم شدن می بایست بارهای زیادی را متمحل شود خود غیر عملی بودن این طرح را نشان می دهد. برای جلوگیری از حرکت بیش از حد سازه ، اولین طبقه در زیر زمین ساخته شده و اتلاف کننده های انرژی در بالای این طبقه نصب شده است . برای غلبه بر خطرات ذاتی پشتیبانی نرم در پایه ، انواع زیادی از سیستم های غلتک پیشنهاد شده است. غلطک ها و یاتاقان های کروی از نظر میرایی بسیار ضعیف بوده و هیچگونه مقاومت ذاتی در برابر بارهای جانبی ندارند بنابراین برخی مکانیسم های دیگری مورد نیاز است که مهار باد و ظرفیت جذب انرژی را فراهم می کند. مدت زمان طولانی بین دو زلزله پی در پی ممکن است منجر به جوش سرد یاتاقان ها و صفحات شود ، که باعث می شود سیستم پس از مدتی سفت و سخت شود. با توجه به این موضوع ، استفاده از تکیه گاه های نورد محدود به جداسازی اجزای خاص با وزن کم یا متوسط ​​است.

راه حل دیگری که برای افزایش انعطاف پذیری سیستم به نظر می رسید ، استفاده از انعطاف پذیری لاستیک طبیعی بود. اولین استفاده از این طرح در سال 1969 برای یک مدرسه ابتدایی سه طبقه در اسکوپی ، جمهوری مقدونیه بود. این ساختمان از دیوارهای برشی بتنی مسلح ساخته شده بود و توسط 54 بلوک بزرگ از لاستیک سخت پشتیبانی می شد. این بلوک های لاستیکی کاملاً تقویت نشده بودند ، بنابراین وزن ساختمان باعث برجستگی آنها به یک طرف می شد. برای بهبود پایداری ساختمان در برابر ارتعاشات جزئی ، بلوک های شیشه ای در نظر گرفته می شد که به عنوان فیوزهای لرزه ای عمل می کردند که بار لرزه ای از آستانه خاصی فراتر رود. به دلیل سختی یکسان سیستم جداسازی در همه جهات ، ساختمان به عقب و جلو می پرید. این نوع یاتاقان ها برای حفاظت از سازه ها در برابر زلزله نامناسب هستند.

در دهه 1970توسعه بعدی یاتاقان های لاستیکی چند لایه ، جداسازی لرزه ای را به یک واقعیت عملی تبدیل کرد. این یاتاقانها جهت حمل وزن سازه در جهت عمودی بسیار سفت اما از نظر افقی بسیار منعطف هستند تا بتوانند ساختار جدا شده را تحت حرکت شدید زمین به صورت جانبی حرکت دهند. در اوایل دهه 1980 ، پیشرفت در فناوری لاستیک منجر به ترکیبات لاستیکی جدیدی شد که به آنها لاستیک میرایی بالا (HDR) گفته شد .بعدها ، تعداد زیادی از دستگاههای جداسازی ساخته شد. (از جمله غلطک ، فنر ، صفحات لغزش اصطکاکی ، سیستم تعلیق قابلیت پذیر ، شمع های آستین دار و پایه های گهواره ای )در حال حاضر جداسازی لرزه ای برای سازه های مهم به مرحله پذیرش و جایگزینی ساختمان معمولی رسیده است.

این فقط اختراع بلبرینگ الاستومری نیست ، که جداسازی لرزه ای را به یک واقعیت عملی تبدیل کرده است. سه تحول موازی اما مستقل دیگر نیز در موفقیت آن نقش داشته است. اولین مورد توسعه نرم افزارهای قابل اعتماد برای تجزیه و تحلیل رایانه ای سازه ها برای پیش بینی عملکرد آنها و تعیین پارامترهای طراحی بود. توسعه دوم استفاده از میزهای لرزه ای بود ، که قادر به شبیه سازی اثرات حرکت زمین لرزه بر روی انواع مختلف سازه ها بود. سومین پیشرفت مهم در مهارت زلزله شناسی مهندسی و برآورد حرکت زمین در یک مکان خاص است.

جدول 1 به طور خلاصه مزایا و معایب رایج ترین وسایل مورد استفاده برای جداسازی لرزه ای را نشان می دهد. این مزایا و معایب مختصر و ممکن است جامع نباشند. علاوه بر این برخی از تولیدکنندگان احتمالا روشهای خاصی برای کاهش معایب داشته باشند.

مزایا و معایب سیستمهای جداساز متداول

بررسی تقریبی جدول 1 این واقعیت را تأیید می کند که هر یک از سیستم های جداسازی لرزه ای ذکر شده در بالا دارای ویژگی ها و عملکردهای دینامیکی خاصی هستند اما هیچ دستگاهی بی نقص نیست. این امر تلاش ها را برای ارتقاء دستگاههای موجود با هدف دستیابی به حداکثر سطح حفاظتی سازه ها یا نوآوری در سایرین از طریق جداسازی لرزه ای برانگیخته است. متأسفانه ، اکثر سیستم های جداسازی گزارش شده ، محصولات ثبت شده هستند (این امر در مورد اکثر محصولات تازه اختراع شده نیز صادق است) ، اما همه آنها به آسانی برای تهیه و استفاده مستقیم در دسترس نیستند. بخش بعدی برای یک مطالعه موردی با استفاده از یک سیستم جداسازی لرزه ای جدید به نام Roll-in-Cage (RNC) جداساز ارائه می شود ، که تلاشی است با هدف ترکیب بهترین ویژگی های سیستم های جداسازی کنونی ، در عین اجتناب از اشکالات اصلی آن ها انجام می شود.

به شکل 2 توجه کنید.  این یک سیستم جداسازی مبتنی بر نورد برای دستیابی به حداکثر امکان جداسازی سازه از زمین است و برای به حداقل رساندن انتقال نیروی لرزه ای به سازه جدا شده استفاده می شود. این دستگاه برای دستیابی به تعادل در کنترل نیازهای جابجایی جداکننده و شتاب های سازه ای طراحی شده است. این دستگاه در یک واحد تمام عملکردهای لازم برای پشتیبانی محکم و سخت عمودی ، انعطاف پذیری افقی با افزایش ثبات ، اتلاف انرژی پسماند و مقاومت در برابر بارهای کوچک ارتعاشی را ارائه می دهد. اگرچه هسته نورد شبه بیضی شکل است ، جداساز RNC به دلیل انحنای داخلی صفحات بلبرینگ بالا و پایین هیچ گونه نوسان عمودی درسازه جدا شده در حین حرکت ایجاد نمی کند. علاوه بر این ، جداساز RNC با سه ویژگی منحصر به فرد متمایز می شود:

(1) مکانیسم خودکار (بافر) برای محدود کردن جابجایی ایزوله تحت حرکت لرزه ای شدید ، مانند زلزله های نزدیک به گسل ، به مقدار از پیش تعیین شده توسط طراح سازه.

(2) یک مکانیسم خودکار مبتنی بر گرانش که از جابجایی باقیمانده پس از زلزله جلوگیری می کند (این مکانیسم اخیر ناشی از اتخاذ شکل شبه بیضی شکل هسته نورد است)

(3) مقاومت قابل توجه در برابر کشش محوری عمودی که توسط میراگرهای عملکرد فلزی در امتداد محیط آن ارائه می شود.

شکل 2.

جداساز RNC: (الف) نمای ایزومتریک کامل ؛ (ب) نماهای عمودی نیمه مقطعی ؛ (ج) نمای مقطعی جزئی سه بعدی.

جداساز RNC برای بیشترین بهره برداری از مکانیسم حرکت مبتنی بر نورد سازگار با مکانیسم سختی جانبی طراحی شده است. از چنین مزیتی در طراحی مستقل بودن مکانیسم بلبرینگ عمودی و مکانیزمی است که سختی جانبی قبل از عملکرد را در برابر بارهای ارتعاشی جزئی ایجاد می کند. این استقلال امکان تنظیم دقیق سختی اولیه قبل از تسلیم را فراهم می آورد تا امکان شروع فرایند جداسازی لرزه ای یا جداسازی سازه از زمین ، درست پس از آنکه بر خلاف سیستم های جداسازی موجود نیروهای لرزه ای از حداکثر بارهای ارتعاشی جزئی بیشتر شود. برای پشتیبانی از سازه های سنگین و فوق سنگین ، جداساز RNC دارای یک استوانه الاستومری توخالی خطی است که با ضخامت طراحی شده و در اطراف هسته نورد قرار دارد تا نمایانگر ظرفیت حمل بار عمودی اصلی باشد ، در حالی که هسته نورد خود به عنوان یک پشتیبانی ثانویه در این مورد عمل می کند. مورد جداساز RNC می تواند به اشکال دیگری در دسترس باشد تا متناسب با ساختار یا شی مورد حفاظت باشد.

جداسازی لرزه ای ساختمانهای نامتقارن مجاور با استفاده از جداساز RNC

معرفی

پیچش بر سازه های معمولی و سازه هایی که از جداساز استفاده می کنند تأثیر منفی می گذارد. 42 درصد از خسارات وارد بر ابنیه در زلزله 1985 مکزیکو سیتی مربوط به واکنش پیچشی ساختمانهای نامتقارن بود . بسیاری از ساختمان هایی که امروزه ساخته می شوند هنگام لرزش اثرات پیچشی را نشان می دهند. اگر مرکز جرم (CM) ساختمان به طور قابل توجهی از مرکز سختی (CR) فاصله بگیرد این آثار به وضوح قابل پیش بینی است. در چنین حالتی ستون های ساختمان تحت بارهایی قرار می گیرند که هم از جا به جایی و هم از پیچش کلی ساختمان ناشی می شود. میزان اثرات پیچشی نسبت به اثرات جا به جایی توسط عوامل دیگر تنظیم می شود. اگرچه مجموع نیروهای برشی بین طبقه در یک ساختار خارج از مرکز را می توان با مشارکت حالتهای پیچشی ارتعاش کاهش داد ، اما نیروهای برشی و جابجایی هر ستون با افزایش فاصله آن از مرکز سختی سازه افزایش می یابد. بنابراین تنش اجزا در ساختمانی که CM آن از CR آن فاصله دارد بیشتر است. مشکلات اجرایی مانند ناهمگونی اجزا مانع از ساختن ساختمانهایی با مراکز یکسان جرم و سختی می شود. به همین دلیل ، اثرات پیچشی تا حدی در همه ساختمانها وجود دارد.

در نتیجه ، برای اهداف طراحی ، مطلوب است که چنین اثرات منفی را از طریق به حداقل رساندن یا حتی حذف واکنش های پیچشی سازه های نامتقارن محدود کنیم . سیستمهای جداسازی لرزه ای منفعل با کنترل ورودی لرزه ای برای کاهش اثرات مخرب زلزله در ساختمانها و محتویات آنها طراحی شده است. عملاً ، عملکرد سازه های جدا شده از لرزه به شدت تحت تأثیر رفتار پیچشی آن است. تقریباً همه سازه ها در حرکات زمین به دلیل عدم تقارن بین مرکز صلبیت ساختار (CR) و مرکز جرم (CM) واکنش سه بعدی را تجربه می کنند. چندین پژوهشگر واکنش جانبی پیچشی ساختمانهای با پایه ثابت و جدا شده از لرزه را بررسی کرده اند. اکثر تحقیقات نشان داده اند که جفت شدن بین حالتهای پیچشی با حالت رفتاری به طور قابل توجهی بر رفتار سازه های لرزه ای جدا شده تأثیر می گذارد و این اثر باید در تجزیه و تحلیل و طراحی به دقت مورد توجه قرار گیرد.

در مورد رفتار لرزه ای سازه های جداشده چند طبقه نامتقارن ، شواهد موجود نشان می دهد که پاسخ سازه های نامتقارن جدا شده هنوز یک موضوع تحقیقاتی باز است و آثار کمی در این زمینه در دسترس است.

سازه های لرزه ای جدا شده می توانند در حین لرزش های شدید زلزله ، در محل جداسازی، جابجایی های بزرگی را تجربه کنند ، به ویژه برای حرکتهای طولانی مدت زمین در نزدیکی گسل. برای این جابجایی ها فاصله کافی در اطراف فراهم میشود. با این حال ، عرض شکاف لرزه ای انتخاب شده به دلیل محدودیت های اجرایی و معماری و هزینه های مربوطه به ویژه در مناطق شهری محدود است. بنابراین ، تپش لرزه ای بین سازه های مجاور به یک پدیده معمول مشاهده شده در طول زلزله های بزرگ تبدیل شد. ضربات سنگی ممکن است باعث آسیب های معماری و ساختاری شود و در برخی موارد ممکن است منجر به فروپاشی کل سازه شود. به عنوان مثال ، در سال 1985 زمین لرزه ای در مکزیکوسیتی رخ داد که بیش از 40 درصد از 330 ساختمان آسیب دیدند یا به طور کامل تخریب شدند.

تحقیقات زیادی در مورد آسیب های ناشی از زلزله های گذشته و کاهش خطرات لرزش و مدل سازی برخورد بین سازه ها انجام شده است. برخورد بین سازه های مجاور یک پدیده بسیار پیچیده است که ممکن است شامل تغییر شکل پلاستیک ، خرد شدن موضعی و همچنین شکستن در برخورد باشد. این تغییر شکل های غیر خطی را نمی توان به آسانی در مدل سازی ضربات گنجانید. بنابراین ، ساده سازی ها و مفروضات ناگزیر در مدلهای نظری مورد استفاده قرار گرفته اند. برای مثال ، سازه ها به عنوان موانع سخت ، نوسان سازهای یک درجه آزادی یا چند درجه آزادی ساده شده اند. برخورد بین سازه ها با استفاده از سیستم خطی داشپات فنر یا مدل ضربه غیر خطی مدل شده است. علیرغم این ساده سازی ها ، تجزیه و تحلیل نظری در ارائه بینش به مکانیزم های ضربه زدن ارزشمند بوده است ، کارهای تحقیقاتی اخیر مسائل مختلف ضربات ساختاری از جمله مدل سازی ، کاهش و بررسی عناصر محدود را مورد بررسی قرار داده است .

هیچ یک از مطالعات انجام شده اثرات پیچشی ساختارهای نامتقارن جدا شده را تا حد مطلوبی کاهش نداده است. این امر به این دلیل است که همه آنها به سیستمهای جداسازی لرزه ای وابسته اند که دارای مکانیزم های سختی بلبرینگ و سختی ذاتی هستند ، که محدودیت های جدی را در تنظیم سختی الاستیک ایزوله بدون تأثیر بر مکانیسم های تحمل و میرایی آن علاوه بر ابعاد واحد جداسازی و در نتیجه رفتار کلی آن اعمال می کند. علاوه بر این ، هیچ یک از مطالعات فوق پتانسیل ضربات پیچشی را در نظر نگرفت زیرا تحقیقات در این زمینه هنوز ادامه دارد. برخی از مخرب ترین زمین لرزه ها از نوع نزدیک به گسل هستند. به طور کلی ، زمین لرزه نزدیک به گسل تقریباً شدیدترین و مخرب ترین حرکت زمین است.

شکل 3 یک نمودار کلی از سازه نامتقارن ده طبقه خطی جدا شده از RNC را نشان می دهد ، که برای این مطالعه با یک سازه مجاور L شکل سفت و محکم احاطه شده است. فرض می شود که سازه مجاور بدنه ای ثابت و غیر قابل تغییر شکل است که عمدتاً بر تأثیرات روش پیشنهادی بر روی خود سازه نامتقارن در حال بررسی تمرکز می کند. علاوه بر این ، چنین انتخابی از آن سازه مجاور نشان دهنده یک محدوده عمودی مجازی است که نباید توسط سازه نامتقارن جدا شده از RNC تجاوز شود تا به یک مورد واقع بینانه مطالعه در مناطق نزدیک گسل شهری نزدیک شود. سازه شکل L سخت مجاور ، با ارتفاع یکسان ، برای در نظر گرفتن ضربات احتمالی همزمان در جهت X و Y انتخاب شده است. این ساختمان یک ساختمان سه بعدی نامتقارن از 5 خلیج است که هر کدام دارای دهانه 8.0 متر بوده و دارای طناب های انتهایی بیرونی به طول 2.5 متر در هر دو جهت افقی است. این طبقه علاوه بر طبقه پایه جدا شده دارای 10 طبقه با ارتفاع داستان معمولی 3.0 متر است. گریز از مرکز ساختار افقی بین مراکز جرم (CM) و سختی (CR) در جهت X و Y 5098/2 متر و 9090/0 متر است و به ترتیب ex و ey نامیده می شوند. آن گریز از مرکزها به ترتیب معادل 55/12 و 50/4 درصد از نیمی از ابعاد سازه ای در نقشه در جهت X و Y است. ساختمان جدا شده پایه به عنوان یک سازه نوع برشی مدل سازی شده بر روی 36 جداساز RNC با بار سنگین ، یکی در زیر هر ستون ، مدل شده است. هر طبقه دارای دو درجه جابجایی جانبی آزادی (DOF) در کنار یک DOF پیچشی حول محور عمودی است. این سازه توسط اجزای زلزله افقی یک طرفه و دو طرفه جهت های XX و YY برانگیخته می شود.

شکل 3.

ساختمان نامتقارن 10 طبقه ای جدا شده از RNC که تا حدی با سازه مجاور L شکل سفت و محکم احاطه شده است.

چکیده

ازآنجایی‌که محصولات ساخته‌شده از طریق تکنولوژی نانو دارای مشخصات منحصربه‌فردی هستند این تکنولوژی می‌تواند در بسیاری از فرایندهای ساخت و طراحی به‌کاربرده شود. این مشخصات منحصربه‌فرد قادر هستند که مشکلات کنونی در ساختمان‌سازی را حل کرده و در فرایند ساخت تغییراتی را به وجود آورند. پیشرفت علم در حوزه نانو ذرات فلزی و دستاوردهای بزرگ در این زمینه باعث بهبود ویژگی‌های فلزات ساختمانی ازجمله فولاد شده است. اضافه کردن نانو ذراتی مانند مس مولیبدن و وانادیم باعث بهبود خواص مکانیکی فولاد و کاهش هزینه‌های ساخت شده است. ساخت نانو کابل‌ها نانو پوشش‌هایی نظیر دی‌اکسید تیتانیوم و استفاده از فناوری نانو در ساخت و تولید پیچ و مهره‌ها تحول عظیمی را در سازه‌ها ایجاد کرده است

مقدمه

فناوری نانو به‌عنوان یک فناوری کلیدی و بین‌رشته‌ای، فرصت‌های زیادی را جهت تقویت رقابت در صنعت ساخت‌وساز نظیر ساخت‌وساز سریع‌تر، منعطف‌تر، مطلوب‌تر، پایدارتر و مقرون به‌صرفه‌تری را فراهم کرده است؛ و زمینه‌های کاربردی این فناوری، تقریباً در تمام بخش‌های ساختمان شامل اسکلت، طراحی نما، مهندسی ساختمان (سیستم‌های ساختمانی) و طراحی داخلی را شامل می‌شود. کنترل خواص مواد در مقیاس نانو و نیز کنترل اثرات فیزیکی و شیمیایی مربوطه، تولید مصالح ساختمانی چندمنظوره با کارایی بالا را ممکن می‌سازد که این امر باعث ایجاد ارزش‌افزوده، افزایش دوام، کیفیت و پایداری محیط‌زیست می‌شود. قابل‌ذکر است این فناوری کاربرد وسیع و چشمگیری در احداث زیرساخت‌های اصلی نظیر سدها، را‌ه‌ها، پل‌ها و کانا‌ل‌ها و… دارد

ملزومات صنعت ساختمان

یکی از چالش‌های اصلی در صنعت ساخت‌وساز، بازسازی ساختما‌ن‌های تجاری و مسکونی موجود ازنظر کارایی انرژی است. به‌عنوان‌مثال تقریباً ۸۰ درصد ساختما‌ن‌های موجود بیشتر از دو برابر ساختما‌ن‌های جدید گرما مصرف می‌کنند؛ بنابراین، نیاز به مدیریت انرژی و سیستم‌های عایق حرارتی و همچنین منابع انرژی بهینه و تجدید پذیر (مانند فتوولتائیک) در سطح بالایی قرار دارد. چالش‌های دیگری که صنعت ساخت‌وساز در آینده با آن‌ها مواجه می‌شود شامل موارد زیر است

م 1- ترکیب عملکردها و حفظ ارزش بخش‌های مختلف ساختمان، برای مثال نمای چندمنظوره که دما و نور مطلوب را ایجاد می‌کند و هم‌زمان در برابر خوردگی، حمله‌ی قارچ یا ضربات شدید از بنا محافظت می‌کند

 م 2- برطرف نمودن نیازهای رو به رشد مشتریان (آسایش مشتری) درزمینه‌ی طراحی و آسایش مسکن و نیز حذف اختلالاتی همچون آلودگی، سروصدا، رطوبت ‌یا بوی نا‌مطبوع

م 3- ایجاد ساز‌ه‌های ایمنی محور با توجه به افزایش خطرات زیست‌محیطی

م 4- صرفه‌جویی در انرژی و مواد اولیه با تولید مصالح ساختمانی ویژه و نیز ساخت‌وساز و بهره‌برداری از زیرساخت‌ها و ساختما‌ن‌های مسکونی

م 5- اختصاص اولویت به آموزش و تحصیلات تکمیلی به‌عنوان پیش‌نیاز نوآور

فناوری نانو، می‌تواند مشارکت قابل‌توجهی را در پاسخگویی به این نیازها داشته باشد

تأثیر فناوری نانو در صنعت ساختمان، عمدتاً در مراحل اولیه زنجیر‌ه‌ی ارزش به‌ویژه در حوز‌ه‌ی شیمی ساخت قابل‌توجه است

‌مواد بتنی خود متراکم که به‌واسطه‌ی افزودنی‌های بهینه بر پایه عامل‌های پلیمر در مقیاس نانو ایجاد می‌شوند ♦

‌بتن با کارایی بالا (بتن فوق قوی) به‌واسطه‌ی بهینه‌سازی ساختار دانه ♦

‌سیستم عایق‌بندی کارآمد از جنس نانو مواد متخلخل با رسانایی گرمایی حداقل و با انعکاس یکنواخت ♦

‌رنگ نمای مقاوم در برابر کثیفی و آلودگی دارای ساختار نانو ♦

کاربرد نانو فناوری در صنعت بتن

یکی از جنبه‌های اصلی نانوتکنولوژی ماهیت میان‌رشته‌ای آن است. تعامل این علم با علم بتن می‌تواند نقطه عطفی در صنعت ساخت‌وساز ایجاد کند. هدف نهایی از بررسی بتن در مقیاس نانو، یافتن نسلی جدید از مصالح ساختمانی با عملکرد‌های بالا و با خواصی جدید و متفاوت نسبت به خواص مصالح معمولی است. اولین گام برای ورود به این عرصه، شناخت بتن است. بتن از پرکاربردترین مصالح ساختمانی است. استفاده از نانوتکنولوژی در صنعت بتن به چند سال اخیر برمی‌گردد‌. ثابت‌شده‌ که استفاده از ذرات ریزتر از میکرو سیلیس باعث افزایش مقاومت فشاری بتن شده است. ویژگی اصلی بتن ارزان بودن و در دسترس بودن مواد اولیه آن است کاربرد بتن را می‌توان در تمامی کارهای عمرانی از قبیل ساختمان مخازن و نیروگاه‌ها سازه‌های دریایی مثل اسکله‌ها جاده‌ها و راه‌ها مسیرهای انتقال آب و سدها و… مشاهده کرد. تاکنون مطالعات زیادی درزمینهٔ بهبود کیفیت بتن انجام‌شده است که اکثر آن‌ها تغییر در ترکیب بتن را بررسی کرده‌اند. بااین‌حال استفاده از افزودنی‌ها و همچنین جایگزین کردن مصالح متداول مورداستفاده در بتن با مصالح جدید همیشه موردتوجه بوده است. یک سری از مواد جدید که توانسته‌اند خواص مکانیکی و فیزیکی بتن را ارتقا دهند نانو موادها هستند. نانو موادها با توجه به خصوصیاتشان در سطوح بسیار ریز می‌توانند دنیای بتن را کاملاً متحول کنند. استفاده از نانوتکنولوژی در صنعت بتن به چند سال اخیر بازمی‌گردد و کمبود دانش و درک ضعیف از اثرات فوق‌ریز و نانو ذرات در تکنولوژی بتن تحقیقات فراوانی را در این زمینه می‌طلبد. نانو مهندسی شامل تکنیک‌های دست‌کاری ساختار در مقیاس نانومتری به‌منظور ایجاد نسل جدید و مناسب کامپوزیت‌های سیمانی با رفتار مکانیکی ایده ال است و حتی می‌توان بتن با خواص جدیدی مثل مقاومت الکتریکی پایین هوشمند بودن خود تمیزکننده خودترمیم کننده شکل‌پذیری بالا به وجود آورد 

‌در حال حاضر هزینه‌های بالای نانو ذرات مانع از توسعه روزافزون این محصولات و استفاده آن‌ها در صنعت می‌شود، برای همین بهره‌برداری از نانوتکنولوژی در صنعت بتن در مقیاس تجاری همچنان به چند محصول قابل‌عرضه در بازار محدودشده است

مشکل دیگر درزمینه استفاده از نانو مواد‌ها توزیع یکنواخت آن‌ها در ماتریس بتن است. معمولاً این مواد در حین افزوده شدن به بتن به‌صورت کلوخه انباشته می‌شوند و در مخلوط به‌خوبی توزیع نمی‌شوند، البته برای این حل مشکل می‌توان از دستگاه‌های مخلوط‌کن قوی استفاده کرد

اشکال دیگر در این زمینه جذب آب بسیار بالای ذرات نانو است. این ذرات به علت سطح ویژه بسیار بزرگی که دارند مقدار زیادی آب جذب می‌کنند و ممکن است بر کارایی بتن تأثیرگذار باشد

مصالح ساختمانی سیمانی‌

افزایش مقاومت در بتن به ساختار بلورین آن بستگی دارد که اندازه آن تنها چند نانومتر است. در سا‌ل‌های اخیر و با شروع بهسازی مواد در حوزه مصالح ساختمانی سیمانی، نانو مواد به‌عنوان مواد مکمل در مصالح کاربرد دارد. فناوری نانو از طریق به‌کارگیری نانو پودرها به‌عنوان مواد مکمل در مخلوط سیمان باعث بهبود در مقاومت، استحکام و فرآیند پذیری مصالح شده و تغییر در خواص دیگری مانند حفاظت الکترومغناطیسی، محافظت گرمایی، کنترل هدایت حرارتی، تغییر رنگ و واکنش‌های کاتالیستی می‌شود

ازجمله مواد مکمل برای بهینه کردن خواص ملات بتن در مقیاس نانو می‌توان به اکسیدهای فلزی نانومقیاس (برای مثال دی‌اکسید سیلیکون کلوئیدی) ‌یا کوپولیمرهای بلوکی‌ که به‌صورت تجاری تولید می‌شوند‌، اشاره نمود. با استفاده از دی‌اکسید سیلیکون کلوئیدی که اندازه ذرات آن به‌طورمعمول در محدوده ۵ تا ۳۰ نانومتر است، استحکام و مقاومت بتن در برابر خوردگی اسیدی افزایش می‌یابد

نمای بیرونی و بام ساختمان

فناوری نانو رو‌ش‌های زیادی برای بهبود خواص سطوح نمای ساختمان چه ازنظر عملکرد و چه زیبایی عرضه می‌کند. با استفاده از نانو مواد، خواص سطوح در برابر آب و ذرات گردوخاک (ذرات کثیف) با تنوع نسبتاً زیاد و به‌صورت دلخواه قابل تنظیم است که از آن جمله می‌توان به سطوح آب‌دوست ، سطوح آب‌گریز  یا سطوح مقاوم در برابر روغن  اشاره کرد

استفاده از پودر تیتانیم دی‌اکسید در مقیاس نانو، اثربخشی لایه را افزایش می‌دهد و با توجه به کوچکی ذرات، از پخش نور جلوگیری می‌شود، بنابراین با استفاده از آن در جداره پنجر‌ه‌ها شفافیت موردنیاز این پوشش تأمین می‌شود. در حال حاضر دامنه تولید سیستم پوششی فوتوکاتالیستی نسبتاً وسیع و شامل سطوح ابر آب‌دوست است که در مثا‌ل‌های متنوعی چون آیینه، پنجر‌ه‌های خود تمیز شونده، قاب پنجر‌ه‌ها یا آجر (سفال) استفاده می‌شود

عایق حرارتی

استفاده از عایق حرارتی در نمای خارجی، هم ازنظر هزینه‌های سرمایه گزاری برای ساختمان‌سازی جدید و بازسازی ساختما‌ن‌ها و هم ازنظر هزینه‌های عملیاتی از عوامل ضروری در اقتصاد ساختمان است. تنها در آلمان قریب به ۶ میلیارد مترمربع سطوح نما وجود دارد که تقریباً ۸۰۰ میلیون مترمربع از آن سطوح پنجره است و این در حالی است که بخش بزرگی از آن نیازمند بازسازی است. در اروپای غربی بازار عایق حرارتی در صنعت ساختمان تقریباً ۶ میلیارد یورو تخمین زده می‌شود

پنجر‌ه‌ها و جدار‌ه‌ها

از کاربردهای نانوتکنولوژی در صنعت شیشه می‌توان به محصولاتی مانند شیشه‌های خود تمیز شونده، شیشه‌های کنترل‌کننده انرژی و شیشه‌های محافظ در برابر آتش اشاره کرد. 

شیشه به دلیل شفافیت و مقاومت بالا با هر شکل و رنگی به‌عنوان مصالح ساختمانی برای پنجره و نما شناخته‌شده است. البته لکه‌دار شدن سریع، انعکاس نامطلوب و عملکرد بد آن به‌عنوان یک عایق حرارتی، از نکات منفی آن است. پوشش‌های نانویی این خواص منفی را به‌طور قابل‌ملاحظه‌ای کاهش می‌دهند و بدین‌وسیله زمینه‌های عملکردی جدیدی را برای نمای شیشه‌ای به ارمغان می‌آورد

(Low- E) بهبود حفاظت از حرارت با استفاده از پوشش‌های ذخیره کنند‌‌ه‌ی انرژی‌  ♥

(شیشه ضد آفتاب ‌(حفاظت در برابر آفتاب) با استفاده از شیشه‌های رنگ متغیر (الکتروکرومیک ♥

بهبود استفاده از نور روز با به‌کارگیری آرایش یکنواخت میکرو آینه‌ای ♥

خود تمیز شوندگی با استفاده از پوشش فوتوکاتالیستی ♥

SiO2 پوشش‌های ضد انعکاس با استفاده از لایه‌ی نانو حفره ♥

پوشش‌های ضد انعکاس

از پیشرفت‌های فناوری نانو در صنعت ساختمان و قابل‌عرضه در بازار، پوشش‌های ضد انعکاس برای شیشه‌های مسطح است که افزایش انتقال نور بیشتری دارند و برای نمونه در کلکتورهای خورشیدی و یا جداره شیشه‌های ساختمان کاربرد دارند. انتظار می‌رود که با این روش اتلاف انعکاسی نور (نوری که به‌وسیله‌ی بازتابش به بیرون منعکس می‌شود) در پانل‌های شیشه‌ای به‌طورمعمول از ۸ درصد به ۲ درصد کاهش می‌یابد

پنجر‌ه‌های هوشمند‌

واژ‌ه‌ی پنجره هوشمند به پانل شیشه‌ای اطلاق می‌شود که بسته به نوع تأثیرات محیطی، خواص خود را خصوصاً در مورد انتقال نور می‌تواند تغییر دهد. بدین منظور از مواد کروموژنیک استفاده می‌شود که رنگ یا شفافیت خود را می‌تواند با توجه به محر‌ک‌های (عوامل) برگشت‌پذیر فیزیکی یا شیمیایی تغییر دهد

این‌گونه شیشه‌ها می‌توانند به‌عنوان جایگزین برای انواع سیستم‌های سایه از قبیل سیستم‌های ضد تابش و پرد‌ه‌ها در نظر گرفته شود. شیشه‌های هوشمند از طریق فناور‌ی‌های مختلفی تولید می‌شوند که این فناور‌ی‌ها تا حد زیادی مبتنی بر استفاده از نانو مواد و سیستم‌های پوششی نانومقیاس است

انرژی و تکنیک‌های نورپردازی

فناوری نانو گزینه‌های متعددی برای افزایش بهره‌وری و توسعه رو‌ش‌های جدید تولید انرژی و تکنیک‌های نورپردازی در ساختمان ارائه می‌کند که برخی از این نمونه‌ها به شرح زیر است

 (الف- دیودهای نوری ‌به‌عنوان تکنیک نورپردازی با بازده انرژی بالا برای کاربردهای ویژه در ساختمان (نورپردازی نما، نورهای راهنما، نورهای رنگی

ب- مواد ارگانیک با توانایی بالا برای استفاده در تکنیک نورپردازی بر روی زیر لایه‌های انعطاف‌پذیر

ج- سلو‌ل‌های خورشیدی رنگی با ویژگی شفافیت و زیبایی (تزیینی)، برای مثال در نماهای شیشه‌ای به‌عنوان جایگزینی برای سلو‌ل‌های خورشیدی پایه سیلیکون

د- پوسته‌های (غشا) نانو ساختار و کاتالیزورها، برای بازده بیشتر پیل‌های سوختی در بخش الکتریسیته و گرما و با استفاده از گاز طبیعی

با توجه به مصرف کم انرژی، رنگ زیبا و ابعاد بسیار کوچک ال ای دی  که مبتنی بر پوشش‌های نیمه‌هادی در مقیاس نانو است، معماران قادرند هنر خود را در نورپردازی ساختمان و طراحی نما در معرض عموم قرار دهند

حفاظت در برابر آتش

فناوری نانو رو‌ش‌های متنوعی برای توسعه مواد ضد آتش (ضد حریق) و بهبود خواص آن و به‌عنوان جایگزین مواد آلاینده که در این زمینه استفاده می‌شده‌، عرضه می‌کند. نقطه عطف پژوهش‌ها، ذرات سیلیکات نانو ساختار هستند (نانو رس) که به‌عنوان پرکننده پلیمرها و برای بالا بردن خواص ضد آتش و مقاومت در برابر حرارت استفاده می‌شود. در ساختمان، پلیمرها در پوشش کابل‌ها، نقش مهمی را ایفا می‌کنند. برای مثال در فیوز، پریز برق و محفظه لامپ‌ها و …‌. خاصیت ضد حریق کامپوزیت‌های نانو رس نشانگر این مسئله است که هم اتلاف حرارت و توسعه دود به‌طور قابل‌توجهی کاهش می‌یابد و هم‌زمان ایجاد جرقه (جرقه‌زنی) به تعویق می‌افتد. از دیگر جنبه‌های کاربردی پوشش ضد حریق برای چوب، فلز، پلاستیک یا بتن است که توسعه آتش در مصالح به‌وسیله این نوع پوشش به تأخیر می‌افتد و مانع گسترش کنترل نشده آتش می‌شود

در مورد جدار‌ه‌های شیشه‌ای نیز، فناوری نانو به بهبود عمل حفاظت در مقابل آتش (مقابله با آتش) کمک می‌کند

دکوراسیون داخلی

در دکوراسیون داخلی، فناوری نانو برای هر نوع کارکردی، سطوح مناسب آن را ایجاد می‌کند. با استفاده از نانو ذرات اصلاح‌شده، پوشش‌های متنوعی را مي‌توان توليد کرد که به شرح زیر است

پوشش ضد گردوغبار ♦

پوشش‌های آب‌گریز ♦

پوشش‌های ضد اثرانگشت ♦

پوشش‌های ضد خراش ♦

پوشش‌های آنتی باکتریال ♦

پوشش‌های چندمنظوره ♦

زیرساخت

افزایش عمر مفید و کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات با منافع اقتصادی زیادی همراه خواهد بود. فناوری نانو، فرصتی را فراهم می‌کند تا نوآور‌ی‌های جدید در بخش احداث جاده، پل و نیروگاه برق به وقوع بپیوندد

‌با استفاده از نانو سیلیس در بتن، برخی مواد افزودنی قلیایی مضر برای محیط‌زیست منسوخ خواهد شد و بتن باکیفیت و مقاومت بهتری به وجود خواهد آمد. این روش برای اجرا در ساختمان نیز مورد تائید است. هم‌اکنون نانو سیلیس در ساخت بتن‌های مقاوم‌به‌اسید برای بر‌ج‌های خنک‌کننده نیروگاه نیز به کار گرفته‌شده ‌که باعث بهبود ساختار و خواص شیمیایی بتن شده است. برای استفاده از بتن‌های مقاوم‌به‌اسید این بتن‌ها می‌توانند با هزینه معمول و پوشش‌های نگهدارندِ آلی توليد شوند

در بتن الیافی، مقاومت در برابر خوردگی افزایش‌یافته و انتقال نیرو و مقاومت اتصالات بین الیاف و ماتریس سیمان کاملاً افزایش می‌یابد. مقاومت ساختاری (مقاومت بار) و طول عمر این ترکیب با اثرات متفاوت پوشش به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌یابد. بدین ترتیب استفاده از آن در ساخت پل‌های دارای دهانه بزرگ، سالن‌ها، ساز‌ه‌های پوسته‌ای، ستو‌ن‌های متحمل بار زیاد و در زیرساخت‌های ساز‌ه‌ای امکان می‌یابد

:تیجه گیری

فناوری نانو کاربردهای فراوانی در زمینه‌های مختلف پیداکرده است که باید به‌عنوان یک مقوله بلندمدت به آن نگریست. این فناوری همانند سایر فناوری‌ها می‌تواند علاوه بر سوددهی و مفید واقع‌شدن، خطرات و ریسک‌هایی نیز داشته باشد که باید به این موضوع نیز توجه کافی شود

:منابع

فرشته ملک پور، محمدحسین توکلی دستجردی، کاربرد نانو فناوری در سازه‌های فلزی

بیژن سرخوش، محمدحسین توکلی دستجردی، شیشه و نانوتکنولوژی

Bhawana, p. fulekar, M.H. “nanotechnology: remediation technologies to clean up the environmental pollutants”. Res.J.Chem.Sci, Vol. 2,pp. 90-96, (2012)

Amanullah, M. Al-Arfaj, M. Al-Abdullatif, Z. Primary Test Results of Nano-based Drilling Fluids (2011)