جزوه تایپ شده طراحی معماری و شهرسازی
شهاب الدین همتی دانشگاه پیام نور علمی کاربردی رشته اتاق عمل کاردانی کارشناسی ارشد برای آزمون استخدامی موسویان ویژه رشته مهندسی
() :
– ()
– – – () (ً ) (ً ) دارد. سریعترین راه رسیدن به این هدف ارتقـاء سـطح دانـش و فرهنگ عمومی استفاده از بتن به عنوان مصالح ساختمانی ممتاز می باشد. از این روست کـه تقریبـاً در تمامی دانشگاههاي کشور مسابقات متعددي در زمینـه بـ تن صـورت مـی گیـرد و بـه عـلاوه دو انجمن بزرگ بتن ICI (انجمن بتن ایران) و ACI (انجمن بتن آمریکا) همه ساله به منظور آگـاهی و آموزش و ترغیب مهندسین نسل هاي آینده اقدام به برگزاري مسابقات متعددي می نماید گرچـه اذعان دارم که هنوز براي کم کردن فاصله خود بـا اسـتانداردها ي جهـانی در زمینـه تولیـد علـم راه طولانی در پیش داریم ولی در خصوص امر پژوهش و تحقیقات در زمینه بـتن فعالیتهـاي خـوب و چشمگیري در چند سال اخیر توسـط اسـاتید و دانشـجویان علاقـه منـد صـورت گرفتـه اسـت و دانشجویان دانشگاهها موفق به کسب جزوه طراحی معماری و شهرسازی بزرگی در مسابقات کشوري و جهانی شده اند.
طراحی معماری و شهرسازی
فصل اول
بتن به عنوان یک مصالح ساختمانی
امروزه بتن یکی از مهم ترین مصالح ساختمانی بـه شـمار مـی رود و تقریبـاً در همـۀ پـروژه هـاي عمرانی به نحوي مشارکت دارد. از فونداسیون ساختمانها ، پایه هاي پل و بانـدهاي فرودگـاه گرفتـه تا سدهاي عظیم بتنی از این مصالح ارزشمند استفاده می کنند.
بتن ترکیبی است از مصالح سنگی درشت دانـه و ریزدانـه کـه خمیـر سـیمان آنهـا را بـه یکـدیگر می چسباند. گاهی از افزودنی ها نیز براي تغییر و بهبود برخـی خـواص بتنـی اسـتفاده مـی شـود . همواره باید به خاطر داشت که خصوصیات بتن بستگی زیادي به نوع مصالح بکـار رفتـه و درصـد حضور آنها در بتن دارد. از مهم ترین مزایاي بتن می توان به توانایی قالب گیري ، اقتصـادي بـودن ، دوام مناسب ، مقاومت در برابر آتش سوزي و استفاده در محـل و صـرف انـرژي کمتـر در سـاخت اشاره کرد. توانایی قالب گیري بتن باعث می شود که بتوان آن را به هـر شـکل دلخـواهی در آورد . بتن هاي پیش ساخته را می توان به عنوان عناصر ساختمانی مورد استفاده قرار داد. بتن هـاي پـیش تنیده پیش ساخته در بسیاري از پروژه ها استفاده شده اند. لوله هاي بتنی پیش ساخته نیز در سیستم هاي زهکشی، فاضلاب شهري و پروژه هاي انتقال آب به بکار می روند. بـتن خـوب و بـا کیفیـت مصالح بسیار با دوامی است و در صورتی که صحیح طراحی شده باشد بدون نگهداري زیـاد قـادر است سالها باقی بماند همچنین بتن داراي مقاومت فشاري مناسبی است و می تواند به عنـوان یـک عضو تحمل کننده تنش هاي فشاري مورد استفاده واقع شود. بتن نسبت به فولاد بـه صـرف انـرژي کمتري نیاز دارد. به خاطر نیاز به استفاده از دماهاي بالا، براي ساخت هر متر مکعب فولاد به حدود 300 گیگا ژول انرژي نیاز است در حالیکه فقط بخش کمی از بتن، یعنی سیمان، براي تولید نیاز به حرارت دارد (هر متر مکعب حدود 22 گیگا ژول).مقاومت کششی کم، شکنندگی، تغییـر حجـم و نسبت مقاومت به وزن پایین از جمله مهم ترین ایرادات بتن هستند. شناخت محدودیت هـاي بـتن براي طرح صحیح آن ضروري است. بتن یک مصالح شکننده با مقاومت کششی بسیار پایین اسـت و بنابراین بطور معمول نباید آن را در معرض تـنش هـا ي کششـی قـرا رداد و بایـد از میلگردهـاي فولادي براي تحمل این تنش ها در بتن استفاده کرد. شکنندگی بتن همچنین به این معنی است کـه در برابر ضربه نسبت به مصالح چکش خوار مثل فولاد ضعیف تر است. حتی در فشـار، بـتن داراي نسبت مقاومت فشاري به وزن نسبتاً کم است و براي تحمل بارهـاي فشـاري زیـاد بایـد از حجـم بیشتري از آن استفاده کرد. البته با توجه به هزینۀ کم آن چنین عملی اغلب از لحاظ اقتصادي امکان پذیر است. ناپایداري حجمی بتن نیز به این معناست که بتن پس از دست دادن آب و خشک شدن دچار کاهش حجم و وارفتگی (shrinkage) غیرقابل بازگشت و نیز خزش (creep)، حتی تحت بار سرویس ، می شود.
شناخت این محدودیت ما را قادر خواهد ساخت تا با طرح هاي مناسـب یـا کنتـرل آنهـا جبرانـی برایشان بیابیم.
جدول زیر برخی خصوصیات یک بتن ساختمانی نمونه اي را نشـان جزوه طراحی معماری و شهرسازی دهـد . بـدیهی اسـت کـه خصوصیات زیر براي یک نمونۀ خاص بتن جهت درك حدود مشخصات مکانیکی بتن ارائـه شـده اند و با تغییر خصوصیات مصالح و نسبت حضور آنها در بتن تغییر می کنند.
خصوصیات نمونه اي بتن ساختمانی
35 Mpa مقاومت فشاري
6 Mpa مقاومت خمشی
3 Mpa مقاومت کششی
28 Gpa ضریب الاستیسیته
0.18 ضریب پواسون
0.001 کرنش کششی در حالت گسیختگی
10-5 /oC ضریب انبساط حرارتی
2300 kg/m3 جرم حجمی: بتن معمولی:
1800 kg/m3 بتن سبک:
دانلود رایگان جزوه طراحی معماری و شهرسازی خلاصه کتاب pdf
فصل دوم
(Cement) سیمان
مادة اصلی گیرش سیمان “سیلیکات کلسیم” (کلسیم سـیلیکات ) اسـت . در سـیمان ” سـه کلسـیم سیلیکات” و ” دو کلسیم سیلیکات” باعث گرفتن سیمان می شـوند . بـراي اینکـه سـاخت سـیمان اقتصادي باشد باید از مصالحی که در طبیعت به وفور یافت شوند استفاده گردد. در عمل از ” خاك -رس” که داراي سیلیس بالا (2(Sio و “سنگ آهک” (3(CaCo که داراي ترکیبات کلسیم اسـت استفاده می شود. سنگ آهک و خاك رس به نسبت حدود 3 به 1 با یکدیگر ترکیب می شوند. این مواد آسیاب شده و بصورت پودر در می آیند. مواد در کـوره اي کـه حـرارت آن بـه تـدریج زیـاد می شود تا دماي حدود 1500 درجه سانتی گراد پخته شده و ایجاد گلوله هایی به قطـر 2 تـا 25 میلیمتر می نمایند که به آنها کلینکر (Clinker) گفته مـی شـود . کلینکـر را سـرد کـرده از آسـیاب کردن آن و مخلوط کردن آن با 1 تا 2 درصد گچ سیمان بدست می آیـد . در حرارتهـاي پـائین (تـا 100 درجه سانتی گراد) آب موجود در خاك رس تبخیر می شود در حرارتهاي بالاتر سنگ آهـک به جزوه طراحی معماری و شهرسازی کلسیم (آهک زنده) و دي اکسید کربن تجزیه می شود:
CaCo3 → CaO+Co2
که 2Co بصورت گاز از دودکش کوره خارج می شود.
در درجات حرارت بالاتر سیلیس خاك رس (2(Sio با آهک زنده (Cao) ترکیـب شـده و ایجـاد سیلیکات کلسیم (2(Cao, Sio می نماید. باید توجه داشت که اگر چه هدف اصلی ایجاد و تولیـ د سیلیکات کلسیم است ولی به خاطر وجـود ناخـالص هـایی در خـاك رس (مثـل ترکیبـات آهـن، آلومینیم، منگنز ، …) ترکیبات اضافه دیگري نیز در نهایت تولید می شـوند . بـه سـیمانی کـه از ایـن روش تولید می شود سیمان پرتلند یا به اختصار سیمان می گویند.
افزودن گچ در مراحل نهایی تولید سیمان براي کنترل زمان گیرش سیمان است. اگر گچ بـه سـیمان اضافه شود سیمان در مجاورت آب به سرعت می گیـرد و کـار کـردن بـا بـتن مشـکل مـی شـود . همانطور که در ادامه گفته می شود یکی از ترکیبـاتی کـه در سـیمان تولیـد مـی شـود سـه کلسـیم آلومینات (3(3Cao, Al2O نیز هست که این ماده میل ترکیب شدیدي با آب دارد. وقتی این مـاده آب سیمان را می گیرد سیمان ، یا بتن تولید شـده بـا سـیمان، کـارآیی و روانـی خـود را از دسـت می دهد. با اضافه کردن سنگ گچ کریستالهایی بصورت یک غشاء روي ذرات سه کلسیم آلومینات را می گیرد (غشایی از سولفات کلسیم 4Ca So ) و اجازه نمی دهد آب سریعاً به ذرات سه کلسیم آلومینات برسد و زمان گیرش قابل کنترل خواهد بود.
روشهاي تولید سیمان
سیمان به دو صورت کلی “روش تر” و “روش خشک” تولید می شود ولـی روشـهاي نیمـه تـر و نیمه خشک نیز وجود دارند. در روش تر مواد اولیه خود داراي رطوبت هستند (حدود 25 درصد). با افزودن آب اضافی به آنها رطوبت آنها را بالاتر مـی برنـد و ایجـاد لجـن مـی کننـد . لجـن را در حوضچه هایی که داراي پره هاي گردنده است بطور مدام مخلوط مـی کننـد تـا از رسـوب کـردن ذرات جلوگیري شود. این لجن بعداً بصورت خوراك کوره وارد کوره شده و پخته می شود. روش خشک وقتی استفاده می شود که درصد رطوبت اولیۀ مواد پائین است، در این روش مواد بـا همـان رطوبت اولیه اي کـه دارنـد (معمـولاً کمتـر از 25 درصـد ) بصـورت پـودر در آمـده و وارد کـوره می شوند.
مقایسۀ روش تر و روش خشک
– در روش تر چون نسبت به روش خشک گرد و خاك کمتري تولیـد مـی شـود از نظـر ایمنـی و سلامت کارگران مناسب تر است.
– سیمانی که از روش تر بدست می آید بدلیل مخلوط شدن بهتر مواد با هم مرغوب تر است.
– سیمان تهیه شده از روش تر چون براي خشک کردن مواد در کوره نیاز بـه انـرژي بیشـتري دارد گران تر تمام می شود. اضافه بر این، هزینۀ نگهداري مواد هم در روش تر بیشتر است چون نیاز بـه حوضچه و مخلوط کننده دارد.
ترکیبات اصلی سیمان پرتلند
پس از آنکه سیمان پخته شد چهار مادة اصلی زیر در آن تولید می شود که بر جزوه طراحی معماری و شهرسازی سـیمان تولید شده تأثیر خواهند گذاشت. معمولاً به منظور رعایت اختصار CaO را با حـرف Sio2, C را با حرف Al2O3, S را با حرف Fe2O3, A را با حرف F نشان می دهند. به این ترتیب ترکیبـات اصلی سیمان عبارتند از: سه کلسیم سیلیکات (C3S) و دو کلسیم سیلیکات (C2S) و سـه کلسـیم آلومینات (C3A) و چهار کلسیم آلومنیوفریت (C4AF).
در جدول 2-1 هر کدام از ترکیبات اصـلی سـیمان معمـولی همـراه بـا فرمـول شـیمیایی ، علامـت اختصاري و درصد حضور آنها در سیمان پرتلند معمولی آورده شده است.
دانلود رایگان خلاصه کتاب طراحی معماری و شهرسازی pdf
جدول 2-1 ترکیبات اصلی سیمان پرتلند معمولی
درصد حضور در
سیمان معمولی علامت اختصاري فرمول شیمیایی نام ترکیب
حدود 54 درصد C3S 3CaO, SiO2 سه کلسیم سیلیکات
حدود 16 درصد C2S 2CaO, SiO2 دو کلسیم سیلیکات
حدود 11 درصد C3A 3CaO Al2O3 سه کلسیم آلومینات
حدود 9 درصد C4AF 4CaO, Al2O3,
Fe2O3 چهار کلسیم
آلومنیوفریت
ده درصد باقیمانده ترکیبات فرعی را تشکیل می دهد.
سیلیکاتها (C3S , C2S) (مخصوصاً C3S ) جزوه طراحی معماری و شهرسازی ترین و مهمترین ترکیبات سـیمان هسـتند و در حقیقت مقاومت و حتی سرعت گیـرش سـیمان بـه وجـود آنهـا بسـتگی دارد . زیـادتر بـودن ایـن سیلیکاتها مقاومت سیمان را در نخستین روزهاي ساخت آن بالا می برد و طبیعتاً سرعت گیـرش را زیاد مـی کنـد . سـه کلسـیم آلومینـات (C3A) و چهـار کل سـیم آلومنیوفریـت (C4AF) در واقـع ناخالصیهاي سیمان هستند و حضور آنها چندان در سیمان مفید نیست. هـر قـدر کـه C3A سـیمان زیادتر باشد مقاومت سیمان در برابر حملۀ سولفاتها کمتر می شود. بـه همـین خـاطر اسـت کـه در سیمانهاي ضد سولفات سعی می شود که حضور C3A کم و در صورت امکان کاملاً منتفـی شـود . حضور C4AF بدلیل داشتن ترکیبات آهن باعث تیره رنگ شدن سیمان می شود به همین خاطر در ساخت سیمان سفید باید از ایجاد این ماده جلوگیري کرد. مواد فرعی دیگري نیز در سـیمان تولیـد می شوند که مهم ترین آنها اکسید سدیم (Na2O) و اکسید پتاسیم (K2O) هستند که به قلیائیهاي سیمان معروفند. چون این اکسیدها می توانند با بعضی از سنگدانه ها در بتن ترکیب شـده و سـبب خرابی بتن گردند باید کنترل شود که میزان آنها در سیمان کم باشد.
واکنش سیمان با آب (هیدراسیون یا آبش) (Hydration)
وقتی که آب به ذرات سیمان می رسد سیمان شروع به سخت جزوه مبانی برنامه ریزی کالبدی معماری می نماید که این واکـنش یـک واکنش گرمازا بوده و با تولیـد حـرارت همـراه اسـت . بـه واکـنش آب بـا سـیمان هیدراسـیون یـا هیدراتاسیون یا آبش می گویند. هنگام واکنش آب با ذرات سیمان اصطلاحاً مـی گوینـد کـه ذرات سیمان در حال هیدره شدن هستند. در ترکیب آب با سیمان سیلیکاتها و حتـی آلومیناتهـاي سـیمان هیدره شده و به تدریج سخت می شوند. البته سیلیکاتها و مخصوصاً C3S بیشترین فعل و انفعال را با آب جهت سخت شدن سیمان ایجـاد مـی کننـد . نکتـه : C3S ناخـالص الایـت (alite) و C2S ناخالص بلایت (belite) نام دارند کـه مقـدار آنهـا در س ـیمانهاي مرغـوب تجـارتی کـم اسـت و سیلیکاتهاي خالص تر وجود دارد. همـانطور کـه قـبلاً ذکـر شـد گیـرش C3A سـریعتر از گیـرش سیلیکاتهاي کلسیم بوده و با اضافه کردن گچ کنترل می شـود . C3A نسـبت بـه سـیلیکاتها بـه آب بیشتري جهت فعل و انفعال نیازمند است. به حرارت ایجاد شـده در واحـد وزن سـیمان “حـرارت هیدراسیون” می جزوه طراحی معماری و شهرسازی (مثلاً مقدار حرارتی بر حسب ژول که از هیدره شدن هر گرم سیمان تولیـد می شود). هر گرم سیمان تقریباً 120 کالري حرارت آزاد می کند. در سیمانهاي پرتلند تقریباً نصف کل حرارت در 1 تا 3 روز ،75 : () : () () :
(()) + () = () ()
فهرست مطالب