ساختمان سازی به زبان ساده

میلگرد گذاری فونداسیون به چه صورتی انجام می گیرد؟

قطعا شما هم می دانید که میلگردگذاری در طراحی سازه ها دارای اهمیت ویژه ای است که یکی از مراحل مهمی که باید به آن توجه داشته باشیم میلگردگذاری فونداسیون است.

نحوه میلگرد گذاری فونداسیون گسترده

رفتار پی گسترده را می­ توان مشابه با یک دال دو طرفه بتن­ آرمه که آن را سر و ته کرده ­ایم، در نظر گرفت. توزیع فشار ناشی از خاک زیر پی همانند توزیع بارهای موجود روی دال دو طرفه می­ باشد. بنابراین قابل توجیه است که روش ­های تحلیل و طراحی حاکم بر دال­ های دوطرفه را برای پی های گسترده­ نیز به ­کار گیریم.

طراحی آرماتور های پی،­ برای جلوگیری از گسیختگی خمشی و برشی خواهد بود. به طوری­که پس از تعیین ابعاد پی، فولادهای مورد نیاز در مقاطع مختلف نیز مشخص خواهند شد.

تعداد میلگرد در فونداسیون

همانطور که میدانید میلگردهای فونداسیون به دو دسته میلگرد سراسری و میلگرد تقویتی فونداسیون تقسیم می شوند. در تصویر زیر تنظیمات نرم افزاری میلگردهای سراسری و میلگردهای تقویتی در فونداسیون نشان داده شده است.

 

مطابق آیین نامه ACI318-14 حداکثر فاصله بین میلگردهای سراسری در فونداسیون به 45 سانتی متر محدود می شود که این مقدار نباید بیشتر از 2 برابر ضخامت پی در نظر گرفته شود.

در تصویر فوق، نحوه میلگرد گذاری فونداسیون شبکه آرماتور فوقانی را در جهت Y مشاهده می­ کنید. اگر در هر 15 سانتی­ متر یک میلگرد نمره 18 به عنوان آرماتور سراسری قرار دهیم، به آرماتورهای تقویتی سمت راست تصویر نیاز خواهد بود. توجه داشته باشید که آرماتور های تقویتی را نمره 22 در نظر گرفته­ ایم. با این صورت مسئله، در ادامه نکات مربوط به میلگرد گذاری فونداسیون را بررسی خواهیم کرد.

بخشی از خروجی نرم افزار را به صورت بزرگ نمایی شده در تصویر زیر مشاهده می کنید.

 

به قسمت های مشخص شده در تصویر بالا توجه کنید. تعداد میلگردهای تقویتی مورد نیاز در این نواحی بسیار زیاد است. این مسئله همانطور که قبلا در مقاله ” جانمایی دیوار برشی ” گفته شد به دلیل وجود دیوار برشی می­ باشد.

 

نکاتی در مورد میلگرد تقویتی فونداسیون

  مشاهده کردید که در صورت وجود دیوار برشی در سازه، تعداد آرماتورهای تقویتی بسیار زیاد می شود. این امر در فرآیند اجرایی و بتن ریزی ما را دچار مشکل خواهد کرد. بنابراین توصیه می­ شود در چنین وضعیتی با افزایش شماره میلگرد سراسری و نزدیک کردن فاصله آن ها، از تعداد میلگرد تقویتی فونداسیون کاسته شود. همچنین افزایش نمره میلگردهای تقویتی نیز در قدم اول راهکار مناسبی خواهد بود.

 نرم ­افزار تعداد آرماتورهای تقویتی و طول مورد نیاز آن را به صورت خروجی در اختیار کاربر قرار می دهد. توجه داشته باشید که این طول، طول تئوریک می باشد، لذا باید به صورت زیر طول عملی را محاسبه نمود.

 

نحوه محاسبه میلگردهای فونداسیون

بر اساس بند 9-21-2-1-1 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، در تمامی قطعات بتن آرمه نیرو های کششی یا فشاری موجود در میلگردها در هر مقطع باید به وسیله مهار میلگرد ها در دو سمت آن مقطع به بتن منتقل گردد. مهار میلگرد ها در بتن به یکی از سه روش زیر یا ترکیبی از آن ها امکان پذیر است:

1. پیوستگی موجود بین بتن و آرماتور در سطح جانبی آرماتور
2. ایجاد قلاب استاندارد در انتهای میلگرد
3. به کارگیری وسایل مکانیکی در طول میلگرد.

روش اول و دوم به دلیل اهمیت و کاربرد بیشتر در این بخش توضیح داده خواهد شد.

روش اول- پیوستگی موجود بین بتن و آرماتور در سطح جانبی آرماتور

در این روش با استفاده از فرمول زیر که از آیین نامه بتن آمریکا استخراج شده است، طول گیرایی میلگردهای کششی را به دست می آوریم. سپس طول به دست آمده را در هر سمت میلگرد محاسباتی اضافه می کنیم. به این طریق طول عملی میلگرد پی محاسبه خواهد شد.

 

 

رابطه فوق کلیه پارامترهای دخیل در محاسبه طول مهاری را در نظر گرفته است و از این نظر رابطه دقیقی است.

C_d:  ضریب فاصله میلگردها از یکدیگر و از رویه قطعه، برابر با کوچکترین مقدار فاصله مرکز میلگرد از نزدیک ترین رویه بتن و نصف فاصله مرکز تا مرکز میلگردهایی است که در یک محل قطع یا وصله می شوند. تصویر زیر مطلب را روشن تر می کند.

 

K_tr:  این ضریب اثر میلگردهای عرضی را در طول مهاری بیان می کند. چون در پی عموماً از آرماتور عرضی استفاده نمی شود. مقدار این ضریب در محاسبه طول مهار میلگردهای پی، صفر خواهد بود.

Ψ_t: ضریب موقعیت میلگردها، برای میلگردهایی که حداقل 300 میلی متر بتن تازه در زیر آنها ریخته می شود برابر 1.3 می باشد. درواقع در میلگردهای لایه فوقانی پی این ضریب 1.3 و برای میلگردهای تحتانی یک خواهد بود.

Ψ_s: ضریب قطر میلگرد که برای میلگردهای با قطر کمتر یا مساوی 20 میلی متر برابر با 0.8 و برای میلگردهای با قطر بیش از 20 میلی متر برابر با یک است.

Ψ_e: ضریب اندود میلگرد که برای میلگردهایی که اندود اپوکسی نشده اند برابر با یک است. برای حالات دیگر می توان از جدول زیر استفاده نمود.

 

 

 در رابطه ارائه شده باید مقاومت کششی فولاد و بتن برحسب واحدهای آمریکایی (psi) وارد شوند. در صورتی که بخواهیم از واحد مگاپاسکال استفاده کنیم باید به جای کسر  3/40، از کسر  1/1.1، استفاده شود.

 رابطه مشابه ای نیز از سوی مبحث نهم مقررات ملی بیان شده که تفاوت خاصی در نتایج به دست آمده از دو آیین نامه وجود ندارد. دلیل استفاده از آیین نامه آمریکا در این مقاله آشنایی هرچه بیشتر مخاطب با آیین نامه های بین المللی می باشد.

روش دوم- ایجاد قلاب استاندارد در انتهای میلگرد

گاهاً ممکن است فضای کافی برای تامین طول مهار مستقیم میلگرد وجود نداشته باشد. به طور مثال در کناره های پی چنین مشکلی وجود دارد.

در چنین شرایطی به سراغ ایجاد قلاب در انتهای میلگرد می رویم. فرم رایج برای قلاب، عموماً 90 درجه است.

 

 

 

 

طول مهاری میلگرد قلابدار فونداسیون

همانطور که میدانید برای مهار میلگردهای کششی به وسیله قلاب، انتهای میلگردها خم شده و به صورت قلاب درآورده می شود. برای انتقال نیرو از میلگرد به بتن ایجاد قلاب به تنهایی کافی نبوده و باید علاوه بر آن طول اضافی مستقیم میلگرد از انتهای آزاد میلگرد تا شروع قلاب در بتن وجود داشته باشد. حداقل این طول اضافی بعلاوه شعاع قلاب انتهایی آن بعلاوه قطر میلگرد که برای انتقال نیرو از میلگرد به بتن لازم است طول مهاری میلگرد قلابدار نامیده می شود.

 

 

برای محاسبه طول L_hd از رابطه زیر استفاده می کنیم. توجه داشته باشید که در این رابطه می توان از واحد مگاپاسکال استفاده نمود. پارامترهای رابطه فوق مشابه با طول مهار مستقیم میلگرد بوده و نیازی به توضیح مجدد وجود ندارد. مقادیر طول مهاری برای میلگردهای مختلف از نوع S400 و رده بتن C25 را در جدول زیر مشاهده می کنید. به راحتی می توانید با یک برنامه اکسل این جدول را برای رده های بتن مختلف تعمیم دهید.

طول خم میلگرد در فونداسیون

 

ردیف	قطر میلگرد	طول مهار مستقیم (cm)		طول مهار دارای قلاب (cm)
		سفره تحتانی	سفره فوقانی
1	Φ8	35	45	15
2	Φ10	45	60	15
3	Φ12	55	70	20
4	Φ14	60	80	25
5	Φ16	70	95	25
6	Φ18	80	100	30
7	Φ20	85	110	35
8	Φ22	120	155	35
9	Φ25	135	180	40
10	Φ28	155	200	45
11	Φ32	175	230	50

 

با توجه به مطالب بیان شده، می توانیم با استفاده از خروجی های نرم افزار به راحتی و تنها با استفاده از دو فرمول طول مهار را محاسبه کنیم. به این طریق آرماتور گذاری خمشی پی انجام شده است. در ادامه به بررسی آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در پی خواهیم پرداخت.

آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در پی های گسترده

آرماتور های لازم برای مقاطع شالوده بایستی بر اساس نیروهای وارد بر آن در حالت حد نهایی محاسبه شود. گاهاً نیروهای وارد بر شالوده کوچک هستند و یا شالوده ابعاد بزرگی دارد، در چنین شرایطی آرماتورهای خمشی لازم برای شالوده بسیار کم خواهد بود. در چنین شرایطی آیین نامه محدودیتی را قرار داده است تا هرگز نسبت آرماتور به کار رفته از حد مشخصی کمتر نشود.

 

 چرا با وجود اینکه طرح خمشی پی نیاز به آرماتور های کمتری را نشان می دهد، آیین نامه اجازه نمی دهد نسبت آرماتور به کار رفته از حد مشخصی کمتر شود؟

در ساعات اولیه گیرش تمایل بتن به انبساط و سپس انقباض باعث ایجاد ترک های عریض در بتن خواهد شد. این مسئله نیاز به آرماتورهایی را نشان می دهد که با بتن درگیر شده و از انبساط و انقباض بیش از حد جلوگیری نمایند. این آرماتورها را در اصطلاح آرماتورهای حرارتی گوییم.

 

مثال. اگر Φ22 @20 cm  در یک پی با ارتفاع 90 سانتی متر به کار برود، کنترل به صورت زیر خواهد بود.

میلگرد از رده S400 می باشد و حداقل نسبت سطح مقطع باید 0.0018 باشد.

از 0.0018 بیشتر است و نیازی به قرار دادن آرماتورهای حرارتی نیست.   (π*11^2*2)/(200*900)=0.0042

به همین شکل آیین نامه برای ارتفاع های مختلف شالوده، روابطی را برای محاسبه حداقل آرماتورها قرار داده است.

 

 

توجه داشته باشید که در نرم­ افزار SAFE با انتخاب گزینه Impose Minimum، نرم افزار به صورت اتوماتیک کنترل فوق را انجام می دهد.