محاسبه میلگرد فونداسیون ؛ بررسی نحوه میلگرد گذاری فونداسیون و آموزش نکات اجرایی آرماتور بندی پی

قطعا شما هم می دانید که میلگردگذاری در طراحی سازه های بتنی دارای اهمیت ویژه ای است که قبلا هم در مقالاتی مانند آرماتور گذاری دال بتنی و آرماتور گذاری دیوار برشی به آن اشاره کردیم اما یکی از مراحل مهمی که باید به آن توجه داشته باشیم میلگرد گذاری فونداسیون است.

ما در این مقاله جامع به آرماتور گذاری در فونداسیون نواری و گسترده اشاره خواهیم کرد و به محاسبه میلگرد های فونداسیون را به شما آموزش خواهیم داد و در ادامه به مباحثی همچون فاصله خاموتها در فونداسیون، خرک در فونداسیون شناژ،آرماتوربندی فونداسیون و . . . خواهیم پرداخت.

 

پی گسترده

این نوع از پی سطحی، شامل یک دال ضخیم بتن مسلح بوده که تمام مساحت مورد نظر را می پوشاند. تصویر زیر نمونه ای از پی های گسترده می­ باشد.

 

 

پی گسترده، یکی از انواع بسیار پرکاربرد پی می ­باشد. خصوصاً در مواردی که ضعف خاک بستر و یا شرایط بارگذاری به گونه­ ای باشد که احتمال نشست نامتقارن وجود داشته باشد. در این وضعیت پی گسترده راه ­حل مناسبی است. از دیگر مواردی که کاربردفونداسیون گسترده نتایج مثبتی را به دنبال دارد:

1. برای ساختمان­ هایی با لنگر واژگونی بزرگ.
2. زمانی ­که اسکلت سازه دارای نامنظمی هندسی در پلان می­ باشد، به منظور توزیع بارهای وارده در سطح بزرگ­تر.
3. برای جلوگیری از Uplift .
4. برای طبقات زیرزمین که زیر سطح آب ­های زیرزمینی قرار دارند، به منظور مقابله با فشار هیدرولیکی آب زیرزمینی و خشک نگه داشتن طبقه زیرزمین.

یکی دیگر از موارد کاربرد پی های گسترده، زمانی است که اگر از فونداسیون نواری و یا منفرد استفاده کنیم، ابعاد آن­ها بزرگ و نزدیک به هم خواهد بود. در نتیجه از نظر اقتصادی به­ صرفه نخواهند بود. به عبارت دیگر، اگر زمین زیر پی آنقدر سست باشد و بار وارده از طرف سازه آنقدر زیاد باشد که سطح پوشیده شده توسط پی های منفرد بیش از نصف سطح زیربنا گردد، در این صورت اقتصادی است که از پی گسترده استفاده شود.

با کسب شناخت از موارد کاربرد پی های گسترده به سراغ اصول طراحی و اجرای این نوع از پی ­ها می­رویم.

نحوه میلگرد گذاری فونداسیون گسترده

نحوه محاسبه میلگرد های خمشی و افت و حرارت در فونداسیون

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.

 

میلگرد سراسری فونداسیون

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.

 

 

نحوه محاسبه میلگرد های خمشی و افت و حرارت در فونداسیون نواری

مطابق تعریف آیین نامه، فونداسیون نواری به شالوده یکسره ای اطلاق می شود که بار دیوار و یا چند ستون را، که در یک ردیف قرار دارند به زمین منتقل می نماید. تصویر زیر مدل نرم افزاری از یک پی نواری را نشان می دهد. زمانی که ساختمان بیشتر از 8 طبقه نباشد، ممکن است فونداسیون نواری نتایج اقتصادی تری نسبت به پی گسترده داشته باشند.

در هر حال برای مقایسه دقیق نیاز به آنالیز دقیق دستی و نرم افزاری می باشد.

 

 

در تصویر زیر خروجی طراحی یک پی نواری در نرم افزار Safe را مشاهده می­ کنید.

 

 

نحوه قرار دادن میلگردهای خمشی بر اساس خروجی های نرم افزار، محاسبه طول های مهاری و عمده نکات محاسبه میلگرد گذاری فونداسیون های نواری مشابه با پی های گسترده می باشد. از این نظر نیازی به توضیح مجدد وجود ندارد.

حداقل میلگرد فونداسیون نواری

در این بخش نکات مربوط به حداقل میلگرد فونداسیون نواری می پردازیم. مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان:

 

 

برای کنترل شرط فوق یک مثال را بررسی می کنیم. در فونداسیون نواری زیر می خواهیم میلگرد گذاری حداقل را مشخص نماییم. ابتدا با محاسبات دستی دو مقدار حداقل 0.25 و 0.15 درصد را به دست می آوریم.

 

 

همانطور که مشاهده کردید اگر از مقدار حداقل دوم استفاده کنیم به نفع اقتصاد پروژه است. ولی آیین نامه برای استفاده از مقدار حداقل دوم یک شرط جدی قرار داده است. باید مقدار آرماتور بکار رفته 33% بیشتر از آرماتور مورد نیاز در محاسبات باشد.

برای کنترل شرط فوق ابتدا گزینه Impose Minimum را در نرم افزار غیر فعال می کنیم. سپس تعداد و نمره میلگردهای لازم را از محاسبات نرم افزار به دست می آوریم. کافیست تعداد میلگردهای لازم را در (4/3) ضرب کنیم. 4/3 به معنی 33% آرماتور بیشتر از مقدار محاسباتی است. در این حالت می توان مقدار حداقل را با 0.0015 مقایسه کرد. مثالی که بررسی کردیم در اقتصادی شدن طرح پی های نواری بسیار تاثیر گذار می باشد. خصوصاً زمانی که ضخامت پی زیاد می باشد.

فاصله خاموتها در فونداسیون نواری

یکی از مباحث مهم در پی های نواری که در نحوه میلگرد گذاری فونداسیون بسیار تاثیر گذار است، کنترل برش می باشد.

اصولاً ضخامت پی نواری در بین طراحان کشورمان به گونه ای انتخاب می شود تا نیازی به آرماتور برشی وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر کل نیروی برشی توسط بتن پی تحمل گردد.

در این حالت حتی آیین نامه هم هیچ الزامی مبنی بر استفاده از آرماتور برشی حداقل ندارد. ولی آیین نامه نوع دیگری از آرماتورهای عرضی را برای پی ها الزامی می داند. آرماتورهایی موسوم به افت و حرارت که وظیفه آن ها مقاومت در برابر تنش های انقباضی بتن می باشد.

برای پی های نواری در جهت عرضی، آرماتورهای افت و حرارت مطابق با بند 9-20-8-1 که در زیر بیان شده است، محاسبه می شود.

مثال. ضخامت پی نواری 60 سانتی متر و آرماتورها از نوع S400 می باشند. برای یک متر طول پی آرماتورهای افت و حرارت به صورت زیر محاسبه می شود.

 

 

در بخش قبل با آرماتورهای حداقل در پی های نواری آشنا شدیم. چه تفاوتی بین آرماتور های حداقل و افت و حرارت در پی وجود دارد؟

در پی های نواری با دو راستای طولی و عرضی مواجهیم.

آرماتورهای خمشی در جهت طولی قرار می گیرند و مقدار آنها باید همواره از حداقل آرماتور اشاره شده در بند 9-20-5-2 بیشتر باشد.

آرماتور های برشی در صورت نیاز در جهت عرضی قرار می گیرند. اگر نیازی به آرماتور برشی در پی نداشته باشیم، از آرماتور های افت و حرارت در جهت عرضی استفاده خواهد شد.

توجه داشته باشید که این دو مورد با یکدیگر اشتباه نشود.

تذکر مهم در مورد خاموتها در فونداسیون نواری :

همانطور که گفته شد در طرح های موجود، ضخامت پی برای کنترل برش کافی بوده و نیازی به آرماتور برشی نخواهد بود. در چنین شرایطی خاموتها در فونداسیون می تواند به صورت زیر باشد. در واقع اگر نقش خاموتها کنترل برش نباشد، نیازی به اورلب خاموتها در فونداسیون نخواهد بود. و تنها کافیست طول قلاب مهاری تامین شود.

 

 

اگر چنانچه از  خاموتها در فونداسیون انتظار مقاومت برشی داشته باشیم بایستی حتماً اورلب (همپوشانی) کافی بین آرماتور بالا و پایین به صورت زیر ایجاد شود.

 

 

خرک در فونداسیون چیست ؟

در سفره فوقانی، برای قرار دادن میلگردها در تراز دقیق و حفظ ایستایی آن­ها نیاز به تکیه­ گاه­ هایی است. این تکیه­ گاه­ ها را در اصطلاح خرک گویند. در تصویر زیر خرک ­ها را به صورت آرماتور های قائم مشاهده می ­کنید.

 

 

کارکرد خرک ­ها صرفاً حفظ پایداری موقت آرماتورهای فوقانی می­ باشد و اهمیت محاسباتی ندارند. گاهاً به اشتباه برای این آرماتورها کارکرد برشی لحاظ می­ شود که به هیچ وجه قابل قبول نیست. شکل کلی یک خرک به صورت زیر می ­باشد.

 

 

فاصله خرک ها در فونداسیون:

نحوه محاسبه خرک در فونداسیون و فواصل خرک ­ها عمدتاً تجربی است ولی پیشنهاد می­ شود که این فاصله از 1.5 متر در هر جهت تجاوز نکند.

هم چنین به نکات زیر در خصوص میلگرد خرک در پی توجه داشته باشید:

1. ابعاد پاشنه خرک بایست حداقل 50 سانتی­ متر در نظر گرفته شود.
2. شماره آرماتور خرک به عمق پی و آرماتور های خمشی پی بستگی دارد، در هر حال قطر آرماتور خرک نباید از 14 میلی­ متر کمتر باشد.
3. در نواحی نزدیک دیوار برشی که آرماتورهای تقویتی به شدت افزایش می­ یابند، بهتر است تعداد خرک­ ها نیز افزایش یابد.

آرماتور های انتظار در پی ها

آرماتورهای انتظار در پی ها به دو شکل اجرا می شوند. که در تصویر زیر هر دو شکل را مشاهده می نمایید.

 

 

 

در تصویر بالا، شاخه های نسبتاً بلندتری از میلگرد های ستون در پی به عنوان ریشه قرار می گیرند. در این شرایط وصله آرماتور های ستون در طبقه بعدی لازم خواهد بود.

اما در تصویر پایین، شاخه های میلگردهای ستون کوتاه بوده و باید در همان طبقه همکف وصله شوند.

از نظر اجرایی، روش دوم ساده تر است، چرا که لازم نیست میلگردهای چند متری ستون را مهار کرد.

اما از نظر اقتصادی و خصوصاً در پروژه های با تعداد ستون زیاد روش اول بسیار اقتصادی تر است. حتی از نظر فنی به علت ضعف ذاتی وصله ها، روش اول پیشنهاد می شود.

ضوابط خاموت گذاری آرماتورهای ریشه ستون در پی، متاسفانه با ضعف دستگاه نظارت، با اهمال همراه است. ولی باید توجه داشت که نبود خاموت در آرماتورهای ریشه ستون بسیار خطرناک خواهد بود.

در این خصوص نظر آیین نامه به شرح زیر است:

 

 

به طور معمول 3Φ10@10  و یا با محافظه کاری بیشتر 4Φ10@7 به عنوان خاموت در ریشه ستون ها استفاده می شود.

بررسی تاثیر بازشو در پی و ارائه راهکار های مناسب و اجرایی

اثر چاله آسانسور در فرضیات طراحی پی های گسترده بایست در نظر گرفته شود. این در حالی است که برای پی های نواری محل چاله آسانسور در هنگام ترسیم منظور شده و نیاز به الزامات خاص دیگری نمی باشد.

در پی های گسترده زمانی که عمق چاله آسانسور از ضخامت پی کمتر باشد، بایست در ناحیه مذکور یک  پی با ضخامت کمتر ترسیم گردد. تصویر زیر بیانگر این وضعیت است.

 

 

وضعیت فوق در حالتی به وجود می آید که پی ساختمان ما نسبتاً ضخیم باشد.

در پی های معمول ساختمان های متعارف با شرایط دیگری روبرو هستیم. چاله آسانسور در این حالت مانند تصویر زیر پایین تر از پی قرار می گیرد.

 

 

تحلیل دقیق پی در حالت دوم اندکی پیچیده تر از حالت اول می باشد. در این حالت باید ترکیبی از کاهش ضخامت پی و عملکرد خمشی دیوارک های پیرامون چاله آسانسور مد نظر قرار گیرد. متاسفانه نرم افزار SAFE که برای طراحی پی استفاده می شود قادر به آنالیز و طراحی تصویر بالا نیست. به همین دلیل برای رها شدن از محاسبات پیچیده دستی و در جهت محافظه کارانه دیتایل اجرایی زیر توصیه می شود. در این حالت نیاز به تعریف Opening در نرم افزار نمی باشد و می توان کل پی را با ضخامت اصلی مدل کرد. چرا که دیوارک های بتنی اطراف چاله آسانسور و نیز بخشی از پی که زیر چاله آسانسور قرار دارد تماماً با ضخامت پی اصلی اجرا خواهند شد.

 

 

  در تصویر بالا اگر ضخامت اطراف چاله آسانسور و زیر آن کمتر از 80 سانتی متر می شد، بایستی از  Opening در مدل نرم افزاری استفاده می کردیم. در هر حال، توصیه بیشتر به استفاده از این روش به جای ترسیم Opening می باشد.

شناژ بندی فونداسیون:

در سازه­ هایی همچون سوله های صنعتی که فاصله ستون ها در یک جهت از یکدیگر زیاد است کاربرد پی های نواری و گسترده اقتصادی نخواهد بود. تصویر زیر گویای این مسئله می باشد.

 

 

در چنین مواردی از پی های منفرد در زیر هر ستون یا پی های مرکب در جهتی که ستون ها به هم نزدیک هستند استفاده می شود. اما برای عملکرد یکپارچه کل سازه لازم است که پی های جدا از هم به یکدیگر متصل شوند. اعضایی که چنین اتصالی را برقرار می کنند را شنارژ گویند. اساساً معنی لغوی شنارژ نیز زنجیر کردن و قفل و بست کردن می باشد. در ادامه مطالب مندرج در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان را بررسی می کنیم. مبحث نهم از واژه کلاف به جای شنارژ استفاده نموده است.

 

 

شناژ یک المان محوری بوده و برای تحمل نیرو های کششی طرح و اجرا می شود. اما توجه داشته باشید که شناژها نباید در مدل نرم افزاری ترسیم شوند. نحوه محاسبه شناژ به صورت دستی و جدا از مدل نرم افزاری خواهد بود.

 

 

برای این منظور پس از تحلیل سازه اصلی نیروی محوری ستون را از نرم افزار استخراج می کنیم.

 

 

در بسیاری از موارد برای سرعت بخشیدن به عملیات اجرای پی، کل سطح خاکبرداری می شود و سپس قالب بندی روی زمین اجرا می شود. از آنجایی که آیین نامه تاکید دارد سطح فوقانی کلاف و شالوده یکسان باشد محاسبین یا ارتفاع کلاف را برابر با ارتفاع شالوده در نظر می گیرند و یا باید زیر کلاف بستر سازی صورت گیرد.

اجرای پی های کم عمق

مبحث هفتم از مقررات ملی ساختمان ملاحظاتی را برای اجرای پی های سطحی در نظر گرفته که در ادامه به بررسی آن می ­پردازیم.

• عمق پی، بایست حداقل 0.5 متر باشد.
• همواره باید به عمق یخبندان در اجرای پی توجه داشته باشیم. عمق یخبندان درواقع پایین­ ترین عمقی است که در آن آب و رطوبت موجود در خاک در سرد ترین روز سال منجمد می­ شود. از آنجائیکه با یخ زدن آب شاهد انبساط خواهیم بود به پی تنش ­های اضافی وارد می ­شود. به همین دلیل عمق استقرار پی را پایین ­تر از عمق یخبندان در نظر می­ گیرند.

 

 

• پی باید در ترازی اجرا شود که در آن ریشه درختان و بوته ­ها موجب تغییرمکان بیشتر از حد مجاز نگردد. بنابر تجربه پیشنهاد می ­شود که ریشه کل گیاهان با مواد شیمیایی مناسب نظیر گازوئیل از بین برده شوند.
• هرگز نباید پی را روی خاک دستی یا نباتی(دارای پوشش گیاهی) اجرا نمود. در واقع پی باید روی لایه باربر مناسب طبیعی یا بهسازی شده اجرا شود.

مواردی که اشاره شد عمدتاً مباحث ژئوتکنیکی را در بر می ­گرفت. در ادامه به بررسی نکات سازه ­ای پی خواهیم پرداخت:

1. در شالوده ها قطر میلگردها نباید کمتر از 10 میلی متر و فاصله محور تا محور آنها از یکدیگر، نباید کمتر از 100 میلی متر و بیشتر از 350 میلی متر در نظر گرفته شود.
2. هنگام طرح آرماتورهای یک پی گسترده ملاحظات بسیاری برای رسیدن به یک طرح اجرایی و اقتصادی وجود دارد.
   برای نمونه فاصله میان آرماتور های خمشی را درنظر بگیرید.
   این فاصله بایست به حدی باشد که عملیات بتن­ ریزی با دشواری همراه نشود.
   همچنین سر ویبراتور بتواند از لابه­ لای آرماتورها گذشته و به عمق پی برسد. فاصله 15 تا 20 سانتی متر از نظر طرح و اجرا بسیار مناسب است.
3. در بسیاری از پروژه ها، اجرای پی های گسترده را می توان از نوع بتن ریزی حجیم دسته بندی کرد. چرا که حرارت ناشی از هیدراتاسیون بتن بالا بوده و بایست مدنظر قرار گیرد.
   در بتن ریزی های حجیم اختلاف دمای زیادی بین هسته بتن و بخش های بیرونی وجود دارد. این امر ممکن است باعث ایجاد ترک هایی در بتن گردد که مطلوب نیست.
   در چنین شرایطی اولین گام اجرایی، تغییر در طرح اختلاط بتن می باشد. با کاهش سیمان مصرفی و استفاده از پوزولان ها و سرباره کوره می توان تا حد بسیار زیادی از حررات هیدراتاسیون بتن کاست.
   راهکارهای دیگر بتن ریزی در ساعات اولیه صبح به دلیل دمای کمتر هوا و نیز استفاده از یخ به جای آب در بتن است.
4. برای پی هایی که مانند تصویر زیر ضخیم هستند و یا سطح بزرگی را پوشش می­ دهند، ممکن است بتن ­ریزی یکپارچه و همزمان کل پی مقدور نباشد.
   در چنین شرایطی، باید از درز­های اجرایی قائم استفاده نمود.
   تا حد امکان، محل این درز بایست به گونه ­ای انتخاب شود که کمترین تنش­ های خمشی و برشی را در آن­جا داشته باشیم.

 

 

به عنوان یک مهندس طراح همواره محل درزهای اجرایی را در نقشه ها قید کنید.

5. آیین نامه، اعمال درز انقطاع در پی را الزامی ندانسته است. اما اساتید و مهندسین بر مبنای تجربیات اجرایی سال های اخیر پیشنهاد می کنند که درز انقطاع در پی اعمال شود. علت این امر برخورد ساختمان ها به یکدیگر نیست بلکه مسئله نشست نامتقارن ساختمان همسایه است.
   به تصویر زیر که برای درک بیشتر با اغراق ترسیم شده توجه نمایید.

 

 

خاک زیر ساختمان تازه ساخته شده تحت بارهای وارده قطعاً نشست بیشتری نسبت به خاک مجاور خود خواهد داشت. اگر ساختمان تازه ساز بلند باشد، میزان نشست ایجاد شده در خاک زیر آن نیز بیشتر خواهد بود. درصورتی که بین پی دو ساختمان درز انقطاع وجود نداشته باشد، بخشی از این نشست ساختمان قدیمی مجاور را نیز شامل خواهد شد. در اثر چنین وضعیتی، ساختمان قدیمی دچار نشست نامتقارن شده و تنش های اضافی در اعضای آن به وجود خواهد آمد.

لذا توصیه بر این است که فاصله ای در حدود 5 سانتی متر بین پی ها نیز قرار داده شود. وجود این فاصله باعث می شود تا اصطکاک بین دو پی مجاور ایجاد نشود و خطر دیفرانسیل نشست تا حد زیادی از بین برود.

6. یکی از راهکارهایی که در شرایط خاص کاربرد دارد استفاده از آرماتورگذاری سراسری متفاوت در بالا و پایین پی می باشد.
   اگر تراکم آرماتور به حدی بالا بود که امکان بتن ریزی و تراکم صحیح فراهم نبود یک روش پیشنهادی، بیشتر کردن آرماتورهای سفره پایین برای کاهش تراکم در سفره بالایی است.
   توجه داشته باشید که این روش چندان کارآمد نیست و صرفاً در شرایط خاص و با بررسی های دقیق توصیه می شود.

نکات اجرایی آرماتور بندی فونداسیون

محاسبه و طراحی آرماتور های افت و حرارت بسیار ساده بوده و در اکثر کتب و جزوات به طور کامل توضیح داده شده است. ولی ترسیم نقشه های اجرایی آن لازمه رعایت یک سری نکات و در نظر گرفتن ظرافت های اجرایی است. در اصل، چیزی که یک مهندس با تجربه را از یک مهندس تازه کار تمییز می دهد، ارائه یک طرح اقتصادی با حداقل مصرف مصالح ولی بدون به خطر انداختن ایمنی سازه است.

در این بخش سعی می کنیم نکاتی را به طور اجمالی بررسی کنیم و دلایل پاره ای از آن ها توضیح دهیم:

• آرماتوربندی آرماتورهای حرارتی پی به دو شکل قابل اجرا هستند:

الف- به صورت شبکه (مِش) عمود بر راستای میلگرد های اصلی

ب- به صورت خاموت های بسته یا u شکل

توصیه می شود این آرماتور ها به صورت خاموت بسته(حالت ب) اجرا شوند؛ زیرا که این کار ضمن اینکه از ایجاد ترک در بتن جلوگیری می کند، ساق های قائم این آرماتور در تحمل برش مشارکت کرده و ظرفیت برشی فونداسیون افزایش می یابد.

• استفاده از آرماتور حرارتی به صورت خاموت بسته یا u شکل، می تواند به عنوان جایگزینی برای خرک شبکه آرماتور فوقانی مورد استفاده قرار گیرد.

 

 

• در صورتی که آرماتورهای حرارتی به گونه اجرا شوند که جایگزین خرک نیز باشند، توصیه می شود سایز این میلگردها و فاصله ی آن ها به نحوی محاسبه شود که میلگردهای اصلی متصل به آن تحت اثر وزن خود یا حرکت پرسنل اجرایی دچار تغییر شکل (شکم دادن) نشوند.

 

 

• پیش تر گفته شد که برای کاهش تراکم میلگرد برشی می توان سایز تعدادی از آن ها را افزایش داد. این افزایش سایز باید به قدری باشد که امکان خم کاری و جایگذاری خاموت ها برای کارگران میسر باشد (سایز خاموت از نمره 12 تجاوز نکند).

مشابه همین موضوع برای پی های نواری که عرض نوار آن ها زیاد است، می توان در نظر گرفت.

در شرایطی که نوار پی عریض هستند، بهتر است به جای یک خاموت سایز بزرگ و سنگین، از دو یا چند خاموت سایز کوچک و سبک استفاده نمود تا حمل و جایگذاری آن ها برای کارگران مشکل نباشد.

دقت شود که در صورت استفاده از چند خاموت، این خاموت ها باید اورلب داشته باشند(چرا؟)

نتیجه گیری

1. در مواردی که ضعف خاک بستر و یا شرایط بارگذاری به گونه ­ای باشد که احتمال نشست نامتقارن وجود داشته باشد، پی گسترده راه ­حل مناسبی است.
2. 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 آرماتورهای تقویتی کاسته شود.
3. نرم ­افزار تعداد آرماتور های تقویتی و طول مورد نیاز آن را به صورت خروجی در اختیار کاربر قرار می دهد. توجه داشته باشید که این طول تئوریک می باشد، لذا باید آن را به صورت طول عملی محاسبه نمود.
4. 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.
5. در ساعات اولیه گیرش تمایل بتن به انبساط و سپس انقباض باعث ایجاد ترک های عریض در بتن خواهد شد. این مسئله نیاز به آرماتور هایی را نشان می دهد که با بتن درگیر شده و از انبساط و انقباض بیش از حد جلوگیری نمایند. این آرماتور ها را در اصطلاح آرماتور های حرارتی گوییم.
6. . اصولاً ضخامت پی در بین طراحان کشورمان به گونه ای انتخاب می شود تا نیازی به آرماتور برشی وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر کل نیروی برشی توسط بتن پی تحمل گردد. در این حالت حتی آیین نامه هم هیچ الزامی مبنی بر استفاده از آرماتور برشی حداقل ندارد.
7. اگر چنانچه از آرماتور های عرضی پی انتظار مقاومت برشی داشته باشیم بایستی حتماً همپوشانی کافی بین آرماتور بالا و پایین به صورت زیر ایجاد شود.
8. در سازه­ هایی همچون سوله های صنعتی که فاصله ستون ها در یک جهت از یکدیگر زیاد است کاربرد پی های نواری و گسترده اقتصادی نخواهد بود. در چنین مواردی از پی های منفرد در زیر هر ستون یا پی های مرکب در جهتی که ستون ها به هم نزدیک هستند استفاده می شود.
9. به طور معمول و یا با محافظه کاری بیشتر به عنوان خاموت در ریشه ستون ها استفاده می شود.
10. آیین نامه، اعمال درز انقطاع در آرماتور گذاری پی را الزامی ندانسته است. اما اساتید و مهندسین بر مبنای تجربیات اجرایی سال های اخیر پیشنهاد می کنند که درز انقطاع در پی اعمال شود.

منابع:

1. Seismic design of reinforced concrete mat foundation.
2. (Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14
3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
4. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392

 

 

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا