طراحی ستون بتنی؛ محاسبه تعداد میلگرد در هر ستون همراه با 2 ویدئو رایگان

همان‌طور که می‌دانید ستون بتنی به‌عنوان یکی از اعضای اصلی سازه و انتقال‌دهنده‌ی بارهای فشاری به فونداسیون، اهمیت به سزایی دارد. اما آیا روش طراحی ستون بتنی مورد استفاده ما بر روی تیپ بندی ستون اثرگذار خواهد بود؟ ابعاد ستون بتنی برای ساختمان سه طبقه چقدر باید باشد؟

ما در این مقاله جامع گام‌به‌گام طراحی ستون بتنی و نحوه محاسبه تعداد میلگرد در هر ستون را به صورت دستی و همچنین در نرم افزار ایتبس به شما آموزش خواهیم داد. برای درک بهتر شما ویدئوهای فوق‌العاده‌ای را ضبط کرده‌ایم که تمامی نکات مطرح شده در متن مقاله را به‌صورت واضح بیان می‌کند. شما می‌توانید در انتهای همین صفحه این 2 ویدئو کاملا کاربردی و رایگان را دانلود کنید.

⌛ آخرین به روز رسانی: 2 خرداد 1400

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

email

دریافت فوری هدیه 

نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.

1. طراحی ستون بتنی مطابق آیین نامه

در همین ابتدا در نظر داشته باشید که در ساخت‌وسازهای رایج کشورمان، از اسکلت بتن‌آرمه به‌صورت سیستم قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط استفاده می‌شود. ما نیز در این مقاله با توجه به این موضوع، ضوابط محاسبه آرماتورهای قاب خمشی بتنی با شکل‌پذیری متوسط را مد نظر قرار داده‌ایم. و توضیحات لازم جهت طراحی ستون بتنی را برطبق آخرین آپدیت‌های آیین‌نامه‌‌های مقررات ملی ساختمان بیان کرده‌ایم.

شکل 1: ستون بتنی

2. محاسبه ابعاد ستون بتنی

به طور کلی در سازه‌های بتنی با قاب خمشی، ستون‌ها تأثیر بسیار زیادی در رفتار کلی سازه دارند؛ لذا توصیه می‌شود تیپ بندی اولیه ستون‌ها قبل از تیپ بندی تیرها انجام شود. در تیپ بندی اولیه عموماً به دنبال تعیین ابعاد مقطع ستون‌ها بوده و تعیین تعداد و سایز آرماتورهای آن را به تیپ بندی نهایی موکول خواهیم نمود.

برای محاسبه ابعاد ستون‌های بتنی باید ضوابط و الزامات زیادی را در نظر بگیریم تا ستون بتنی طراحی شده بتواند در شرایط موردنظر ما به‌خوبی از پس تحمل بارهای وارده بربیاید. همچنین محاسبه ابعاد ستون بتنی از جهت اجرایی نیز حائز اهمیت می‌باشد تا ستون بتنی طراحی شده به‌خوبی از قابلیت اجرا برخوردار باشد.

برای مثال می‌توان گفت اگر ما ابعاد استانداردی را برای ستون بتنی خود در نظر نگیریم و یا اختلاف ابعاد در دو بعد ستون بتنی از هم کم باشند این موضوع کار را در هنگام اجرا و ساخت ستون سخت می‌کند.

شکل 2: اجرای ستون بتنی

1.2 حداقل ابعاد ستون بتنی

برای اینکه بدانیم حداقل ابعاد ستون بتنی‌ با شکل‌پذیری متوسط قابل به چه اندازه است باید به آیین‌نامه مبحث نهم مراجعه کنیم. این آیین‌نامه در قسمت ضوابط ویژه برای طراحی در برابر زلزله و در بند 9-20-5-3-1 محدودیت‌های هندسی ستون‌های بتنی در قاب با شکل‌پذیری متوسط را بدین‌گونه بیان می‌کند:

با توجه به آیین‌نامه‌های بارگذاری و پهنه‌بندی کشور در خطر زلزله، ابعاد استاندارد ستون‌ها برخلاف تیرها، در اکثر طراحی خود به خود رعایت می‌گردد. هرچند که این محدودیت‌های هندسی پیچیدگی خاصی ندارند، ولی بهتر است آن‌ها را کمی بیشتر تشریح کنیم:

الف. در این بند از آیین‌نامه برای طراحی ستون بتنی حداقل ابعاد ستون ذکر شده است. از جمله دلایل وجود این حداقلِ ابعادی به مواردی از قبیل: عدم تأمین طول مهاری میلگردهای طولی تیرها در داخل ستون، آرماتورگذاری دشوار (به‌خصوص خاموت گذاری ستون بتنی)، افزایش لاغری مقطع و بالارفتن احتمال کمانش ستون تحت بارهای ثقلی و … اشاره کرد.

در ستون‌های رایج که عمدتاً مربعی هستند، ضوابط هندسی معمولاً ارضا می‌شوند. اهمیت این محدودیت‌های هندسی زمانی پررنگ‌تر می‌شود که به‌جای ستون‌های مربعی، از ستون‌های مستطیلی (کتابی) استفاده شود.

شکل 3: محدودیت ابعاد ستون بتنی

  در چه مواردی می توان از ستون مستطیلی (کتابی) استفاده نمود؟

1-عواملی از قبیل ملاحظات معماری از جمله عدم تامین پارکینگ، افزایش مساحت مفید ساختمان، مخفی کرده برخی ستون های بتنی در داخل دیوارها و … ابعاد ستون بتنی را دستخوش تغییر قرار می‌دهد و مهندس طراح را به استفاده از ستون های مستطیلی سوق می دهد.

2- در مواردی که سختی ستون بتنی در دو راستای اصلی بالانس (متعادل) نباشد. این مورد در حالتی که در یک جهت تعداد دهانه‌ های قاب بیشتر از جهت دیگر باشد، رخ می‌دهد. در جهتی که تعداد دهانه‌ ها کمتر باشد، به واسطه کمبود سختی (و معمولا مشکل کنترل دریفت) معمولاً نیاز است از ممان اینرسی تیرها و ستون‌ها به بهترین شکل استفاده شود. در این موارد می‌توان بُعد بزرگتر ستون را در امتدادی که دهانه کمتری دارد قرار داد تا حرکت سازه در امتداد با سختی کمتر، خمش حول محور قوی ستون را ایجاد کند.

یک توصیه اجرایی

در صورتی که مهندس محاسب به هر دلیلی از ستون مستطیلی به جای ستون مربعی استفاده نماید، توصیه می شود که اختلاف ابعاد اضلاع ستون مشهود باشد (به عنوان مثال ابعادی مثل 50*45 یا 50*40 سانتی متر که با هم اختلاف جزئی دارند، حدالامکان استفاده نشود). علت این موضوع آن است که تشخیص مستطیل بودن این قبیل ستون ها در نقشه های پلات شده (باتوجه مقیاس کوچک آن ها) چندان آسان نیست.

همین طور مشاهده شده است که به دلیل بی دقتی تیم اجرایی یا مهندس مجری، این ستون ها شبیه ستون های مربعی به نظر گرفته ممکن است هر دو ضلع مجاور آن به یک اندازه را اجرا شوند و یا گاهاً در صورتی که تعداد این قبیل ستون ها در نقشه زیاد بوده است، راستای ضلع کوچک و بزرگ ستون یا آرماتورهای هر وجه جابجا (معکوس) اجرا شده است.

در صورتی که ناچار به استفاده از این قبیل ابعاد برای ستون های مستطیلی شدید، در تهیه نقشه های اجرایی این موارد را مدنظر قرار دهید تا اشتباهات اجرایی هزینه های مضافی را بر کارفرما یا پیمانکار تحمیل نکند.

ب- این بند با اعمال محدودیتی سعی در جلوگیری از لاغری بیش از حد ستون بتنی دارد. بدین گونه که نسبت اندازه کوچکترین وجه ستون به ارتفاع موثر آن، بایستی بیشتر از 1/25 باشد. ضابطه این بند با توجه به بارگذاری های ثقلی و لرزه ای، معمولاً خود به خود تامین می شود.

2.2 ابعاد ستون بتنی در یک ساختمان سه طبقه

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش سال 99) در پی‌نوشت ششم یک راهکار ساده برای تعیین حداقل ابعاد ستون بتنی و حداکثر ابعاد ستون بتنی یک ساختمان سه طبقه در نظر گرفته است.

این پی‌نوشت در بند 9-پ6-3-2 ستون‌ها را از نظر طراحی به سه دسته “ستون داخلی”، “ستون میانی” و “ستون کناری” تقسیم‌بندی کرده است و ابعاد این ستون‌ها را در یک ساختمان 3 طبقه مشخص بیان می‌کند. البته این پی‌نوشت درهمان بخش‌های ابتدایی یعنی در بند 9-پ6-3 ذکر می‌کند

این ابعاد تنها یک راهنمای کلی می‌باشند و مهندس طراح می‌تواند از تمامی بندهای ذکر شده مرتبط دیگر در این آیین‌نامه در جهت طراحی ستون استفاده کند و همچنین بعد از استفاده از این ابعاد نیز باید نتیجه نهایی توسط مهندس طراح کنترل شود.

جدول شماره 1 : 9-پ6-18

جدول شماره 2 : 9-پ6-18

جدول شماره 3 : 9-پ6-18

همان‌طور که در سه جدول بالا مشاهده می‌کنید در این جداول در هر طبقه بر اساس اندازه عرض، طول و همچنین نوع ستون کدی ذکر شده است که این کد مربوط به شکل 9-پ6-7 در این آیین‌نامه می‌باشد و در آنجا شما می‌توانید به‌صورت دقیق مشخصات هرکدام از ستون‌های مربوط به هر کد را مشاهده کنید.

3. میلگرد گذاری ستون بتنی

قبل از این در مقالات متفاوت مانند مقاله میلگرد گذاری دال بتنی، با نحوه آرماتور گذاری آشنا شدیم اما در این مقاله قصد دراریم در رابطه با میلگرد گذاری ستون بتنی صحبت کنیم. می دانیم که آرماتورهای ستون بتنی به دو دسته ی زیر تقسیم بندی می شد:

• میلگرد های طولی (اصلی)
• میلگردهای عرضی (خاموت)

ضوابط میلگرد گذاری طولی و عرضی ستون بتنی، به صورت نسبتاً پراکنده در بندهای مختلف مبحث نهم آمده است. در این مقاله برای انسجام بیشتر مطالب ارائه شده، ضوابط این دو نوع میلگرد مصرفی در ستون را جداگانه بررسی و تشریح خواهیم نمود.

شکل 4: میلگرد گذاری ستون بتنی

4. میلگرد گذاری طولی ستون بتنی

4. 1 حداقل تعداد میلگرد طولی در ستون

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در برای ستون‌های مختلف با طراحی‌های متفاوت یک حداقل تعداد میلگرد در نظر گرفته است تا ستون‌ها دچار مشکلاتی مانند تغیر شکل‌های بیش از حالت استاندارد و یا از دادن مقاومت و شکل اولیه خود در مواجه با کمترین نیروهای وارده شده، نشوند.

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در بند 9-12-6-2-1 با توجه به شکل ساختاری ستون حداقل تعداد میلگردهای طولی آن‌ها را تعیین کرده است.

شکل 6: حداقل تعداد میلگرد طولی در ستون بتنی

2.4 حداقل و حداکثر درصد تعداد میلگرد در ستون بتنی

برای اینکه بفهمیم حداقل و حداکثر درصد تعداد میلگرد طولی در یک ستون بتنی به چه مقدار می‌باشد باید به یکی از بندهای مهم و اساسی مبحث نهم که طی سال‌های اخیر و در ویرایش‌های مختلف دچار تغییرات شده است مراجعه کنیم.

ضوابط این بند، یعنی بند 9-20-5-3-2 به شرح زیر می‌باشد.

همان‌طور که می‌بیند آیین‌نامه تأکید دارد که نباید میلگرد‌های طولی کمتر از 1 درصد و بیشتر از 8 درصد نسبت به کل سطح مقطع ستون باشد همچنین در نظر داشته باشید که محدودیت حداکثر میلگرد طولی باید در محل وصله نیز باید رعایت شود.

ازآنجایی‌که در نرم‌افزار Etabs از آیین‌نامه بتن آمریکا (ACI) استفاده می‌گردد، در صورتی که مقدار آرماتور طولی ستون از 8% تجاوز نماید، ستون قرمز رنگ شده و پیغام (Over stress) O/S بر روی آن نمایش داده خواهد شد که به معنای عدم کفایت مقطع ستون بتنی برای تلاش‌های وارده است.

متن سنگین بود؟ نگران نباشید تمامی نکات میلگرد گذاری در ستون بتنی را می توانید در قالب ویدئوهای جامع مشاهده کنید. این 2 ویدئو فوق العاده را در انتهای همین صفحه دانلود کنید.

 چرا آیین نامه برای ستون ها میلگرد حداقل تعیین کرده است؟

در جواب بایستی گفت که آیین نامه برای جلوگیری از ترد شکنی ستون، کاهش خزش و انقباض بتن و … مقدار میلگرد حداقل در محل خارج از وصله را به 1% در نظر گرفته است. درحالتی که مقطع ستون بتنی در حالت Design طراحی شود، نرم افزار Etabs قادر به کنترل این ضابطه خواهد بود. (با طراحی به روش design و check آشنا خواهیم شد.)

شکل 7: وصله آرماتورهای ستون

3.4 حداقل فاصله بین میلگردهای طولی ستون بتنی

حداقل فاصله بین میلگردهای طولی ستون بتنی موضوعی است که به آن ابتدا در قسمت 9-12-6 یعنی جزئیات آرماتورگذاری ستون بتنی اشاره شده است. ما در این قسمت و در بند 9-12-6-1-5 مشاهده می‌کنیم که تعیین حداقل فاصله آزاد آرماتورگذاری طولی موضوعی است که جزئیات دقیق آن در بند 9-21-2-1-3 بیان شده است. ضوابط این بند نیز به شرح ذیل می‌باشد.

آیا در صورت نیاز می‌توان از آرماتورهای گروهی در ستون استفاده کرد؟

پاسخ کوتاه این سؤال بله است؛ اما برای پاسخ دقیق به این سؤال باید به بند 9-12-6-1-4 مراجعه شود، این بند پاسخ کوتاه ما را تأیید کرده و بیان می‌کند برای مشاهده دقیق ضوابط این موضوع باید به بند 9-21-5 مراجعه شود که ما در اینجا مهم‌ترین ضوابط این بند را برای شما قرار داده‌ایم.

4. 4 محاسبه تعداد میلگرد طولی ستون در 3 گام

4. 4. 1 گام اول: نحوه محاسبه آرماتور طولی ستون‌ها در ETABS

طراحی آرماتورهای طولی ستون را می‌توان به دو روش to be Checked (اصطلاحاً روش چِک) و to be Designed (اصطلاحاً روش دیزاین) انجام داد.

تفاوت این دو روش در چیست؟

روش «Check»:

در این روش طراح مقاطع ستون مثل ابعاد، تعداد میلگرد ستون بتنی، رده و آرایش میلگرد و … را به‌صورت دستی محاسبه و به نرم‌افزار معرفی کرده و به هر ستون مقطعی را اختصاص می‌دهد. نرم‌افزار برحسب تلاش‌های ایجاد در ستون‌ها، کفایت مقطع اختصاص داده شده را کنترل کرده و در صورت عدم کفایت مقطع، رنگ آن پس از طراحی قرمز خواهد شد.

برای افزایش مقاومت ستون بایستی مقطع قوی‌تری (با ابعاد بزرگتر یا فولاد بیشتر) انتخاب شود. در گام بعد نکات اجرایی مربوط به آرماتورهای طولی ستون بیان خواهد شد که برای استفاده در این روش بسیار کاربردی است.

روش «Design»:

در این روش طراح فقط ابعاد مقطع ستون را مشخص می‌کند و نرم‌افزار برحسب تنش‌های وارده به ستون، مساحت میلگردهای طولی موردنیاز را محاسبه و گزارش خواهد نمود. سپس مهندس محاسب برحسب ضوابط آرماتورگذاری ستون، با استفاده از مقدار مساحت گزارش شده توسط نرم‌افزار سایز و تعداد میلگرد ستون را محاسبه می‌کند و به‌عنوان میلگردهای طولی ستون در نظر می‌گیرد. (مشابه روشی که برای محاسبه تعداد و سایز آرماتورهای طولی تیرها استفاده شد)

این دو روش طراحی چه تفاوت‌هایی نسبت به یکدیگر دارند؟

• از آنجایی که در روش چک، کلیه مشخصات مقطع (ابعاد، سایز و تعداد میلگرد و آرایش آرماتور و …) توسط طراح به نرم‌افزار معرفی می‌شود، عمده روند تیپ بندی ستون‌ها در این مرحله طی شده و نهایی کردن مقاطع پس از طراحی سازه بسیار ساده‌تر خواهد شد.

• در استفاده از روش چک، طراح بایستی با در نظر گرفتن ضوابط میلگرد گذاری ستون‌ها، مشخصات مقطع را به نرم‌افزار معرفی نماید و درصد مجاز آرماتور را به‌صورت دستی محاسبه نماید. ولی در روش دیزاین، کلیه این ضوابط برحسب آیین‌نامه ACI (که مطابقت قابل قبولی با مبحث نهم دارد) و توسط خود نرم‌افزار اعمال شده که در خروجی‌ها گزارش می‌شود.

• کنترل ضوابطی همچون درصد آرماتور حداقل و حداکثر صرفاً در روش دیزاین ممکن بوده و در روش چک بایستی به‌صورت دستی توسط طراح کنترل گردد.

• ازآنجایی‌که تعیین مشخصات اولیه ستون‌ها برای مهندسین و طراحان تازه‌کار کمی دشوار است، توصیه می‌شود در وهله اول از روش دیزاین برای محاسبه مساحت آرماتورهای طولی موردنیاز ستون توسط نرم‌افزار استفاده کرده و سپس برای تبدیل مساحت آرماتور به تعداد و سایز میلگرد و انجام تیپ بندی مقاطع از روش چک اقدام کنند.

• در روش Design نرم افزار سطح اندرکنش را برای درصدهای مختلفی حساب می‌کند و بر اساس آن بحرانی‌ترین حالت را بر اساس سطح اندرکنش برای درصدهای مختلف آرماتور در نظر می‌گیرد. اما روش Check، روش کنترلی می‌باشد؛ یعنی منحنی اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در آن ثابت است. در واقع یک منحنی یونیک دارد و نیازی نیست بخواهد اندرکنش برای حالت‌های مختلف را حساب کند و بعد درون یابی کند.

• در بعضی مواقع ممکن است، نتایج تحلیل و طراحی برای یک ستون با روش Check و روش Design، کاملاً یکسان نباشد و این برمی‌گردد به سطوح اندرکنش که رابطه خطی با هم ندارند. در واقع نسبت M/P یک رابطه کاملاً نامشخص و غیرقابل پیش‌بینی بوده و نمی‌شود اینطور گفت که چون ما از روش Design و یا Check استفاده می‌کنیم، باید نتایج تحلیل و طراحی هر دو کاملاً یکسان باشد!

4. 4. 2 گام دوم: نکات اجرایی میلگرد گذاری ستون بتنی

قبل از شروع این گام، توصیه می‌کنیم ضوابط بند 9-20-5-3-2 و 9-21-2-1-3 که محدودیت‌های هندسی و ضوابط آرماتورهای طولی ستون را بیان کرده است، مطالعه کنید. نکاتی که برای طراحی و تیپ بندی آرماتور طول ستون موردنیاز است، عمدتاً در قالب توصیه اجرایی هستند.

نکاتی در مورد ابعاد ستون بتنی:

1. با توجه به رفتار قاب خمشی ممکن است تلاش‌های ایجاد شده در ستون‌های زیرین کمتر از ستون‌های بالایی آن‌ها باشد. هرچند در این موارد از لحاظ تئوریک و آیین‌نامه‌ای، می‌توان برای ستون زیرین مقطع کوچکتری انتخاب نمود ولی این کار از نظر اجرایی مناسب نبوده و قالب‌بندی ستون بالایی را دشوار خواهد کرد.

2. در مواردی نظیر نکته 1، بهتر است ابعاد ستون بتنی زیرین و بالایی را یکسان در نظر گرفت ولی برای ستون زیرین از آرماتور کمتری نسبت به ستون بالایی استفاده نمود.

3. در صورت بروز حالتی مانند نکته 1، علاوه بر صعوبت قالب‌بندی ستون؛ برای ادامه آرماتور از ستون پایین به بالا بایستی از دیتیل‌های خاصی استفاده نمود. براین‌اساس آیین‌نامه دو راهکار زیر را پیشنهاد داده است:

راهکار اول: بر اساس بند 9-12-6-3-1 از مبحث نهم، در صورتی که مقدار کاهش ابعاد مقطع ستون بتنی بالایی نسبت به ابعاد مقطع ستون بتنی پایین کمتر یا مساوی 75 میلی‌متر باشد (a≤75 mm) می‌توان میلگرد طولی را خم s شکل زد.

شکل 8: میلگرد انتظار پیوسته

راهکار دوم: بر اساس بند 9-12-6-3-2 از مبحث نهم، در صورتی که مقدار کاهش ابعاد مقطع ستون بالایی نسبت به ابعاد مقطع ستون پایین بیشتر از 75 میلی‌متر باشد (a> 75 mm) بایستی به‌جای استفاده از خم s شکل، میلگردهای طولی ستون پایین را در زیر ستون بتنی بالایی قلاب کرده و برای وصله از میلگردهای مجزا تعبیه نماییم.

طول این میلگردهای مجزا بایستی از هر طرف به اندازه‌ی طول مهاری کششی و فشاری (هرکدام بیشتر است) را تأمین نماید.

شکل 9: میلگرد انتظار مجزا

4. بر اساس عرف اجرایی، مهندسین برای کاهش ابعاد مقطع ستون از خم یک به شش استفاده می‌کنند. بر این اساس می‌توان برای ستون‌های کناری تا 5cm و برای ستون‌های میانی 10cm کاهش ابعاد مقطع در نظر گرفت.

5. با توجه اختلاف قیمت زیاد بتن و فولاد، مهندسین باتجربه با درنظرگرفتن مسائل اقتصادی، استفاده از ستون بتنی با مقطع بزرگ و فولاد کم را به ستون بتنی با مقطع کوچک و فولاد زیاد ترجیح می‌دهند. رعایت این موضوع در پروژه‌های بزرگ بسیار صرفه اقتصادی بسیاری دارد.

نکات مهم وصله آرماتورهای طولی ستون ها:

در قسمت 9-12-6 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان که مربوط به ستون‌های بتنی و جزئیات آرماتورگذاری آن‌ها می‌باشد و در بخش چهارم این قسمت نکاتی برای استفاده از وصله‌ها در میلگردهای طولی ستون‌های بتنی آورده شده است.

این آیین‌نامه استفاده از هر 4 مدل وصله‌ی پوششی، مکانیکی، جوشی سر به سر و اتکایی را در ستون‌ها مجاز اعلام می‌کند.

نکات مهم میلگرد ریشه ستون بتنی:

نکات و توضیحات جامعی درمورد آرماتورهای انتظار ستون‌ها، در مقاله‌ی “میلگرد گذاری فونداسیون” ارائه شده است که توصیه‌ی می‌شود حتماً ببینید. اما در اینجا نیز چند نکته که در باب تیپ بندی که حائز اهمیت هستند، بیان می‌شود:

• بهتر است سایز و تعداد میلگردهای ریشه مشابه سایز و تعداد میلگردهای طولی ستون در طبقه اول باشد اشتباهات اجرایی به حداقل برسد.

• در مواردی که ابعاد ستون بتنی در طبقه اول کوچک انتخاب شده است، می‌توان برای جلوگیری از تجاوز درصد آرماتور از حد مجاز آن، میلگرد ریشه ستون بتنی و طبقه اول را به‌صورت یکپارچه (بدون قطع) اجرا نمود تا وصله‌ها سبب تراکم غیرمجاز میلگردها نگردد.

• از موارد مهمی که مهندس ناظر بایستی به آن توجه داشته باشد آن است که انتهای میلگردهای ریشه حتماً دارای قلاب و خم باشند

4. 4. 3 گام سوم: محاسبه تعداد و سایز آرماتورهای طولی ستون بتنی

همان‌طور که اشاره شد، محاسبه تعداد میلگرد طولی ستون بتنی در روش دیزاین، دقیقاً مشابه محاسبه تعداد و سایز آرماتورهای طولی تیرهاست که نحوه محاسبه کامل توضیح داده شده است پس لزومی به تکرار مجدد آن‌ها در این قسمت نیست.

اما، در ادامه تعدادی از نکات مهم و کاربردی را برای محاسبه دقیق تعداد و سایز آرماتورهای طولی ستون بتنی نام می‌بریم:

1. همان‌طور که پیش‌تر گفته شد بر اساس بند 9-21-2-1-3 فاصله آزاد (بَر تا بَر) میلگردهای طولی ستون باید بزرگتر از 1.5 برابر قطر بزرگترین آرماتور و 4 سانتی‌متر و همچنین 1.33 برابر قطر اسمی بزرگترین سنگدانه باشد.

2. حتی‌الامکان سعی شود ابعاد ستون‌ها در طبقات و پلان، دارای تنوع زیادی نباشد.

3. توصیه می‌شود ابعاد ستون در هر دو یا سه طبقه تغییر کند تا سرعت اجرا و هزینه‌های قالب‌بندی به حداقل برسند.

4. با پیشروی در ارتفاع سازه، هرچند کاهش تعداد آرماتور به کاهش سایز آرماتورها اولویت دارد؛ ولی بایستی تعداد میلگردهای طبقه پایین بیشتر یا مساوی تعداد میلگردهای طبقه بالاتر باشد.

5. سایز میلگردهای طولی ستون بتنی به نحوی انتخاب شود که چند سایز آن با سایز میلگردهای طولی تیرها مشترک باشد تا هزینه‌های خرید و حمل به کارگاه تعدیل شود.

6. با توجه به ضوابط خاموت گذاری و شرایط اجرایی بهتر است به‌جای استفاده از آرماتور زیاد با قطر کم، از آرماتور کم با قطر زیاد استفاده شود (تا تعداد سنجاقک در ستون یا خاموت‌های لوزی مقطع کاهش یابد).

7. چینش آرماتورهای ستون بتنی در مقاطع مربعی معمولاً به‌صورت متقارن می‌باشد. در این حالت تعداد کل آرماتورهای مقطع همواره مضربی از 4 می‌باشد.

8. معمولاً با پیشروی در ارتفاع سازه، ابعاد ستون‌ها کاهش می‌یابد. این کاهش ابعاد ستون بایستی به‌گونه‌ای باشد که طول مهاری آرماتورهای طولی تیر در داخل ستون تأمین گردد.

9. به دلیل رفتار قاب خمشی در برابر نیروهای جانبی، ممکن است برخی از ستون‌ها در طبقات میانی سازه با مقطع بسیار ضعیف نیز جوابگو باشد (سبز یا زرد رنگ شود) ولی به دلیل مسائل اجرایی و تیپ بندی بایستی از مقاطع قوی‌تر (که ممکن است آبی یا سفید رنگ شوند) استفاده شود.

5. آرماتورگذاری عرضی ستون بتنی

5. 1 ضوابط و نحوه خاموت گذاری در ستون

خاموت گذاری در ستون‌های بتنی طبق ضوابط بندهای بسیاری در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان شرح داده شده است که در ادامه به‌صورت کامل تمامی آن‌ها را به ترتیب برای شما شرح می‌دهیم.

در همین ابتدا ما به قسمت 9-12-6 و به قسمت جزئیات آرماتورگذاری آرماتور‌های عرضی مراجعه می‌کنیم. در این قسمت می‌توان بندهای مهمی را در خصوص نحوه خاموت گذاری در ستون‌های بتنی مشاهده کرد:

• بند 9-12-6-5-1:

آرماتورهای عرضی باید محدودکننده‌ترین الزامات فاصله آرماتورها را برآورده سازند. جزئیات میلگرده‌های عرضی باید مطابق ضوابط بندهای 9-21-6-1 تا 9-21-6-3 باشد. (بندهای ذکر شده در این قسمت مربوط به ضوابط آرماتورگذاری خاموت‌ها، تنگ‌ها و دورپیچ‌ها می‌باشند.)

• بند 9-12-6-5-2:

لازم است آرماتورهای طولی، با استفاده از تنگ‌ها، دورگیرها و یا دورپیچ‌ها مطابق بند 9-12-6-6 به‌صورت جانبی مهار شوند مگر آنکه آزمایش‌ها و تحلیل‌های سازه‌ای نشان دهد که، مقاومت کافی و امکان اجرا وجود دارد.

• بند 9-12-6-5-3 :

اگر پیچ‌های مهاری در قسمت بالای ستون یا ستون پایه (پدستال) تعبیه شوند، باید توسط آرماتورهای عرضی که حداقل ۴ آرماتور طولی ستون یا ستون پایه را در برگرفته‌اند، محصور شوند. آرماتورهای عرضی به‌صورت تنگ یا دورگیر باید در طول ۱۲۵ میلی‌متری قسمت بالای ستون یا ستون پایه توزیع شوند و حداقل شامل ۲ آرماتور به قطر ۱۲ میلی‌متر و یا ۳ آرماتور به قطر ۱۰ میلی‌متر باشند.

• بند 9-12-6-5-4:

اگر جهت اتصال ستون یا ستون پایه به یک جزء پیش‌ساخته در انتها از کوپلر مکانیکی و یا میلگردهای ادامه یافته استفاده می‌شود، آنها باید توسط میلگردهای عرضی احاطه شوند. میلگردهای عرضی باید حداقل در طول ۱۲۵ میلی‌متر از انتهای ستون یا ستون پایه توزیع شده و شامل حداقل ۲ آرماتور به قطر ۱۲ میلی‌متر و یا ۳ آرماتور به قطر ۱۰ میلی‌متر به‌صورت تنگ و یا دورگیر باشند.

• بند 9-12-6-6-1:

در هر طبقه، فاصله اولین تنگ یا دورگیر ستون از سطح بالای شالوده یا دال، نباید بیشتر از نصف فواصل تعیین شده برای تنگ‌ها یا دورگیرها باشد.

• بند 9-12-6-6-2:

در هر طبقه، فاصله‌ی آخرین تنگ یا دورگیر ستون از زیر پایین‌ترین میلگردهای افقی دال، پهنه (کتیبه)، و یا کلاهک برشی، نباید بیشتر از نصف فواصل تعیین شده برای تنگ‌ها یا دورگیرها باشد. در صورت اتصال تیر با نشیمن (دستک) به کلیه‌ی وجوه ستون، می‌توان بالاترین تنگ یا دورگیر را در مقطعی به فاصله‌ی حداکثر ۷۵ میلی‌متر از زیر پایین‌ترین میلگرد افقی در کم‌ارتفاع‌ترین تیر یا دستک متوقف نمود.

• بند 9-12-6-6-5:

هر جا آرماتورهای طولی انحراف داشته باشند، لازم است برای آنها در محل خم با به کار گیری تنگ، دورگیر، دور پیچ و یا قسمتهایی از سیستم سازهای کف، تکیه گاه افقی فراهم شود؛ این تکیه گاه باید برای نیرویی معادل ۵/۱ برابر مؤلفه ی افقی نیروی محاسباتی قسمت مایل میلگردهای با انحراف، طراحی شود. فاصله ی چندین میلگردهای عرضی به‌صورت تنگ بسته، دورگیر و دورپیچ، نباید از نقاط خم شدهی میلگرد با انحراف، بیشتر از ۱۵۰ میلی‌متر باشد.

• بند 9-12-6-7-1:

در صورت لزوم می‌توان در ستون از فولاد برشی به‌صورت تنگ، دورگیر و یا دورپیچ استفاده نمود.

شکل 10: تفاوت ظاهری تنگ با دورپیچ

در ادامه به یکی از نکات مهم خاموت گذاری ریشه ستون‌ها در داخل فونداسیون اشاره می‌کنیم که این نکته در بند 9-20-5-3-3-6 بیان شده است. البته همان‌طور که پیش‌تر گفته شد بهتر است حتما در این مورد با میلگرد گذاری فونداسیون آشنایی داشته باشید.

این بند بیان می‌کند که در اتصال ستون به شالوده، آرماتور طولی ستون که به داخل شالوده ادامه داده شده است باید در طول حداقل برابر با 300 میلی‌متر با استفاده از آرماتور عرضی مطابق ضوابط بندهای 9-20-5-3-3-2 و 9-20-5-3-3-3 محصور گردد. از جمله موارد مهمی که مهندس ناظر بایستی از اجرای آن اطمینان حاصل نماید، همین بند از آیین‌نامه می‌باشد.

به‌عنوان یک توصیه‌ی اجرایی بهتر است خاموت گذاری ریشه ستون در کل ارتفاع فونداسیون ادامه پیدا کند. البته در این زمینه برای توضیح بیشتر می‌توانیم به یک بند دیگر که مربوط به ضوابط ویژه برای طراحی در برابر زلزله می‌باشد اشاره کنیم.

بند 9-20-9-2-4 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ذکر می‌کند که در ستون‌ها و یا اجزای لبه‌ی دیوارهای سازه‌ای ویژه که فاصله لبه‌ی آن‌ها از لبه‌ی شالوده از نصف ضخامت شالوده کمتر است، باید از آرماتورهای عرضی مطابق ضوابط بندهای 9-20-6-3-3-2 تا 9-20-6-3-3-4 در قسمت فوقانی شالوده استفاده شود.

این آرماتورها باید از روی شالوده به اندازه‌ی طول مهاری آرماتورهای طولی ستون و یا جزء لبه‌ی دیوار برشی ویژه، که برای تنش fy محاسبه شده است، در درون شالوده ادامه یابند.

با این بند آیین نامه جدید برای ستون های کناری و گوشه ضوایط سخت گیرانه تری نسبت به مبحث نهم 92 ارائه کرده است.

شکل 11: خاموت گذاری ریشه ستون

2.5 ضوابط آیین‌نامه‌ای محاسبه آرماتور عرضی در ستون بتنی

در همین ابتدا و بدون مقدمه باید بگوییم که محاسبه تعداد آرماتورهای عرضی در یک ستون بتنی طبق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش 99) و البته چه برای ستون‌هایی با شکل‌پذیری متوسط و چه برای ستون‌هایی با شکل‌پذیری ویژه طی روابط خاصی صورت می‌پذیرد و باید ما تمامی این روابط را در روند محاسبه تعداد آرماتورهای عرضی در نظر بگیریم. در ادامه ما سعی کردیم با استفاده از یک ویدئو بسیار کاربردی و تصاویر مربوطه این موضوع را به ساده‌ترین شکل ممکن برای شما توضیح دهیم.

همان‌طور که پیش‌تر در ابتدای این مقاله گفته شد، مطالب بیان شده در این مقاله بیشتر مربوط به سازه‌هایی با شکل‌پذیری متوسط هستند از این رو ما به بخش 9-20-5-3-3 از مبحث نهم آیین‌نامه مقررات ملی ساختمان مراجعه می‌کنیم که در این بند می‌توان برخی توضیحات مربوط به محاسبه تعداد آرماتورهای عرضی ستون‌هایی با شکل‌پذیری متوسط را مشاهده کرد.

برای کامل‌تر شدن بررسی محاسبه تعداد میلگرد عرضی در هر ستون باید به سرفصل جزئیات آرماتورگذاری و در آنجا به توضیحات قسمت آرماتورهای عرضی (بند 9-21-6) مراجعه کنیم. در ویدئو زیر که بخشی از دوره جامع طراحی سازه های بتنی می باشد، برخی از بندهای مهم این قسمت به خوبی شرح داده شده اند.

در ادامه نیز می‌توان برخی از بندهای مهم آیین‌نامه‌ای را که برای محاسبه تعداد آرماتور عرضی در ستون‌های بتنی مناسب هستند را مشاهده نمود.

حال برای اینکه بهتر متوجه مفهوم بندهای ذکر شده در قسمت‌های بالاتر شوید شرایط ذکر شده را که به‌صورت کامل در تصویر زیر نشان داده شده است؛ مشاهده کنید:

شکل 12: محاسبه تعداد میلگرد عرضی در ستون بتنی

3.5 طول ناحیه بحرانی در ستون

بند 9-20-5-3-3-2 ضوابط مربوط به تعیین طول ناحیه بحرانی (ویژه) ستون را بیان کرده است. اگر دیاگرام برش ستون‌ها تحت نیروی جانبی (مانند زلزله) را بررسی کنیم، خواهیم دید که در نواحی ابتدایی و انتهایی ارتفاع آزاد ستون، مقدار برش به بحرانی‌ترین مقدار می‌رسد؛ لذا آیین‌نامه برای خاموت گذاری ستون بتنی در این نواحی ضوابط سخت‌گیرانه‌تری را اعمال می‌کند.

L0 ≥ max {Lu/6, بزرگترین ضلع مقطع ستون , i450mm}

یک نکته ساده: با استناد به تصویر فوق می‌توان دریافت که اگر از کل ارتفاع آزاد ستون، مجموع طول نواحی بحرانی ابتدایی و انتهایی را کم کنیم؛ طول ناحیه غیر بحرانی ستون به دست خواهد آمد.

4.5 فاصله میلگردهای عرضی در ستون

در بندهای 9-20-5-3-3-3 و 9-21-6 ضوابط مربوط به حداقل قطر خاموت و حداقل فاصله خاموت‌های ستون بیان گردیده است. مطابق این بندها می‌توان گفت:
قطر خاموت‌ها در ستون‌های قاب خمشی بتنی با شکل‌پذیری متوسط، بایستی حداقل 10 میلی‌متر (Φ10) انتخاب شود. لازم به ذکر است که رده میلگردهای عرضی (خاموت) معمولاً AII انتخاب می‌شود.

الف تا پ بند 9-20-5-3-3-3: همان‌طور که مشاهده می‌شود ضوابط مربوط به فاصله خاموت‌ها در ناحیه بحرانی ستون در موارد الف تا پ همین بند بیان شده است که می‌توان آن را به‌صورت زیر جمع‌بندی نمود:

در آخرین جمله این بند هم ذکر شده فاصله اولین خاموت از بَر اتصال ستون به تیر بایستی کمتر یا مساوی نصف فاصله خاموت‌ها در ناحیه بحرانی ستون باشد یعنی S0/2 باشد که به‌خوبی در تصویر مشخص شده است.

در ادامه طبق بند 9-20-5-3-3-4 برای آرماتورگذاری عرضی نواحی غیر بحرانی ستون بتنی، می‌توان از ضوابط کلی خاموت گذاری بیان شده در بند 9-12-6-7-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان استفاده نمود.

حال اگر حس می‌کنید که بازهم با توضیحات داده شده به طور کامل مطالب و بندهای ذکر شده را درک نکرده‌اید توجه شما را به ویدئو زیر جلب می‌کنم در این ویدئو علاوه بر تمامی نکات، نکات بیشتری برای درک کامل مباحث این قسمت توسط مهندس سرکار خانم محمدی، مدرس دوره جامع طراحی سازه های بتنی، برای شما بیان شده است.

قطعا این ویدئو فوق‌العاده تنها قسمت کوتاهی از ویدئو طراحی ستون بتنی است که می‌توانید در انتهای همین صفحه آن را به همراه PDF مقاله دانلود کنید.

5. 5 محاسبه تعداد آرماتور عرضی در سه‌گام

تاکنون با محدودیت‌های هندسی و ضوابط محاسباتی آرماتورهای عرضی آشنا شدیم و سعی شد تمامی بندهای آیین‌نامه‌ای موردنیاز برای محاسبات آرماتور در قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط به طور کامل تشریح شود.

در لابه‌لای موارد بیان شده، برخی توصیه‌های اجرایی که برای ترسیم حرفه‌ای نقشه‌های سازه‌ای موردنیاز بود، گفته شد. حقیقت امر آن است که ترسیم نقشه‌های سازه‌ای حرفه‌ای بیشتر از آن که نیازمند تسلط به متن آیین‌نامه باشد، نیازمند داشتن دید اجرایی و تجربه کارگاهی است؛ چراکه نقشه‌های سازه‌ای رابطه‌ی مابین مهندس طراح و مهندس مجری (یا پیمانکار) بوده و به‌نوعی نقش زبان مهندس طراح در کارگاه را بازی می‌کند.

در ادامه‌ی این مقاله سعی خواهیم کرد ضمن آموزش گام‌به‌گام محاسبه آرماتورهای عرضی از خروجی نرم‌افزارEtabs، موارد اجرایی و بندهای آیین‌نامه‌ای دیگری را که برای ترسیم نقشه موردنیاز است، اشاره کنیم.

ازآنجایی‌که جمع‌بندی این قبیل موارد و بیان کتبی آن کمی دشوار و یا گاهاً ابهام برانگیز است؛ قویاً توصیه می‌کنیم که عکس‌ها و فیلم‌های اجرایی، گزارشات کارآموزی دانشجویان از کارگاه‌ها، کتب و جزوات مربوط به درس اجرا و … را بررسی و مطالعه کنید تا به دید اجرایی بهتری برسید. چراکه عامل متمایزکننده‌ی یک اپراتور نرم‌افزار Etabs از یک مهندس عمران واقعی، طراحی سازه‌ی ایمن با اقتصادی‌ترین طرح ممکن است به نحوی که مشکلات و ابهامات اجرایی آن در کارگاه به حداقل ممکن برسد.

1.5.5 گام1: نحوه محاسبه میلگرد عرضی ستون در  Etabs

نرم‌افزار Etabs مقدار میلگردهای عرضی ستون‌ها را همانند تیر به‌صورت نسبت Av/s گزارش می‌کند. برای نمایش میلگردهای عرضی ستون‌ها، پس از آنالیز و طراحی سازه، می‌توان از مسیر زیر برای قرائت نسبت Av/s تیرها اقدام کرد:

شکل 13:مشاهده آرماتورهای برشی در Etabs

پس از زدن دکمهok، نسبت مساحت میلگرد عرضی به فاصله خاموت‌ها برحسب واحد نرم‌افزار در وسط ستون‌ها نمایش داده خواهد شد.

شکل 14: مشاهده آرماتورهای برشی در Etabs

5. 5. 2 گام دوم: نکات اجرایی خاموت‌های ستون:

ضوابط آیین‌نامه‌ای مربوط به آرماتورهای عرضی ستون‌ها در بند مختلفی آورده شده است که این ضوابط به طور کامل در قسمت‌های قبلی همین مقاله تشریح شده است.

5. 5. 3 گام سوم: محاسبه تعداد میلگرد عرضی در ستون:

مراحل به دست آوردن تعداد و سایز خاموت‌های ستون بتنی دقیقاً مشابه مراحل محاسبه تعداد و سایز خاموت در تیرهاست؛ لذا از تشریح مجدد آن‌ها صرف نظر کرده و برای یادآوری ضوابط خاموت گذاری ستون از تصویر زیر که ضوابط خاموت گذاری به‌صورت خلاصه در آن اعمال گردیده است، استفاده کنید.

شکل 15: محاسبه تعداد میلگرد عرضی در ستون بتنی

6. طراحی دستی ستون بتنی

هنگامی‌که صحبت از طراحی دستی ستون‌های بتنی می‌شود ناخودآگاه به زمان‌های گذشته برمی‌گردیم؛ یعنی زمانی که نرم‌افزارهای مهندسی یا وجود نداشتند و یا به سطح از قدرت و پیشرفت امروزی خود نرسیده بودند.

امروزه شاید علم طراحی دستی ستون بتنی کاربرد قدیم خود را نداشته باشد اما هنوز هم می‌توان از آن به‌عنوان یک دانش لازم و ضروری برای هر مهندسی یادکرد. زیرا ما به‌عنوان یک مهندس نیاز داریم تا گاهی نتایج به‌دست‌آمده از نرم‌افزار را بررسی کنیم تا مطمئن شویم که ستون ما به‌درستی طراحی شده است. همچنین یکی دیگر از مزیت‌های مهم این موضوع نشان‌دادن تفاوت توانایی شما به‌عنوان یک مهندس با یک اپراتور نرم‌افزار می‌باشد.

روش‌های مختلفی در طول زمان برای طراحی دستی ستون بتنی به کار برده می‌شد اما یکی از کارآمد‌ترین روش‌ها روش منحنی هم بار PCA می‌باشد. در ادامه ما با استفاده از یک مثال سعی کرده‌ایم این روش را به‌صورت خلاصه به شما نشان دهید.

گفتنی است ما در اینجا با استفاده از اطلاعات فرضی خود روند کامل طراحی یک ستون بتنی را نشان می‌دهیم که شما می‌توانید با یادگیری این روش در زمان کمتر درستی مشخصات ستون بتنی خود را در نرم‌افزار Etabs چک کنید.

مقطع مناسب برای یک ستون تحت اثر بارها و مشخصات داده شده طراحی کنید.

P_u= 5400KN, M_ux= 411.48 KN.m, M_uy=175.45 KN.m, C28, S400

این مثال در 3 مرحله زیر به‌صورت گام‌به‌گام حل شده است که با هم آن‌ها را بررسی می‌کنیم اما در همین ابتدا لازم به ذکر است که دیاگرام‌های درج شده در این قسمت از آیین‌نامه‌های قدیمی و از کتابچه همراه طراحی سازه‌های بتنی آیین‌نامه ACI-318-19 درج شده‌اند.

6. 1 بررسی حداقل ابعاد مقطع

در همین ابتدای کار مشاهده می‌کنیم که بتن موردنظر ما برای طراحی این ستون از نوع C28 بوده و به ما اجازه استفاده از میلگردهای S400 در ستون داده شده است.

نیروهای وارده به ستون شامل دو لنگر و یک نیروی محوری می‌شوند. Pu یا همان نیروی محوری ما برابر 5400 کیلو نیوتن بوده و لنگرها در راستای X و Y به ترتیب برابر 411.48 و 175.45 کیلونیوتن در متر می‌باشند.

در همین ابتدا ما فرض می‌کنیم که اگر ستون مورد نظر ما، تنها نیروی محوری را تحمل می‌کرد و لنگری به آن وارد نمی‌شد چه ابعادی داشت؟ اگر با ما موافق باشید برای این کار لازم است تا مقاومت فشاری ستون بیشتر از نیروی محوری وارده به آن باشد.

با استفاده از تناسب زیر که از طریق رابطه درج شده در بند 9-8-3-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان به دست آمده؛ این مورد را به‌راحتی بررسی می‌کنیم:

A_g: مساحت سطح مقطع کل ستون بتنی

f^‘_c: مقاومت فشاری مشخصه بتن

A_st: سطح مقطع فولادهای طولی

f_y: مقاومت تسلیم مشخصه آرماتور

ɸ: ضریب کاهش مقاومت

در این قسمت برای اینکه می‌خواهیم به نحوی تحمل تمامی تنش را برای مقطع بتنی در نظر بگیریم باید مساحت آرماتورهای طولی کششی را حداقل در نظر بگیریم که همان‌طور که بالاتر دیدیم طبق آیین‌نامه این حداقل برابر 1 درصد می‌باشد. همچنین در نظر داشته باشید که در اینجا ضریب کاهش مقاومت بر اساس جدول 9-7-2 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان برابر 0.65 در نظر گرفته می‌شود.

حال اعداد را با توجه به اطلاعات داده شده وارد می‌کنیم تا مساحت مقطع بتنی را تخمین بزنیم.

از این عدد به‌دست‌آمده نتیجه می‌گیریم که اگر بخواهیم یک ستون متعارف در نظر بگیریم ابعاد آن می‌تواند در حدود 600×600 باشد. حال شاید با خود بگویید که این مقطع تنها برای تحمل نیروی محوری مناسب است و با وجود لنگرها مقاومت خود را از دست داده و آسیب می‌بیند. برای رفع این مشکل باید تعداد میلگردهای طولی را در این ستون افزایش داد.

6. 2 بررسی دیاگرام و ترکیب لنگرها

در این بخش، ابتدا دیاگرام برداشته شده از آیین‌نامه را مشاهده می‌کنیم:

اگر به آیین‌نامه گفته شده مراجعه کنید تعداد نمودارهای مشابه زیادی با این نمودار را در آنجا خواهید دید؛ اما چرا این نمودار؟

برای پاسخ به این سؤال نظر شما را به اطلاعات درج شده در گوشه نمودار جلب می‌کنم. با استفاده از این اطلاعات می‌توان تشخیص داد که دیاگرام مشخص شده برای ستون ما مناسب است و یا نیست. ستون موردنظر ما همان‌طور که گفته شد یک ستون بتنی با مقطع مربع یا مستطیل شکل است.

در اطلاعات داده شده هم مفهوم  f_y و f^‘_c توضیح داده شدند که اگر دقت داشته باشید در اینجا واحد آن‌ها بر اساس ksi می‌باشد و با تبدیل واحد می‌بینیم که در منظور همان بتن با مشخصه 28 مگاپاسکال و میلگردهای طولی با مقاومت 420 مگاپاسکال است. اما مورد سوم که یکی دیگر از دلایل مهم انتخاب این دیاگرام می‌باشد مقدار مشخص شده برای گاما (γ) است.

اما گاما (γ) چیست؟ گاما بیان می‌کند که فاصله مرکز تا مرکز میلگردها چه کسری از ابعاد مقطع ستون بتنی است و برای به‌دست‌آوردن آن از فرمول زیر استفاده می‌کنیم:

ما در اینجا به‌صورت فرضی میلگرد 28ɸ را در نظر می‌گیریم و برای خاموت حداقل نیز طبق آیین‌نامه 10ɸ قرار می‌دهیم در نتیجه گاما برای ما به‌صورت زیر به دست می‌آید:

همان‌طور که مشاهده می‌کنید مقدار به‌دست‌آمده بسیار نزدیک با مقدار درج شده بر روی نمودار می‌باشد و به دلیل تقریبی بودن این محاسبات از اختلاف کم آن‌ها صرف نظر می‌کنیم.

در ادامه به بررسی محورهای افقی و عمودی نمودار می‌پردازیم. همان‌طور که مشخص است محور افقی مربوط به نیروی لنگرها می‌باشد اما اگر دقت کنید در ابتدای این مثال ذکر شده که ما در دو جهت x و y لنگر داریم اما در اینجا تنها از یک لنگر به نام M_n (با ضریب اطمینان) یاد شده است. این لنگر ترکیبی از دو لنگر می‌باشد و برای به دست آوردن آن می‌توان از فرمول زیر که در آیین‌نامه ذکر شده در اول مثال، درج شده است استفاده کرد.

اگر بخواهیم به طور خلاصه و ساده رابطه بالا را برای شما توضیح دهیم به این صورت می‌توان گفت که در ابتدا باید بررسی کنیم کدام لنگر بزرگتر از آن یکی است و سپس آن را به‌عنوان لنگر اصلی فرض کنیم که در اینجا لنگر M_ux بزرگتر از لنگر M_uy می‌باشد. همچنین در ادامه ضریب بتا (β) را مشاهده می‌کنیم اما به دلیل توضیحات خارج از بحث تنها به این ضریب اشاره کنیم که در خود آیین‌نامه ذکر شده تا به‌صورت تقریبی و برای ستون‌های با میلگرد گذاری متعارف، آن را برابر با 0.65 در نظر بگیرید.

در ادامه برای به‌دست‌آوردن M_oux یا همان ɸM_n طبق رابطه درج شده داریم:

نکته: دقت کنید که در اینجا و در حالت مرزی  می‌باشد به همین دلیل ما آن‌ها را یکی فرض می‌کنیم.

در مرحله آخر مقادیر نیروها را همان‌طور که در دیاگرام مشخص شده تقسیم‌بر مقادیر مشخص شده می‌کنیم تا مشخصات نقطه مورد نظر را در نمودار بیابیم.

حال بر روی نمودار مشخص می‌کنیم که اعداد به‌دست‌آمده در محورهای افقی و عمودی چه نقطه‌ای را به ما نشان می‌دهند.

شکل 16: مشخص‌کردن محل نقطه در روی دیاگرام

همان‌طور که در تصویر بالا معلوم است با استفاده از خطوط روی نمودار مقدار  (نسبت مساحت آرماتورها به مقطع) حدودا برابر 2.5 درصد می‌باشد. پس یعنی ما باید در ستون خود میلگردهایی را با تعداد مشخص انتخاب کنیم که نسبت مساحت آن‌ها به کل مقطع بزرگتر مساوی 2.5 درصد باشد.

همان‌طور که بالاتر دیدیم ما میلگردهای خود را 28ɸ در نظر گرفتیم البته در اینجا می‌توانیم اندازه فرضی خود را با آزمون و خطا افزایش و یا کاهش دهیم تا به مناسب‌ترین اندازه دست یابیم.

برای مثال با مقدار کمتر شروع کرده و ابتدا فرض می‌کنیم ستون ما دارای 16 عدد آرماتور 25ɸ می‌باشد. حال چک می‌کنیم مساحت این تعداد و این قطر از آرماتورها بزرگتر مساوی 2.5 درصد مقطع ستون بتنی ما می‌باشد یا نه؟

عدد به‌دست‌آمده کوچکتر از مقدار لازم یعنی 2.5 درصد می‌باشد پس استفاده از این مقدار صحیح نیست!

در حالت بعدی از 16 میلگرد 28ɸ استفاده می‌کنیم حال باهم بررسی می‌کنیم که این میزان از آرماتور پاسخگوی ستون بتنی ما است و یا نه؟

عدد به‌دست‌آمده از 2.5 درصد بیشتر بوده و همچنین خیلی بزرگتر از این مقدار نمی‌باشد تا مقدار به‌دست‌آمده ما غیراقتصادی شود و این یعنی ما به مقدار صحیحی از نوع و تعداد آرماتور دست پیدا کرده‌ایم.

6. 3 بررسی نتایج حاصله با استفاده از روش بار معکوس:

روش بار معکوس یکی دیگر از روش‌های قدیمی برای محاسبه و طراحی دستی ستون‌های بتنی می‌باشد، این روش نیز به‌مانند روش منحنی هم بار PCA ضوابط و روابط خاص خود را دارد. اما روش منحنی هم بار روش قدرتمندتر، دقیق‌تر و پیشرفته‌تری نسبت به این روش است؛ از این رو ما در اینجا به طور خلاصه تنها برای چک کردن و اثبات درستی نتیجه نهایی به‌دست‌آمده از مثال قبل از این روش استفاده می‌کنیم و آن را برای شما توضیح می‌دهیم.

خب در ابتدا می‌گوییم ستون ما یک ستون با ابعاد مقاطع، تعداد و نوع میلگرد مشخص می‌باشد. سپس ما در اینجا می‌بینیم مقاومت فشاری خالص (P0) ستون ما چقدر است؟ برای این کار باید مقدار P0 را طبق فرمول درج شده در قسمت زیر برای آن محاسبه می‌کنیم.

با همان فرض مقطع با ابعاد 600×600 و میلگردهای 28ɸ مقدار مقاومت فشاری خالص ستون را به دست می‌آوریم.

نکته: شاید با خود بگویید  P₀ یا همان مقاومت فشاری خالص چه زمانی حاصل می‌شود؟ که در پاسخ به بیان ساده می‌توان گفت همان‌طور که پیش‌تر دیدیم این مقاومت زمانی حاصل می‌شود که ما فرض کنیم ستون ما هیچ لنگری را تحمل نمی‌کند.

در ادامه ما به‌صورت تک‌به‌تک نیروهای لنگر را طبق فرمول درج شده در محور افقی نمودار زیر تقسیم‌بر  می‌کنیم تا ببینیم با وجود هر لنگر مقدار مقاومت فشاری ستون مورد نظر ما چقدر می‌شود.

1.ابتدا به سراغ لنگرM_nx می‌رویم:

در نتیجه با مشخص‌کردن نقطه موردنظر روی محور افقی نمودار و امتداد دادن آن بر اساس ρ_g حدودا برابر با 0.02، میفهمیم که مقدار  Ρ_nx/f´_cA_g ما تقریبا برابر 0.92 می‌باشد.

شکل 17: پیداکردن مختصات Ρnx/f´c Ag

حال که مقدار Ρnx/f´c Ag را پیدا کردیم مقدار دقیق خود P_nox را به دست می‌آوریم.

2. حال یک بار دیگر همین پروسه را برای لنگر M_ny انجام می‌دهیم:

شکل 18: پیداکردن مختصات Ρny/f´c Ag

P_nox=1.1 × (28×600²)=11088000 N = 11088 KN

نکته: اگر به محور افقی نمودار دقت کنید می‌بینید که از P_ne به‌جای M_n استفاده کرده است. برای توضیح این موضوع می‌توان به تصویر زیر از آیین‌نامه اشاره داشت.

در انتها به سراغ یکی دیگر از فرمول‌های اصلی روش طراحی بار معکوس می‌رویم تا با استفاده از آن P_n (ظرفیت محوری ستون تحت اثر لنگرهای هم‌زمان M_x و M_y) را به دست بیاوریم.

با استفاده از فرمول بالا P_n ستون بتنی ما به‌صورت زیر به دست می‌آید:

همان‌طور که مشاهده می‌شود مقدار به‌دست‌آمده با مقدار فرض شده در روی مثال قبلی یعنی P_u اختلاف چندان زیادی ندارد و از اختلاف آن‌ها به دلیل تقریبی بودن این روش‌ها می‌توان صرف‌نظر نمود و در نتیجه می‌توان گفت طراحی و محاسبات انجام شده از مقادیر درست و صحیحی برخوردارند.

7. ناگفته‌های ستون بتنی

در این بخش به بررسی برخی مفاهیم ساده و کاربردی مربوط به ستون‌های بتنی در مهندسی عمران می‌پردازیم که شاید در طول مقاله کمتر به آن‌ها اشاره کردیم.

حداکثر فاصله بین دو ستون بتنی:

تعیین حداکثر فاصله دو ستون به عوامل مختلفی بستگی دارد و برای این کار باید به پلان معماری و البته نوع سازه انتخاب شده توسط مهندس محاسب و با محاسبه بار‌های وارده بر ساختمان می‌توان محدوده تقریبی محل ستون‌ها را تشخیص داد.

البته در انتخاب این‌که فواصل ستون‌ها به چه میزان باشد عوامل مختلف دیگری نیز تأثیرگذار هستند که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره داشت:

– ستون‌ها تا جای ممکن و به‌صورت تقریبی با فاصله یکسان از هم قرار گیرند.
– انتخاب محل ستون‌ها به‌گونه‌ای باشد که از زیبایی ساختمان و ارتباط بین قسمت‌های مختلف آن نکاهد.
– محل قرارگیری ستون‌های بتنی در پارکینگ ساختمان باعث ایجاد فضا‌های پرت و مزاحم برای تردد خودروها نشود.
– انتخاب محل قرارگیری و فاصله مابین دو ستون به نحوی باشد که بتوان با حداقل تعداد ستون تمامی بارهای وارده را، به زمین منتقل نمود
– ستون‌ها تا جای ممکن درون دیوار‌ها، کمدهای دیواری و جرزها مخفی شوند.
– برای تعیین محل قرارگیری ستون‌ها به قسمت‌های اساسی ساختمان (داکت‌ها، نورگیر‌ها، آسانسور و دستگاه پله) توجه شود؛ توصیه می‌شود در چهارگوشه دستگاه پله ستون پیش‌بینی شود.
– فاصله ستون‌ها در مقاوم‌سازی‌های بتنی برای یک ساختمان با کاربری مسکونی معمولا 2 تا 7 در نظر گرفته می‌شود.

در ادامه در نظر داشته باشید که در آیین‌نامه‌ها محدودیتی برای فواصل میان ستون‌ها در نظر گرفته نشده است و به همین دلیل باید به از لحاظ اجری و ضوابط معماری فواصل مناسب بین ستون‌ها را تعیین کرد. از این رو نمی‌توان برای تمامی ساختمان‌ها یک عدد خاصی را پیشنهاد داد اما کم شدن دهانه‌های ستون تا دهانه‌هایی در حدود 4 الی 5 متر معمولا معقول و مناسب می‌باشد که باعث اقتصادی شدن طرح نیز می‌شود.

طول وصله پوششی میلگرد ستون بتنی:

برای به دست آوردن طول وصله پوششی در میلگردهای ستون بتنی باید به مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و به قسمت 9-21-4-2 مراجعه کرد. در این قسمت مشاهده می‌شود که طول وصله میلگرد‌های آج‌دار و سیم‌های آجدار در کشش (lst) در حالت کلی باید برابر با 1.3 برابر طول گیرایی آن‌ها (ld) باشد. البته در این بند ذکر شده اگر دو شرط زیر رعایت شود می‌توان این مقدار را به 1.0ld کاهش داد:

– مقدار آرماتور موجود در طول وصله، حداقل دوبرابر مقدار آرماتور موردنیاز باشد
– حداکثر نصف آرماتور موجود در طول وصله پوششی، وصله شده باشد.

البته در این بند از آیین‌نامه می‌بینیم که ذکر شده در هر حال حداقل طول وصله پوششی در کشش برابر با 300 میلی‌متر است.

چند نکته مهم اجرایی و نظارتی ستون بتنی:

– کنترل تعداد و سایز میلگردهای طولی و عرضی یعنی نمره میلگردها و تعدادشان دقیقا مطابق نقشه باشد و همچنین کنترل خم استاندارد خاموت‌ها و چرخش این خم در دورتادور ستون
– رعایت خم استاندارد در محل اورلب، این کار برای آرماتورهای چهاروجه ستون بسیار ضروری می‌باشد و این اقدام باعث می‌شود که آرماتورهای بالایی اورلب شده در مسیر آرماتور‌های پایینی قرار بگیرند و کاور و فاصله خاموت‌ها از آرماتور‌های اصلی به‌صورت صحیح رعایت شوند.
– کنترل محل اورلب که در سازه‌های قاب خمشی متوسط توصیه می‌شود در یک‌سوم میانی ارتفاع ستون باشد ولی در سازه‌های قاب خمشی ویژه الزام می‌باشد که در یک‌سوم میانی اورلب انجام شود.
– خم کردن آرماتورهای سقف طبقه آخر در بتن یا طبق پیوست ششم آیین‌نامه 2800، امتداد آرماتورها به ارتفاع جان‌پناه و خم کردن سر آرماتورها داخل ستونچه و بتن‌ریزی ستونچه در روی پشت‌بام
– طبق بند 9-20-5-3-2-2 محل وصله آرماتورهای طولی ستون باید در خارج از ناحیه اتصال تیر به ستون باشد؛ یعنی ما نمیتوانیم در چشمه اتصال از وصله استفاده کنیم. این موضوع یکی از نکات مهمی است که در ویرایش جدید (پنجم) به قواعد آیین‌نامه اضافه شده است.
– پیوست ششم مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش سال 1399 یک تصویر برای نمایش جزئیات آرماتورگذاری در ستون قرار داده است که می‌تواند راهنمای تصویری خوبی برای مرور جزئیات آرماتورگذاری ستون‌های بتنی باشد.

میلگرد سنجاقی در ستون بتنی:

این میلگرد برای مقاومت بیشتر در برابر نیروهای برشی در ستون‌های بتنی مورد استفاده قرار می‌گیرد؛ عملکرد این آرماتور در هنگام زلزله بسیار مهم بوده و کارآمدی بالایی را برای ستون به همراه دارد. شکل ظاهری آرماتور سنجاقی به‌صورت یک میلگرد طولی با دو انتهای خم داده شده است که در ادامه دو نوع از این خم‌ها را طبق آیین‌نامه معرفی می‌کنیم:

میلگرد سنجاقی با دو خم 90 درجه:

در این حالت دو خم استاندارد 90 درجه در دو انتهای میلگرد ایجاد می‌شود که بر اساس جدول 9-21-2 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان طول این خم به میزان 12 برابر قطر میلگرد به کاربرده می‌شود

میلگرد سنجاقی با خم یک طرف 90 درجه و یک طرف 135 درجه:

در این حالت ما در یک سمت یک خم استاندارد 90 درجه و در سمت دیگر یک خم استاندارد 135 درجه به شکل چنگک در سمت دیگر است.

یکی از نکات اجرایی مهم مربوط به سنجاقی‌ها در ستون‌های بتنی رعایت چرخش صحیح آن‌ها و مهار درست خاموت‌ها می‌باشد. بدین صورت که همان‌طور که گفته شد سنجاقی دارای یک سر 90 درجه و یک سر 135 درجه می‌باشد که باید به‌صورت یک‌درمیان جهت این خم‌ها عوض شود و باید آرماتور طولی ستون را مهار کند.

سنجاقی‌ها چه در جهت عمود و چه در جهت افقی باید جهت خم قلاب‌ها تغییر کرده و آرماتور طولی ستون را مهار می‌کنیم.

نتیجه‌گیری

1. آیین‌نامه برای اجرای انواع المان‌های سازه‌ای، در بندهای مختلف محدودیت‌ها و ضوابطی را در نظر گرفته است.
2. مهندس طراح علاوه بر تسلط و اعمال این بندها در ترسیم نقش‌های اجرایی، بایستی از تجربه کارگاهی و دید اجرایی خوبی برخوردار باشد تا نقشه‌های ترسیمی او کمترین ابهام و دشواری را در اجرا داشته باشد.
3. نقشه‌های اجرایی مورد استفاده در کارگاه‌های ساختمانی نقش زبان مهندس طراح پروژه را بازی می‌کند؛ لذا لازم است این نقشه تا حد امکان شفاف و عاری از هرگونه ابهام باشند.
4. در کنار رعایت این بندها توسط محاسب سازه، لازم است مقاطع مورد استفاده در نقشه‌ها دارای نظم مخصوص به خود باشند که اصطلاحاً آن را «تیپ بندی مقاطع» می‌نامند.
5. در تیپ بندی مقاطع سعی می‌شود تنوع ابعاد، تعداد و سایز و طول آرماتورها و … در پلان و ارتفاع در حد معقولی باشد تا خطاهای اجرایی به حداقل برسند.

منابع

1. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399
2. کتابخانه آنلاین عمران
3. جزوه طراح سازه‌های بتنی دکتر حسین‌زاده اصل
4. ACI Reinforced Concrete Design Handbook A Companion to ACI 318-19
5.  آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله استاندارد 2800 ویرایش 4
6. Standard Method of Detailing Structural Concrete- Third Edition
7. Manual For Detailing Reinforced Concrete Structure To EC2 – by Josa Calavera
8. Seismic Detailing of Concrete Buildings – by David A.Fanella

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا