مشاوره رایگان
لطفا فرم زیر را تکمیل بفرمایید.
ستون یکی از مهمترین اعضای باربر سازه است که وظیفه انتقال بارهای ثقلی و بخشی از نیروهای ناشی از بارهای جانبی را به فونداسیون بر عهده دارد. ستونها در عمل معمولاً تحت ترکیبی از نیروی محوری، لنگر خمشی و نیروی برشی قرار میگیرند؛ از این رو تأمین مقاومت و شکلپذیری کافی در آنها اهمیت ویژهای دارد. عملکرد صحیح ستون تأثیر مستقیمی بر پایداری، ایمنی و دوام کل سازه دارد؛ به همین دلیل طراحی و اجرای آن از حساسترین مراحل ساخت یک ساختمان محسوب میشود.
در ستونهای بتنآرمه، میلگردهای طولی و عرضی نقش اساسی در تأمین مقاومت و شکلپذیری عضو ایفا میکنند. میلگردهای طولی علاوه بر افزایش ظرفیت تحمل نیروهای فشاری، کششی و خمشی، در کنترل رفتار ستون تحت بارهای مختلف نیز مؤثر هستند. از سوی دیگر، خاموتها با محصور کردن بتن و جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی، به بهبود عملکرد ستون کمک میکنند.
یکی از مهمترین موضوعات در طراحی ستونهای بتنآرمه، تعیین تعداد مناسب میلگردهای طولی است. استفاده از تعداد میلگرد کمتر از مقدار موردنیاز میتواند موجب کاهش مقاومت و ایمنی سازه شود، در حالی که افزایش بیش از حد آرماتور نیز مشکلاتی مانند تراکم میلگردها، دشواری بتنریزی و کاهش کیفیت اجرای عضو را به همراه خواهد داشت. به همین دلیل آییننامههای طراحی سازههای بتنی، حداقل و حداکثر مشخصی را برای آرماتور طولی ستونها در نظر گرفتهاند.
در این مقاله، ضوابط مربوط به تعداد آرماتور ستون، حداقل و حداکثر درصد میلگرد ستون، عوامل مؤثر بر تعیین تعداد آرماتورها و سایز مناسب میلگردهای مورد استفاده در ستونهای بتنی را بررسی خواهیم کرد.
آرماتورهای مورد استفاده در ستونهای بتنآرمه به دو دسته اصلی شامل میلگردهای طولی و میلگردهای عرضی (تنگ) تقسیم میشوند. میلگردهای طولی وظیفه تأمین مقاومت ستون در برابر نیروهای محوری و لنگرهای خمشی را بر عهده دارند و بخش اصلی ظرفیت باربری ستون را تشکیل میدهند.
در مقابل، میلگردهای عرضی یا خاموتها پیرامون میلگردهای طولی قرار میگیرند و نقش مهمی در جلوگیری از کمانش میلگردهای طولی، تأمین مقاومت برشی و محصور کردن بتن هسته ستون ایفا میکنند. وجود خاموتهای مناسب باعث افزایش شکلپذیری ستون و بهبود عملکرد آن در برابر بارهای لرزهای میشود.
از آنجا که میلگردهای طولی نقش اصلی را در ظرفیت باربری ستون بر عهده دارند، در این مقاله به بررسی حداقل و حداکثر تعداد میلگردهای طولی ستون پرداخته و در ادامه مهمترین ضوابط مربوط به خاموتگذاری در ستونهای بتنآرمه را نیز بررسی خواهیم کرد.
تعداد میلگردهای طولی مورد استفاده در هر ستون بر اساس نتایج طراحی سازه تعیین میشود و به عوامل مختلفی مانند ابعاد ستون، بارهای وارد بر سازه، تعداد طبقات و سطح شکلپذیری موردنیاز بستگی دارد. با این حال، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان حداقلهایی را برای تعداد میلگردهای طولی ستون تعیین کرده است که در هیچ شرایطی نباید تعداد آرماتورهای ستون کمتر از آنها باشد.
مطابق بند 9-12-6-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، حداقل تعداد میلگردهای طولی ستون بر اساس موارد زیر تعیین میشود:
لازم به ذکر است که مقادیر فوق تنها حداقلهای آییننامهای هستند و در بسیاری از پروژهها تعداد میلگردهای مورد استفاده در ستون بیش از این مقادیر خواهد بود. بنابراین تعداد نهایی آرماتورهای طولی باید بر اساس محاسبات سازهای و الزامات طراحی تعیین شود.
تعداد میلگردهای مورد استفاده در ستونهای بتنآرمه مقدار ثابتی نیست و بر اساس شرایط طراحی هر پروژه تعیین میشود. مهندس محاسب با توجه به بارهای وارد بر سازه، ابعاد ستون، مشخصات مصالح و ضوابط آییننامهای، تعداد و سایز میلگردهای طولی ستون را مشخص میکند. مهمترین عوامل مؤثر بر تعداد میلگرد ستون عبارتاند از:
علاوه بر حداقل تعداد میلگردهای طولی، آییننامههای طراحی سازههای بتنآرمه محدودیتهایی را برای نسبت سطح مقطع آرماتورهای طولی به سطح مقطع ستون تعیین کردهاند. این نسبت که با عنوان «درصد آرماتور ستون» شناخته میشود، یکی از مهمترین پارامترهای طراحی ستونهای بتنآرمه است و کنترل آن در تمامی مراحل طراحی الزامی است.
مطابق بند 9-12-5-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، در ستونهای بتنآرمه مساحت آرماتورهای طولی نباید کمتر از 1 درصد و بیشتر از 8 درصد سطح مقطع ناخالص ستون باشد. همچنین محدودیت حداکثر درصد آرماتور باید در محل وصلههای پوششی نیز رعایت شود.
لزوم رعایت این محدودیت در محل وصلههای پوششی از آن جهت است که در ناحیه وصله میلگرد، اگر وصله از نوع پوششی باشد، به دلیل همپوشانی میلگردها، تراکم آرماتور به طور قابل توجهی افزایش پیدا میکند. به همین دلیل در عمل، مهندسان طراح معمولاً درصد آرماتور طولی ستون را در بخشهای عادی عضو کمتر از مقدار حداکثر آییننامهای در نظر میگیرند. مطابق آییننامه بتن ایران، در صورت قرار گرفتن وصلههای پوششی در ستونها، مقدار آرماتور طولی به طور معمول نباید از 4 درصد تجاوز کند؛ زیرا در صورتی که تمامی وصلههای پوششی در یک ناحیه قرار داشته باشند، مقدار آرماتور طولی در آن مقطع تقریباً به دو برابر مقدار اولیه افزایش خواهد یافت. به همین دلیل، در قسمتهای خارج از ناحیه وصله معمولاً درصد آرماتور طولی حدود 4 درصد یا کمتر در نظر گرفته میشود تا در محل وصله نیز محدودیت حداکثر درصد آرماتور رعایت شود.
علاوه بر این، مطابق بند 9-20-6-3-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، در ستونهای واقع در قابهای با شکلپذیری زیاد، نسبت سطح مقطع آرماتورهای طولی به سطح مقطع ناخالص ستون نباید کمتر از 1 درصد و بیشتر از 6 درصد باشد. در این حالت نیز محدودیت حداکثر درصد آرماتور باید در محل وصلههای پوششی رعایت شود.
مطابق بند 9-21-2-1-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، فاصله آزاد بین میلگردهای طولی در ستونها، ستونپایهها، اجزای مرزی دیوارها و المانهای مشابه نباید کمتر از هیچیک از مقادیر زیر باشد:
بنابراین فاصله آزاد بین میلگردهای طولی باید از بزرگترین مقدار حاصل از سه شرط فوق بیشتر یا مساوی باشد.
رعایت حداقل فاصله بین میلگردها باعث میشود بتن بهراحتی در میان آرماتورها جریان پیدا کند و عملیات بتنریزی و ویبره بهدرستی انجام شود. همچنین رعایت این فاصله از گیر کردن سنگدانهها بین میلگردها، ایجاد کرموشدگی و کاهش کیفیت بتن در نواحی متراکم آرماتور جلوگیری میکند.
در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان محدودیت مستقلی برای حداکثر فاصله آزاد بین میلگردهای طولی ستون بیان نشده است، اما انتخاب آرایش مناسب میلگردها در سطح مقطع ستون از اهمیت زیادی برخوردار است. فاصله بیش از حد بین میلگردهای طولی میتواند موجب توزیع نامناسب آرماتورها در مقطع، کاهش کارایی تنگها در مهار میلگردها و تمرکز تنش در برخی نواحی ستون شود. به همین دلیل مهندس طراح باید تعداد، قطر و آرایش میلگردهای طولی را به گونهای انتخاب کند که علاوه بر رعایت ضوابط آییننامهای، عملکرد سازهای و اجرایی مطلوب ستون نیز تأمین شود.
برای درک بهتر ضوابط تعداد میلگرد ستون، یک مثال ساده را بررسی میکنیم.
فرض کنید یک ستون بتنی با مقطع مربع به ابعاد 30×30 سانتیمتر داریم و قصد داریم از میلگردهای طولی Φ18 برای آرماتورگذاری آن استفاده کنیم. برای بدست آوردن تعداد مناسب میلگردها مطابق مراحل زیر عمل میکنیم
در این حالت سطح آرماتور طولی برابر است با: 8 × 2.54 = 20.3 سانتیمتر مربع که معادل حدود 2.25 درصد سطح مقطع ستون بوده و ضمن رعایت ضوابط آییننامهای، از نظر اجرایی نیز آرایش مناسبی محسوب میشود. در واقع تعداد میلگرد ستون فقط با درصد آرماتور تعیین نمیشود؛ محدودیت فاصله میلگردها و قابلیت اجرا نیز تعیینکننده هستند.
تعداد طبقات ساختمان یکی از عوامل مهم و تأثیرگذار در طراحی ستونهای بتنآرمه است. با افزایش تعداد طبقات، بارهای ثقلی بیشتری به ستونها منتقل میشود و در نتیجه معمولاً سطح مقطع ستون، تعداد میلگردهای طولی و یا قطر میلگردها افزایش پیدا میکند. این موضوع بهویژه در ستونهای طبقات پایین اهمیت بیشتری دارد، زیرا این ستونها وظیفه انتقال بار تمامی طبقات فوقانی را بر عهده دارند. در بسیاری از ساختمانها مشاهده میشود که ابعاد ستون در طبقات پایین بزرگتر بوده و به تدریج در طبقات بالاتر کاهش پیدا میکند. به تبع این تغییرات، مقدار آرماتور موردنیاز ستون نیز در ارتفاع ساختمان متفاوت خواهد بود.
با این حال، برای تعداد میلگرد ستون در ساختمانهای یک، دو، سه یا چند طبقه هیچ عدد ثابتی وجود ندارد و نمیتوان تنها بر اساس تعداد طبقات، تعداد مشخصی میلگرد برای ستون تعیین کرد. تعداد میلگردهای ستون علاوه بر تعداد طبقات به عواملی مانند بارگذاری سازه، نوع کاربری ساختمان، ابعاد ستون، مقاومت بتن، مقاومت میلگرد، سیستم سازهای و ضوابط آییننامهای نیز بستگی دارد. به همین دلیل تعیین تعداد میلگرد ستون باید بر اساس محاسبات سازهای انجام شود و نمیتوان برای تمامی ساختمانهای یکطبقه، دوطبقه یا چندطبقه یک مقدار مشخص را در نظر گرفت. برای مثال ممکن است یک ستون 40×40 در ساختمان دو طبقه با 8 میلگرد Φ18 طراحی شود، در حالی که همان ستون در یک ساختمان پنج طبقه به 8 میلگرد Φ22 یا حتی 12 میلگرد Φ22 نیاز داشته باشد. این موضوع نشان میدهد که تعداد طبقات تنها یکی از عوامل مؤثر در تعیین آرماتور ستون است.
با این وجود، به طور کلی با افزایش تعداد طبقات، نیاز به سطح آرماتور بیشتری در ستونها وجود خواهد داشت که این افزایش میتواند از طریق افزایش تعداد میلگردها، افزایش قطر میلگردها یا افزایش ابعاد مقطع ستون تأمین شود.
آرماتورهای ستونهای بتنآرمه به دو دسته میلگردهای طولی و میلگردهای عرضی (تنگ) تقسیم میشوند. سایز میلگردهای مورد استفاده در ستون بر اساس محاسبات سازهای، بارهای وارد بر عضو، تعداد طبقات ساختمان، ابعاد ستون و ضوابط آییننامهای تعیین میشود.
در ستونهای بتنآرمه معمولاً برای میلگردهای طولی از میلگردهای با قطر 14، 16، 18، 20 و بالاتر استفاده میشود. انتخاب قطر میلگرد باید به گونهای باشد که علاوه بر تأمین سطح آرماتور موردنیاز، از ایجاد تراکم بیش از حد میلگردها در مقطع ستون نیز جلوگیری شود.
تنگها یا آرماتورهای عرضی باید از حلقه بسته میلگرد آجدار تشکیل شوند. مطابق بند 9-21-6-2-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، قطر تنگها نباید کمتر از مقادیر زیر باشد:
مطابق بند 9-21-6-2-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، فاصله آزاد بین تنگها نباید کمتر از 1.33 برابر حداکثر قطر اسمی سنگدانه بتن باشد.
همچنین فاصله مرکز به مرکز تنگها نباید از هیچیک از مقادیر زیر بیشتر باشد:
جمع بندی: نکات مهم تعداد میلگرد ستون و ضوابط آرماتور ستون بتنی در جدول زیر خلاصه میشود: