ساختمان‌های در حال ساخت را با اسکلت فلزی و ستون‌های بلند آن را دیده‌اید؟ اصلی‌ترین بخش ساخت‌وساز برپایی همین اسکلت و ستون‌های اولیه است که حساسیت زیادی را می‌طلبد. این حرفه را آرماتوربندی می‌گویند. در فرآیند آرماتوربندی است که بدنه اصلی یک سازه شکل گرفته و بخش‌های مختلف آن مشخص می‌شود. آرماتوربندی ستون به دو بخش میلگرد طولی و خاموت اصلی انجام می‌شود، که در انجام هر کدام نیز حساسیت زیادی به‌کار می‌رود. در این مقاله قصد داریم به آرماتوربندی ستون، نحوه محاسبه وزن و تعداد میلگرد آن و پرداخته و ببینیم برای ساخت یک ستون و به کار بردن آن در اسکلت ساختمان چه عملیاتی انجام می‌شود. پیشنهاد می‌کنیم تا پایان این مقاله همراه باشید.
بیشتر بخوانید : همه چیز دربارۀ میلگرد
آشنایی با نحوه محاسبه تعداد میلگرد در ستون ها
هر ستونی که در ساخت‌وساز به‌کار می‌رود از چند جزء تشکیل شده است. میلگردها اصلی‌ترین این اجزاء هستند. در نهایت با قالب‌گیری و ملات‌ریزی آن را شکل داده و در سازه به‌کار می‌برند. در واقع ستون‌ها عضوی اصلی از سازه بوده که نیروهای محوری را تحمل می‌کنند و کار اصلی آنها تحمل فشار و بار در ساختمان است. به‌همین دلیل نحوه طراحی ستون بسیار مهم و کاربردی است. محاسبه تعداد میلگرد در ستون و وزن آن نیز امری واجب بوده که باید حتما در نظر گرفته شود. اما چه تعداد میلگرد در ستون‌ها به کار می‌روند؟
حداقل تعداد میلگردی که در ستون‌ها به‌کار می‌رود بر اساس شکل مقطع ستون متفاوت است. می‌دانیم که ستون‌ها در چهار شکل مقطع تولید شده که حداقل تعداد میلگردهای استفاده شده در آنها به ترتیب به صورت زیر است:
-
- حداقل تعداد برای مقاطع مربعی: 4 میلگرد
-
- حداقل تعداد برای مقطع مستطیلی: 6 تا 8 میلگرد
-
- حداقل تعداد برای مقطع شش ضلعی: 6 میلگرد
-
- حداقل تعداد در دایره‌ای شکل‌ها: 6 میلگرد
در طرفی دیگر جهت محاسبه تعداد میلگرد در ستون قطر آنها نیز مورد بررسی قرار می‌گیرد. بر این اساس حداقل قطر میلگرد چه اصلی چه خاموت در ستون‌های بتنی نیز بر اساس مقاطع مختلف به صورت زیر محاسبه می‌شوند:
-
- در مقاطع دایره‌ای و چند ضلعی منظم: حداقل با قطر 12 میلی‌متر
-
- در مقاطع مربع و مستطیل: حداقل با قطر 14 میلی‌متر
-
- در مقاطع خاموت‌ها: حداقل 8 میلی‌متر
-
- در دور پیچی‌هایی که دور ستون دایره‌ای انجام می‌شود: حداقل 10 میلی‌متر
نحوه محاسبه وزن میلگردهای ستون
می‌دانیم که ایران در کمربندی زلزله‌خیز قرار گرفته و وقوع زلزله کاملا محتمل است؛ از این‌رو توجه به ستون‌ها، وزن، تعداد و کیفیت آنها بسیار مهم است. به‌همین خاطر مهندسان ساخت‌وساز وزن ستونی را که می‌سازند اولویت استفاده قرار می‌دهند اما این وزن چگونه محاسبه می‌شود؟
این را بدانید که میلگردهای استفاده شده در یک ساختمان حجم، وزن و هزینه بسیار کمی را به خود اختصاص می دهند؛ اما این نکته نیز باید رعایت شود که میلگرد انتخابی باید وزن و استحکام مناسب و منطقی را دارا باشد. در هنگام طراحی ستون وزن و استحکام میلگرد اصلی‌ترین نکته مورد توجه است؛ چراکه اگر در این دو مورد اختلاف یا کم‌کاری شود ممکن است عواقب خطرناکی را در پی داشته باشد. اما وزن میلگرد چگونه محاسبه می‌شود؟
وزن میلگرد را اغلب با استفاده از جداول خاصی محاسبه می‌کنند. اما در بسیاری از موقعیت‌ها کارفرما به صورت فرمولی این کار را انجام می‌دهد. به هر حال جدول همیشه در دسترس نیست. در اینجا به چند روش محاسبه وزن میلگرد اشاره می‌کنیم.
الف) یکی از اصلی‌ترین فرمول‌ها برای محاسبه وزن فرمول DIN است که عموما برای محاسبه میلگردهای ساده، آجدار و کلاف‌ها استفاده می‌شود که در زیر می‌بینید:
این فرمول را ساده‌ترین فرمول محاسبه وزن میلگردهای کاربردی در ستون به حساب می‌آورند.
ب) محاسبه سریع میلگرد ستون
این روش که برای محاسبه سریع وزن ستون‌ها در کارگاه استفاده می‌شود به صورت زیر است:
وقتی که سطح مقطع میلگرد کوچک باشد وزن میلگرد نیز به تبع آن کمتر از حد استانداردش خواهد بود. از طرفی وقتی سطح مقطع کوچک باشد موجب کمتر بودن قطر میلگرد و ابعاد آن می‌شود. این عامل ممکن است خطرات بعدی را محتمل باشد. همان‌طور که در قسمت بالا نیز گفتیم کوچک بودن سطح مقطع و کم تر از حد استاندارد بودن وزن میلگرد یکی از عوامل خرابی‌های سریع سازه شناخته می‌شود.
از طرفی نیز کوچک بودن ابعاد آج موجب درست کار نگذاشتن آن در ستون و درگیری با بتن آن خواهد شد در نتیجه ستونی منظم شکل نمی‌گیرد. این فرمول یکی از فرمول‌های سریع برای محاسبه وزن میلگرد است که اگر جواب در حد استاندارد مورد نظر نباشد نشانی از وزن نامتعادل میلگرد بوده و بهتر است آن را در سازه به کار نبرند.
ج) محاسبه میلگرد ستون با کمک جدول
یکی از راه‌های محاسبه وزن میلگرد استفاده از جدولی براساس سایز و میانگین وزن آن است. به جدول زیر دقت کنید:
| سایز میلگرد (mm) | میانگین وزن هر شاخه 12 متری (Kg) |
| 8 | 5 |
| 10 | 7.8 |
| 12 | 11 |
| 14 | 15 |
| 16 | 20 |
| 18 | 25 |
| 20 | 30 |
| 22 | 37 |
| 25 | 47 |
| 28 | 58 |
| 30 | 66 |
| 32 | 75 |
| 34 | 85 |
| 36 | 95 |
| 38 | 106 |
| 40 | 118 |
این جدول وزن میلگردهای استفاده شده در ستون را براساس سایز میلگرد و وزن هر شاخه 12 متری محاسبه می‌کند. میلگردهای استاندارد باید از این جدول تبعیت کنند تا بتوان در سازه‌هایی با هر مقدار بار و فشار استفاده شوند. این‌گونه از خطرات بعدی در ساختمان‌ها نیز جلوگیری به عمل خواهد آمد.
د) نحوه محاسبه میلگرد ستون و وزن آن براساس جدول اشتال
جدول اشتال (Stahl) در اصل یک معیار و منبع استاندارد برای یافتن وزن مناسب و منطقی پروفیل‌های ساختمانی از جمله میلگردهای ستون است. اشتال یا استیل در واژه‌نامه آلمانی مورد استفاده قرار می‌گیرد و به‌عنوان یک منبع ضروری و سریع در تمام دفاتر مهندسی وجود داشته و استفاده می‌شود. در این جدول علائمی به‌کار رفته که هر کدام گویای نکته است. از جمله:
G: وزن واحد طول پروفیل(Kg/m)
D: قطر پروفیل
U: سطح کشش پروفیل
W: گشتاور مقاوم گروفیل
حداقل و حداکثر میلگرد در بتن
میلگردهای فولادی جزء تقویت‌کننده در بتن‌های مسلح محسوب می‌شوند و برای قرار دادن آنها در دل بتن باید که از ضوابط و استانداردهای مناسب استفاده کرد. این امر به دلیل ارتباط مستقیم بین جنس و گرید میلگرد، مشخصات فنی آن اعم از سایز و وزن، تعداد میلگرد و فاصله قرارگیری میلگردهای طولی و عرضی در بتن با میزان استحکام بتن مسلح است. اگر پارامترهای یادشده بهینه‌سازی نشوند و مطابق دستورالعمل‌های مهندسی نباشند، استحکام بتن کاهش یافته و منجر به ترک برداشتن بتن و در نهایت شکست می‌شوند.
برخی از پارامترهای گفته‌شده مانند گرید، جنس، سایز و وزن میلگرد، در زمان خرید مشخص می‌شوند و شما با انتخاب بهترین نوع میلگرد متناسب با کاربرد مورد نظر، نصف راه را رفته‌اید. اما آنچه پس‌ازآن اهمیت دارد، تعداد و نحوه چیدمان میلگرد در بتن است. اگر فاصله بین میلگردهای کاشته شده در بتن کمتر از حد استاندارد باشد، به دلیل تراکم بالای میلگرد، گیرش مناسب بین میلگردها و بتن اتفاق نیفتاده و سبب کاهش استحکام بتن می‌شود. از طرف دیگر، اگر فاصله بین میلگردها بیش‌از حد استاندارد باشد، مقاومت بتن در برابر بارهای کششی و برشی کاهش می‌یابد و بتن دچار شکست زودتر از موعد خواهد شد.
افزایش تعداد میلگرد در بتن نتایج دیگری را نیز به دنبال دارد. یکی از این نتایج، عدم صرفه اقتصادی است و شما مجبور هستید تعداد میلگرد بیشتری تهیه کنید. مورد دوم، بر هم خوردن نسبت آرماتور به بتن است. وقتی تعداد میلگرد افزایش یابد، مقدار بتن کاهش یافته و استحکام مناسب و لازم برای بتن حاصل نخواهد شد.
محدودیت حداقل و حداکثر آرماتور در ستون
ستون‌ها وظیفه تحمل نیروهای محوری و فشاری را در سازه برعهده دارند و باید از استحکام قابل قبولی برخوردار باشند. استحکام این اجزا به تعداد میلگردهای فولادی به‌کاررفته در ساخت آنها بستگی دارد. حداکثر تعداد میلگردهای مورد استفاده در ستون عدد مشخصی نیست؛ بلکه شما باید یک محدوده استاندارد را رعایت کنید. این محدوده استاندارد نیز خود توسط مساحت سطح مقطع ستون تعیین می‌شود. اما حداقل تعداد میلگرد مورد استفاده در ستون‌های بتنی توسط استانداردهای مربوطه مشخص شده است. این موارد حداقلی برای ستون‌های تنگ بسته مستطیلی و دایره‌ای برابر 4، برای ستون‌های مثلثی برابر 3 و برای ستون‌های دورپیچ برابر 6 عدد است.
همان‌طور که گفته شد، برای محاسبه حداکثر میلگرد در ستون باید از یک بازه استاندارد تبعیت کنیم که وابسته به مساحت سطح مقطع ستون است. بر این اساس، تعداد میلگردهای مورد استفاده در ستون‌های بتنی باید بین 1 تا 8 درصد مساحت سطح مقطع ستون باشند. این مورد را با ذکر یک مثال به صورت شفاف‌تر بررسی می‌کنیم.
فرض کنید اندازه هر ضلع ستون بتنی شما 50 سانتی‌متر باشد. در این صورت، مساحت مقطع ستون برابر 0.5*0.5=0.25 مترمربع خواهد بود. حال باید بازه بالا و پایین را تعیین کنید. بازه استاندارد پایین برابر 0.01*0.25 و بازه بالا برابر 0.08*0.25 خواهد بود که به ترتیب برابر 0.0025 و 0.02 می‌شوند. حال اگر فرض شود که از 18 عدد میلگرد با سایز 20 در هر ستون استفاده شود، مجموع سطح مقطع این میلگردها برابر است با:
(0.01*0.01) * 3.14 * 18 = 0.006 m2
عدد به‌دست آمده یعنی 0.006 در محدوده 0.0025 و 0.02 قرار دارد و این بدان معناست که تعداد 18 عدد میلگرد با سایز 20 برای ساخت یک ستون با مساحت مقطع 0.25 مترمربع مقدار مناسبی است.
محاسبه تعداد میلگرد در فونداسیون
میلگردهای مورد استفاده در فونداسیون به سه نوع میلگرد طولی، میلگرد عرضی و میلگرد تقویتی تقسیم می‌شوند و هر یک کارایی مخصوص به خود را دارند. بنابراین، برای محاسبه تعداد میلگرد در فونداسیون باید تعداد هر سه نوع این میلگردها را محاسبه کرد.
محاسبه تعداد میلگرد طولی در فونداسیون
برای محاسبه میلگردهای طولی در پی باید که با دو اصطلاح تحت عناوین کاور و خم آشنا شویم. کاور یا پوشش به مقدار فاصله بین میلگرد تا سطح بتن گفته می‌شود که در جلوگیری از خوردگی میلگردها نقش دارد. خم نیز به میزان خم کردن دو انتهای میلگرد به‌منظور گیرش بیشتر میلگرد و بتن گفته می‌شود. با توجه به این موارد، فرمول محاسبه تعداد میلگرد طولی در فونداسیون عبارت است از:
طول میلگرد طولی= طول محور + (طول خم ×۲) – (طول کاور×۲)
فاصله میلگردها ÷ طول میلگرد طولی = تعداد میلگردهای طولی
محاسبه تعداد میلگرد عرضی در فونداسیون
روش محاسبه تعداد میلگرد عرضی در پی نیز مشابه محاسبه تعداد میلگرد طولی در فونداسیون است. با این تفاوت که به جای طول محور، مقدار عرض محور در فرمول مربوطه استفاده می‌شود. در انتها نیز تعداد میلگرد عرضی از تقسیم طول میلگرد عرضی بر فاصله بین میلگردها، تعداد میلگرد عرضی در فونداسیون به‌دست می‌آید.
طول میلگرد عرضی= عرض محور + (طول خم ×۲) – (طول کاور×۲)
فاصله میلگردها ÷ طول میلگرد عرضی = تعداد میلگردهای عرضی
محاسبه وزن میلگرد تقویتی در فونداسیون
بتن به‌خودی‌خود یک ماده سرامیکی و ترد است و به سبب تردی، استحکام کششی خیلی کمی دارد. در نتیجه، در برابر نیروهای کششی و برشی مقاومت چندانی نداشته و وقتی تا نقطه تسلیم بارگذاری شوند، دچار ترک‌خوردگی و شکست می‌شوند.
میلگردهای تقویتی نقش بسزایی در افزایش استحکام کششی بتن ایفا می‌کنند. برای محاسبه وزن میلگردهای تقویتی پی می‌توان از رابطه زیر استفاده کرد:
طول یک عدد میلگرد فونداسیون × تعداد × وزن واحد طول = وزن میلگرد تقویتی فونداسیون
کاربرد میلگرد خاموت در ستون
از خاموت در ستون به منظور افزایش استحکام کششی و پایداری آرماتورهای طولی استفاده می‌شود. خاموت به عنوان تکیه‌گاه جانبی آرماتورها نیز کاربرد داشته و با به‌کارگیری آنها در ستون، می‌توان مقاومت ستون در برابر ضربه‌های شدید و زلزله را تا حد مطلوبی افزایش داد. مهم‌ترین کاربردهای خاموت در ستون به شرح زیر است:
- افزایش استحکام کششی و فشاری بتن
- افزایش انعطاف‌پذیری ستون
- جلوگیری از خم شدن میلگردها در ستون بتنی
- جلوگیری از حرکت میلگرد در هنگام بتن‌ریزی
سخن آخر
می‌دانیم که پروفیل‌ها اصلی‌ترین اجزاء در ساختمان‌سازی هستند. در اسکلت یک ساختمان نیز ستون نقش نگه دارنده ساختمان را به عهده دارد. در واقع بدون ستون‌ها ساختمانی نیز شکل نخواهد گرفت. اما آنچه که جالب توجه است نحوه ساخت خود این ستون‌ها است. این ستون‌ها خود از مجموعه‌ای میلگرد ساخته می‌شوند. محاسبه تعداد میلگرد در ستون یکی از نکات اصلی در این باره است. از طرفی اینکه چگونه وزن میلگردهای ستون را قبل از به کار بردن آن محاسبه کنیم خود امری مهم به حساب می‌آید. در این مقاله با این دو نکته تا حدی آشنا شدیم و به اهمیت میلگردها پی بردیم. امیدواریم مفید واقع شده باشد.
سؤالات متداول
در ادامه به برخی سوالات کاربران درباره تعداد و وزن میلگردهای مورد استفاده در ستون اشاره خواهیم کرد.
1- حداقل و حداکثر تعداد میلگرد مورد استفاده در ستون چقدر است؟
تعداد میلگرد ستون به میزان سطح مقطع ستون و تعداد و سایز میلگردهای مورد استفاده در آن بستگی دارد. نحوه محاسبه تعداد میلگرد ستون در مقاله به طور کامل شرح داده شده است.
2- چگونه تعداد میلگرد فونداسیون را محاسبه کنیم؟
برای محاسبه تعداد میلگرد فونداسیون چه در حالت طولی و چه عرضی، باید طول میلگردهای طولی و عرضی را بر فاصله بین میلگردها تقسیم کنیم.
3- عوامل مؤثر بر افزایش استحکام بتن توسط میلگرد کدام‌اند؟
پارامترهایی از جمله گرید و جنس میلگرد، سایز، وزن، تعداد و فاصله قرارگیری میلگردها از موارد تعیین‌کننده در استحکام ستون و فونداسیون به شمار می‌روند.