طراحی ستون بتنی؛ محاسبه تعداد میلگرد در ستون

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 مورداستفاده ما بر روی تیپ بندی ستون اثرگذار خواهد بود؟

ما در این مقاله جامع گام‌به‌گام طراحی ستون بتنی و نحوه محاسبه تعداد میلگرد در هر ستون را به شما آموزش خواهیم داد.

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.

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.

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 ۹-۲۰-۵-۳-۱ 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.

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

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

۲- در مواردی که سختی ستون بتنی در دو راستای اصلی بالانس (متعادل) نباشد. این مورد در حالتی که در یک جهت تعداد دهانه‌‌های قاب بیشتر از جهت دیگر باشد، رخ می‌دهد. در جهتی که تعداد دهانه‌‌ها 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 می‌شود که اختلاف ابعاد اضلاع ستون مشهود باشد (به عنوان مثال ابعادی مثل ۵۰*۴۵ یا ۵۰*۴۰ سانتی‌متر که با هم اختلاف جزئی دارند، حدالامکان استفاده نشود). علت این موضوع آن است که تشخیص مستطیل بودن این قبیل ستون‌ها در نقشه‌های پلات شده (باتوجه مقیاس کوچک آن‌ها) چندان آسان نیست.

همین طور مشاهده شده است که به دلیل بی‌دقتی تیم اجرایی یا مهندس مجری، این ستون‌ها شبیه ستون‌های 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 ستون‌ها 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 ستون‌های مستطیلی شدید، در تهیه نقشه‌های اجرایی این موارد را مدنظر قرار دهید تا اشتباهات اجرایی هزینه‌های 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 ۱/۲۵ باشد. ضابطه این بند با توجه به بارگذاری‌های ثقلی و لرزه ای، معمولاً خود به خود تامین می‌شود.

ابعاد ستون بتنی در یک ساختمان سه‌طبقه

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش سال ۹۹) 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 ۹-پ۶-۳-۲ 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 ۳ طبقه مشخص بیان می‌کند. البته این پی‌نوشت درهمان بخش‌های ابتدایی یعنی در بند ۹-پ۶-۳ 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.

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 ۹-پ۶-۷ در این آیین‌نامه می‌باشد و در آنجا شما می‌توانید به‌صورت دقیق مشخصات هرکدام از ستون‌های مربوط به هر کد را مشاهده کنید.

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.

میلگرد گذاری طولی ستون بتنی

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 ۹-۱۲-۶-۲-۱ با توجه به شکل ساختاری ستون حداقل تعداد میلگردهای طولی آن‌ها را تعیین کرده است.

حداقل و حداکثر درصد تعداد میلگرد در ستون بتنی

برای اینکه بفهمیم حداقل و حداکثر درصد تعداد میلگرد طولی در یک ستون بتونی 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 ۹-۲۰-۵-۳-۲ به شرح زیر می‌باشد.

همان‌طور که می‌بیند آیین‌نامه تأکید دارد که نباید میلگرد‌های طولی کمتر از ۱ درصد و بیشتر از ۸ 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 ۸% 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.

چرا آیین نامه برای ستون‌ها 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 ۱% در نظر گرفته است. درحالتی که مقطع ستون بتنی در حالت Design طراحی شود، نرم افزار Etabs قادر به کنترل این ضابطه خواهد بود.

حداقل فاصله بین میلگردهای طولی ستون بتنی

حداقل فاصله بین میلگردهای طولی ستون بتنی موضوعی است که به آن ابتدا در قسمت ۹-۱۲-۶ یعنی جزئیات آرماتورگذاری ستون بتنی اشاره شده است. ما در این قسمت و در بند ۹-۱۲-۶-۱-۵ مشاهده می‌کنیم که تعیین حداقل فاصله آزاد آرماتورگذاری طولی موضوعی است که جزئیات دقیق آن در بند ۹-۲۱-۲-۱-۳ 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 ۹-۱۲-۶-۱-۴ مراجعه شود، این بند پاسخ کوتاه ما را تأیید کرده و بیان می‌کند برای مشاهده دقیق ضوابط این موضوع باید به بند ۹-۲۱-۵ مراجعه شود که ما در اینجا مهم‌ترین ضوابط این بند را برای شما قرار داده‌ایم.

محاسبه تعداد میلگرد طولی ستون در ۳ گام

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!

گام دوم: نکات اجرایی میلگرد گذاری ستون بتنی

قبل از شروع این گام، توصیه می‌کنیم ضوابط بند ۹-۲۰-۵-۳-۲ و ۹-۲۱-۲-۱-۳ 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 ۱، 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 ۱، 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 ۹-۱۲-۶-۳-۱ از مبحث نهم، در صورتی که مقدار کاهش ابعاد مقطع ستون بتنی بالایی نسبت به ابعاد مقطع ستون بتنی پایین کمتر یا مساوی ۷۵ میلی‌متر باشد (a≤۷۵ mm) می‌توان میلگرد طولی را خم s شکل زد.

راهکار دوم: بر اساس بند ۹-۱۲-۶-۳-۲ از مبحث نهم، در صورتی که مقدار کاهش ابعاد مقطع ستون بالایی نسبت به ابعاد مقطع ستون پایین بیشتر از ۷۵ 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.

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 ۵cm و برای ستون‌های میانی ۱۰cm 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 ۹-۱۲-۶ 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 ۴ 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

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 ۹-۲۱-۲-۱-۳ فاصله آزاد (بَر تا بَر) میلگردهای طولی ستون باید بزرگتر از ۱.۵ برابر قطر بزرگترین آرماتور و ۴ سانتی‌متر و همچنین ۱.۳۳ 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 ۴ 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.

آرماتورگذاری عرضی ستون بتنی

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 ۹-۱۲-۶ 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 ۹-۱۲-۶-۵-۱:
  آرماتورهای عرضی باید محدودکننده‌ترین الزامات فاصله آرماتورها را برآورده سازند. جزئیات میلگرده‌های عرضی باید مطابق ضوابط بندهای ۹-۲۱-۶-۱ تا ۹-۲۱-۶-۳ باشد. (بندهای ذکر شده در این قسمت مربوط به ضوابط آرماتورگذاری خاموت‌ها، تنگ‌ها و دورپیچ‌ها می‌باشند.)
• بند ۹-۱۲-۶-۵-۲:
  لازم است آرماتورهای طولی، با استفاده از تنگ‌ها، دورگیرها و یا دورپیچ‌ها مطابق بند ۹-۱۲-۶-۶ به‌صورت جانبی مهار شوند مگر آنکه آزمایش‌ها و تحلیل‌های سازه‌ای نشان دهد که، مقاومت کافی و امکان اجرا وجود دارد.
• بند ۹-۱۲-۶-۵-۳ :
  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 ۹-۱۲-۶-۵-۴:
  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 ۹-۱۲-۶-۶-۱:
  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 ۹-۱۲-۶-۶-۲:
  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 ۹-۱۲-۶-۶-۵:
  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 ۹-۱۲-۶-۷-۱:
  در صورت لزوم می‌توان در ستون از فولاد برشی به‌صورت تنگ، دورگیر و یا دورپیچ استفاده نمود.

در ادامه به یکی از نکات مهم خاموت گذاری ریشه ستون‌ها در داخل فونداسیون اشاره می‌کنیم که این نکته در بند ۹-۲۰-۵-۳-۳-۶ 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 ۳۰۰ میلی‌متر با استفاده از آرماتور عرضی مطابق ضوابط بندهای ۹-۲۰-۵-۳-۳-۲ و ۹-۲۰-۵-۳-۳-۳ 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 ۹-۲۰-۹-۲-۴ 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 ۹-۲۰-۶-۳-۳-۲ تا ۹-۲۰-۶-۳-۳-۴ 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 ۹۲ ارائه کرده است.

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 ۹۹) 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 ۹-۲۰-۵-۳-۳ 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 ۹-۲۱-۶) مراجعه کنیم.

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:

طول ناحیه بحرانی در ستون

بند ۹-۲۰-۵-۳-۳-۲ 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.

فاصله میلگردهای عرضی در ستون

در بندهای ۹-۲۰-۵-۳-۳-۳ و ۹-۲۱-۶ 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 ۱۰ میلی‌متر (Φ۱۰) انتخاب شود. لازم به ذکر است که رده میلگردهای عرضی (خاموت) معمولاً AII انتخاب می‌شود.

الف تا پ بند ۹-۲۰-۵-۳-۳-۳: 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 ۹-۲۰-۵-۳-۳-۴ برای آرماتورگذاری عرضی نواحی غیر بحرانی ستون بتنی، می‌توان از ضوابط کلی خاموت گذاری بیان شده در بند ۹-۱۲-۶-۷-۲ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان استفاده نمود.

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.

گام۱: 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:

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

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.

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.

منبع: سبز سازه