وقتی حرف از طراحی و آرماتور گذاری دال بتن آرمه به میان می آید، چه مراحلی از طراحی در ذهنتان تداعی می شود؟
جالب است بدانید اکثر مهندسین در وهله ی اول ناخودآگاه صفحه ی مسطحی را در نرم افزار Safe تصور می کنند که بعد از بارگذاری و طراحی، تعداد و سایز آرماتورهای خمشی آن در نرم افزار مشخص شده و نقشه های سازه ای بر اساس آن ترسیم خواهند شد! اما باید بدانید کلمه آرماتور گذاری دال، دنیایی دارد…
پس از خواندن این یادداشت خواهیم دانست بر خلاف تصور عموم مهندسین، طراحی این دال ها صرفاً به تعیین آرماتور اصلی و تقویتی دال، کنترل خیز و برش پانچ و… آن درنرم افزار Safe محدود نمی شود، بلکه تبدیل خروجی نرم افزار به نقشه های اجرایی همان دنیایی است که مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در بند 9-18-4 به آن ها اشاره کرده است.
بطور واضح تر، تهیه و ترسیم نقشه هایی اجرایی دال های بتن آرمه لازمه تسلط کامل مهندس محاسب به بند 9-18-4 مبحث نهم است؛ زیرا در این بند به ضوابطی اشاره شده است که نرم افزار قادر به کنترل آن ها نبوده و در نتیجه خروجی نرم افزار شامل این ضوابط نمی شود. برخی ضوابط این بند با در نظر گرفتن رفتار دال، تحت بارگذاری های مختلف و خواص خودِ بتن توصیه شده است.
در این یادداشت ضمن بررسی کامل بند9-18-4، قسمت های مبهم را تا حد امکان شفاف سازی کرده و با ارائه ی تصاویر و دیتیل های مربوط به آن ها، با فلسفه ی اجرایی برخی بندها بیشتر آشنا خواهیم شد.
آیین نامه ضوابط مربوط به آرماتور گذاری دال (علاوه بر ضوابط اصلی، که محاسبات آرماتورهای خمشی اصلی است) را تحت2 موضوع ارائه می دهد. به این صورت که، ابتدا به بیان ضوابط کلی آرماتور گذاری دال ها پرداخته و سپس جزئیات ویژه ای را برای آرماتور گذاری دال های با و بدون تیر در نظر می گیرد. ما نیز از این روند تبعیت کرده و پس از بیان ضوابط کلی، ضوابط ویژه آرماتور گذاری را بیان می کنیم.
از طراحی دستی دال ها در درس سازه های بتن آرمه به خاطر داریم که برای محاسبه آرماتورهای هر راستای دال، عرض واحد (1متر) از دال انتخاب شده و مانند تیرهای بتن آرمه، آن را تحت لنگرهای خمشی حداکثر طراحی می کردیم. سپس مقدار آرماتورهای به دست آمده برای عرض واحد را به کل عرض دال تعمیم می دادیم.
خلاصه این مراحل به صورت شماتیک در شکل زیر آمده است:
طراحی دال دو طرفه
آرماتورگذاری دال بتنی
نکته ای که لازم بود در آن جا در مرحله آخر طراحی و محاسبه بررسی شود، این بود که اگر مقدار آرماتور گذاری دال در عرض واحد برای هر راستا از مقدار آرماتور افت و حرارت که در بند زیر آمده است، کمتر باشد؛ بایستی آرماتور حرارت را به عنوان آرماتور اصلی در نظر بگیریم.
در این رابطه، fcd و fyd به ترتیب بیانگر مقاومت محاسباتی بتن که از رابطه ی fc Φs بر حسب MPa و مقاومت محاسباتی فولاد که از رابطه یfy Φs بر حسب MPa به دست می آید، هستند.
مشابه همین ضوابط برای دال های یک طرفه نیز برقرار است که در بند زیر به آن اشاره شده است:
تنها تفاوت محاسبه آرماتور دال یک طرفه با دال دو طرفه در انتخاب نوار به عرض واحد ( یک متر) است.
در دال یک طرفه ای بر خلاف دال دو طرفه، نوار واحد فقط در یک راستا انتخاب می شود (به نظرتان کدام راستا؟)، و طراحی میلگردها برای لنگرخمشی حداکثر در آن راستا همانند طراحی آرماتور تیر انجام می شود. برای راستای دیگر نیز فقط آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در نظر گرفته می شود(چرا؟).
البته در مورد آرماتور گذاری دال دوطرفه نیز، اگر مقدار آرماتورهای خمشی محاسبه شده از مقدار آرماتور حرارت و جمع شدگی کمتر باشد؛ بایستی آرماتور حرارت را به عنوان آرماتور خمشی در نظر بگیریم.
طراحی دال یک طرفه
طبق توضیحاتی که داده شد، میلگرد ها صرفاً برای راستای خمشی محاسبه خواهند شد. و راستای غیرخمشی (راستای کوتاه در شکل بالا) عملاً هیچ نیازی به میلگرد گذاری ندارد. با این حال آیین نامه برای این راستا مقدار آرماتور حرارتی را که از بند 9-18-4-1-2 محاسبه می شود، مناسب می داند. اما چرا؟
از درس مقاومت مصالح به خاطر داریم که در تمامی مصالح وقتی المانی از آن تحت نیرویی در یک راستا قرار می گیرند، بنا به خاصیت پواسون علاوه بر راستای اعمال نیرو، در راستاهای دیگر آن نیز تغییر شکل هایی رخ می دهد.
این خاصیت که جزء ویژگی های ذاتی مصالح است در بتن نیز وجود دارد.
بتن خیس در هنگام سخت شدن دچار کاهش حجم و جمع شدگی می شود. این جمع شدگی در هر دو راستا (راستای خمشی و غیر خمشی) سبب بروز ترک های در بتن می گردد.
میلگرد های محاسبه شده در راستای خمشی مانع از ترک خوردگی بتن در این راستا می شوند ولی آیا راستای غیرخمشی که برای آن میلگردی محاسبه نمی شود، اجازه ترک خوردن دارد؟
آیین نامه هرگز این اجازه را به بتن نخواهد داد. از این رو لازم است برای راستای غیرخمشی دال یک طرفه، میلگرد حداقل تحت عنوان آرماتور افت و حرارت، مورد استفاده قرار گیرد.
اما در ادامه ی بحث از آنجایی که ترسیم دیتیل آرماتور گذاری دال نیازمند شناخت کامل از انواع آرماتور های مصرفی در دال است، در تصویر زیر ضمن آشنایی با شکل میلگردهای دال، با نام و کاربرد آن ها آشنا می شویم:
انواع آرماتور های مصرفی در آرماتور گذاری دال یک طرفه
میلگرد شماره 1 و 2 : این میلگردها در واقع همان میلگردهای خمشی(اصلی) تحتانی دال هستند که تعداد و سایز آن ها طبق محاسبات به دست می آید. در مراجع خارجی و برخی مراجع فارسی، میلگردهای خمشی اصلی به دو دسته ی «میلگرد مستقیم» و «میلگرد خم» تقسیم شده اند.
میلگرد خم در واقع همان میلگرد مستقیمی است که در نزدیکی تکیه گاه دال، با ایجاد یک خم از سفره میلگرد تحتانی به سفره میلگرد فوقانی وارد شده است(چرا؟). معمولاً توصیه شده است که میلگردهای مستقیم و خم به صورت یک درمیان (مانند شکل بالا) جای گذاری شوند.
در دال های کم ضخامت(کمتر از 15 سانتی متر) به دلیل صعوبت خم کاری و جایگذاری، از میلگرد مسقتیم به جای میلگرد خم استفاده می شود.
میلگرد شماره 3: میلگرد افت و حرارت برای کاهش ترک خوردگی بتن پس از سفت شدن در راستای عمود بر راستای خمشی مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، این آرماتور به تامین یکپارچگی مِش دال در دو راستا کمک می کند.
میلگرد شماره 4 و 5: در لبه ی ناپیوسته ی دال، برای کنترل پیچش و برش دال، آرماتور هایی به صورت سنجاقی در این لبه جایگذاری می شود. اجرای این سنجاقی به شرطی ممکن است که میلگرد مونتاژی وجود داشته باشد تا سنجاقی را با سیم مفتول به آن گره زده و از حرکت سنجاقی در حین بتن ریزی ممانعت شود.
برای شناخت بهتر آرماتورهای موجود در دال، می توانید ویدئوی زیر را ببینید:
برای درک بهتر این بند، مطالب آن را در قالب نمودار زیر ارائه می کنیم:
قبل از ادامه ی تشریح بندهای 9-18-4-1-4 ، 9-18-4-1-5 و 9-18-4-1-6 ، در ابتدا لازم است با اصطلاح «لبه (بُعد) ناپیوسته» آشنا شویم. برای این منظور یک سقف دال بتن آرمه را به صورت شکل زیر در نظر بگیرید. هر یک از پانل های این سقف را می توان به صورت زیر نام گذاری کرد:
درک مفهوم لبه (بُعد) ناپیوسته در دال ها
پانل شماره 1: دال با چهارلبه ساده (دال روی دیوار اجرا شده و فاقد اتصال گیردار می باشد.)
پانل شماره 2: دل با چهار لبه ی پیوسته
پانل شماره 3: دال با دو لبه ی ناپیوسته ی بلند
پانل شماره 4: دال با دو لبه ی مجاور ناپیوسته (گوشه سقف)
پانل شماره 5: دال با دو لبه ی ناپیوسته ی کوتاه
پانل شماره 6: دال فقط با یک لبه ی پیوسته (لبه بلند)
پانل شماره 7: دال فقط با یک لبه ی پیوسته (لبه کوتاه)
پانل شماره 8: دال فقط با یک لبه ی ناپیوسته (لبه بلند)
پانل شماره 9: دال فقط با یک لبه ی ناپیوسته (لبه کوتاه)
اکنون که با اصطلاح «لبه(بُعد) ناپیوسته» آشنا شدیم، مسیر برای درک بهتر این بندها هموار گردید.
این بندها به شرح زیر است:
همانطور که متوجه شده اید، موضوع این سه بند در مورد مهار و تامین طول گیرایی آرماتورهای دال است.
برای روشن شدن بهتر توضیحات این بندهای آیین نامه ای، دالی به شکل زیر که از یک طرف محدود و از طرف دیگر ادامه دار است، در نظر بگیرید.
آرماتورگذاری این دال با رعایت موارد ذکر شده در بندهای سه گانه ی بالا به صورت شکل زیر خواهد بود:
رعایت ضوابط مهار میلگرد های خمشی مثبت و منفی
در این شکل:
اگر دال شکل بالا را، به صورت گسترده بارگذاری نماییم، تغییر شکل و ترک های ایجاد شده در آن به خوبی علت توصیه این سه بند از آیین نامه را نشان می دهد.
تغییر شکل و ترک های ایجاد شده در دال تحت بار گسترده
تا به اینجای کار با ضوابط کلی آرماتورگذاری دال ها آشنا شدیم. حال نوبت به بررسی جزئیات ویژه ایست که آیین نامه، برای آرماتور گذاری دال های با تیر و بدون تیر در نظر گرفته است.
در دال های با تیر، به دلیل پیچش ایجاد شده در گوشه های دال تحت بارگذاری، بایستی آرماتور های ویژه ای علاوه بر آرماتورهای خمشی اصلی در گوشه های دال تعبیه شود.
جزئیات، طول و نحوه چینش این آرماتور ها که در بندهای 9-18-4-2-3، 9-18-4-2-4 و 9-18-4-2-5 ذکر گردیده اند، در نگاه اول کمی گنگ به نظر می رسند. به همین خاطر شکل زیر که از آیین نامه بتن آمریکا (ACI) آورده شده است می تواند برای درک بهتر آن ها، مفید واقع شود:
جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر طبق آیین نامه ACI آمریکا
پس از درک مفاهیم ضوابط آرماتور گذاری کلی و همچنین جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر، بالاخره در پایان نوبت می رسد به بیان جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های بدون تیر.
آرماتورگذاری دال های تخت (بدون تیر) و قارچی (همراه با سرتون) مشابه محاسبات آرماتور گذاری دال های دو طرفه است که در ابتدای یادداشت بررسی گردید.
در بند 9-18-4-3-2 نیز شرایط مهاری و وصله میلگردهای دال اشاره گردیده است که برای روشن تر شدن این بند، به شکل زیر که از آیین نامه بتن آمریکا (ACI) آورده شده است، توجه نمایید.
جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های بدون تیر طبق آیین نامه ACI آمریکا
برای آشنایی بیشتر با محاسبات تئوریک میلگرد دال های یک و دو طرفه می توانید از ویدئوی زیر استفاده کنید:
https://www.youtube.com/watch?v=-FxK5cd9Oko