طراحی ستون بتنی : 3 گام محاسبه خاموت و تعداد میلگرد ستون در قاب خمشی متوسط

با خواندن مقاله طراحی ستون بتنی چه چیزهایی را یاد خواهم گرفت؟

در مقاله “طراحی تیر بتنی” به محاسبه میلگردهای طولی و عرضی تیر بتنی پرداختیم. در این مقاله درمورد اهمیت و نقش تیپ بندی صحبت شد که این مورد پیش نیاز شروع این مقاله (طراحی ستون) هست. پس از این مورد گذر می کنیم و در این مقاله به یادگیری موارد زیر می پردازیم:

1. محاسبه ابعاد استاندارد ستون بتنی با بندهای آیین نامه ای
2. دو کاربرد ستون کتابی + 1 نکته اجرایی ویژه
3. نحوه محاسبه تعداد میلگرد ستون (حداقل و حداکثر درصد میلگردهای عرضی و طولی ستون)
4. آرماتور ریشه ستون در فونداسیون
5. تعیین طول ناحیه بحرانی در ستون
6. تعیین فاصله خاموت ها در ستون
7. گام به گام محاسبه تعداد میلگرد ستون و سایز آرماتورهای عرضی و طولی در ایتبس
8. بررسی روش چک و روش دیزاین در طراحی آرماتورهای طولی در ایتبس

 

---

بندهای آیین نامه ای طراحی ستون

محدودیت ابعادی و آرماتور گذاری ستون

در این بخش از مقاله سعی خواهد شد مانند مقالات آرماتورگذاری دیواربرشی و آرماتورگذاری فونداسیون ضمن تشریح کامل بندهای آیین نامه، به شفاف سازی قسمت های مبهم آن نیز پرداخته شود. همین طور پس از تشریح بندهایی از آیین نامه، که مربوط به محاسبات آرماتورهای طولی و عرضی در ستون هاست، با نمونه ای از اعمال این ضوابط در قالب یک مثال آشنا خواهیم شد. در بین نیز شما با چندین نکته اجرایی آشنا خواهید شد.

همچنین پیش از شروع این بخش لازم است یادآوری شود در ساخت و سازهای رایج کشورمان، از اسکلت بتن آرمه به صورت سیستم قاب خمشی با شکل پذیری متوسط استفاده می شود. ما نیز در این مقاله با توجه به این موضوع، ضوابط محاسبه آرماتورهای قاب خمشی بتنی با شکل پذیری متوسط را مد نظر قرار داده ایم.

حداقل ابعاد ستون بتنی

به طور کلی در سازه های بتنی با قاب خمشی، ستون ها تاثیر بسیار زیادی در رفتار کلی سازه دارند؛ لذا توصیه می شود تیپ بندی اولیه ستون ها قبل از تیپ بندی تیرها انجام شود. در تیپ بندی اولیه عموماً به دنبال تعیین ابعاد مقطع ستون ها بوده و تعیین تعداد و سایز آرماتورهای آن را به تیپ بندی نهایی موکول خواهیم نمود. از همین رو اکنون در این بخش ابتدا به بررسی محدودیت های ابعادی المان های تحت فشار و خمش قاب ها (ستون ها) می پردازیم و سپس ضوابط میلگردگذاری ستون ها را بررسی خواهیم کرد.

 

با توجه آیین نامه های بارگذاری و پهنه بندی کشور در خطر زلزله، محدودیت ابعادی ستون ها بر خلاف تیرها، در اکثر طراحی خود به خود رعایت می گردد. هر چند که این محدودیت های هندسی پیچیدگی خاصی ندارند، ولی بهتر است آن ها را کمی بیشتر تشریح کنیم (تشریح بندها به همان ترتیب و نام گذاری است که در مبحث نهم آورده شده است.):

الف- در این بند برای ابعاد مقطع ستون حداقل های ذکر گردیده است. از جمله دلایل وجود این حداقلِ ابعادی به مواردی از قبیل: عدم تامین طول مهاری میلگردهای طولی تیرها در داخل ستون، صعوبت آرماتورگذاری (به خصوص جایگذاری خاموت ها)، افزایش لاغری مقطع و بالارفتن احتمال کمانش ستون تحت بارهای ثقلی و … اشاره کرد. در ستون های رایج که عمدتاً مربعی هستند، ضوابط هندسی معمولاً ارضا می شوند. اهمیت این محدودیت های هندسی زمانی پر رنگ تر می شود که به جای ستون های مربعی، از ستون های مستطیلی (کتابی) استفاده شود.

بیشتر بدانیم

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 در داخل دیوارها و … ابعاد ستون 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 دهانه‌های قاب بیشتر از جهت دیگر باشد، رخ می‌دهد. در جهتی که تعداد دهانه‌ها کمتر باشد، بواسطه 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 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 به 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 ایعاد 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 دارد. بدین گونه که نسبت اندازه کوچکترین وجه ستون به ارتفاع موثر آن، بایستی بیشتر از 25/1 باشد. ضابطه این بند با توجه به بارگذاری های ثقلی و لرزه ای، معمولاً خود به خود تامین می شود.

تشریح ضوابط آرماتورگذاری ستون

از درس بتن آرمه به خاطر داریم که آرماتورهای ستون به دو دسته ی زیر تقسیم بندی می شد:

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

ضوابط آرماتورگذاری طولی و عرضی ستون ها، 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.

تشریح بندهای آیین نامه ای مربوط به آرماتورهای طولی ستون

و تعیین تعداد میلگرد در هر ستون

تذکر: همانطور که مطلع هستید در اصلاحیه اخیر مبحث نهم، برخی بندهای این مبحث به طور جزئی یا کلی حذف یا دچار تغییراتی شده اند. ما نیز در این مقاله تغییرات و اصلاحات لازم را انجام داده و توضیحات را برمبنای آن ها ارائه خواهیم داد. ناگفته نماند قبلا در مورد این تغییرات در قالب 3 ویدئو آموزشی بحث کردیم. برای دانلود این ویدئوها به اصلاحیه مبحث نهم مراجعه کنید. البته این اصلاحیه ویژه شرکت کنندگان آزمون محاسبات می باشد، اما مشاهده این ویدئوها برای درک بهتر موارد اصلاح شده خالی از لطف نمی باشد.

حداقل درصد میلگرد ستون

بند 9-23-3-2-2-1 به آرماتور طولی ستون در شرایط شکل پذیری متوسط می پردازد. بر اساس این بند حداقل درصد میلگرد ستون یک درصد (1%) می باشد. ρ_min ≤ 1%

حداکثر درصد میلگرد ستون

تغییرات ایجاد شده در اصلاحیه اخیر در بند 9-23-3-2-2-1 یکی از مهم ترین تغییرات مبحث نهم مقررات ملی بوده است. براساس ضابطه جدید این بند، که در تصویر بالا نیز مشاهده می شود، در ستون های قاب خمشی با شکل پذیری متوسط، حداکثر درصد میلگرد ستون بتنی هشت درصد (8%) می باشد. محدودیت حداکثر مقدار آرماتور باید در محل وصله‌ها نیز رعایت شود. ρ_max ≤ 8%

دراکثر موارد اجرایی همه ی میلگرد های طولی ستون در یک محل وصله می شوند؛ توصیه می شود نسبت آرماتور طولی در محل خارج از وصله نصف حالت مجاز آیین نامه ای ( یعنی 4%) در نظر گرفته شود. البته با توجه به مسائل اجرایی توصیه می شود درصد آرماتور طولی ستون در محل خارج از وصله 3% (نه 4%) محدود شود تا به دلیل تراکم بالای میلگردها در مقطع ستون، مشکلاتی اجرایی از قبیل صعوبت جایگذاری میلگرد طولی، خاموت بندی و وصله کردن میلگردها، بتن ریزی و تراکم آن و … را پیش خواهد آورد.

از آنجایی که در نرم افزار Etabs از آیین نامه بتن آمریکا (ACI) استفاده می گردد، در صورتی که مقدار آرماتور طولی ستون از 8% تجاوز نماید، ستون قرمز رنگ شده و پیغام O/S (Over Stress) بر روی آن نمایش داده خواهد شد که به معنای عدم کفایت مقطع ستون برای تلاش های وارده است.

سوال: 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 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.)

حداقل فاصله بین میلگردهای طولی ستون

بر اساس بند 9-23-3-2-2-2 فاصله آکس تا آکس میلگردهای طولی ستون بتنی بایستی کمتر از 20 سانتی متر باشد که برای توزیع یکنواخت تر تنش های فشاری میان میلگردهاست. همین طور لازم به یادآوری است که حداقل 4 عدد میلگرهای طولی برای آرماتوربندی ستون مورد نیاز است (چرا؟).

خاموت ریشه ستون

در بند 9-23-3-2-2-7 ضوابط خاموت گذاری ریشه ستون ها در داخل فونداسیون آورده شده است. البته در این مورد بهتر است که از قبل با آرماتورگذاری پی های نواری و گسترده آشنایی داشته باشید.
جالب است بدانید که ضوابط خاموت ریشه ستون دقیقاً مشابه ضوابط خاموت گذاری ستون ها در ناحیه بحرانی (ویژه) می باشد ( که در ادامه با این ضوابط آشنا خواهیم شد). از جمله موارد مهمی که مهندس ناظر بایستی از اجرای آن اطمینان حاصل نماید، همین بند از آیین نامه می باشد. به عنوان یک توصیه ی اجرایی بهتر است خاموت گذاری ریشه ستون در کل ارتفاع فونداسیون ادامه پیدا کند (فکر می کنید علت این امر چیست؟).

تشریح بندهای آیین نامه ای مربوط به آرماتورهای عرضی ستون

و محاسبه تعداد خاموت ستون

برای تشریح این بندها بهتر است شکل زیر را که مربوط به ستونی در یک سازه دو طبقه است، مدنظر قرار دهیم که تمامی ضوابط این بندها خلاصه وار در این تصویر اعمال شده است.( توصیه می شود شکل زیر را به صورت کلی به خاطر بسپارید.)

طول ناحیه بحرانی در ستون

بند 9-23-3-2-2-3 ضوابط مربوط به تعیین طول ناحیه بحرانی (ویژه) ستون را بیان کرده است. اگر دیاگرام برش ستون ها تحت نیروی جانبی (مانند زلزله) را بررسی کنیم، خواهیم دید که در نواحی ابتدایی و انتهایی ارتفاع آزاد ستون، مقدار برش به بحرانی ترین مقدار می رسد؛ لذا آیین نامه برای خاموت گذاری این نواحی ضوابط سخت گیرانه تری را اعمال می کند.

براساس بند الف ،ب و پ طول ناحیه بحرانی ستون بتنی (L₀) بدین صورت قابل تعیین است:

 L₀ ≥ max { Ln/6 , بزرگترین ضلع مقطع ستون , cm45  }

با استناد به تصویر فوق می توان دریافت که «اگر از کل ارتفاع آزاد ستون، مجموع طول نواحی بحرانی ابتدایی و انتهایی را کم کنیم؛ طول ناحیه غیربحرانی ستون به دست خواهد آمد».

فاصله خاموت ها در ستون

در بند  9-23-3-2-2-4 ضوابط مربوط به حداقل قطر خاموت و حداقل فاصله خاموت های ستون بیان گردیده است. مطابق این بند می توان گفت:

– قطر خاموت ها در ستون های قاب خمشی بتنی با شکل پذیری متوسط، بایستی حداقل 8 میلی متر (Φ8) انتخاب شود. لازم به ذکر است که رده میلگردهای عرضی (خاموت) معمولاً AII انتخاب می شود (فکر می کنید چرا؟).

الف تا ت – همانطور که مشاهده می شود ضوابط مربوط به فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی ستون در موارد الف تا ت همین بند بیان شده است که می توان آن را به صورت زیر جمع بندی نمود:

S₀ ≤ min { 8d_{b min} , 24d_{b stirrub}  , نصف کوچکترین ضلع مقطع ستون ,cm 30  }

در آخرین جمله این بند، «فاصله اولین خاموت از بَر اتصال ستون به تیر بایستی کمتر یا مساوی نصف فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی ستون باشد.» یعنی a ≤ S₀/2 باشد.

طبق بند 9-23-3-2-2-5 برای خاموت گذاری نواحی غیربحرانی ستون، می توان از ضوابط کلی خاموت گذاری بیان شده در بند 9-15-12 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان استفاده نمود. از آنجایی که مطالب این بند در دروس بتن آرمه 1 و 2 بارها تکرار شده است، مطالعه و یادآوری آن ها را به عهده ی مهندسین عزیز واگذار می نماییم.

برای درک بهتر مطالب گفته شده، بهتر است مقایسه ای بین نحوه خاموت گذاری در ستون با شکل پذیری متوسط و ستون با شکل پذیری ویژه داشته باشیم. برای سهولت در مقایسه این حالت، کلیه ضوابط به همراه بندهای مربوطه را در شکل زیر آورده شده است:

 

ویدئو زیر که بخشی از دوره جامع طراحی سازه های بتن آرمه با Etabs می باشد به تشریح ضوابط خاموت در ستون می پردازد. در این فیلم مهندس علی زارع می گوید که فاصله خاموت ها را باید بر اساس 2 معیار محاسباتی و آیین نامه ای تعیین کرد و کمترین بین این دو معیار را به عنوان فاصله بین خاموت ها انتخاب کرد. این ویدئو فوق العاده را حتما ببینید:

 

طراحی ستون بتنی در ایتبس

گام به گام محاسبه آرماتورهای طولی و عرضی در ستون ها در نرم افزار Etabs

تا کنون با محدودیت های هندسی و ضوابط محاسباتی آرماتورهای طولی و عرضی آشنا شدیم و سعی شد تمامی بندهای آیین نامه ای مورد نیاز برای محاسبات آرماتور در قاب خمشی با شکل پذیری متوسط به طور کامل تشریح شود.

در لابه لای موارد بیان شده، برخی توصیه های اجرایی که برای ترسیم حرفه ای نقشه های سازه ای مورد نیاز بود، گفته شد. حقیقت امر آن است که ترسیم نقشه های سازه ای حرفه ای بیشتر از آن که نیازمند تسلط به متن آیین نامه باشد، نیازمند داشتن دید اجرایی و تجربه کارگاهی است؛ چرا که نقشه های سازه ای رابطی مابین مهندس طراح و مهندس مجری (یا پیمانکار) بوده و به نوعی نقش زبان مهندس طراح در کارگاه را بازی می کند.

در ادامه ی این مقاله سعی خواهیم کرد ضمن آموزش گام به گام محاسبه آرماتورها از خروجی نرم افزار Etabs، موارد اجرایی و بندهای آیین نامه ای دیگری را  که برای ترسیم نقشه مورد نیاز است، اشاره کنیم. از آنجایی که جمع بندی این قبیل موارد و بیان کتبی آن کمی دشوار و یا گاهاً ابهام برانگیز است؛ قویاً توصیه می کنیم که عکس ها و فیلم های اجرایی، گزارشات کارآموزی دانشجویان از کارگاه ها، کتب و جزوات مربوط به درس اجرا و … را بررسی و مطالعه کنید تا به دید اجرایی بهتری برسید. چرا که عامل متمایزکننده ی یک اپراتور نرم افزار Etabs از یک مهندس عمران واقعی، طراحی سازه ی ایمن با اقتصادی طرح ممکن است به نحوی که مشکلات و ابهامات اجرایی آن در کارگاه به حداقل ممکن برسد.

محاسبه آرماتورهای طولی ستون در 3 گام

گام1: نحوه محاسبه آرماتور طولی ستون ها توسط نرم افزار Etabs

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

سوال: تفاوت این دو روش در چیست؟ و چه مزایا و محاسن نسبت به یکدیگر دارند؟

روش «Check»: در این روش طراح مقاطع ستون مثل ابعاد، تعداد و سایز آرماتور، رده و آرایش میلگرد و … را به صورت دستی به نرم افزار معرفی کرده و به هر ستون مقطعی را اختصاص می دهد. نرم افزار برحسب تلاش های ایجاد در ستون ها، 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 قوی تری (با ابعاد بزرگتر یا فولاد بیشتر) انتخاب شود. در گام بعد نکات اجرایی مربوط 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 می کند و نرم افزار برحسب تنش های وارده به ستون، مساحت میلگردهای طولی مورد نیاز را محاسبه و گزارش خواهد نمود. سپس مهندس محاسب بر حسب ضوابط آرماتورگذاری ستون، مقدار مساحت گزارش شده توسط نرم افزار را به سایز و تعداد تبدیل کرده و به عنوان میلگردهای طولی ستون در نظر می گیرد (مشابه روشی که برای محاسبه تعداد و سایز آرماتورهای طولی تیرها استفاده شد).

سوال: این دو روش چه برتری هایی بر یکدیگر دارند؟

• از آنجایی که در روش چک، کلیه مشخصات مقطع (ابعاد، سایز و تعداد و آرایش آرماتور و …) توسط طراح به نرم افزار معرفی می شود، عمده روند تیپ بندی ستون ها در این مرحله طی شده و نهایی کردن مقاطع پس از طراحی سازه بسیار ساده تر خواهد شد.
• در استفاده از روش چک، طراح بایستی با در نظر گرفتن ضوابط میلگرد گذاری ستون ها، مشخصات مقطع را به نرم افزار معرفی نماید و درصد مجاز آرماتور را به صورت دستی محاسبه نماید. ولی در روش دیزاین، کلیه این ضوابط برحسب آیین نامه ACI (که مطابقت قابل قبولی با مبحث نهم دارد) و توسط خود نرم افزار اعمال شده که در خروجی ها گزارش می شود.
• کنترل ضوابطی همچون درصد آرماتور حداقل و حداکثر صرفاً در روش دیزاین ممکن بوده و در روش چک بایستی به صورت دستی توسط طراح کنترل گردد.
• از آنجایی که تعیین مشخصات اولیه ستون ها برای مهندسین و طراحان تازه کار کمی دشوار است، توصیه می شود در وهله اول از روش دیزاین برای محاسبه مساحت آرماتورهای طولی موردنیاز ستون توسط نرم افزار استفاده کرده و سپس برای تبدیل مساحت آرماتور به تعداد و سایز میلگرد و انجام تیپ بندی مقاطع از روش چک اقدام کنند.

گام2: یادآوری نکات اجرایی و مباحث تئوریک آرماتورهای طولی ستون

قبل از شروع این گام، توصیه می کنیم ضوابط بند 9-23-3-2-1 و 9-23-3-2-2 که محدودیت های هندسی و ضوابط آرماتورهای طولی ستون را بیان کرده است، مطالعه کنید. نکاتی که برای طراحی و تیپ بندی آرماتور طول ستون مورد نیاز است، عمدتاً در قالب توصیه اجرایی هستند.

نکات در انتخاب ابعاد اولیه ستون :

• باتوجه به رفتار قاب خمشی ممکن است تلاش های ایجاد شده در ستون های زیرین کمتر از ستون های بالایی آن ها باشد. هرچند در این موارد از لحاظ تئوریک و آیین نامه ای، می توان برای ستون زیرین مقطع کوچکتری انتخاب نمود ولی این کار از نظر اجرایی مناسب نبوده و قالب بندی ستون بالایی را دشوار خواهد کرد.
• در مواردی نظیر نکته 1، بهتر است ابعاد ستون زیرین و بالایی را یکسان در نظر گرفت ولی برای ستون زیرین از آرماتور کمتری نسبت به ستون بالایی استفاده نمود.
• در صورت بروز حالتی مانند نکته 1، علاوه بر صعوبت قالب بندی ستون؛ برای ادامه آرماتور از ستون پایین به بالا بایستی از دیتیل های خاصی استفاده نمود. براین اساس آیین نامه دو راهکار زیر را پیشنهاد داده است:
• راهکار1: براساس بند 9-14-11-3-1 از مبحث نهم، در صورتی که مقدار کاهش ابعاد مقطع ستون بالایی نسبت به ابعاد مقطع ستون پایین کمتر یا مساوی 7.5 سانتی متر باشد (a≤7.5 cm) می توان میلگرد طولی را خم s شکل زد.

در این حالت میلگرد انتظار ستون طبقه بالاتر به صورت پیوسته اجرا می شود که محل این خم در داخل تیر یا دال واقع شده و شیب قسمت مایل میلگرد خم شده نسبت محور ستون نباید از 1 به 6 تجاوز کند.

• راهکار2: براساس بند 9-14-11-3-3 از مبحث نهم، در صورتی که مقدار کاهش ابعاد مقطع ستون بالایی نسبت به ابعاد مقطع ستون پایین بیشتر از 7.5 سانتی متر باشد (a>7.5 cm) بایستی به جای استفاده از خم s شکل، میلگرد های طولی ستون پایین را در زیر ستون بالایی قلاب کرده و برای وصله از میلگردهای مجزا تعبیه نماییم. طول این میلگردهای مجزا بایستی از هر طرف به اندازه ی طول مهاری کششی و فشاری (مه هر کدام بیشتر است) را تامین نماید.

• براساس عرف اجرایی، مهندسین برای کاهش ابعاد مقطع ستون از خم یک به شش استفاده می کنند. بر این اساس می توان برای ستون های کناری تا 5 cm و برای ستون های میانی 10 cm کاهش ابعاد مقطع در نظر گرفت.
• با توجه اختلاف قیمت زیاد بتن و فولاد، مهندسین باتجربه با درنظر گرفتن مسائل اقتصادی، استفاده از ستون با مقطع بزرگ و فولاد کم را به ستون با مقطع کوچک و فولاد زیاد ترجیح می دهند. رعایت این موضوع در پروژه های بزرگ بسیار صرفه اقتصادی بسیاری دارد.
• رعایت نکته 3 تا زمانی که معیارهای معماری (نظیر تامین پارکینگ، عدم کاهش فضای مفید ساختمان، کاهش ابعاد بازشو ها و …) را تهدید نکند، بسیار مناسب خواهد بود. لذا مهندس واقعی کسی است که بتواند تعادل را بین این معیار رعایت نماید. برای رسیدن به این تعادل بهتر است درصد آرماتورهای طولی ستون بین 0.5% و 3% محدود شود.

نکات مهم آرماتورهای طولی ستون :

• برخلاف آرماتورهای طولی تیرها که ممکن است یک شاخه ی 12 متری میلگرد استفاده شود، میلگردهای طولی ستون ها کوتاه تر از این مقدار (معمولاً 3 الی 4 متر) هستند.
• هر چند اجرای میلگردهای طولی ستون برای چندین طبقه متوالی بدون قطع آن ها امکان پذیر است، ولی توصیه می شود برای جلوگیری از کمانش میلگردها تحت وزن خود از این کار صرف نظر شود.
• بهتر است آرماتورهای طولی ستون در هر طبقه قطع و میلگردهای طبقه بالاتر به آن ها وصله شود. علت این امر آن است که عموماً سایز و وزن میلگردها زیاد بوده و مهار آن ها در حین خاموت گذاری، قالب بندی و بتن ریزی دشوار خواهد شد.
• آیین نامه برای محل وصله ستون در قاب خمشی با شکل پذیری متوسط محدودیتی ندارد ولی توصیه می شود محل وصله در یک سوم پایین یا وسط ارتفاع ستون (برای دسترسی راحت تیم اجرایی) انتخاب شود.
• طول میلگردهای طولی بایستی به نحوی انتخاب شود که پس از بتن ریزی ستون، طول بیرون مانده از آن ها برای تامین طول وصله ی میلگردهای طبقه ی بالاتر کافی باشد.
• در صورتی که ابعاد مقطع کوچک بود و پر فولاد باشد و مهندسی احتمال تجاوز درصد آرماتور در محل وصله را بدهد؛ بهتر است وصله ها به صورت یک در میان بالا و پایین شوند تا از تمرکز و تجمع آن ها در یک مقطع از ستون جلوگیری شود.

برای پیشگیری از چنین مواردی، توصیه می شود درصد مجاز آرماتور ستون ها در محل خارج وصله 6% و در محل وصله 3% در نظر گرفته شود (هرچند که آیین نامه آن را در محل خارج وصله 8% و در محل وصله 4% بیان کرده است).

نکات مهم میلگرد ریشه ستون :

نکات و توضیحات جامعی درمورد آرماتورهای انتظار ستون ها، در مقاله ی “آرماتور گذاری فونداسیون در safe با رویکرد اجرایی” ارائه شده است که توصیه ی اکید می شود حتما ببینید. اما در اینجا نیز چند نکته که در باب تیپ بندی، حائز اهمیت ترند، بیان می شود:

• بهتراست سایز و تعداد میلگردهای ریشه مشابه سایز و تعداد میلگردهای طولی ستون در طبقه اول باشد تا از اشتباهات اجرایی به حداقل برسد.
• در مواردی که ابعاد ستون بتنی در طبقه اول کوچک انتخاب شده است، می توان برای جلوگیری از تجاوز درصد آرماتور از حد مجاز آن، میلگرد ریشه ستون و طبقه اول رو به صورت یکپارچه (بدون قطع) اجرا نمود تا وصله ها 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.

گام3: محاسبه تعداد و سایز آرماتورهای طولی ستون

همانطور که اشاره شد، به دست آوردن تعداد و سایز میلگرد های طولی 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 آن ها در این قسمت نیست.

تعیین تعداد و سایز آرماتورهای طولی ستون به روش چِک، علاوه بر رعایت ضوابط بند 9-23-3-2-2، نیازمند در نظرگرفتن برخی نکات آیین نامه ای و توصیه های اجرایی هستند. این نکات اجرایی عبارت اند از:

• آیین نامه برای «فاصله» میلگردهای طولی در ستون ضوابط زیادی را برشمرده است که این بندها به شرح زیر هستند:
• براساس بند 9-14-11-1-2 و 9-23-3-2-2-2 فاصله آکس تا آکس میلگردهای طولی بایستی کمتر از 20 سانتی متر باشند.
• بر اساس بند 9-14-11-1-4 فاصله آزاد (بَر تا بَر) میلگردهای طولی ستون باید بزرگتر از 1.5 برابر قطر بزرگترین آرماتور و 4 سانتی متر باشد.
• براساس بند 9-14-11-1-5 و 9-21-4-1-5 فاصله دو میلگرد طولی که به هم وصله می شوند بایستی کوچکتر از 5 برابر قطر کوچکترین آرماتور باشد.
• براساس بند 9-15-12-5 برای کاهش تعداد سنجاقی ستون باید فاصله آزاد (بر تا بر) میلگردهای طولی کمتر از 15 سانتی متر باشد.
• حدالامکان سعی شود ابعاد ستون ها در طبقات و پلان، دارای تنوع زیادی نباشد.
• توصیه می شود ابعاد ستون در هر دو یا سه طبقه تغییر کند تا سرعت اجرا و هزینه های قالب بندی به حداقل برسند.
• با پیشروی در ارتفاع سازه، هر چند کاهش تعداد آرماتور به کاهش سایز آرماتورها اولویت دارد؛ ولی بایستی تعداد میلگردهای طبقه پایین بیشتر یا مساوی تعداد میلگردهای طبقه ی بالاتر باشد (چرا؟).
• سایز میلگردهای طولی ستون به نحوی انتخاب شود که چند سایز آن با سایز میلگردهای طولی تیرها مشترک باشد تا هزینه های خرید و حمل به کارگاه تعدیل شود.
• با توجه به ضوابط خاموت گذاری و شرایط اجرایی بهتر است به جای استفاده از آرماتور زیاد با قطر کم، از آرماتور کم با قطر زیاد استفاده شود (تا تعداد سنجاقک در ستون یا خاموت های لوزی مقطع کاهش یابد).
• برای ارضای نکته ی 6 توصیه می کنیم در وجه ستون، به تعداد رقم دهگان بُعد ستون، میلگرد طولی قرار داده شود. مثلا برای یک ستون با ابعاد 50 * 50 سانتی متر استفاده از 5 میلگرد طولی در وجه ستون منطقی بوده و ضوابط آیین نامه ای را ارضا خواهد کرد.
• چینش آرماتورهای ستون در مقاطع مربعی معمولاً به صورت متقارن می باشد. در این حالت تعداد کل آرماتورهای مقطع همواره مضربی از 4 می باشد.
• معمولاً با پیشروی در ارتفاع سازه، ابعاد ستون ها کاهش می یابد. این کاهش ابعاد ستون بایستی به گونه ای باشد که طول مهاری آرماتورهای طولی تیر در داخل ستون تامین گردد.
• به دلیل رفتار قاب خمشی در برابر نیروهای جانبی، ممکن است برخی از ستون ها 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 قوی تر ( که ممکن است آبی یا سفید رنگ شوند) استفاده شود.

مطالب جامع تر و کاربردی تری در این خصوص در فیلم آموزشی تیپ بندی تیر و ستون توضیح داده شده است.

محاسبه آرماتورهای عرضی ستون در 3 گام

گام1: نحوه محاسبه و قرائت میلگرد عرضی ستون در نرم افزار Etabs

نرم افزار Etabs مقدار میلگردهای عرضی ستون ها را همانند تیر به صورت نسبت A_v/s گزارش می کند. برای نمایش میلگردهای عرضی ستون ها، پس از آنالیز و طراحی سازه، می توان از مسیر زیر برای قرائت نسبت A_v/s تیرها اقدام کرد:

 

پس از زدن دکمه ok، نسبت مساحت میلگرد عرضی به فاصله خاموت ها بر حسب واحد نرم افزار در وسط ستون ها نمایش داده خواهد شد. (در این مقاله واحد ها بر برحسب cm خواهند بود).

گام2: یادآوری نکات اجرایی و مباحث تئوریک خاموت ستون ها

ضوابط آیین نامه ای مربوط به آرماتورهای عرضی ستون ها در بند 9-23-3-2-2 آورده شده است که این ضوابط به طور کامل در اواسط همین مقاله تشریح شده است.

گام3: به دست آوردن تعداد و سایز آزماتورهای عرضی ستون

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

مرحله 1 : تعیین طول ناحیه بحرانی

مرحله 2 : تعیین قطر خاموت ها در ناحیه بحرانی و غیربحرانی

مرحله 3 : تعیین فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی

مرحله 4 : تعیین فاصله خاموت ها در ناحیه غیربحرانی

مرحله 5 : کنترل A_v/S گزارش شده و A_v/S محاسبه شده براساس آیین نامه

مرحله 6 : نهایی کردن سایز و فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی و غیربحرانی

خلاصه و نتیجه گیری :

1. آیین نامه برای اجرای انواع المان های سازه ای، در بندهای مختلف محدودیت ها و ضوابطی را در نظر گرفته است.
2. مهندس طراح علاوه بر تسلط و اعمال این بندها در ترسیم نقش های اجرایی، بایستی از تجربه کارگاهی و دید اجرایی خوبی برخوردار باشد تا نقشه های ترسیمی او کمترین ابهام و دشواری را در اجرا داشته باشد.
3. نقشه های اجرایی مورد استفاده در کارگاه های ساختمانی نقش زبان مهندس طراح پروژه را بازی می کند. لذا لازم است این نقشه تا حد امکان شفاف و عاری از هر گونه ابهام باشند.
4. در کنار رعایت این بندها توسط محاسب سازه، لازم است مقاطع مورد استفاده در نقشه ها دارای نظم مخصوص به خود باشند که اصطلاحاً آن را «تیپ بندی مقاطع» می نامند.
5. در تیپ بندی مقاطع سعی می شود تنوع ابعاد، تعداد و سایز و طول آرماتورها و … در پلان و ارتفاع در حد معقولی باشد تا خطاهای اجرایی به حداقل برسند.

فیلم آموزشی تهیه دیتیل اجرایی تیر و ستون :

برای تسلط به این مبحث پیشنهاد میکنیم فیلم آموزشی تیپ بندی تیر و ستون : تهیه دیتیل اجرایی ستون و تیر بتنی را مشاهده کنید.

پلان یادگیری مبحث آرماتورگذاری در سازه های بتنی :

برای دسترسی راحت تر شما عزیزان به مطالب سایت، در جدول زیر مطالب مرتبط با مبحث آرماتورگذاری در سازه های بتنی ارائه شده است. با کلیک بر روی هر گزینه به صفحه مربوطه هدایت خواهید شد.

مبحث آرماتورگذاری در سازه های بتنی

1-    طراحی آرماتورهای تیر بتنی   2-    طراحی آرماتورهای ستون 3-    طراحی آرماتورهای دیواربرشی 4-    طراحی آرماتورهای دال بتنی 5-    طراحی آرماتورهای فونداسیون 6-    طراحی آرماتورهای دیوار حائل

منابع :

1. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
2. Standard Method of Detailing Structural Concrete- Third Edition
   (برای مطالعه این کتاب بایستی از vpn استفاده کنید.)
3. Manual For Detailing Reinforced Concrete Structure To EC2 – by Josa Calavera
4. Seismic Detailing of Concrete Buildings – by David A.Fanella