نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون

از مهم‌ترین بخش‌های هر ساختمان، پی و یا فونداسیون آن سازه می‌باشد که وظیفه انتقال بار و وزن سازه به خاک را بر عهده خواهند داشت. همان‌طور که می‌دانید پی‌ها انواع گوناگونی دارند که در بخش‌های آتی به بررسی هر یک از آن‌ها خواهیم پرداخت.

امروزه یکی از مصالح اصلی تشکیل دهنده فونداسیون‌ها بتن است که این نوع فونداسیون ‌، نسبت به سایر مصالح از مقاومت بالایی برخوردار هستند.

فونداسیون بتنی از ترکیب بتن و میلگرد حاصل می‌شود که اصطلاحا به بتن مسلح معروف شده است. با توجه به اینکه بتن در برابر نیروهای کششی مقاومت لازم را ندارد، در تمام سازه‌هایی که بتن تحت اثر نیروهای خمشی و یا کششی قرار می‌گیرد، استفاده از شبکه‌های میلگرد به عنوان عضوی کششی الزامی خواهد بود.

لازم به ذکر است برای هر سازه و یا ساختمان، با توجه به مقدار بار وارده، نوع خاک منطقه، میزان لرزه خیزی منطقه و اهمیت ساختمان نوع فونداسیون و مقدار میلگرد به‌کار رفته در آن تغییر می‌کند.

یکی از وظایف طراحان سازه‌ محاسبه و طراحی ابعاد پی‌ها و تعداد آرماتور مصرفی در آن می‌باشد.

در ابتدا به بررسی انواع فونداسیون‌ و ویژگی‌های آن‌ها خواهیم پرداخت، سپس به بررسی چگونگی طراحی ابعاد و حداقل آرماتور به کار رفته در پی می‌پردازیم.

تقسیم‌بندی فونداسیون از نظر محل استقرار :

پی سطحی

به پی‌هایی که در عمق کم و در نزدیکی سطح زمین ساخته شوند پی سطحی می‌گویند؛ به‌طوری‌که نسبت عمق استقرار پی به عرض، کمتر از عدد ۳ باشد.

پی عمیق

در این نوع فونداسیون‌ها نسبت عمق استقرار به عرض آن باید بیشتر از ۱۰ باشد.

پی نیمه عمیق

در صورتی که محل قرار گیری پی‌ها بین دو مورد بالا باشد، این پی از نوع نیمه عمیق خواهد بود.

تقسیم‌بندی فونداسیون سطحی از نظر رفتار و شکل ظاهری  :

پی منفرد

این پی‌ها هم از جنس بتن مسلح و هم بتن غیر مسلح(معمولی) هستند و به صورت پله‌ای و سطح شیب‌دار اجرا می‌شوند. این نوع فونداسیون به صورت تکی اجرا می‌شود و هر قسمت از آن، انتقال دهنده وزن تنها یک ستون به خاک است.

پی نواری

طول این نوع پی‌ها بیش از ۴ برابر عرض آن خواهد بود،  بنابراین تغییر شکل خمشی این نوع پی‌ها در راستای طول آن می‌باشد. پی‌های زیر دیوارهای باربر از نوع نواری محسوب می‌شوند.

پی مرکب

در صورتی که پی‌های منفرد زیر ستون‌ها در مواردی خاص با یکدیگر ترکیب شوند، پی مرکب تشکیل می‌شود. تفاوت پی‌های مرکب با نواری در راستا و چگونگی تغییر شکل آن‌هاست. پی‌ مرکب در جهت عرضی از خود تغییر شکل خمشی نشان می‌دهد.

پی شبکه‌ای

از ترکیب شدن پی‌های مرکب در جهت‌های عمود بر هم پی شبکه‌ای حاصل می‌شود.

پی گسترده

این نوع فونداسیون شامل یک دال یکپارچه است به همین دلیل شاهد نشست یکنواخت در آن خواهیم بود.

بنابراین در مواردی که بار نامتقارن وجود داشته باشد و یا خاک بستر ضعیف باشد، می‌توان از این نوع فونداسیون برای حل مشکل استفاده کرد.

قابل ذکر است بتن‌ریزی در این‌گونه پی‌ها از نوع حجیم بوده و به علت اختلاف دمای مرکز و سطح بتن، شاهد ترک‌هایی در سطح آن هستیم.

فونداسیون‌های ساختمان‌های متعارف، اغلب از نوع شبکه‌ای و گسترده است، همچنین جنس مصالح تشکیل دهنده آن‌ها بتن مسلح می‌باشد، بنابراین شناخت نحوه طراحی و حداقل میلگرد مصرفی آن از اهمیت بالایی برخوردار است.

طراحی آرماتورهای فونداسیون جهت جلوگیری از گسیختگی خمشی و برشی است، به همین منظور بعد از مشخص شدن ابعاد فونداسیون (حجم لازم جهت بتن‌ریزی) ابعاد و فواصل چشمه‌های میلگرد مشخص می‌شود.

مطابق با آیین نامه ACI 318 حداکثر فاصله بین میلگردهای طولی ۳۵ سانتی متر است که این مقدار نباید از دو برابر ضخامت فونداسیون تجاوز کند.

به کمک روش آزمون و خطا تعداد آرماتورهای طولی و فواصل آن‌ها نسبت به هم را بدست می‌آوریم.

ابتدا با فرض نمره آرماتور طولی (مثلا Φ۲۲) به تعداد و اندازه‌های مشخص می‌رسیم، سپس با کنترل اعداد بدست آمده صحت نتایج را کنترل می‌کنیم.

d عمق موثر پی : ضخامت پی – کاور بتن – نصف قطر میلگرد سفره پایین

bحد اقل عرض پی : (تعداد طبقات * ۲۰) + ۲۰ سانتی‌متر

h ضخامت پی : (تعداد طبقات * ۱۰) +۲۰ سانتی‌متر

حداقل مقدار میلگرد مورد نیاز از بیشترین مقدار دو فرمول زیر بدست می‌آید:

As(1)=0.0025 * b*d

As(2)=(0.0018 * b*h) /2

Af=Πr²

n=As(max) / Af تعداد میلگرد طولی

*عدد به‌دست آمده به سمت بالا گرد می‌شود.

فاصله میلگردهای طولی S : (تعداد میلگردها – ۱) / (کاور بتن*۲) + (مساحت کل میلگردها) – عرض پی

cm 10 > S > cm 35

*اگر عدد بدست آمده در این بازه قرار گرفت آن‌گاه، اعداد قابل قبول است.

برای بدست‌آوردن حداقل آرماتورهای عرضی مورد نیاز و فواصل آن‌ها نسبت به هم مراحل زیر را انجام می‌دهیم

ابتدا با فرض نمره آرماتور سطح مقطع آن‌را بدست می‌‌آوریم. (بهترین فرض نمره میلگرد عرضی یک شماره پایین‌تر از میلگرد طولی خواهد بود)

As=(0.0018 * b*h) /2

Af=Πr²

n=As(max) / Af تعداد میلگرد

فاصله میلگردهای عرضی S = h / n

طراحان علاوه بر محاسبات و کنترل ظرفیت باربری فونداسیون مطابق با مقررات ملی و آیین‌نامه‌های مربوطه، باید نسبت به نکات اجرایی دقت لازم و کافی را داشته باشند تا در هنگام اجرای طرح توسط مجری با مشکل مواجه نشوند.

• فونداسیون باید بر روی خاک باربر و مقاوم طبیعی اجرا شود.
• حداقل عمق(ارتفاع) پی‌های سطحی باید ۵۰ سانتی متر باشد.
• عمق استقرار پی را باید پایین‌تر از عمق یخبندان در نظر گرفت. عمق یخبندان در واقع پایین‌ترین عمقی است که در سردترین روز سال آب و رطوبت آن ارتفاع یخ می‌زند. مطابق با آیین نامه مقررات ملی ایران، عمق یخبندان برای هر منطقه متناسب با دمای آن جا در نظر گرفته شده است.
• حداقل قطر آرماتورهای به کار رفته در فونداسیون۱۰ میلی‌متر(Φ۱۰) است و فاصله آکس به آکس آرماتورها باید، کمتر از ۳۵ سانتی‌متر و بیش‌تر۱۰ سانتی‌متر باشد.
• فواصل تعیین شده شبکه‌های آرماتوربندی جهت عبور مصالح سنگی بتن و سهولت هنگام ویبره زدن می‌باشد.
• طراحان برای سهولت و تسریع در انجام کار، به کمک نرم افزار SAFE ابعاد پی و میلگردهای طولی و میلگردهای تقویتی را محاسبه می‌کنند و در اختیار تیم اجرا کننده قرار می‌دهند.