محاسبه میلگرد فونداسیون

فونداسیون، پی یا شالوده در پایین ترین قسمت ساختمان قرار دارد و وظیفه آن انتقال بار ساختمان به زمین می باشد. فونداسیون یا پی از دو جزء اصلی میلگرد و بتن تهیه می شود. میلگرد فونداسیون، آرماتوری فولادی است که از آن برای تقویت پی‌های بتنی و جلوگیری از ترک‌خوردگی، مورد استفاده قرار می‌گیرد. میلگرد معمولا قبل از ریختن بتن به‌صورت شبکه‌ای بافته می شود و به توزیع بار و مقاومت در برابر نیروهای کششی کمک می‌کند. برای محاسبه میزان میلگرد مورد نیاز برای فونداسیون، باید ابعاد پی، فاصله و اندازه میلگرد و نیاز پوشش بتنی در نظر گرفته شود. در این مقاله قصد داریم در مورد نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون صحبت کنیم. پس در ادامه همراه ما باشید.

تعریف فونداسیون و انواع آن

همانطور که گفته شد فونداسیون یا پی، بخشی از سازه است که بار را از سازه به زمین منتقل می‌کند. همچنین وظیفه توزیع وزن سازه در سطح خاک را بر عهده دارد و از نشست نابرابر، حرکت جانبی و فرسایش خاک جلوگیری می‌کند. دو نوع اصلی فونداسیون وجود دارد: فونداسیون سطحی و عمیق. 

●    پی یا فونداسیون سطحی در نزدیکی سطح زمین قرار می‌گیرد و برای سازه‌های سبک و خاک‌های پایدار مناسب است. برخی از انواع فونداسیون سطحی شامل پی منفرد، پی نواری و پی گسترده یا شبکه ای است.
●    فونداسیون عمیق در عمق بیشتری در زمین قرار می‌گیرد و برای سازه‌های سنگین و خاک‌های ناپایدار استفاده می‌شود. برخی از نمونه‌های آن عبارتند از فونداسیون شمعی، اسکله‌ یا صندوقه‌ای.

کاربرد میلگرد در فونداسیون

میلگرد برای فونداسیون ساختمان، ضروری است، زیرا به مقاومت در برابر نیروهای گرانش، باد، زلزله و سایر بارها کمک می‌کند. این محصول فلزی همچنین موجب جلوگیری از ترک‌خوردگی و کمانش بتن می‌شود که ممکن است یکپارچگی و دوام فونداسیون را به‌خطر بیندازد. میلگرد، بسته به طراحی و مشخصات پروژه در اندازه‌ها، شکل‌ها و درجه‌های مختلف تولید می‌شود و برای فونداسیون به‌صورت شبکه‌ای قرار می‌گیرد. فاصله و تراز میلگرد از عوامل مهمی است که بر عملکرد و ایمنی فونداسیون تاثیر می‌گذارد. این محصول فلزی یک راه مقرون‌به‌صرفه و قابل اعتماد برای افزایش استحکام و پایداری فونداسیون ساختمان است.

نحوه محاسبه مقدار میلگرد مورد نیاز برای ساختمان

میزان میلگرد مورد نیاز یک ساختمان به اندازه، شکل، طرح سازه، عیار و فاصله میلگرد بستگی دارد.  برای محاسبه میلگرد فونداسیون، باید مراحل زیر را دنبال کنید:

1.    ابعاد و چیدمان عناصر بتنی مانند دال‌ها، تیرها، ستون‌ها و دیوارها را تعیین کنید.
2.    مساحت هر عنصر بتنی را بر حسب مترمربع محاسبه کنید.
3.    مساحت را در نسبت میلگرد ضرب کنید که درصد حجمی میلگرد به بتن است. نسبت میلگرد، بسته به نوع و هدف سازه متفاوت است، اما معمولا بین ۰٫۵ تا ۲ درصد در نظر گرفته می‌شود.
4.    حاصل به‌دست‌آمده را بر سطح مقطع میلگرد به مترمربع تقسیم کنید. سطح مقطع، بستگی به قطر میلگرد دارد که معمولا بر حسب میلی‌متر یا اینچ اندازه‌گیری می‌شود.
5.    نتیجه را به نزدیکترین عدد صحیح گرد کنید. عدد حاصل، تعداد میلگرد مورد نیاز برای هر عنصر بتنی را نشان می‌دهد.
6.    تعداد میلگردهای مورد نیاز برای تمام عناصر بتنی را جمع بزنید. این عدد، مقدار کل میلگرد مورد نیاز ساختمان است.

محاسبه میلگرد فونداسیون

قسمتی از میلگردی که برای ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد، در ساخت فونداسیون مصرف می‌شود. با توجه به اینکه فونداسیون، یکی از بخش‌های اصلی ساختمان است و وزن سازه روی آن وارد می‌شود، میلگردها در فونداسیون ساختمان به‌صورت طولی و عرضی قرار می‌گیرند و با بتن قالب‌بندی می‌شوند. همچنین گاهی اوقات از میلگرد تقویتی نیز استفاده می‌شود. به‌همین دلیل برای محاسبه، لازم است که مقدار میلگرد طولی، عرضی و تقویتی را به دست آورید. در ادامه نحوه محاسبه سرانگشتی میلگرد برای فونداسیون را باهم مرور می‌کنیم.

محاسبه میلگردهای طولی فونداسیون

برای محاسبه میلگردهایی که در محور طولی قرار می‌گیرند، لازم است که کاور میلگرد و خم آن را نیز در نظر بگیرید. منظور از کاور میلگرد، فضایی است که بین میلگرد و سطح بتن فونداسیون وجود دارد و برای افزایش مقاومت میلگردها و جایگذاری آسان آن‌ها اجرا می‌شود. همچنین هدف از خم میلگرد، بهینه‌سازی گیرش آن به بتن است که هم برای میلگردهای طولی و هم عرضی انجام می‌شود.

با توجه به آن‌چه گفته شد، مقدار میلگرد طولی مورد نیاز برای فونداسیون به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

●    طول میلگرد طولی = (۲×طول کاور) – (۲×طول خم) + طول محور

محاسبه میلگردهای عرضی فونداسیون

میلگردهای عرضی، مانند میلگردهای طولی دارای کاور هستند و خم می‌شوند. بنابراین فرمول محاسبه آن‌ها مشابه میلگردهای طولی است.

●    طول میلگرد عرضی = (۲*طول کاور) – (۲*طول خم) + عرض مقطع

محاسبه میلگردهای تقویتی فونداسیون

همان‌گونه که اشاره کردیم، از میلگرد تقویتی در مواقعی استفاده می‌شود که فونداسیون نیاز به استحکام بیشتری دارد. برای محاسبه مقدار میلگرد تقویتی برای فونداسیون باید بر اساس پلان ساختمان، طول میلگرد را در تعداد و وزن واحد آن ضرب کنید.

میلگرد ریشه یا انتظار چیست؟

این میلگرد، وظیفه دارد که بار را از یک عضو بتنی به عضو دیگر انتقال دهد. میلگرد ریشه موجب اتصال دال‌ها به یکدیگر می‌شود و امکان اتصال ستون به فونداسیون و پی اصلی را فراهم می‌کند. به این‌صورت که بخشی از میلگرد در بتن می‌ماند و بخش دیگر، بیرون قرار می‌گیرد. 

نحوه محاسبه طول میلگردهای ریشه در سازه بتنی

طول میلگرد ریشه باید حداقل طول مورد نیاز برای وصله انتخابی را برآورده کند. به‌عنوان مثال اگر طول مورد نیاز برای اورلپ کردن آرماتورها ۲ متر باشد، آنگاه لازم است که اندازه میلگرد ریشه، ۲ متر در نظر گرفته شود. براساس آن‌چه در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان آمده است، طول میلگرد ریشه برای اجرای اورلپ یا وصله پوششی برای میلگردهای آجدار باید بیش از ۳۰ درصد طول گیرایی باشد.  

جوش فورجینگ چیست؟

جوش فورجینگ که به آن جوش سربه‌سر میلگرد نیز گفته می‌شود، روشی است که برای اتصال میلگردها به یکدیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای انجام این جوش، به‌وسیله یک شعله، دو سر میلگرد حرارت داده می‌شود تا به حالت خمیری شکل دربیایند. پس از آن دو سر میلگرد با اعمال فشار به یکدیگر وصل می‌شوند.

اما این روش در مواقعی که طول میلگرد ریشه کوتاه است، امکان‌پذیر نیست و بهتر است از روش کاشت میلگرد استفاده شود. از مزایای کاشت میلگرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

●    کاهش خطر ترک‌خوردگی و ریزش بتن در اثر نیروهای خارجی یا عوامل محیطی
●    بهبود دوام و طول عمر سازه‌های بتنی
●    افزایش در برابر خوردگی و سایش 
●    افزایش جذابیت زیبایی‌شناختی و انعطاف‌پذیری طراحی سازه‌های بتنی
●    کاهش میزان بتن و فولاد مورد نیاز برای ساخت‌وساز و صرفه‌جویی در هزینه‌ها

برای این روش از یک چسب مخصوص به‌نام چسب کاشت میلگرد استفاده می‌شود که میلگرد را به بتنی که در آن قرار می‌گیرد جوش می‌دهد و استحکام و طول عمر بالایی دارد.

نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون بر اساس مبحث نهم و آیین نامه بتن ایران (آبا)

این مبحث که با عنوان طرح و اجرای ساختمان‌های بتن آرمه شناخته می‌شود، شامل مقررات و ضوابط طراحی، اجرا و نگهداری ساختمان است و جزئی از مدرک فنی ساختمان به‌شمار می‌آید. بنابراین رعایت ضوابط موجود در آن برای ساخت‌وساز لازم‌الاجراست. در مبحث نهم، محاسبات زیر انجام می‌شود:

●    محاسبه قطر و فاصله میلگرد فونداسیون
●    محاسبه حداقل میلگرد فونداسیون‌های سطحی
●    محاسبه میلگرد برای شالوده با ضخامت کمتر از ۱۰۰۰ میلی‌متر
●    محاسبه میلگرد برای شالوده با ضخامت بین ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ میلی‌متر
●    محاسبه میلگرد برای شالوده با ضخامت بیشتر از ۲۰۰۰ میلی‌متر

آیین‌نامه بتن ایران که با نام اختصاری آبا شناخته می‌شود، توسط سازمان مدیریت و برنامه‌ریزی ایران در سال ۱۳۸۴ و به‌صورت یک نشریه ۳۸۴ صفحه‌ای تدوین و منتشر شد. در این آیین‌نامه، کلیه قوانین و مقررات و استانداردهای لازم برای ساخت‌وساز آورده شده است تا پایایی و ایمنی سازه‌ها و ساختمان‌ها تامین شود. در این آیین‌نامه، محاسبات زیر انجام می‌شود:

●    محاسبه حداقل فاصله میلگرد فونداسیون
●    محاسبه میلگرد فونداسیون سطحی مرکب یک طرفه و نواری
●    حداقل میلگرد خمشی فونداسیون مرکب یک طرفه و نواری
●    حداقل میلگرد برشی فونداسیون مرکب یک طرفه و نواری

نرم افزار و ابزارهای محاسبه میلگرد فونداسیون

چندین نرم‌افزار برای محاسبه وجود دارد. برخی از گزینه‌های رایج عبارتند از:

●    PLAXIS: پلاگزیس یک نرم‌افزار اجزای محدود است که می‌تواند انواع فونداسیون‌ها مانند کم‌عمق، عمیق، انباشته، رافت و ترکیبی را مدل‌سازی کند. همچنین این امکان را دارد که اثرات تغییر شکل خاک، روانگرایی و بارگذاری دینامیکی را بر عملکرد پی تحلیل کند.
●    SAFE: این نرم‌افزار تخصصی برای طراحی و آنالیز سیستم‌های فونداسیون طراحی شده است و شامل ویژگی‌هایی برای جزئیات و محاسبه میلگرد است که امکان بهینه‌سازی طرح‌های آرماتور و تخمین کمیت دقیق را فراهم می‌کند.
●    STAAD: این نرم‌افزار می‌تواند فونداسیون‌های ترکیبی، شمعی و حصیری و … را طراحی و تجزیه‌وتحلیل کند. همچنین امکان یکپارچگی با سایر نرم‌افزارهای تحلیل سازه مانند STAAD.Pro و RAM Structural System را دارد. 
●    Revit: این نرم‌افزار مدل‌سازی اطلاعات ساختمان (BIM)، شامل ابزارهایی برای جزئیات و محاسبه میلگرد است. Revit امکان ایجاد مدل‌های تقویت‌کننده دقیق، محاسبات خودکار میلگرد و محاسبات کمی را فراهم می‌کند.

در بین این نرم‌افزارها، SAFE در ایران شناخته‌شده‌تر است و کاربرد بیشتری دارد.

سخن پایانی

محاسبه میلگرد فونداسیون مرحله مهمی در طراحی سازه‌های بتن‌آرمه است. میلگرد، استحکام و سختی لازم را برای مقاومت فونداسیون در برابر بارها و لنگرهای وارده از سازه و خاک فراهم می‌کند. این محاسبات شامل تعیین سطح مورد نیاز آرماتور فولادی، فاصله و آرایش میلگردها و طول توسعه و جزئیات لنگراندازی است که باید براساس از ضوابط و استانداردهای مربوطه انجام شود. 

منابع:
1.    https://ecofriend.com/how-to-calculate-rebar-needed-in-a-concrete-foundation.html
2.    https://theconstructor.org/geotechnical/foundation-types-and-uses/9237/
3.    https://inbr.ir/wp-content/uploads/2016/08/mabhas-9.pdf
4.    https://aba.bhrc.ac.ir/
5.    https://en.wikipedia.org/wiki/Forge_welding
6.    https://www.asdipsoft.com/asdip-foundation/