نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون

فونداسیون یا پی، بخشی از سازه است که بار را از سازه به زمین منتقل می‌کند، وظیفه توزیع وزن سازه در سطح خاک را بر عهده دارد و از نشست نابرابر، حرکت جانبی و فرسایش خاک جلوگیری می‌کند. 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، استفاده می‌شود. میلگرد معمولا قبل از ریختن بتن به‌صورت شبکه‌ای بافته می‌شود و به توزیع بار و مقاومت در برابر نیروهای کششی کمک می‌کند. یکی از چالش‌ها در این مرحله از ساخت، نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون است. برای محاسبه میزان میلگرد مورد نیاز برای فونداسیون باید موارد زیر در نظر گرفته شود:

• ابعاد پی
• فاصله میلگرد
• اندازه میلگرد
• نیاز پوشش بتنی                                                                                                                                                      

در این مقاله در مورد محاسبات طولی میلگرد و فاصله میلگردها از هم صحبت می‌کنیم. 
 

انواع فونداسیون و کاربرد میلگرد در آن

استفاده از میلگرد برای فونداسیون ساختمان ضروری است، زیرا به مقاومت در برابر نیروهای گرانش، باد، زلزله و سایر بارها کمک می‌کند. این روش 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 به ‌صورت شبکه ‌ای قرار می‌گیرد. 
دو نوع اصلی فونداسیون وجود دارد: 

• فونداسیون سطحی
• فونداسیون عمیق

فونداسیون سطحی

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

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 صندوقه ‌ای.

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، مراحل زیر باید انجام شود:

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 میلگرد مورد استفاده برای ساختمان، 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 به‌ صورت 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 در 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.  

نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون براساس آیین نامه ها 

آیین نامه های بتن، مجموعه ای از ضوابط و مقررات فنی هستند که برای طراحی و اجرای سازه های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند. این آیین نامه ها، توسط سازمان های معتبر بین المللی یا ملی تدوین می شوند. آیین نامه های بتن، ضوابط مختلفی را در مورد خواص بتن، طراحی سازه های بتنی، اجرای سازه های بتنی و نگهداری سازه های بتنی، کاشت میلگرد و مواردی مانند چسب کاشت میلگرد در نظر گرفته اند.
در ایران، آیین نامه بتن ایران (آبا) مرجع اصلی طراحی و اجرای سازه های بتنی است. علاوه‌ بر این آیین نامه در مباحث مربوط به میلگرد فونداسیون از قوانین درج شده در مبحث نهم هم استفاده می‌شود.

مبحث نهم 

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. به علاوه مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ضوابط مختلفی را در مورد کاشت میلگرد در بتن در نظر گرفته است. 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

آیین نامه بتن ایران (آبا)

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 ساخت ‌و ساز 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 افزارها و ابزارهای محاسبه میلگرد فونداسیون

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

• PLAXIS
• SAFE
• STAAD
• Revit

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

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.

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/