محاسبه حداقل پوشش بتن روی میلگرد در فونداسیون

به حداقل فاصله بین بالاترین بخش میلگردهای طولی یا عرضی تا نزدیک‌ترین سطح آزاد بتن، پوشش بتنی روی میلگردها می‌گویند. بر اساس بند ۹-۶-۸-۳ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم ۱۳۹۲)، ضخامت پوشش بتنی میلگردها با توجه به شرایطی محیطی، مطابق با جدول زیر (جدول ۹-۶-۶ مبحث نهم) تعیین می‌شود.

شرایط محیطی	ضخامت بتن روی میلگرد بر حسب میلی‌متر
متوسط	۵۰
شدید	۶۰
خیلی شدید	۹۰
فوق‌العاده شدید	۹۰

محاسبه پوشش میلگرد فونداسیون، ضوابط مختلفی دارد که بند ۹-۶-۸ مبحث نهم به آن‌ها پرداخته است.

محاسبه میلگرد فونداسیون عمیق

در شالوده‌ها عمیق (شمع‌های پیش‌ساخته و درجا)، قطر، به عنوان پارامتر اصلی برای محاسبه میلگرد در نظر گرفته می‌شود. به خاطر داشته باشید که در این شالوده‌ها، میلگردهای اصلی در راستای گسترش طولی شمع قرار می‌گیرند. به این ترتیب، تنگ یا مارپیچ‌ها، به عنوان میلگردهای عرضی در نظر گرفته می‌شوند. برای شمع‌های درجا با قطر بیش از ۸۰۰ میلی‌متر، نسبت سطح مقطع آرماتور طولی به مقطع شمع باید بین ۰/۵ تا ۳ درصد باشد.

محاسبه میلگرد در شمع های دارای قطر بیشتر از ۸۰۰ میلی‌متر

محاسبه نسبت سطح مقطع آرماتور طولی به مقطع شمع‌های درجا و پیش‌ساخته با قطر کمتر از ۸۰۰ میلی‌متر، بر اساس الزامات و محدودیت‌های طراحی آرماتور در قطعات فشاری (ستون‌ها) انجام می‌گیرد. در قطعات فشاری، نسبت سطح مقطع آرماتورهای طولی به مقطع عضو، باید بین ۰/۰۱ تا ۰/۰۶ قرار داشته باشد. در صورت استفاده از فولاد با رده S۴۰۰، حداکثر نسبت مجاز میلگرد طولی در محدوده خارج از محل وصله‌ها، به ۰/۰۴۵ می‌رسد.

بر اساس بند ۹-۱۴-۹-۲ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم ۱۳۹۲)، تعداد میلگردهای داخل تنگ‌های مدور یا مستطیلی را باید حداقل برابر با ۴ و تعداد میلگردهای داخل تنگ‌های مثلثی را باید حداقل برابر با ۳ در نظر گرفت. میلگردهای داخل دورپیچ، نباید کمتر از ۶ عدد باشند. در این شرایط، حداقل نسبت حجمی آرماتور دورپیچ به حجم کل هسته، از رابطه زیر به دست می‌آید:

$ρ_{s}$ : نسبت حجم آرماتور دورپیچ به حجم کل هسته (بر اساس قطر بیرونی دورپیچ)
$A_{g}$ : مساحت کل مقطع عضو بر حسب میلی‌متر مربع
$A_{c}$ : مساحت هسته شمع بر اساس قطر بیرونی و بر حسب میلی‌متر مربع
$f_{c d}$ : مقاومت فشاری مشخصه بتن بر حسب مگاپاسکال
$f_{y d}$ : مقاومت مشخصه فولاد بر حسب مگاپاسکال

الزامات مربوط به نحوه میلگردگذاری در اعضای خمشی یا فشاری، در بند ۹-۱۴-۱۱ مبحث نهم آورده شده‌اند. به عنوان نمونه، بر اساس بند ۹-۱۴-۱۱-۱-۱، فاصله آزاد بین هر دو میلگرد موازی نباید از قطر میلگرد بزرگ، ۲۵ میلی‌متر یا ۱/۳۳ برابر قطر اسمی بزرگ‌ترین سنگدانه بتن کمتر باشد.

محاسبه میلگرد کلاف فونداسیون

بند ۹-۲۰-۷، به مبحث محدود کردن حرکت نسبی شالوده‌ها توسط کلاف‌های رابط می‌پردازد. بر اساس موارد اشاره شده در این بند، کلاف‌های رابط باید قادر به تحمل حداقل ۱۰ درصد از بزرگترین نیروی محوری وارد به ستون‌های طرفین خود باشند. حداقل ابعاد مقطع کلاف‌های رابط، برابر با ۳۰۰ میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. تعداد میلگردهای طولی کلاف، نباید از ۴ عدد آرماتور با قطر ۱۴ میلی‌متر کمتر باشد. این آرماتورها، باید توسط میلگردهای عرضی، با قطر حداقل ۸ میلی‌متر و فاصله‌داری حداکثر ۲۵۰ میلی‌متر نگهداری شوند.

محاسبه حداقل و حداکثر میلگرد کششی فونداسیون

نحوه محاسبه حداقل و حداکثر میلگرد کششی فونداسیون، مطابق با الزامات بند ۹-۱۴-۵ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم ۱۳۹۱) است. بر اساس روابط موجود در این بند، اگر نیروی محوری، کمتر از مقادیر زیر باشد:

$ϕ_{c}$ : ضریب جزئی ایمنی بتن
$f_{c}$ : مقاومت فشاری مشخصه بتن بر حسب مگاپاسکال
$A_{g}$ : مساحت کل مقطع عضو بر حسب میلی‌متر مربع
$N_{r b}$ : نیروی محوری مقاوم نظیر مقطع متعادل بر حسب نیوتون

مقدار سطح مقطع آرماتور کششی (A_s) باید به گونه‌ای انتخاب شود که روابط زیر برقرار باشند:

$x$ : فاصله تار خنثی از دورترین تار فشاری مقطع بر حسب میلی‌متر
$d$ : فاصله دورترین تار فشاری تا مرکز سطح آرماتور کششی طولی بر حسب میلی‌متر
$ϵ_{c u}$ : تغییر شکل نسبی بتن
$f_{y}$ : مقاومت مشخصه فولاد بر حسب مگاپاسکال
$E_{s}$ : ضریب ارتجاعی فولاد بر حسب مگاپاسکال
$ρ_{s}$ : نسبت سطح مقطع آرماتور کششی به سطح مقطع موثر

روابط بالا، به عنوان معیاری برای تعیین حداکثر مقدار آرماتور کششی مورد استفاده قرار می‌گیرند. رابطه زیر، به عنوان معیار تعیین حداقل مقدار آرماتور کششی در نظر گرفته می‌شود:

$ρ_{s}$ : نسبت سطح مقطع آرماتور کششی به سطح مقطع موثر
$f_{y}$ : مقاومت مشخصه فولاد بر حسب مگاپاسکال
$f_{c}$ : مقاومت مشخصه بتن بر حسب مگاپاسکال

اگر حداقل آرماتور کششی محاسبه شده، کمتر از مقدار به دست آمده از رابطه بالا باشد، مقدار به دست آمده را در ۱/۳۳ ضرب می‌کنیم.

محاسبه میلگرد فونداسیون برای کنترل ترک خوردگی

بر اساس بند ۹-۱۷-۳-۱-۵ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم ۱۳۹۲)، به منظور کنترل ترک در عضوهای بتن‌آرمه با ضخامت بیشتر از ۷۵۰ میلی‌متر، آرماتور طولی گونه باید به طور یکنواخت در عمق توزیع شود. مساحت کلی میلگردهای گونه از رابطه زیر به دست می‌آید:

$ρ_{s k}$ : درصد حجمی آرماتور گونه
$A_{c S}$ : مجموع مجموع مساحت نوارهای گونه عضو

درصد حجمی آرماتور گونه برای فضاهای داخلی برابر با ۰/۰۱ و برای فضاهای خارجی برابر با ۰/۰۰۸ است. ارتفاع این نوارها، از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

$h_{s k}$ : ارتفاع نوارهای گونه
$h$ : ارتفاع کل مقطع بر حسب میلی‌متر
$d$ : ارتفاع موثر مقطع بر حسب میلی‌متر

عرض نوارهای گونه، معادل دو برابر فاصله مرکز میلگرد گونه تا رویه بتن در جدار است.

محاسبه طول گیرایی میلگرد فونداسیون

طول گیرایی میلگردها، به نوع آن‌ها بستگی دارد. به عنوان مثال، بر اساس بند ۹-۲۱-۲-۴ مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش چهارم ۱۳۹۲)، حداقل طول گیرایی میلگرد کششی، برابر با ۳۰۰ میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود. فرمول محاسبه طول گیرایی این میلگردها عبارت است از:

$l_{d}$ : طول گیرایی میلگرد کششی
$f_{y d}$ : مقاومت محاسباتی فولاد (حاصل‌ضرب مقاومت مشخصه فولاد در ضریب ایمنی)
$α$ : ضریب موقعیت میلگرد (۱/۳ برای میلگردهای افقی با حداقل ۳۰۰ میلی‌متر بتن در زیرشان و ۱ برای سایر میلگردها)
$β$ : ضریب اندود میلگرد (۱/۵ برای اندود اپوکسی با پوشش کمتر از ۳d و فاصله آزاد کمتر از ۶d، عدد ۱/۲ برای سایر اندودهای اپوکسی و عدد ۱ برای میلگردهای بدون اندود)
$γ$ : ضریب قطر میلگرد (۰/۸ برای قطر کمتر یا مساوی ۲۰ میلی‌متر و ۱ برای قطر بیشتر از ۲۰ میلی‌متر)
$λ$ : ضریب نوع بتن (۱/۳ برای بتن سبک و ۱ برای سایر بتن‌ها)
$f_{c d}$ : مقاومت محاسباتی بتن (حاصل‌ضرب مقاومت مشخصه بتن در ضریب ایمنی)
$C$ : ضریب فاصله میلگرد (کوچکترین مقدار از میان فاصله مرکز میلگرد تا رویه بتن یا نصف فاصله مرکز به مرکز میلگردهای قطع یا وصله شده در یک محل)
$d_{b}$ : قطر اسمی میلگرد