فونداسیون ها انواع مختلفی دارند و نوع فونداسیون مورد نیاز برای هر ساختمان نیز به عوامل مختلفی مانند ویژگی های خاک بستر و نوع و اندازه سازه بستگی دارد. شناخت نحوه طراحی فونداسیون و حداقل میلگرد مصرفی در آن از اهمیت بالایی برخوردار است. دلیل اهمیت محاسبه میلگرد فونداسیون از این جهت است که پایه و اساس یک ساختمان را پی یا فونداسیون تشکیل می دهد. در این مقاله از دانشنامه آهن ملل، ابتدا به معرفی انواع فونداسیون می پردازیم و سپس روش های محاسبه سرانگشتی میلگرد فونداسیون را آموزش می دهیم.
نسخه صوتی مقاله محاسبه سرانگشتی میلگرد فونداسیون
انواع فونداسیون ها
بستری که فونداسیون روی آن ساخته می شود، دارای خاک هایی با ویژگی و ظرفیت باربری متفاوت است. به همین دلیل با توجه به ویژگی هایی مانند مشخصات خاک و اندازه و بار اعمال شده به سازه، باید فونداسیون مناسب انتخاب شود. به طور کلی، انواع فونداسیون به سه دسته سطحی، عمیق و نیمه عمیق تقسیم می شوند. این تقسیم بندی بر اساس عمق خاک بستر صورت می‌گیرد.
۱- فونداسیون سطحی
این نوع فونداسیون در عمق کم و در نزدیکی سطح زمین ساخته می شود و عمق خاک در آن، معمولا کمتر از عرض فونداسیون است. فونداسیون سطحی، گزینه مناسبی برای سازه های سبک محسوب می شود.
انواع فونداسیون سطحی از نظر کاربرد و شکل ظاهری
متداول ترین انواع فونداسیون سطحی به ۵ دسته منفرد نواری، گسترده، مرکب و شبکه ای تقسیم می شوند که در ادامه به معرفی آن ها می پردازیم.
۱- پی منفرد: این نوع پی، ساده ترین، پرکاربردترین و کم هزینه ترین نوع فونداسیون سطحی است و در ساختمان های معمولی (حداکثر پنج طبقه) استفاده می شود. پی های منفرد از بتن مسلح یا غیر مسلح (معمولی) ساخته می شوند و سطح مقطع آن ها می تواند به شکل مربع یا دایره باشد. در ساختمان های کوچک تر معمولا زیر هر ستون، یک پی منفرد ساخته می شود و هر پی، وظیفه انتقال وزن یک ستون را به خاک دارد.
۲- پی نواری یا پی دیواری: پی نواری بار اعمال شده از سمت دیوارهای باربر را به زمین منتقل می‌کند و از جنس سنگ، آجر یا بتن ساخته می شود. عرض پی دیواری معمولا دو تا سه برابر عرض دیوار روی آن است. این نوع پی برای ستون، دیوار و پایه هایی استفاده می شود که عمق لایه خاک بستر آن ها حداکثر ۳ متر از سطح زمین فاصله داشته باشد و خاک زیر سازه متراکم باشد. به این معنی که ظرفیت باربری خاک بستر برای نگهداری از وزن سازه در تمام نواحی کافی باشد.
۳- پی مرکب یا پی ترکیبی: با ترکیب پی های منفرد در زیر ستون ها، پی مرکب تشکیل می گردد. با وجود شباهت زیاد پی ترکیبی به پی منفرد، اما طراحی آن ها متفاوت است. از عمده ترین تفاوت این دو پی، می توان به چگونگی تغییر شکل آن ها اشاره کرد. تغییر شکل خمشی پی مرکب در جهت عرضی است.
۴- پی شبکه ای: از ترکیب پی های مرکب با یکدیگر و در جهت عمود بر هم، پی شبکه ای تشکیل می شود.
۵- پی گسترده: زمانی که خاک بستر ضعیف باشد و یا بار متقارن وجود داشته باشد از پی گسترده استفاده می گردد. پی گسترده روی تمام محیط سازه اجرا می شود و به منظور تحمل بارهای سنگین اعمال شده از طرف ستون و دیوارها مناسب است. فونداسیون ساختمان های متعارف، اغلب از نوع شبکه ای و گسترده است. همچنین بتن ریزی در این گونه پی ها از نوع حجیم می باشد و به علت اختلاف دمای مرکز و سطح بتن، شاهد ترک هایی در سطح آن هستیم.
۲- فونداسیون عمیق
فونداسیون عمیق، عرض بیشتری نسبت به عمق خاک بستر دارد. این نوع فونداسیون به منظور انتقال بار سازه در زمین هایی که ظرفیت باربری بسیار پایینی دارند و یا برای سازه‌هایی با وزن بالا استفاده می شود.
۳- فونداسیون نیمه عمیق
فونداسیون نیمه عمیق به نوعی از فونداسیون گفته می شود که محل قرار گیری پی ها بین دو مورد بالا باشد.
انواع میلگرد فونداسیون
طراحی آرماتورهای فونداسیون جهت جلوگیری از گسیختگی خمشی و برشی است؛ به همین منظور بعد از مشخص شدن ابعاد فونداسیون (حجم لازم جهت بتن ریزی) ابعاد و فواصل چشمه های میلگرد مشخص می شود. به طور کلی انواع میلگرد فونداسیون به سه دسته زیر تقسیم می شوند:
- میلگردهای طولی فونداسیون
- میلگردهای عرضی فونداسیون
- میلگردهای تقویتی فونداسیون
میلگردهایی که در طول فونداسیون به کار می روند، میلگرد طولی و میلگردهای به کار رفته در عرض فونداسیون، میلگرد عرضی نامیده می شوند. میلگرد تقویتی نیز به منظور مقاوم سازی بیشتر فونداسیون در کنار میلگردهای طولی و عرضی استفاده می شود. برای محاسبه میلگرد فونداسیون ابتدا باید طول میلگردهای طولی و عرضی را محاسبه نمود که در ادامه مقاله به تشریح کامل میلگردها و نحوه محاسبه آن ها می پردازیم.
محاسبه میلگرد طولی فونداسیون
میلگردهای طولی در طول محور فونداسیون پیاده سازی می شوند و در پایین و بالای فونداسیون قرار می گیرند. معمولا به کمک روش آزمون و خطا تعداد آرماتورهای طولی و فواصل آن ها نسبت به هم محاسبه می شوند. به طور کل مطابق با آیین نامه ACI 318 حداکثر فاصله بین میلگردهای طولی باید ۳۵ سانتی متر باشد که این مقدار نیز نباید از دو برابر ضخامت فونداسیون تجاوز کند.
در ادامه، نحوه محاسبه سرانگشتی میلگرد طولی فونداسیون را با دو روش آموزش می دهیم.
۱- روش اول محاسبه میلگرد طولی فونداسیون
برای به دست آوردن مقدار میلگرد طولی مورد نظر یا همان وزن میلگردهای طولی در ابتدا باید طول میلگرد را پیدا کنیم. برای به دست آوردن طول میلگرد نیز به دو پارامتر خم میلگرد و کاور نیاز داریم
خم میلگرد: منظور، میزان خم ایجادشده در دو سر میلگردهای طولی و عرضی برای گیرایی بهتر است. اطلاعات مربوط به خم میلگرد و پارامترهای تاثیرگذار بر آن در مقرارت ملی ساختمان مبحث نهم مطرح شده است، اما برای راحتی کار می توانید اطلاعات و جداول مرتبط با خم میلگرد را در مقاله انواع خم میلگرد مشاهده نمایید.
# حتما بخوانید
کاور یا پوشش: مقدار فاصله میلگرد از قسمت خارجی بتن، کاور نام دارد. دلیل اصلی درنظرگرفتن این فاصله، جلوگیری از خوردگی میلگرد در بتن است. برای به دست آوردن مقدار کاور باید به به مقرارت ملی ساختمان مبحت نهم مراجعه کرد. در این آئین نامه برای هر شرایط محیطی و هر بخش از ساختمان، مقدار کاور در جدولی مشخص آورده شده است.
از خوردگی میلگرد چه می دانید؟
بعد از به دست آوردن دو پارامتر کاور و خم میلگرد با استفاده از فرمول زیر می توانید طول میلگرد طولی فونداسیون را به دست آورید.
طول میلگرد = طول محور + (طول خم * ۲) – (طول کاور * ۲)
فرمول به این صورت است که ابتدا طول دهانه یا محوری که می خواهیم میلگرد آن را محاسبه کنیم به دست می آوریم. سپس دو عدد خم جهت طرفین به این مقدار اضافه می‌کنیم و دو عدد کاور کسر می کنیم.
بعد از به دست آوردن طول میلگرد طولی فونداسیون، باید طول به دست آمده را در تعداد میلگردها ضرب کرد تا طول نهایی به دست آید و در نهایت، وزن میلگردها را محاسبه می کنیم. محاسبه وزن میلگرد به این دلیل است که به طور کلی، میزان میلگرد مورد نیاز در همه سازه ها در واحد وزن محاسبه می شود. مرجع اصلی برای محاسبه مجموع وزن میلگرد نیز، جدول اشتال است. برای به دست آوردن وزن واحد طول میلگرد، به جدول اشتال میلگرد مراجعه بفرمایید که در ادامه آورده ایم.
| U2 cm2/m | W1 cm3 | G kg/m | Flache cm2 | d mm |
|---|---|---|---|---|
| ۳۱۴ | ۰.۰۹۸ | ۰.۶۱۷ | ۰.۷۸۵ | ۱۰ |
| ۳۷۷ | ۰.۱۷۰ | ۰.۸۸۸ | ۱.۱۳ | ۱۲ |
| ۴۰۸ | ۰.۲۱۶ | ۱.۰۴ | ۱.۳۳ | ۱۳ |
| ۴۴۰ | ۰.۲۶۹ | ۱.۲۱ | ۱.۵۴ | ۱۴ |
| ۴۷۱ | ۰.۳۳۱ | ۱.۳۹ | ۱.۷۷ | ۱۵ |
| ۵۰۳ | ۰.۴۰۲ | ۱.۵۸ | ۲.۰۱ | ۱۶ |
| ۵۶۵ | ۰.۵۷۳ | ۲.۰۰ | ۲.۵۴ | ۱۸ |
| ۵۹۷ | ۰.۶۷۳ | ۲.۲۳ | ۲.۸۴ | ۱۹ |
| ۶۲۸ | ۰.۷۸۵ | ۲.۴۷ | ۳.۱۴ | ۲۰ |
پارامتر U2 سطح روکش است که هر چه این عدد کوچک تر باشد، روکش کم تری برای مقاومت در برابر آتش سوزی نیاز دارد.
پارامتر W گشتاور مقاوم است که برای تخمین مقاومت پروفیل در برابر تنش های برشی کاربرد دارد.
پارامتر G وزن هر متر از میلگرد است.
پارامتر d قطر یا سایز میلگرد است.
پارامتر flache سطح میلگرد در طول یک متر با واحد متر مربع است.
۲- روش دوم محاسبه میلگرد طولی فونداسیون
در این روش با محاسبه سرانگشتی عمق، عرض و ارتفاع پی یا فونداسیون، می توانیم حداقل میلگرد طولی برای آن فونداسیون را محاسبه نماییم. برای این منظور ابتدا عمق موثر پی، حداقل عرض پی و ضخامت پی را با استفاده از فرمول های زیر به دست می آوریم:
ضخامت پی – کاور بتن – نصف قطر میلگرد نمره پایین = عمق موثر پی (d)
(تعداد طبقات * ۲۰) + ۲۰ سانتی متر = حداقل عرض پی (b)
(تعداد طبقات * ۱۰) + ۲۰ سانتی متر = ضخامت پی (h)
بعد از محاسبه سه پارامتر بالا، حداقل میلگردهای طولی مورد نیاز از بیشترین مقدار دو فرمول زیر به دست می آید (عدد به‌دست آمده به سمت بالا گرد می‌شود):
As(1)=۰.۰۰۲۵ * b*d
As(2)=(۰.۰۰۱۸ * b*h) /2
Af=Πr²
N =max(As) / Af تعداد میلگرد طولی
فاصله میلگردهای طولی نیز با استفاده از فرمول زیر قابل محاسبه است:
فاصله میلگردهای طولی(S): (تعداد میلگردها – ۱) / (کاور بتن*۲) + (مساحت کل میلگردها) – عرض پی
اگر عدد به دست آمده در بازه زیر قرار بگیرد، نتیجه محاسبات درست خواهد بود. cm 10 > S > cm 35
محاسبه میلگرد عرضی فونداسیون
محاسبه سرانگشتی میلگردهای عرضی را نیز می توان از دو روش زیر انجام داد:
۱- روش اول محاسبه میلگرد عرضی فونداسیون
طول میلگردهای عرضی نیز مانند میلگرد طولی محاسبه می شود. برای محاسبه طول این میلگردها طبق فرمول زیر باید عرض محور را در نظر بگیریم، سپس دو عدد کاور از آن کسر و دو عدد خم به آن اضافه کنیم.
طول میلگرد عرضی فونداسیون = (طول کاور *۲) – (طول خم *۲) + طول مقطع
در مرحله بعد با ضرب عدد به دست آمده در تعداد میلگرد عرضی، مقدار نهایی به دست خواهد آمد که همانطور که در محاسبه میلگرد طولی نیز اشاره کردیم باید وزن آن را با استفاده از جدول اشتال محاسبه کنیم.
۲- روش دوم محاسبه میلگرد عرضی فونداسیون
برای محاسبه حداقل آرماتورهای عرضی مورد نیاز و فواصل آن ها نسبت به هم، مراحل زیر را انجام می‌دهیم:
ابتدا با فرض کردن سایز آرماتور، سطح مقطع آن را به دست می آوریم. (بهترین فرض براس سایز میلگرد عرضی، یک شماره پایین تر از میلگرد طولی خواهد بود). سپس از فرمول زیر استفاده می کنیم.
As=(۰.۰۰۱۸ * b*h) /2
Af=Πr²
n=As(max) / Af تعداد میلگرد
S = h / n فاصله میلگردهای عرضی
محاسبه میلگرد تقویتی فونداسیون
همانطور که گفتیم، میلگردهای تقویتی در کنار میلگردهای طولی و عرضی و به منظور تقویت بیشتر فونداسیون استفاده می شوند. برای به دست آوردن وزن میلگردهای تقویتی نیز باید طول میلگرد تقویتی را در وزن واحد میلگرد و تعداد میلگرد ضرب کرد. از آنجا که میلگردهای تقویتی انواع مختلفی دارند، می توان برای خلاصه کردن روند محاسبات، اطلاعات را ابتدا به جدول ریز متره منتقل و هر عدد را در جای خود درج کرد و سپس ضرب مورد نظر را انجام داد.
نکته: محاسبات و تحلیل های مورد نیاز ساختمان ها در جدول های صورت وضعیت به نام جدول ریز متره یا جدول خلاصه متره انجام می گیرد. افرادی که این نوع محاسبات را انجام می دهند، مترور نامیده می شوند. توصیه می کنیم برای آشنایی بیشتر با جداول مربوط به مشخصات ساختمان ها مقاله زیر را مطالعه بفرمایید.
# حتما بخوانید
جمع بندی
برای جلوگیری از گسیختگی خمشی و برشی، باید در طراحی و انتخاب میلگردهای فونداسیون دقت لازم و کافی به کار برد. نوع و اندازه ساختمان و همچنین ظرفیت تحمل خاک اطراف آن، از جمله عواملی هستند که قبل از انتخاب فونداسیون باید در نظر گرفته شود. ابعاد و فاصله چشمه های میلگرد نیز بعد از تعیین ابعاد پی، مشخص می شود؛ اما به طور کلی حداکثر فاصله ای که باید بین میلگردهای طولی باشد، 35 سانتی متر است و این مقدار فاصله نباید بیش از دو برابر ضخامت پی باشد. در مقاله فوق، محاسبه انواع میلگردهای فونداسیون نیز به صورت مجزا آموزش داده شد.
سوالات متداول محاسبه سرانگشتی میلگرد فونداسیون
متداول ترین انواع فونداسیون کدامند؟
فونداسیون سطحی، فونداسیون نیمه عمیق و فونداسیون عمیق از متداول ترین انواع فونداسیون محسوب می شوند.
فونداسیون سطحی از نظر شکل ظاهری به چند دسته تقسیم می شود؟
متداول ترین انواع فونداسیون سطحی به ۵ دسته پی منفرد نواری، پی گسترده، پی مرکب و پی شبکه ای تقسیم می شوند.
وزن میلگرد تقویتی فونداسیون چگونه محاسبه می شود؟
برای به دست آوردن وزن میلگردهای تقویتی باید طول میلگرد تقویتی را در وزن واحد میلگرد و تعداد میلگرد ضرب کرد.
میلگرد عرضی فونداسیون چگونه محاسبه می شود؟
همانطور که در مقاله گفتیم محاسبه سرانگشتی میلگرد عرضی فونداسیون را از دو راه می توان انجام داد. در روش اول به خم و کاور میلگرد نیاز است تا طول میلگرد عرضی به دست آید. در روش دوم با فرض کردن سایز میلگرد، سطح مقطع و تعداد میلگرد را به دست می آوریم.
میلگرد طولی فونداسیون چگونه محاسبه می شود؟
محاسبه سرانگشتی میلگرد طولی فونداسیون نیز از دو روش امکان پذیر است. در روش اول با استفاده از طول و خم میلگرد، طول میلگرد به دست می آید. در روش دوم با محاسبه سرانگشتی عمق، عرض و ارتفاع پی یا فونداسیون، حداقل میلگرد طولی برای آن فونداسیون به دست می آید.
