اخبار تحلیلی: آنجا که ستون بتن آرمه خوب کار نمی کند! (از مهندس صادقی اشکوری)

اگر ستونهای بتن آرمه ای که این سالها در ساختمانها طراحی واجرامی شوند ، مورد ارزیابی وبررسی فنی قرارگیرند ، ملاحظه می شود ، که دراغلب آنها طراحی نامناسب و اجرای ناصحیح تر دست به دست هم می دهند ، تا ستونهایی ضعیف و بدون کیفیت ساخته شوند . این ستونها عموما دو ایراد آشکار دارند ، که عبارتند از :

الف – اشکال درطرح واجرای فولاد اصلی ستون ، و مشخصا کوچک بودن مقطع  و پر فولاد بودن آن بویژه در پای ستون ، که باعث پوکی بتن ستون وصعوبت در ویبره کردن آن می شود .

ب – ایراد در ساخت وعمل آوری بتن ستون ، و مشخصا ساخت بتن ستون درمحل باشرایط غیراستاندارد

این نوشتار باتمرکز روی دو اشکال فوق تنظیم شده وضمن اینکه شرایط طراحی واجرای متعارف زیر ذره بین قرار گرفته و به نقد کشیده می شود ، راهکارهای افزایش راندمان ستون را، هم درطراحی و هم دراجرا به خواننده نشان میدهد:

الف – اشکال درطرح واجرای فولاد اصلی ستون : 

مقدمه: همانطوریکه می دانیم از نظر معماری اگر ابعاد ستونهای یک ساختمان بتن آرمه زیاد باشد، غیر از آنکه سطح مفید و قابل استفاده ساختمان کم می شود،  باعث می شود تا :

1- تامین پارکینگ دچار مشکل شود. (بطور مثال اگر فاصله مفید و خالص بین دو ستون کمتر از 5/4 متر باشد، شهرداری این فاصله را جهت تامین دو واحد پارکینگ تایید نمی کند.شکل (1)

2- از عرض  مفید پله کم  شود.  اگر ستونی مجاور پله باشد و عرض پله به طور مثال m 2/1 باشد. زیاد بودن ابعاد مقطع ستون ممکن است مطابق شکل (1) از عرض مفید پله کم نماید.

3- از عرض مفید راهروها کم شود.

4- تامین فضا برای آسانسور به مخاطره بیفتد.

5- از مساحت سطح حفره های تاسیساتی و پاسیوها کاسته شود.

6- از مساحت مفید فضاهای کوچک مثل سرویس ها و ... به میزان غیرقابل قبولی بکاهد.

و . . .

بنابراین از دید معماری ، ستون مناسب ، ستونی با ابعاد مقطع ظریفتر و کوچکتر است تا محدودیت های کمتری ایجاد کند. این تمایل در بحث تاسیسات برقی و مکانیکی نیز دیده می شود. زیرا بزرگی ابعاد مقطع ستونها باعث تنگ شدن فضا برای داکتهای تاسیساتی خواهد شد.

اما دیدگاه سازه ای ابعاد کوچک را برای ستونها و تیرها نمی پسندد. بخصوص در شرایط حاضر که آیین نامه زلزله (استاندارد 2800) شرایط دشوارتری را در بارگذاری ساختمانهای بتن آرمه مورد توجه قرار داده است. نظیر ضرورت بارگذاری بار زلزله در یک جهت و اعمال همزمان 30 درصد بار زلزله در جهت متعامد، ضرورت محدود شدن تغییرمکانهای نسبی ساختمان و . . .

همچنین ورود برنامه های ETABS 2000 به عرصه تحلیل و طراحی در سالهای اخیر که پکیج های متنوعی از انواع آیین نامه های آمریکایی، اروپایی، کانادایی ، چینی ، نیوزیلندی حتی ، هندی ومکزیکی جهت طراحی و ترکیب بارها در اختیار کاربر قرار می دهد و این آیین نامه ها بخصوص آیین نامه های قابل استفاده تر برای ایران نظیر آیین نامه ACI، کانادا(CSA) بارگذاری هایی را در ترکیبات خود دارند که شرایط دشوار ایجاد شده توسط آیین نامه 2800 را تشدید می کند. (نظیر ترکیب بار  و . . . )

بنابراین اگرمطالب فوق را بطور خلاصه باردیگر مرورکنیم بایدبگوئیم مهندس معمار برای رعایت ضوابط معماری و تاسیساتی، خود را ناگزیر می داند ابعاد مقطع ستون را کمتر بگیرد. (همینطور تیرها را، تا بقول معماران سنتی آویز نداشته باشند.)

امامهندس محاسب برای خروج ازاین بن بست ، برای تامین نظر آیین نامه سازه های بتن آرمه ، راه حل را در زیاد کردن میلگرد در ستونها (و تیرها و ...)  می داند. (چرا که محدودیتهای معماری، تاسیساتی امکان بزرگتر گرفتن ابعاد مقطع عضوها را نمی دهد) و لذا این موضوع باعث می شود در ستونها تراکم میلگرد زیادی ایجاد شود. بدتر از آن نیاز میلگردها به وصله شدن در پای ستون، درمحل اتصال به شالوده وهمچنین درطبقات  وضع را از آنچه هست بسیار بدتر می کند.

نتیجه آنکه در یکی از حساس ترین نقاط ساختمان یعنی پای ستونها بدلیل کمی ابعاد مقطع ستون و تراکم میلگرد ، فاصله مناسبی بین میلگرد های اصلی باقی نمی ماند تا دانه های شن و ماسه موجود در بتن عبور آسانی از لابلای آن داشته باشند. لذا بتن در این نقاط مستعد پوکی، کرمو شدگی، غیریکنواختی و ... می شود. خلاصه اینکه :

به عوض آنکه دغدغه محاسب به داشتن ستونی قوی و مناسب درمحل اتصال به شالوده، واقعیت عملی پیدا کند. برعکس، حاصل کار ستونی با شرایط ضعیف و نگران کننده و آسیب پذیر درمی آید.  

حال پرسش اینست که آیا راه حلی وجود دارد که  ضوابط معماری، تاسیساتی و سازه ای درتلاقی بایکدیگر مخدوش نشده وباعث اختلال دررسالت یکدیگرنگردند ؟  پاسخ مسلماً مثبت است. 

و اما راه حل : 

1. طرح در نقاط پرآرماتور ستون با میلگردهای نمره بالاتر انجام شود تا تعداد آنها کمتر و به تبع آن فاصله آزاد بین میلگردها بیشتر شود .

بطور مثال  اگر در پای ستونی به  Cm2 40   فولاد نیاز باشد  به جای استفاده از  ( شکل 2 )، صحیح تر آنست که از ( شکل 3)   استفاده شود. ( بافرض آنکه تقریب ایجادشده قابل اغماض باشد.)

2. از پیش بینی میلگرد انتظار یا ریشه ستون صرفنظر شود. به زبان دیگر میلگرد ستون مستقیماً خم شده و داخل پی برود. با این کار سطح مقطع میلگردها در مقطع بتنی نصف خواهد شد و تراکم آرماتور بوجود نخواهد آمد.     ( شکل 3 )

3. در تعیین طول میلگرد اولین طبقه ستون  ، به گونه ای عمل شود که در طبقه بعد هم، وصله با تراکم زیاد آرماتور اتفاق نیفتد. مثلاً  50% میلگردهای اصلی ستون  به طول 5تا 5/5 متر  و 50% باقیمانده  به طول 6 تا5/6 متر بریده شود .  ( شکل 3 – ب )   قابل ذکراست که درطبقات بالابرای آنکه  50%  میلگردها وصله شوند ، نیازی نیست طول میلگردها مثل اولین طبقه شود ، که دردوطول متفاوت بریده می شوند . بلکه میتوانند باطولی برابربریده شوند .

4. در ساختن خاموتها به گونه ای عمل شود که پوشش بتن زیاد در نظر گرفته نشود. مثلا اگرساختمان درتهران ساخته می شود ،پوشش بتن یا cover از Cm5/3  بیشتر اختیارنشود . یعنی برای ستون بتنی به ابعاد50در50سانتی متر ابعادخاموت کمتراز 43در43 سانتی متر ( ازهرطرف Cm5/3 ) درنظرگرفته نشود .  ( رجوع شود به  ص 92 مبحث 9 جدول 9-6-5 ) دراین جدول شرایط محیطی ملاک انتخاب میزان پوشش بتن قرار می گیرد . 

5.  از بتن با مقاومت مناسب (  kg/Cm2 280   ) استفاده شود .

6.  از میلگرد با مقاومت بالا (مثلا ) استفاده شود .این کار  به کاستن از تعداد میلگرد مورد نیاز در ستون منجر خواهد شد  .

7 . وصله مکانیکی (با جوش یا پیچ) البته به روش استاندارد و صحیح  . این روشها درکشورهای پیشرفته نظیر انگلیس ،ژاپن و  چین و  . . .  بسیارزیاد استفاده می شود  . واین سالها اشکال مختلف آ ن به ایران نیزراه یافته است . واستفاده ازاین روش ها به جدتوصیه می شود .

ب – ایراد در ساخت وعمل آوری بتن ستون: 

ابتدا ضرورت دارد به این سئوال پاسخ دهیم که  چراستون بتن آرمه باشرایط اجرایی متعارف که درمحل ساخته می شود ، نمی تواند مقاومت مناسبی داشته باشد ؟

این مساله دلایل زیادی دارد امااهم آنها به شرح زیر است :

1 – داشتن خاک واملاح بیش ازحداستاندارد (که بافاکتور SE=SAND EQUIVALENT  ارزش ماسه ای سنجیده میشود . )

درمصالح شن وماسه دراستاندارد فوق در نشریه شماره55 در صفحه  2-21  و2-22  سازمان مدیریت، روش کنترل میزان خاک به صورت تقریبی داده شده است . که درانتهای این نوشتار می آید .   

2 – وجودمقادیرزیادی دانه سوزنی وپولکی ، همچنین ذرات رس وشیل درشن وماسه مصرفی

3 - ساختن بتن باابزارهای ابتدائی نظیر بیل ( البته این رویه غلط دربسیاری کارگاه ها باآوردن میکسرقدری اصلاح شده است . )

4 – اختلاط مصالح شن وماسه وسیمان وآب بدون حساب وضابطه . درحالیکه کار درکارخانجات تولید بتن توسط افراد متخصص وکارآزموده ، همراه باتهیه جداول طرح اختلاط بتن و . . . انجام می شود .

5 – ریختن بتن ازارتفاع 3تا5/3متری داخل قالب ستون ، که باعث جداشدن دانه های درشت وریزازهم ودرنتیجه  پوکی بتن می شود .

درحالیکه مبحث9 حداکثر این ارتفاع را2/1 متر اعلام کرده است .(رجوع شود به ص 117مبحث 9 چاپ ا ول بند 9-7-4-10)     

6– عدم ویبره ، ویبره ناقص وغیراصولی

7 -  ناشاغولی ستون وعدم انطباق دقیق مقطع هرستون دریک طبقه روی ستون طبقه زیر  .  قابل ذکراست که  این موضوع به سهولت درمحل اتصال تیربه ستون های هرطبقه ودرمحل کنج مقطع ستون ازساختمانهای بتنی درحال ساخت مشهود و قابل رویت است .

8- عدم رعایت پوشش یکنواخت بتن روی میلگردهای اصلی ستون ، به گونه ای که دریک طرف ،  پوشش بتن ممکن است به Cm 1 برسد . ودر طرف دیگرخصوصا کنجهاحتی به Cm 10برسد .

9- کوتاه بودن طول وصله میلگرداصلی ستون ها { البته ساخت بتن درمحل باعث این مشکل نمی شود ، این ایراد درساخت ستون بابتن آماده                    ( کارخانه ای ) نیزمی تواند اتفاق بیفتد. }

10 – بی توجهی به مراقبت ، نگهداری  وعمل آوری بتن ستون درامرمرطوب نگه داشتن آن ، محافظت  بتن دربرابرگرما، سرما وباد و . . . ( که البته این نکات دربتن آماده نیز به همین میزان حائزاهمیت است .)

با اطمینان می توان گفت  که اتخاذ چنین سیاستی موفق خواهد بود زیرا همانطوری که کارفرما امکان تهیه وتدارک دیدن بتن آماده برای تیرهای بتن آرمه  وسقف ها رادارد. برای ستون ها نیزاین کاربرایش امکان پذیراست .

بدیهی است که بایستی همراه با ممنوعیت فوق  ،  روی تهیه بتن آماده درکارخانجات تولید وعرضه کننده بتن آماده نظارت جدی بعمل آید زیرا متاسفانه محصول اکثراین کارخانجات فاقدکیفیت است . که تهدیدی جدی در ساخت مسکن ایمن است .

با ساز و کار موجود در اجرای بتن ستون ها ، دراکثر قریب به اتفاق ساختمانها نمی توان انتظارداشت ستون های بتنی به مثابه یکی ازاصلی ترین اجزا سازه ازحداقل معیارهای فنی موردنظر آیین نامه ها (مثل مقاومت بتن ، شاغولی ستونها و . ) برخوردارباشد .

گروه آموزشی 808 ضمن تشکر از جناب مهندس صادقی اشکوری بابت ارسال این مقاله ویژه وبسایت Civil808 ، شما را برای مطالعه متن کامل این خبر تحلیلی به دانلود فایل PDF زیر دعوت میکند:

دانلود

نویسنده:

مهندس مجتبي صادقي اشكوري

طراح و ناظر سازه ساختمانهای بلند و پل 

بازرس اصلی انجمن ایرانی مهندسان محاسب و انجمن مهندسان راه و ساختمان

e mail  address

 مطالب مرتبط:

» یادداشت 32- همکاری با بخش تحقیق و توسعه 808، راهنمای انتشار اخبار تحلیلی آموزشی