محاسبه میلگرد فونداسیون + 6 نکته اجرای آن

برای ساخت سازه‌های فولادی، از ابتدا تا انتهای آن، مصالح و مقاطع مختلفی بکار گرفته می‌شوند که هر کدام نقش منحصر به خود را دارا هستند. یکی از مقاطع کاربردی که در انتقال نیرو نقش مهمی را ایفا می‌کند، میلگردها هستند. از طرف دیگر اصلی‌ترین قسمت هر سازه پی یا فونداسیون آن است. علت آن نیز به انتقال نیروی وارده از سازه به خاک توسط فونداسیون بازمی‌گردد.

به همین علت میزان میلگرد مورد نیاز و یا در تعریف بهتر، محاسبه میلگرد فونداسیون، از اهمیت بسیاری برخوردار است. در مقاله پیش رو، ابتدا به تعریف فونداسیون و انواع آن می‌پردازیم و سپس به محاسبه میلگرد فونداسیون خواهیم پرداخت. با ما همراه شوید.

فونداسیون و کاربرد آن در سازه

پیش از بررسی نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون، بهتر آن است که به تعریف فونداسیون بپردازیم. فونداسیون پایین‌ترین قسمت هر سازه یا ساختمان است که وظیفه انتقال بار از قسمت‌های بالایی به زمین را بر عهده دارد. برای ساخت فونداسیون از مواد مختلفی استفاده می‌شود.

معمول‌ترین مصالح مورد استفاده در این عضو، بتن و میلگرد هستند که به ترکیب آن بتن مسلح یا بتن آرمه گفته می‌شود.

انواع فونداسیون کدام است؟

انواع فونداسیون‌های بتن مسلح شامل موارد زیر می‌باشد:

• فونداسیون سطحی

این نوع فونداسیون در عمق کم و در نزدیکی سطح زمین ساخته می‌شود و در آن معمولا عمق خاک کم‌تر از عرض پی است. فونداسیون سطحی گزینه مناسبی برای سازه‌های سبک به حساب می‌آید. نسبت عمق استقرار این پی به عرض، کم‌تر از ۳ می‌باشد.

انواع فونداسیون سطحی

پی سطحی خود از لحاظ ظاهر و کاربرد، در دسته‌بندی مختلفی قرار می‌گیرد که شامل موارد زیر می‌شود:

1. پی منفرد- این نوع پی ابتدایی‌‌ترین، پرکاربردترین و مقرون به صرفه‌ترین نوع فونداسیون‌ سطحی است و در ساختمان‌‌های معمولی حداکثر پنج طبقه استفاده می‎شود. پی‌‌های منفرد از بتن‌ مسلح یا غیر مسلح ساخته شده و سطح مقطع در آن‌ها به شکل‌های مربع یا دایره می‌باشد. در ساختمان‌های کوچک‌تر معمولا در زیر هر ستون، یک پی منفرد ساخته می‌‌شود و هر پی وظیفه انتقال وزن یک ستون را به خاک دارا است.

2. پی نواری- پی نواری یا دیواری، بار اعمال شده از سمت دیوارهای باربر را به زمین انتقال می‌دهد و جنس آن معمولا از سنگ، آجر یا بتن است. عرض پی دیواری معمولا دو تا سه برابر عرض دیوار روی آن می‌باشد.

این نوع پی برای ستون، دیوار و پایه‌‌هایی مورد استفاده قرار می‌گیرد که عمق لایه خاک بستر آن‌‌ها حداکثر ۳ متر از سطح زمین فاصله داشته باشد و خاک زیر سازه متراکم باشد. در تعریف دقیق‌تر، ظرفیت باربری خاک بستر، برای نگهداری از وزن سازه در تمام نواحی کافی باشد.

3. پی مرکب- تشکیل پی مرکب یا ترکیبی از ترکیب پی‌های منفرد در زیر ستون‌ها، صورت می‌گیرد. با وجود شباهت زیاد پی ترکیبی به پی منفرد، طراحی آن‌ها متفاوت از یک‌دیگر است. مهم‌ترین تفاوت این دو پی، چگونگی تغییر شکل آن‌ها می‌باشد؛ چراکه تغییر شکل خمشی پی‌ مرکب، در جهت عرضی است.

4. پی شبکه‌ای- از ترکیب شدن پی‌های مرکب با یک‌دیگر در جهت‌ عمود بر یک‌دیگر، پی شبکه‌ای تشکیل می‎گردد.

5. پی گسترده- هنگامی که خاک بستر، دارای ضعف باشد و یا بار متقارن وجود داشته باشد، از پی گسترده استفاده می‌شود. پی گسترده بر روی تمام محیط سازه اجرا شده و به منظور تحمل بارهای سنگین اعمال شده از طرف ستون و دیوارها مناسب است.

فونداسیون‌ ساختمان‌های معمول، اغلب از نوع شبکه‌ای و گسترده می‌باشد. افزون بر آن، بتن‌‌ریزی در این‌ گونه پی‌ها از نوع حجیم است و به علت اختلاف دمای مرکز و سطح بتن، بر سطح آن ترک‌هایی مشاهده می‌شود.

• فونداسیون نیمه عمیق

در این نوع، فونداسیون میان پی سطحی و عمیق قرار می‌گیرد.

• فونداسیون عمیق

فونداسیون‌ عمیق، عرض بیشتری نسبت به عمق خاک بستر دارد. این نوع فونداسیون با هدف انتقال بار سازه‌ در زمین‌ هایی که ظرفیت باربری بسیار پایینی دارند و یا برای ساخت سازه‌هایی با وزن بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد. برخلاف فونداسیون سطحی، در این نوع پی لازم است نسبت عمق استقرار به عرض آن بیش از ۱۰ باشد.

محاسبه مقدار میلگرد مورد نیاز برای ساختمان

روش‌های مختلفی برای تخمین میلگرد مورد نیاز برای یک سازه وجود دارد. یک روش ساده برای محاسبه این مقدار آن است که ابتدا متراژ کل سازه با متراژ غیرمفید جمع شود و عدد به‌دست آمده در تعداد طبقات ساختمان ضرب گردد. در نهایت مقادیر به دست آمده در اعدادی مابین 60 الی 67 ضرب شده و بازه حداقل و حداکثری میلگرد مورد نیاز به دست می‌آید.

نحوه محاسبه میلگرد فونداسیون به چه صورت است؟

طراحی و نصب میلگردهای فونداسیون، با هدف جلوگیری از گسیختگی خمشی و برشی است. به همین جهت پس از مشخص شدن ابعاد فونداسیون، ابعاد و فواصل چشمه‌‌های میلگرد نیز مشخص می‌شود. انواع میلگرد فونداسیون شامل موارد زیر می‌باشد:

• میلگردهای طولی فونداسیون

میلگردهایی که در طول فونداسیون بکار می‌روند، میلگردهای طولی نام دارند و معمولا در دو ردیف بالا و پایین کار فونداسیون گذاشته می‌شوند.

محاسبه میلگرد طولی فونداسیون

محاسبه میلگرد طولی فونداسیون از 2 طریق قابل انجام است که در ادامه به بررسی آن خواهیم پرداخت:

1. روش اول

برای محاسبه طول میلگرد به 2 پارامتر زیر نیاز می‌باشد:

• کاور-  به میزان فاصله میلگرد از سطح بتن، کاور یا پوشش گفته می‌شود. علت ایجاد کاور برای میلگرد، جلوگیری از زنگ زدگی آن است. علاوه بر آن به راحتی در محل تعیین شده جایگذاری می‌شود.
• خم- برای ایجاد گیرش بهتر میان بتن و میلگرد، دو سر میلگردهای طولی و عرضی، خم می‌شود که به آن خم میلگرد گفته می‌شود.

طول میلگرد طولی فونداسیون، به کمک فرمول زیر به دست می‌آید:

(2 × طول کاور) – (2 × طول خم) + طول محور = طول میلگرد

بعد از به‌ دست آوردن طول میلگرد طولی فونداسیون، باید طول به‌ دست آمده را در تعداد میلگردها ضرب نمود تا طول نهایی به دست آید و در نهایت وزن میلگردها محاسبه می‌شود. محاسبه وزن میلگرد به آن علت است که به طور کل، میزان میلگرد مورد نیاز در همه سازه‌ها در واحد وزن محاسبه می‌گردد. مرجع معتبر برای محاسبه مجموع وزن میلگرد، جدول اشتال است که در ادامه آن را ارائه داده‌ایم:

U2 cm2/m	W1 cm3	G kg/m	Flache cm2	d mm
۳۱۴	۰.۰۹۸	۰.۶۱۷	۰.۷۸۵	10
۳۷۷	۰.۱۷۰	۰.۸۸۸	۱.۱۳	12
۴۰۸	۰.۲۱۶	۱.۰۴	۱.۳۳	13
۴۴۰	۰.۲۶۹	۱.۲۱	۱.۵۴	14
۴۷۱	۰.۳۳۱	۱.۳۹	۱.۷۷	15
۵۰۳	۰.۴۰۲	۱.۵۸	۲.۰۱	16
۵۶۵	۰.۵۷۳	۲.۰۰	۲.۵۴	18
۵۹۷	۰.۶۷۳	۲.۲۳	۲.۸۴	19
۶۲۸	۰.۷۸۵	۲.۴۷	۳.۱۴	20

لازم به ذکر است که حروف استفاده شده، نماد پارامترهای زیر می‌باشد:

U2 – سطح روکش (عدد کوچک‌تر، نیاز به روکش کم‌تر برای مقاومت در برابر آتش سوزی)

W – گشتاور مقاوم (کاربرد در تخمین مقاومت پروفیل در برابر تنش‌های برشی )

G – وزن هر متر میلگرد

d – قطر یا سایز میلگرد

flache – سطح میلگرد در طول یک متر با واحد متر مربع

2. روش دوم

روش دوم به کمک محاسبه عمق، عرض و ارتفاع پی صورت می‌گیرد. در ابتدا لازم است به کمک فرمول‌های زیر  عمق موثر پی، حداقل عرض پی و ضخامت پی محاسبه گردد.

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)

پس از محاسبه سه پارامتر فوق، حداقل میلگردهای طولی مورد نیاز، از بیش‌ترین مقدار دو فرمول زیر به دست می‌آید و عدد حاصل شده به سمت بالا گرد می‌شود.

As(1): 0.0025 * b * d

As(2): (0.0018 * b * h)

Af=Πr²

N =max(As) / Af تعداد میلگرد طولی

فاصله میلگردهای طولی را نیز می‌توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه نمود:

عرض پی – (مساحت کل میلگردها) + (2 × کاور بتن) / (1 – تعداد میلگردها)= فاصله میلگردهای طولی

چنان‌چه عدد حاصل شده مابین 10 تا 35 باشد، محاسبات درست خواهد بود.

• میلگردهای عرضی فونداسیون

میلگردهایی که در عرض فونداسیون بکار می‌روند، میلگرد عرضی نامیده می‌شوند. همانند میلگرد طولی، طول میلگرد عرضی را نیز می‌توان از 2 طریق زیر محاسبه کرد:

1. روش اول

طول میلگردهای عرضی نیز همانند میلگرد طولی محاسبه می‌شود. برای محاسبه‌ طول این میلگردها طبق فرمول زیر لازم است، عرض محور در نظر گرفته شود. پس از آن، دو عدد کاور از آن کسر و دو عدد خم به آن اضافه می‌شود. فرمول محاسبه آن به شرح زیر می‌باشد:

طول مقطع + (2 × طول خم) – (2 × طول کاور) = طول میلگرد عرضی فونداسیون

پس از مراحل فوق، با ضرب عدد به دست آمده در تعداد میلگرد عرضی، مقدار نهایی به دست خواهد آمد که همانند میلگرد طولی، لازم است وزن آن مطابق با جدول اشتال محاسبه گردد.

• روش دوم

برای محاسبه حداقل میلگردهای عرضی مورد نیاز و فواصل آن‌‌ها نسبت به یک دیگر، مراحل زیر انجام می‌شود. ابتدا با فرض سایز میلگرد، سطح مقطع آن‌ بدست آورده می‌شود که بهترین سایز میلگرد عرضی، یک شماره پایین ‌تر از میلگرد طولی خواهد بود. سپس از فرمول زیر استفاده می‌شود:

As= (0.0018 * b * h) / 2

Af=Πr²

n=As(max) / Af تعداد میلگرد

S = h / n فاصله میلگردهای عرضی

• میلگردهای تقویتی فونداسیون

میلگرد تقویتی با هدف مقاوم سازی بیشتر فونداسیون در کنار میلگردهای طولی و عرضی مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای به‌ دست آوردن وزن میلگردهای تقویتی نیز لازم است طول میلگرد تقویتی در وزن واحد میلگرد و تعداد میلگرد ضرب شود.

از آن‌جا که میلگردهای تقویتی انواع مختلفی دارند می‌توان برای خلاصه کردن روند محاسبات، اطلاعات را ابتدا به جدول ریز متره منتقل کرد و هر عدد را در جای خود درج نمود و سپس ضرب مورد نظر را انجام داد.

نکته: محاسبات و تحلیل‌های مورد نیاز ساختمان‌ها در جدول‌های صورت وضعیت به نام جدول ریز متره یا جدول خلاصه متره صورت می‌گیرد.

نکات محاسبه میلگرد فونداسیون

نکاتی که لازم است برای محاسبه میلگرد فونداسیون در نظر گرفته شود، به شرح زیر می‌باشد:

• حداقل ارتفاع پی‌های سطحی باید 50 سانتی‌متر در نظر گرفته شود.
• در محاسبه میلگرد فونداسیون، پی ساختمان باید بر روی خاک باربر و مقاوم طبیعی اجرا شود.
• برای محاسبه میلگرد فونداسیون، لازم است فاصله آکس به آکس میلگردها کم‌تر از ۳۵ سانتی‌متر و بیش‌تر از ۱۰ سانتی‌متر باشد.
• با استفاده از نرم افزار SAFE، ابعاد فونداسیون، میلگردهای طولی و تقویتی را می‌توان محاسبه کرد.
• مطابق با آیین نامه مقررات ملی ایران، برای محاسبه میلگرد فونداسیون عمق یخبندان برای هر منطقه متناسب با دمای آن جا در نظر گرفته می‌شود؛ بنابراین عمق استقرار پی باید پایین‌تر از عمق یخبندان باشد.
• در محاسبه میلگرد فونداسیون، قطر آرماتورهای به کار رفته در فونداسیون ۱۰ میلی‌متر است.

جمع بندی

در این مطلب به بررسی پی یا فونداسیون، انواع آن و محاسبه میلگرد فونداسیون پرداختیم. برای محاسبه میلگرد فونداسیون لازم است در ابتدا محاسبه طول میلگردهای طولی، عرضی و تقویتی با کمک فرمول‌های ارائه شده، صورت گیرد. محاسبه میلگرد فونداسیون لازم است با درنظرگیری نکاتی همچون توجه به ارتفاع پی، فاصه میلگردها از یک‌دیگر و غیره انجام شود.

منبع(Resource): How to Calculate Rebar Needed in a Concrete Foundation

سوالات متداول