میلگرد کششی و میلگرد فشاری از صفر تا صد با فیلم

مستحکم بودن یک سازه، مهم‌ترین ویژگی آن است. بتن به تنهایی مقاومت‌کششی کافی را ندارد. پس چگونه می‌توان در یک المان بتنی در برابر این نیرو مقاومت کرد؟! برای افزایش مقاومت‌کششی بتن از میلگرد کششی استفاده می‌شود. از طرفی می‌دانیم که بتن مقاومت خوبی در مقابل فشار از خود نشان داده و می‌توان گفت که اکثر نیروهای فشاری را تحمل می‌کند. میلگرد فشاری دسته‌ای از میلگردها هستند که در المان‌های بتنی از جمله ستون‌ها به کار رفته و در تحمل نیروهای فشاری به بتن کمک می‌کنند. به دلیل محصور شدگی میلگردها در بتن و جلوگیری از کمانش آن‌ها، ظرفیت باربری میلگردها در فشار افزایش می‌یابد. در این مقاله از آکادمی عمران درباره هرآن چه که باید درباره میلگرد کششی و فشاری بدانید و حتی تفاوت آن‌ها صحبت کرده‌ایم.

آرماتور یا میلگرد چیست؟

مستحکم بودن یک سازه، مهم‌ترین ویژگی آن است. اما بتن به تنهایی مقاومت‌کششی کافی را ندارد. یکی از عوامل بسیار مؤثر در استحکام سازه‌های بتنی استفاده از آرماتورهای فولادی یا همان میلگرد در کنار بتن است تا مقطع حاصل ضعف‌های یکدیگر را پوشش داده و ظرفیت باربری کششی و فشاری مقطع معادل افزایش یابد.

به همین دلیل از میلگرد یا آرماتور در بتن استفاده می‌شود تا استحکام‌ کششی آن افزایش یابد. در این صورت به آن بتن مسلح می‌گویند. از مهم‌ترین ویژگی‌های میلگرد، می‌توان به افزایش مقاومت‌ کششی، فشاری بتن اشاره کرد.

مقاومت کششی و برشی پایین بتن را آرماتور جبران می‌کند.

بتن نیز به دلیل محصور کردن آرماتورها و جلوگیری از کمانش آن‌ها مقاومت فشاری آرماتورها را افزایش می‌دهد.

در مجموع آرماتورها مقاومت فشاری و کششی سازه را افزایش داده و باعث استحکام آن در برابر تنش‌های مختلف می‌شوند.

در امر آرماتور بندی ، آرماتور یا میلگردهای مختلفی با توجه به کاربردشان وجود دارند.

میلگردها از نظر شکل رویه انواع مختلفی دارند که عبارتند از:

• میلگرد ساده
• میلگرد آجدار

که هر کدام انواع مختلفی دارند و در مقاله کاربرد انواع میلگرد به طور کامل به آن پرداخته‌ایم. در ادامه ابتدا میلگرد کششی را زیر ذره بین برده و سپس به طور کامل به میلگرد فشاری می‌پردازیم.

کشش میلگرد چیست؟

به زبان ساده مقاومت یک جسم مقدار تحمل یک ماده یا جسم در برابر نیروهای وارد شده بر ماده بدون هرگونه تغییر یا شکستگی است. در این مقاله منظورمان از ماده، بتن است.

تنش‌کششی یکی از انواع تنش‌هایی است که به جسم وارد می‌شود.

زمانی که ماده در مقابل تنش‌ها مقاومتی از خود نشان نمی‌دهد، دچار تغییر شکل می‌شود.

مقاومت‌کششی نیز به مقدار مقاومتی که ماده در برابر نیرو از خود نشان می‌دهد، گفته می‌شود تا دچار تغییر شکل و یا شکستگی نشود.

یکی از مهم‌ترین موضوعات در سازه‌های بتنی، توجه به استحکام‌کششی است.

طوفان تخفیفی آکادمی عمران تو راهه

مشاهده جزئیات

برای میلگرد کششی این استحکام‌کششی به شرح زیر است:

• بیشترین نیروی وارده تقسیم بر سطح مقطع

استاندارهای مربوط به میلگرد در هر کشوری متفاوت است. اما می‌توان گفت یکی از اساسی‌ترین عواملی که در میزان استاندارد بودن میلگرد تأثیر دارد، میزان مقاومت‌کششی آن است.

آرماتور کششی چیست؟

پیش از خواندن ادامه مطلب ابتدا فیلم زیر را مشاهده کرده تا با دید بهتری این مقاله را بخوانید.

در شکل زیر یک تیر تخت بتنی را پیش از بارگذاری می‌بینید. در مرکز سطح این تیر بتنی، محوری وجود دارد که به آن تار خنثی یا تار میانی می‌گویند.تار خنثی، محوری از مقطع است که تحت بارگذاری، تنش فشاری و کششی در آن صفر است.

پس از بارگذاری، تار خنثی کشیده و یا فشرده نمی‌شود؛ اما طبق شکل می‌بینیم که لایه‌های بتنی بالای تار میانی فشرده می‌شوند.

به این نکته مهم نیز پی می‌بریم که هر قدر این لایه‌ها از تار خنثی دورتر باشند، فشرده‌تر می‌شوند. همچنین لایه‌های زیر تار خنثی نیز کشیده می‌شوند.

میزان تنش فشاری یا کششی نقاط مختلف یک مقطع بستگی به فاصله از تار خنثی دارد؛ هر چقدر این نقاط از تار خنثی دورتر باشند، تنش فشاری یا کششی در آن‌ها افزایش می‌یابد.پس می‌توان نتیجه گرفت:

در تیر ساده یک دهانه، پس از بارگذاری، حداکثر نیروی‌کششی در ناحیه وسط تیر در زیر تار خنثی و در پایین‌ترین لایه تیر به وجود می‌آید.

در این مواقع نیاز به میلگرد کششی یا همان آرماتور کششی احساس می‌شود.

برای رفع این مشکل در تیرهای بتنی، از آرماتور های کششی در نزدیکی سطح زیرین بتن برای تحمل نیروی‌کششی استفاده می‌شود.

همچنین سطح مقطع این میلگردها با توجه به مقدار نیروهای‌کششی وارد شده بر هر ناحیه حساب می‌شود.

به همین دلیل امکان دارد میلگرد های کششی که در وسط دهانه قرار دارند، از میلگردهای‌کششی که در نزدیک تکیه‌گاه هستند، بیشتر باشند.

دلیل این امر این است که، نیروهای‌کششی حاصل از خمش وسط دهانه در نزدیکی تکیه‌گاه‌ها کمتر از وسط دهانه است.

انواع آرماتور کششی

پس از دانستن جواب سوال ” میلگرد کششی چیست ” ، در ادامه انواع آن را بررسی می‌کنیم.

همانطور که در بخش اول گفتیم، میلگردها به طور کلی از نظر شکل رویه دو دسته هستند: میلگرد صاف و میلگرد آجدار

اما می توان از نظر مکانیکی و بر اساس استاندارد روسی دسته‌بندی های زیر را برای انواع آرماتور کششی داشته باشیم.

طبقه بندی میلگرد کششی از نظر مکانیکی

طبقه بندی میلگرد کششی با استاندارد روسی

کاربرد میلگرد کششی تیرچه

برای درک بهتر کاربرد میلگرد کششی تیرچه، ابتدا در مورد تیرچه باید اطلاعاتی داشته باشیم. تیرچه‌ها المان‌های باربری هستند که دهانه سقف ساختمان را به قسمت‌های کوچکتری تقسیم می‌کنند و بار وارد را به تیرها منتقل می‌کنند.

برای اینکه همه چیز را در مورد تیرچه بدانید، توصیه می کنم مطلب ” تیرچه چیست ” را از دست ندهید!

تیرچه شامل دو بخش است:

• پاشنه بتنی
• خرپای فولادی

خرپای فولادی خود شامل 3 دسته میلگرد است. یک دسته از این میلگردها در قسمت فوقانی، نقش میلگردهای فشاری را دارند و یک دسته در پایین خرپا قرار دارند. باقی میلگردها نیز به صورت زیگزاگی بین خرپا قرار می‌گیرد.

میلگردهایی که در پایین خرپا هستند، میلگردهای‌کششی هستند. این میلگردهای‌کششی به کمک جوشکاری و یا قلاب به میلگردهای زیگزاگی متصل می‌شوند.

فشار چیست؟

تا اینجا تمام ریزه‌کاری‌های میلگرد کششی صحبت کردیم. حال به سراغ میلگرد فشاری می‌رویم. برای مقدمه از تعریف فشار شروع می‌کنیم.

همه ما معنا و مفهوم فشار را می‌شناسیم اما از نظر علمی، زمانی که یک جسم تحت نیروی وارد شده دچار کاهش طول شود؛ آن گاه نوع نیروی وارده، فشاری است.

فشار حاصل تقسیم نیرو بر واحد سطح است. یعنی هرچه نیرو بیشتر و سطحی که نیرو به آن وارد می شود کمتر باشد فشار بیشتری به جسم اعمال می‌شود.

هر گاه مصالح ساختمانی یا سازه‌ای بتوانند در مقابل نیروهای فشاری از خود تحمل نشان دهند، به آن میزان که مقاومت می‌کنند، مقاومت فشاری گفته می‌شود.

زمانی که مقدار فشار وارد شده بیشتر از مقاومت فشاری ماده باشد، آن ماده از بین خواهد رفت یا به عبارتی منهدم خواهد شد.

میلگرد فشاری چیست؟

پیش از خواندن ادامه مطلب با مشاهده فیلم زیر، این مقاله را با دید بهتری بخوانید.

همانطور که می‌دانید بتن مقاومت خوبی در مقابل فشار از خود نشان می‌دهد؛ به عبارتی می‌توان گفت که بتن اکثر نیروهای فشاری را تحمل می‌کند.

اما بعضی از اوقات سطح بتن نمی‌تواند نیروهای فشاری را به تنهایی تحمل کند یا بتن انتخابی در ابعاد کوچک است؛ در این مواقع از میلگردهای فشاری استفاده می‌شود.

میلگردهایی که جهت افزایش مقاومت کششی در بتن به کار برده شدند، مقاومت فشاری مقطع بتنی را نیز افزایش می‌دهند.

میلگرد فشاری در تیر، قسمتی از نیروی فشاری را تحمل می‌کند. این میلگردها به طور عمده در ناحیه فشاری که نزدیک سطح آزاد بتن است قرار می‌گیرند. در ناحیه بالای تار خنثی، حداقل میلگرد های فشاری براساس استاندار مربوط قرار داده می‌شود.

سطح مقطع این میلگردهای فشاری در تیر، در مقاطع مختلف بر اساس محاسبه تعیین می‌شود.در تیرهای یکسره که روی چند تکیه‌گاه قرار دارند، ناحیۀ کشش و فشار در تیرها تغییر می‌کند.

برای مثال طبق عکس زیر در اثر بار وارد شده از سمت بالا، تیر در قسمت پایین وسط دهانه کشیده و در قسمت بالا فشرده می‌شود؛ اما شرایط در تکیه‌گاه‌ها برعکس است. تیر در قسمت بالایی کشیده و در قسمت پایین فشرده می‌شود.پس می‌توان نتیجه گرفت در مقاطع مختلف بتنی، مقدار میلگردها متناسب با نیروی کششی وارد به هر مقطع تیر تغییر کند.

البته این تغییرات گاهی با افزایش یا کاهش میلگردهای راستا و در مواردی با تغییر محل یک میلگرد، از پایین به بالا و یا از بالا به پایین تأمین می‌شود.

از سایر فواید میلگرد فشاری می‌توان به نکات زیر اشاره کرد:

• با افزدون آرماتور فشاری تار خنثی بالا رفته و آرماتور کششی جاری می‌شود.
• با افزودن آرماتور فشاری به مقطع کم فولاد (شکل‌پذیر)، لنگر مقاوم آن کمی افزایش می‌یابد.
• با افزودن آرماتور فشاری به مقطع پر فولاد (تردشکن)، لنگر مقاوم آن مقدار زیادی افزایش می‌یابد.

وصله میلگرد فشاری

وصله میلگردها را به طور کلی می‌توانیم به 4 دسته تقسیم کنیم:

• وصله پوششی
• وصله اتکایی
• وصله جوشی
• وصله مکانیکی

برای آشنایی بیشتر با وصله‌ها و انواع آن مانند کوپلینگ، اورلپ و همچنین وصله اتکایی میلگرد روی لینک آبی کلیک کنید.

وصله آرماتور فشاری ، قوانین و ضوابط خاص خودش را دارد که در ادامه برایتان گفته‌ایم.

وصله پوششی میلگردهای آجدار در فشار

• طول وصله‌های پوششی میلگردهای آجدار به هنگام فشار، برای میلگردهایی که قطر کوچک‌تر یا برابر با 34 میلی‌متر دارند به صورت زیر حساب می‌شود:

برای میلگردهایی که تنش تسلیم کمتر یا برابر با 420 مگاپاسکال دارند، برابر با 0.071f_y d_b است.

برای میلگردهایی که تنش تسلیم‌شان بیشتر از 420 مگاپاسکال است، برابر با d_b(0.13f_y-24) است.

حتماً در نظر داشته باشید که این طول هرگز نباید کمتر از 300 میلی‌متر باشد.

• برای وصله‌های پوششی میلگردهایی که دارای قطرهای متفاوت در فشار هستند، طول وصله نباید از هیچ یک از مقادیر زیر کمتر باشد:

1) طول گیرایی در فشار

برای میلگردها با قطر بزرگ‌تر باید بر اساس ضابطه طول گیرایی میلگرد فشاری ، که در بخش بعدی این مقاله نوشته شده است حساب شود.

2) طول وصله پوششی در فشار

برای میلگردهایی که قطر کوچک‌تر دارند، باید طبق ضابطه اول این قسمت محاسبه شود.

وصله اتکایی میلگردهای آجدار در فشار

• برای میلگردهایی که‌ فقط تحت فشار هستند، انتقال فشار به صورت اتکایی بین دو میلگرد، در انتهای برش داده شده عمود بر امتداد میلگردها مجاز است.

دو میلگرد وصله شده باید به روش مناسب همانند استفاده از طوقه گوه‌دار، به صورت هم محور نگه داشته شده باشند.

• استفاده از وصله اتکایی تنها در اعضایی مجاز است که دارای خاموت بسته، تنگ، دورپیچ و یا دورگیر هستند.

برای اینکه در مورد خاموت و انواع آن بیشتر بدانید به مقاله ” خاموت “ مراجعه کنید.

• انتهای میلگردها باید در سطحی صاف عمود بر امتداد میلگرد با انحراف حداکثر 1.5 درجه باشد و دو میلگرد باید به صورتی متصل شوند که اختلاف امتداد دو میلگرد از 3 درجه بیشتر نباشد.

وصله مکانیکی و جوشی میلگردهای آجدار در کشش و فشار

• استفاده از وصله‌های جوشی بیشتر برای میلگردهایی که دارای قطر 20 میلی‌متر و یا بیشتر هستند، پیشنهاد می‌شود.
• در وصله‌های جوشی برای میلگردهایی که دارای قطر زیادی هستند، استفاده از اتصال سر‌به‌سر مستقیم با جوش نفوذی الویت دارد.

• جوش میلگردها در وصله‌های جوشی باید الزامات مبحث دهم مقررات ملی ساختمان را تأمین کند.

برای مطالعه بیشتر در مورد جوش فورجینگ به مقاله ” فورجینگ چیست ”  مراجعه کنید.

• در وصله‌های مکانیکی انتقال نیرو از طریق غلاف اتکایی، کوپلر، غلاف کوپل کننده و غیره انجام می‌شود.
• برای تأمین پوشش بتنی کافی بر روی میلگرد، اثر افزایش ابعاد میلگرد ناشی از وصله مکانیکی باید در نظر گرفته شود.
• وصله مکانیکی یا جوشی باید قادر به انتقال تنشی حداقل برابر با 1.25 برابر تنش تسلیم میلگرد در کشش یا فشار باشد.
• یک در میان بودن میلگردهایی که با وصله مکانیکی یا جوشی در هر مقطع از عضو، (به جز در اعضای کششی بند بعدی) الزامی نیست.
• در اعضای کششی مانند عضو کششی قوس‌ها، عضو کششی که بار را به تکیه گاهی در تراز بالاتر منتقل می‌کند و عضو کششی خرپاها، وصله جوشی یا مکانیکی در میلگردهای مجاور باید با فاصله 750 میلی‌متر در امتداد وصله انجام شود.

در نظر گرفتن این ضابطه در اعضای کششی همانند دیوار مخرن‌های دایره‌ای، که دارای تعداد زیادی میلگرد کششی به صورت یک در میان و با فاصله زیادی از هم وصله شده‌اند، الزامی نیست.

طول گیرایی میلگرد فشاری

طول گیرایی میلگرد فشاری آج دار و سیم‌های آج دار نباید از هیچ یک از مقادیر زیر کمتر در نظر گرفته شود:

• دویست میلی‌متر

در این روابط ضریب محصور شدگی، برای محصور شدگی توسط دورپیچ، تنگ دایروی پیوسته با قطر بیشتر از 6 میلی‌متر و گام کمتر از 100 میلی‌متر، تنگ سیمی با قطر بیشتر از 12 میلی‌متر و فواصل کمتر از 100 میلی‌متر و دورگیر طبق ضوابط بند 1 با فواصل کمتر از 100 میلی‌متر، برابر با 0.75 و هم‌چنین برای سایر حالات باید برابر با 1 در نظر گرفته شود.

• بند 1:

دورگیرها باید از تنگ‌های بسته یا پیچیده شده به صورت پیوسته تشکیل شده باشند.

دورگیرها را می‌توان از چند جز که هر کدام دارای قلاب لرزه‌ای در دو انتها است، ساخت.

هر یک از اجزای دورگیرها باید به وسیله قلاب لرزه‌ای در دو انتها، طبق ضوابط بند 2 مهار شوند. این قلاب‌ها باید یک میلگرد طولی را در بر بگیرند. استفاده از میلگردهای سردار متصل به هم به عنوان دورگیر مجاز نیست.

بند 2:

قلاب لرزه‌ای، قلابی است که دارای خم حداقل 135 درجه و دارای طول مستقیم بعد از خم حداقل برابر 6d_b و یا 75 میلی‌متر باشد.

قلاب لرزه‌ای در دورگیرهای دایره‌ای می‌تواند دارای خم حداقل 90 درجه باشد.

برای مطالعه بیشتر در مورد خم آرماتور به مقاله ” طول خم میلگرد “ سر بزنید.

طول مهاری میلگرد فشاری

ابتدا باید در مورد طول مهاری میلگرد اطلاعاتی داشته باشید.

طول مهاری میلگرد یعنی چه؟

به میزان طول لازم برای اتصال و چسبندگی فولاد و بتن طول مهاری میلگرد گویند. به عبارتی جهت کاشت آرماتور باید طول کافی از میلگرد در داخل بتن قرار بگیرد تا بتواند نیروها و تنش‌های وارده را تحمل کند.

• در تمامی اعضای بتن آرمه، نیروهای کششی و فشاری میلگرد در هر مقطع باید به وسیله مهار میلگرد در دو طرف مقطع موردنظر به بتن منتقل شوند. مهار میلگرد از طریق روش‌های زیر امکان‌پذیر است:
• مهار متکی بر پیوستگی بین بتن و سطح جانبی میلگرد که با تأمین طول گیرایی کافی به‌دست می‌آید.
• مهار با قلاب استاندارد که با تأمین طول گیرایی تعریف شده برای قلاب‌ها به‌دست می‌آید.
• مهاری که بر اساس فشار اتکایی که با تأمین تکیه‌گاه اتکایی برای میلگرد حاصل می‌شود، همانند میلگرد سر دار.
• مهار مکانیکی که با تأمین ابزارهای مکانیکی اضافی به‌دست می‌آید.
• ترکیبی از موارد فوق بر اساس نتایج آزمایش‌های مورد تأیید.
• قلاب یا انتهای سر دار نباید برای مهار میلگرد در فشار به کار برده شود.
• در محاسبه طول گیرایی، نیازی به اعمال ضریب کاهش مقاومت نیست.
• در محاسبه طول گیرایی مقدار جذر f’_c نباید از  8.3 مگاپاسکال بیشتر شود.
• در محاسبه طول گیرایی، ضریب بتن سبک برای بتن سبک 0.75 و برای بتن معمولی 1 در نظر گرفته می‌شود.

نقش میلگرد فشاری تیرچه

در صورتی که بخواهیم میلگرد بالایی سقف تیرچه بلوک یا همان میلگرد فشاری تیرچه را به طور مختصر بررسی کنیم، به این نکات پی می‌بریم:

• امکان اورلپ وجود ندارد.
• باید به صورت یکسره قرار داده شود.
• میلگرد فشاری، میلگرد حرارتی نیز محسوب می‌شود.

بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و نشریه شماره 543 ، میلگرد فشاری تیرچه به شرح زیر است:

• میلگرد بالایی خرپا به عنوان عضو فشاری خرپای تیرچه عمل می‌کند.

پیش از عمل بتن ‌ریزی سقف به کمک سایز اعضای خرپا وزن تیرچه را به هنگام حمل ‌و نقل تحمل می‌کند. همچنین وزن مرده سقف (در فاصله بین دو تکیه‌گاه موقت) را نیز تحمل می‌کند.

بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که پس از بتن ‌ریزی اگر در ضخامت بتن پوششی باشد، نقش فولاد افت و حرارت مقطع مرکب را نیز می‌تواند ایفا کند.

ولی اگر پایین‌تر از سطح بلوک‌ها قرار بگیرد، هیچ نقشی نخواهد داشت و اندازه آن نیز بر اساس طول دهانه از قطر 6 میلی‌متر تا 12 میلی‌متر متغیر است.

• ضوابط طراحی تیرچه خرپایی سقف تیرچه بلوک، مشابه طراحی یک عضو بتنی تحت خمش و برش است.

پس می‌توان گفت میلگرد پایینی عضو کششی خرپا، میلگردهای عرضی عضو برشی خرپا و میلگرد فوقانی می‌تواند به عنوان عضو فشاری خرپا لحاظ شود.

برای مطالعه بیشتر در مورد لنگر خمشی  و نیروی خمش روی لینک آبی کلیک کنید.

تفاوت میلگرد کششی و فشاری در چیست؟

یکی از سوالات پرتکرار در این مورد، تفاوت آرماتور کششی و فشاری است.

جنس و نحوه اجرای آرماتورهای فشاری و کششی یکسان است. یعنی ممکن است همان آرماتوری که تحت یک نوع بارگذاری به کشش افتاده است در بارگذاری دیگری به فشار بیفتد و نقش آن تغییر کند.

اما زمانی که تحت بار فشاری یا کششی قرا می‌گیرند تفاوت‌هایی دارند. جدول زیر به خوبی تفاوت این دو آرماتور را نشان می‌دهد:

در صورتی که مایل به یادگیری نکات اجرای ساختمان هستید به آموزش اجرای ساختمان سر بزنید.

مسیر پیشنهادی مطالعه مقالات آکادمی عمران

مشاهده مسیر یادگیری