تعریف و ضوابط طراحی ساختمان بنایی مسلح

در این پست ابتدا به تعریف ساختمان بنایی مسلح می پردازیم سپس در ادامه ضوابط طراحی آنها را برای اجرا در مناطق با خطر لرزه خیزی کم، زیاد و متفاوت را برمی شماریم.

ساختمان بنایی مسلح چیست ؟

مسلح نمودن ساختمان های بنایی به وسيله هسته بتني مسلح و يا قرار دادن ميلگردهاي فولادي درون حفره هاي واحدهاي بنايي مجوف و پر كردن آنها توسط ملات يا بتن مانند شكل 1 انجام می شود.

حداكثر ارتفاع ساختمان بنايي مسلح 15 متر از تراز پايه مي باشد.

شکل 1- نمونه هايي از ديوار بنايی مسلح

تحلیل و طراحی ساختمان بنایی مسلح

طراحي ساختمان بنايی مسلح به دو روش تنش مجاز و مقاومت نهايي صورت مي گيرد.

فرضيات طراحي ساختمان بنايی مسلح به روش تنش مجاز بر اساس تنش هاي مجاز و فرض توزيع خطي تنش و كرنش و در نظر گرفتن اين كه كليه تنش ها در محدوده ارتجاعي مي باشند به قرار زير است:

• مقاطع صفحه اي پيش از خمش، پس از خمش نيز مستوي باقي مي مانند.
• تنش، متناسب با كرنش است.
• تركيب اعضاي بنايي، يك عضو همگن را تشكيل مي دهد.
• بنايي هيچگونه تنش كششي را تحمل نمي نمايد.
• ميلگرد كاملا توسط ملات يا دوغاب محصور و با واحد بنايي پيوند دارد، به طوري كه مجموعاً داراي رفتار همگن بوده و در محدوده تنش هاي مجاز، عمل مي كنند.

طراحي ساختمان بنايی مسلح به روش مقاومت نهايي بر اساس فرضيات زير استوار است:

1- ميلگرد كاملاً توسط مصالح بنايي محصور شده و پيوستگي كرنش بين ملات و ميلگرد وجود دارد، به طوري كه بارهاي اعمالي به صورت مركب تحمل مي شوند.
2- مقاومت اسمي مقاطع بنايي مسلح براي تركيب خمش و بار محوري بايستي بر اساس اعمال شرايط تعادل و سازگاري كرنش ها باشد.
3- توزيع كرنش در عمق مقطع، خطي در نظر گرفته مي شود.

4- حداكثر كرنش قابل استفاده در دورترين تار فشاري بنايي بايد برابر با 0/003 براي بنايي رسي و 0/0025 براي بنايي بتني فرض شود.

5- مقدار تنش ميلگرد در محدوده ارتجاعي از حاصل ضرب مدول الاستيسيته در كرنش ميلگرد به دست مي آيد.

براي كرنش هاي بزرگتر از كرنش حد ارتجاعي، تنش در ميلگرد بايد مستقل از كرنش و برابر با مقاومت تسليم در نظر گرفته شود.

6- در محاسبات خمش و نيروهاي محوري بايد از مقاومت كششي بنايي صرف نظر كرد، ولي براي محاسبه خيز مقاومت كششي بنايي بايد در نظر گرفته شود.

7- تنش بنايي در دورترين تار فشاري برابر با 0/85 مقاومت فشاري مشخصه بنايي است كه در ناحيه فشاري و تا عمق 0/8 فاصله بين تار كنش فشاري حداكثر و محور خنثي به صورت يكنواخت توزيع مي شود.

در طراحي ساختمان بنایی مسلح به روش تنش مجاز، تنش هاي ايجاد شده در بنايي بتني يا رسي نبايد از مقادير مجاز ارائه شده در آيين نامه هاي معتبر تجاوز نمايد.

در طراحي ساختمان بنايی مسلح به روش مقاومت نهايي، مقاومت طراحي ارائه شده در آيين نامه هاي معتبر كه عبارت است از مقاومت اسمي ضربدر ضريب كاهش مقاومت بايد برابر يا بيشتر از مقاومت لازم باشد.

تحليل و طراحي ساختمان بنايی مسلح تا زمان تدوين مقررات مربوط به مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان، با استفاده از آيين نامه هاي معتبر مجاز مي باشد.

ضوابط و جزئيات ساختمان بنایی مسلح براي مناطق با خطر نسبي كم

ضوابط و جزئيات ساختمان بنایی مسلح براي مناطق با خطر نسبي كم بايد با بندهای زیر بر اساس مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان مطابقت کند.

الزامات ميلگردها

الف) اندازه قطر ميلگرد طولي نبايد از 28 ميلي متر بيشتر باشد.

همچنين قطر ميلگرد طولي در ساختمان بنایی مسلح نبايد بيشتر از يك هشتم ضخامت اسمي ديوار يا يك چهارم هر يك از موارد زير باشد:

• بعد كوچك حفره
• ضخامت هسته مسلح

ب) درصد نسبي ميلگردهاي طولي در حفره يا در رديف هاي واحدهاي بنايي تو خالي نبايد بيش از 4 درصد در محله اي بدون وصله و 8 درصد در محل وصله ميلگردها باشد.

همچنين در يك حفره ديوار نبايد بيش از 2 ميلگرد جايگذاري شود.

تبصره: درصد نسبي ميلگرد، نسبت سطح مقطع ميلگرد به مساحت حفره و يا هسته مسلح معادل مي باشد.

فاصله ميلگردها

1- فاصله آزاد بين ميلگردهاي موازي به جز در ستون ها، نبايد كمتر از قطر اسمي ميلگردها يا 25 ميلي متر، هر كدام بيشتر است باشد.

2- در ستون ها و ستونك ها فاصله آزاد بين ميلگردهاي طولي نبايد از هيچ يك از دو مقدار 1/5 برابر قطر اسمي و 38 ميلي متر كمتر باشد.

3- محدوديت فواصل آزاد بين ميلگردها بايد براي فاصله آزاد بين يك وصله پوششي و وصله ها يا ميلگردهاي مجاور نيز رعايت شود.

4- فاصله آزاد بين يك ميلگرد و هر سطح واحد بنايي، در صورت استفاده از دوغاب درشت دانه و ريزدانه به ترتيب نبايد كمتر از 13 ميلي متر و 7 ميلي متر باشد.

5- در گروه ميلگردهاي موازي كه ميلگردها در تماس با يكديگر بسته مي شوند تا به صورت يك واحد عمل كنند، تعداد ميلگردهاي هر گروه بايد به دو عدد محدود شود و اين ميلگردهاي گروه شده بايد در داخل تنگ ها محصور شوند.

مهار ميلگردهاي خمشي

1- فشار يا كشش محاسبه شده در ميلگرد در هر مقطع از اعضاي سازه اي بايد در هر طرف آن مقطع به وسيله طول گيرايي مستقيم، قلاب يا وسايل مكانيكي، يا تركيبي از آنها قابل حصول باشد.

از قلاب ها نبايد براي مهار ميلگردهاي تحت فشار بهره گرفت.

2- ميلگرد كششي را مي توان بوسيله خم كردن در ارتفاع جان عضو به طوري كه يا مستقيماً گيردار شود و يا با ميلگرد موجود در وجه مخالف عضو پيوسته شود، مهار كرد.

3- مقاطع بحراني براي مهار ميلگرد در اعضاي خمشي عبارتند از نقاط تنش حداكثر و نقاطي در طول دهانه كه در آن نقاط ميلگرد مجاور قطع يا خم مي شود.

4- ميلگرد بايد از نقطه اي كه از نظر مقاومت خمشي ديگر به آن نيازي نيست تا فاصله اي برابر با بزرگترين دو مقدار عمق مؤثر عضو و 12 برابر قطر اسمي ميلگرد امتداد يابد، مگر در تكيه گاه هاي دهانه هاي ساده و در انتهاي آزاد اعضاي طره اي.

5- ميلگرد خمشي نبايد در يك ناحيه كششي قطع شود، مگر اينكه يكي از شرايط زير برآورده شود:

الف) برش در نقطه قطع ميلگرد از دو سوم مقدار مجاز آن، با در نظر گرفتن مقاومت برشي ميلگرد هاي برشي موجود، فراتر نرود.

ب) ميلگرد امتداد يافته دو برابر مساحت لازم براي خمش در نقطه قطع را دارا باشد و برش از سه چهارم مقدار مجاز آن (ظرفيت برشي مقطع) فراتر نرود.

6- ميلگردهاي فشاري در اعضاي خمشي بايد توسط بست ها يا تنگ ها مهار شوند.

قطر اين بست ها يا تنگ ها نبايد كمتر از 6 ميلي متر و فاصله بين آنها نبايد بيشتر از 16 برابر قطر اسمي ميلگرد يا 48 برابر قطر بست باشد.

اين بست ها يا تنگ ها، بايد در سرتاسر فاصله اي كه در آن به فولاد فشاري نياز هست، به كار روند.

مهار ميلگردهاي برشي

1- ميلگرد برشي بايد تا حدي كه ضوابط مربوط به پوشش بتني و مجاورت به ساير ميلگردها اجازه مي دهد تا نزديكي وجوه فشاري و كششي عضو ادامه يابد.

2- ميلگردهاي طولي كه جهت رفتار به عنوان ميلگرد برشي خم مي شوند، اگر به داخل يك ناحيه كششي امتداد يابند بايد با ميلگرد طولي وصله گردند و چنانچه به داخل ناحيه فشاري امتداد يابند بايد بعد از نيمه ارتفاع مؤثر عضو مهار گردند.

تنگ هاي جانبي

تنگ هاي جانبي در ساختمان بنایی مسلح بايد با ضوابط زير مطابقت داشته باشد:

1- ميلگردهاي طولي بايد توسط تنگ هاي جانبي حداقل به قطر 6 ميلي متر محصور شوند.

2- فاصله قائم تنگ هاي جانبي نبايد از هيچ يك از مقادير 16 برابر قطر ميلگردهاي طولي، 48 برابر قطر تنگ و كوچكترين بعد عضو فشاري تجاوز نمايد.

3 – تنگ هاي جانبي بايد بگونه اي ترتيب يابند كه تمام ميلگردهاي گوشه و نيز ميلگرد هاي طولي به طور حداقل يك در ميان، در گوشه يك تنگ با زاويه داخلي حداكثر 135 درجه قرار گرفته و به طور جانبي نگه داشته شوند.

به علاوه هيچ ميلگردي نبايد از ميلگردهاي دو طرف خود كه در گوشه اين تنگ ها قرار گرفته اند فاصله آزادي بيش از 150 ميلي متر داشته باشد.

در مواردي كه ميلگردهاي طولي روي محيط يك دايره قرار مي گيرند، مي توان از يك تنگ به شكل يك دايره كامل استفاده كرد، طول همپوشاني براي تنگ هاي دايره اي بايد 48 برابر قطر تنگ ها باشد.

4- در هر طبقه، فاصله قائم تنگ هاي جانبي واقع شده در بالاي دال يا پي از سطح فوقاني دال يا پي، نبايد از نصف يك فاصله تنگ بيشتر شود و بايد در طول عضو و با فاصله تعيين شده به گونه اي قرار گيرند كه فاصله آخرين تنگ از پايين ترين ميلگرد افقي موجود در تير، شاه تير، دال يا پهنه فوقاني، از نصف يك فاصله تنگ بيشتر نشود.

5- در مواردي كه تيرها يا دستك ها از چهار طرف به داخل يك ستون قاب مي شوند، مي توان در مقطعي كه فاصله آن از زير يا پايين ترين ميلگرد افقي موجود در كم عمق ترين آن تيرها يا دستك ها، حداكثر برابر با 75 ميلي متر باشد قرار دادن تنگ هاي جانبي را متوقف كرد.

ضوابط ميلگردها در ستون و جرز

بايستي حداقل چهار ميلگرد طولي، در هر گوشه ستون و جرز، مطابق با موارد زير تعبيه شود:

1- درصد ميلگرد طولي در ستون ها و جرزها نبايستي كمتر از 0/5 درصد و بيشتر از 4 درصد باشد.

2- فاصله آزاد ميان ميلگردهاي طولي نبايد كمتر از 1/5 برابر قطر اسمي ميلگرد و نيز كمتر از 38 ميلي متر باشد.

پوشش ميلگرد

الف) براي ميلگرد بايد حداقل پوشش بنايي ذيل تأمين شود:

1- در نماي بنايي در معرض خاك يا هوا، 50 ميلي متر براي ميلگردهاي به قطر بزرگتر از 16 ميلي متر و 38 ميلي متر براي ميلگردهاي به قطر 16 ميلي متر و كوچكتر.

2- 38 ميلي متر براي بنايي كه در معرض خاك يا زمين نيست.

ب) سيم هاي طولي ميلگرد بستر بايد كاملاً در ملات يا دوغاب مدفون شود، حداقل پوشش براي حالتي كه در معرض خاك يا هوا باشد برابر با 16 ميلي متر و براي حالتي كه در معرض خاك يا هوا نمي باشد برابر با 13 ميلي متر مي باشد.

ميلگرد بستر بايد از نوع فولاد ضد زنگ باشد و در بنايي واقع در معرض خاك يا هوا و يا در ديوارهاي داخلي كه در معرض ميانگين رطوبت نسبي بيش از 75 درصد مي باشند، توسط روكش گالوانيزه يا اپوكسي در برابر خوردگي محافظت شود.

تمام ميلگردهاي بستر بايد از فولاد گالوانيزه و ضد زنگ باشند.

قلاب

در مورد قلاب ها در ساختمان بنایی مسلح موارد زير بايد رعايت شود:

1- كاربرد قلاب در مناطق كششي تير مجاز نمي باشد، مگر در انتهاي تيرهاي ساده و طره اي يا در تكيه گاه انتهايي تيرهاي سرتاسري و گيردار.

2- قلاب ها نبايد براي تحمل باري كه تنش كششي بيش از 52 مگاپاسكال در ميلگرد ايجاد مي كند به كاربرده شوند.

3- در صورت وجود كشش، طول معادل براي قلاب استاندارد برابر با 13 برابر قطر ميلگرد مي باشد.

4- قلاب ها را نبايد در افزايش مقاومت فشاري ميلگردها مؤثر دانست.

5- از هر وسيله مكانيكي كه قادر باشد مقاومت ميلگرد را بدون آسيب رساندن به واحد بنايي افزايش دهد، مي توان به جاي قلاب استفاده كرد.

بايد داده هايي براي نشان دادن كفايت اين وسايل ارائه شود.

حداقل قطر خم براي ميلگرد

قطر داخلي خم ميلگردها، به جز براي تنگ ها، نبايد از مقادير مندرج در جدول 1 کمتر باشد.

براي تنگ هاي ساخته شده از ميلگرد با قطر 16 ميلي متر و كوچكتر، قطر داخلي خم نبايد از 4 برابر قطر ميلگرد كمتر باشد.

براي ميلگردهاي بزرگتر از 16 ميلي متر، قطر خم بايد با مقادير مندرج در جدول 1 مطابقت كند.

جدول 1- حداقل قطر خم

ضوابط و جزئيات ساختمان بنایی مسلح براي مناطق با خطر نسبي متوسط

در ساختمان بنایی مسلح که در این مناطق واقع شده است، ستون ها بايد مانند مناطق با خطر نسبی کم میلگردگذاری شوند.

ميلگرد قائم در ديوارها

حداقل ميلگردهاي قائم برابر با 130 ميلي متر مربع است كه بايد بطور متمركز در هر تقاطع دو يا چند ديوار و نيز در انتهاي ديوارها تعبيه شوند.

همچنين حداقل 130 ميلي مترمربع از ميلگردهاي قائم بايد براي طول ديوار و به فاصله افقي حداكثر 1200 ميلي متر (در سرتاسر ديوار) تعبيه گردد.

ميلگرد افقي در ديوارها

حداقل ميلگرد افقي براي هر يك از موارد زير با مساحت مقطع عرضي برابر با 130 ميلي متر مربع در نظر گرفته شود:

الف) در بالاي ديوار و در محل اتصال پيوسته سقف يا كف به ديوار.
ب) در پايين ديوار يا در بالاي پي ها در صورتي كه پي ها به ديوارها متصل شده باشند.
ج) به صورت متمركز در فواصل حداكثر 3 متر، يا به صورت يكنواخت در ارتفاع.

ديوارهاي جدا شده از سيستم اصلي سازه اي

ديوارهاي بنايي كه در جهت عمود به صفحه خود (در جهت جانبي) داراي تكيه گاه هستند ولي از لحاظ سازه اي مستقل و از سه طرف بطور جدا شده از سيستم اصلي ساز هاي عمل مي كنند، مي بايست داراي حداقل ميلگرد افقي برابر با 0/007 مساحت مقطع عرضي ديوار باشند.

اين ضابطه مي بايست با توزيع يكنواخت ميلگرد بستر يا با ميلگردهاي افقي كه فاصله آنها از يكديگر بيش از 1/2 متر نباشد و بطور كامل در ملات يا ملات دوغابي مدفون باشند، ارضا گردد.

اجزاي معماري (غيرسازه اي) ديوارهاي بنايي از مطالب حداقل ميلگرد مستثني مي باشد.

ضوابط ويژه ساختمان بنایی مسلح براي اجرا در مناطق با خطر نسبي زياد و خيلي زياد

براي ساختمان بنایی مسلح برای اجرا در اين مناطق علاوه بر ضوابط مربوط به مناطق با خطر نسبی متوسط ضوابط زیر نيز بايد تأمين شود.

ساختمان هاي يك يا دو طبقه با اهميت كم كه در مناطق با خطر نسبي زلزله زياد واقع شده اند از اين قاعده مستثني هستند.

ميلگرد عرضي ستون ها

در ستون هايي كه تحت اثر تنش هاي فشاري يا كششي محوري ناشي از نيروهاي واژگوني ناشي از زلزله مي باشند، حداكثر فاصله ميلگردهاي عرضي ستون نبايد بيش از 200 ميلي متر براي ارتفاع كل ستون باشد.

ميلگردهاي عرضي بايد از نوع بست هاي ويژه است.

طول قسمت بحراني در بالا و پايين ستون نبايد كمتر از بيشترين مقادير زير در نظر گرفته شود:

الف- يك ششم ارتفاع آزاد ستون
ب- 450 ميلي متر
ج- ضلع بزرگتر مقطع مستطيلي شكل ستون

فاصله ميلگردهاي عرضي در ارتفاع باقيمانده ستون نبايد از 16 برابر قطر ميلگرد طولي يا 48 برابر قطر ميلگرد عرضي يا بعد كوچكتر مقطع عرضي ستون يا 450 ميلي متر تجاوز كند.

تنگ هاي ويژه ستون بايد در دو انتها داراي قلاب ويژه باشند.

حداقل طول اين قلاب بايد 6 برابر قطر ميلگرد يا 100 ميلي متر، هركدام بيشتر است، بوده و زاويه خم آن 135 درجه باشد.

اين قلاب ها بايد ميلگرد طولي ستون را در برگيرند و به درون ستون نفوذ كنند.

حداقل ابعاد ستون

ابعاد اسمي يك ستون بنايي نبايد كمتر از 300 ميلي متر در نظر گرفته شود.

ميلگرد گذاري ديوار

كليه ديوارها بايد بطور افقي و قائم ميلگردگذاري شوند.

مجموع مساحت ميلگردهاي افقي و عمودي بايد حداقل 0/002 برابر مساحت كل مقطع عرضي ديوار باشد.

حداقل مساحت ميلگرد در هر جهت نبايد كمتر از 0/0007 برابر مساحت كل مقطع عرضي ديوار باشد.

فواصل ميلگردها نبايد از 1/2 متر تجاوز كند و قطر ميلگرد نبايد از 10 ميلي متر كمتر باشد (به غير از ميلگرد بستر كه ممكن است به عنوان تمام يا بخشي از حداقل ميلگرد مورد نياز، در نظر گرفته شود).

ميلگردها بايد در اطراف گوشه هاي ديوار و در محل تقاطع ديوارها به صورت پيوسته قرار داده شوند، مگر اينكه ديوارهاي متقاطع از يكديگر جدا باشند.

فقط ميلگردهاي افقي كه در ديوار يا عضو بصورت پيوسته قرار دارند مي بايست در محاسبه سطح ميلگرد افقي منظور گردند.