انواع میلگردها یا نوارهای تقویت کننده باید در بتن تا عمق مناسب (به نام پوشش) نصب شوند تا ساختار بتنی به گونه‌ای که طراحی شده است، تقویت شود. پایه‌های میلگرد و سایر عوامل پشتیبان مشابه، اقلام استانداردی هستند که برای بالا بردن میلگرد یا جدا کردن آن از سطح بتنی به کار می‌روند به گونه‌ای که میلگرد با بتن احاطه شده درگیری کامل را داشته باشد.

پایه‌ها و پشتیبان‌های دیگری نیز برای کاربردهای مختلف در دسترس هستند. پشتیبانی مناسب برای هر پروژه می‌تواند به عوامل مختلفی از قبیل نوع سطح زیر بتن، نوع قالب بتنی و مشخصات طراحی بستگی داشته باشد. با رعایت موارد مطرح شده در کمیته استاندارد ساختمان می‌توان سازه‌هایی مقاوم ساخت که دوام بالایی داشته باشند.

پایه‌های استاندارد برای انواع میلگردها

رایج‌ترین نوع پایه میلگرد، موردی است که بر روی زمین قرار می‌گیرد. این مورد معمولا بر روی پایه‌های سطحی، تخته‌های بتنی و سایر وسایل مسطح استفاده می‌شوند. پایه‌ها ممکن است از جنس فلز یا پلاستیک یا مواد غیر خورنده باشند. آنها پایداری لازم را ارائه می‌دهند و از نظر سبکی، اقتصادی و نصب، گزینه‌ای ایده آل به حساب می‌آیند.

نسخه‌های ویژه پایه‌های استاندارد شامل پایه‌های با کف مسطح است که از ایجاد مانع برای دفع بخار در زیر تخته‌ها جلوگیری می‌کند و سطح پایداری را ارائه می‌دهد. برای جلوگیری از خوردگی لکه‌ها در سطح بتن ممکن است به نصب پایه‌های فولادی استاندارد نیاز داشته باشید. پایه‌های فولادی ضد زنگ نیز وجود دارند، که ضد خوردگی بوده و در مواقعی که استفاده از پلاستیک درون بتن مجاز نیست، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

چرخ‌های اسپیسر

چرخ‌های اسپیسر روی ستون، دیوار، تیرچه و انواع قالب قبل از بتن ریزی و داربست نصب می‌شوند. اسپیسرهای پلاستیکی، چرخ‌ها دارای توری داخلی یا چهارچوبی هستند که میلگرد را در مرکز چرخ نگه می‌دارند. از آنجا که چرخ‌ها گرد هستند، هنگام حرکت میلگرد نمی‌توانند مانند پایه‌های چرخنده عمل کنند. چرخ‌های اسپیسر قوی و سبک بوده و دارای حداقل سطح تماس هستند و برای اندازه‌های مختلف میلگرد نیز در دسترس خواهند بود.

پایه‌های میلگرد چند ضلعی

پایه‌های چند ضلعی روی سطوح یا سایر تنظیمات استفاده می‌شوند که شامل چندین لایه فولاد هستند. پایه‌های چند ضلعی را می‌توان در ارتفاعات مختلفی قرار داد که به شما این امکان را می‌دهد یک لایه پایین، یک لایه میانی و یک لایه بالایی داشته باشید به طوری که فاصله بین همه لایه‌ها توسط انواع میلگردها حفظ می‌شوند. این پایه‌ها به طور معمول پایداری خوبی را ایجاد می‌کنند و از جریان یافتن مناسب بتن در فاصله بین فاصله دهنده‌ها اطمینان حاصل می‌کنند. این راه حل با کاهش یا از بین بردن نیاز به ساخت پشتیبان می‌تواند در وقت و هزینه‌های شما صرفه جویی کند.

اسپیسرهای نوک تیز یا گرد

هنگام نصب میلگرد به صورت عمودی به نوار یا میلگرد با کلاهک گرد نیاز خواهید داشت که به پوشش بتنی پایین یا بالا متصل می‌شوند. کلاهک در انتهای میلگرد نصب شده و دارای نوک باریک و کشیده‌ای است که از میلگرد پشتیبانی می‌کند و آن را در ارتفاع دقیق مورد نظر قرار می‌دهد. همچنین نوک آن به گونه‌ای طراحی شده است که از جریان بتن برای جلوگیری از شکستگی آن جلوگیری کند.

مشکلات مربوط به پایه میلگرد

پایه‌های میلگرد و سایر پشتیبان‌ها فقط در صورت طراحی و نصب مناسب عملکرد کافی خواهند داشت. یکی از مشکلات رایج مربوط به آنها زمانی است که این پایه‌ها بیش از حد از هم دور می‌شوند. این اتفاق اغلب در شرایطی رخ می‌دهد که پوشش مورد نیاز بیش از 2.5 اینچ باشد، زیرا تامین نسبت ارتفاع به عرض مناسب پایه ممکن است در هنگام قدم گذاشتن کارگران روی شبکه میلگرد، امکان پذیرتر باشد. مشکل دیگر زمانی رخ می‌دهد که این عوامل پشتیبان با فاصله زیادی از هم نصب شوند که موجب می‌شود انواع میلگردها از وسط خم شده یا منجر به شکستن پایه‌ها به دلیل وزن میلگرد شود.

تیرچه‌های بتنی نوعی از تیرهای ساخته شده از بتن معمولی هستند که به عنوان یک رابط افقی بین پایه‌ها یا کلاهک شمع‌ها عمل می‌کنند. آنها باید با تقویت کننده‌های پیوسته در داخل یا خارج از ستون پشتیبانی شوند و یا در داخل کلاهک شمع یا پایه با توجه به مشخصات ذکر شده در ACI 318-14 مقید شوند. تیرها مستقیما می‌توانند بر روی خاک و یا بالای خاک و در بین دهانه‌های بین ستون‌ها قرار بگیرند. برخی از تیرهای پیوسته، در زیر پایه ساختمان و یا نقاط تحمل کننده بار قرار می‌گیرند تا بار را بر روی خاک انتقال داده و آن را توزیع کنند.

در این مقاله، روند ساخت تیرچه بتنی مسلح مورد بحث قرار خواهد گرفت.

فرآیند ساخت تیرچه‌های بتنی

مراحل مربوط به روش ساخت عبارتند از:

1. آماده سازی برای قرار دادن تیرچه‌ها

2. نصب و راه اندازی قالب بتن ریزی

3. قرار دادن تقویت کننده‌ها در تیرهای سطحی

4. بتن ریزی تیرچه‌های بتنی

در زیر این مراحل را توضیح خواهیم داد.

1. آماده سازی و حفاری برای قرار دادن تیرچه‌های بتنی

ترانشه‌هایی برای قرارگیری تیرها بر اساس ارتفاع آنها ایجاد می‌شود. به طوری که، اگر آنها به طور مستقیم بر روی زمین ساخته شوند، سطح زمین تراز شده و آماده سازی می‌شود. در صورتی که از تیرچه‌ها بین ستون‌ها استفاده شود، آماده سازی روند ساخت و حفاری پس از نهایی شدن ساخت شمع آغاز خواهد شد. با این حال، اگر تیرها همراه با پایه‌ها قرار است مورد استفاده قرار بگیرد، حفاری ترانشه‌ها برای تیرها باید همراه با مراحل آماده سازی پایه‌ها انجام شود. در نهایت، اگر تیرهای بالاتر از سطح زمین قرار است ساخته شوند، نصب قالب‌ها اولین قدم در فرایند ساخت تیرها است.

2. نصب و راه اندازی قالب بتن ریزی

پس از تکمیل آماده سازی سایت و حفاری ترانشه‌ها، قالب‌ها باید با توجه به ابعاد تیر نصب شوند که در طراحی‌ها جزئیات آنها ارائه شده است. اگر تیر قرار است بر روی زمین ساخته شود، ابتدا بخش مرکزی قالب باید قبل از اطراف آن بر روی زمین قرار گیرد. در این حالت، سطح آجری مسطح در امتداد تیر به جای شاتر در پایین قالب قرار می‌گیرد.

سپس، فارغ از این که قالب بر روی سطح آجری مسطح قرار بگیرد یا در طرفین قالب قرار داده شود، نصب تقویت کننده‌ها باید پس از آن انجام شود. اگر تیر بالاتر از سطح زمین قرار است ساخته شود، فرایند ساخت قالب‌ها شبیه به تیرهای معمولی خواهد بود. بنابراین، شاترها باید در پایین و هر دو طرف تیر قرار بگیرند. در این حالت، قالب را می‌توانید به طور کامل پس از قرار دادن تقویت کننده‌ها ثابت کنید، و یا فقط بخش پایینی شاتر را ثابت کرده و تقویت کننده‌ها را قرار دهید و سپس به داخل شاترها امتداد دهید. این ترتیب ساخت بر اساس سهولت و راحتی فرآیند ساخت و ساز انتخاب شده است.

در نهایت، پس از اتمام عملیات قالب‌های تیرهای سطحی، اطمینان حاصل کنید که ابعاد اختصاص داده شده به تیرها به گونه‌ای است که فاصله مورد نیاز برای پوشش تقویت کننده‌ها در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، قدرت شاتر، مقاومت در برابر آب، مقاومت تکیه گاههای تیرهای سطحی، تعامد شاترهای جانبی و محل تیرها نیز باید بررسی شوند.

3. قرار دادن تقویت کننده‌ها در تیرهای سطحی 

پس از اتمام عملیات شاتر و یا قرار دادن آجرهای مسطح در پایین تیرهای سطحی، نصب تقویت کننده به طور مستقیم شروع می‌شود و یا به پس از قرار دادن یک طرف قالب موکول می‌شود. جزئیات تقویت کننده‌ها مانند اندازه و تعداد تقویت کننده‌های طولی و طول مورد نیاز، تعداد و فاصله خاموت‌ها در طرح‌های سازه‌ای ارائه شده است. سرانجام، تعداد و اندازه تقویت کننده‌های بالایی، پایینی و تقویت کننده‌های اضافی، طول هم پوشانی و رعایت آنها، قلاب‌ها، جداکننده‌ها و پوشش تقویتی باید به وضوح بعد از قرارگیری تقویت کننده‌ها بررسی شوند.

4. بتن ریزی تیرچه‌های بتنی

تیرها را می‌توانید با مخلوط بتن آماده یا بتن مسلح بسازید. مورد اول در حجم‌های بتن ریزی بالا توصیه می‌شود. اگر قصد استفاده از بتن آماده را دارید، تولیدکننده بتن فقط به مقاومت مورد نظر شما نیاز خواهد داشت. با این حال، اگر قصد استفاده از مخلوط بتن در محل را دارید، نسبت اختلاط اجزای بتن را باید تعیین کنید. پس از بتن ریزی باید با استفاده از تجهیزات ویبراتور یا هر وسیله مناسب دیگر عملیات فشرده سازی را انجام دهید، سپس بالای تیرها را تراز کنید. در نهایت، شاترهای پیرامونی بتن تیرهای را می‌توانید 24 ساعت پس از بتن ریزی جدا کنید. با این حال، شاتر پایینی را نمی‌توانید تا زمان دستیابی کامل بتن به مقاومت نهایی حذف کنید. این مدت زمان برای جداسازی شاتر پایینی بستگی به طول دهانه تیر مورد نظر دارد.

هدف از این مقاله ارائه روش‌ها و جزئیات پیشنهاد شده برای تقویت تیرچه‌های فولادی با جان باز است. تقویت تیرچه‌های فولادی با جان باز در اغلب موارد به علت اضافه کردن واحدهای پشت بام، تسمه نقاله‌های زیر بخشی و یا افزایش بارهای اعمال شده که در مشخصات اصلی تیرچه‌ها مورد توجه قرار نگرفته‌اند، مورد نیاز است. سه روش اساسی برای تقویت سیستم تیرچه‌ها یا سیستم بارگذاری آنها وجود دارد:

1. توزیع مجدد بار.
2. اضافه کردن تیرچه‌ها یا تیرهای جدید.
3. تقویت تیرچه‌های موجود.

ظرفیت تیرچه‌های فولادی موجود

اولین گام در تعیین این که یک سیستم تیرچه نیاز به تقویت دارد این است که ظرفیت تیرچه را تعیین کنید. تیرچه بتنی و فولادی هر کدام ظرفیت تحمل بار مشخصی دارند. برای تعیین ظرفیت می‌توان با استفاده از جداول بارگذاری تیرچه‌های فولادی (SJI) که در کتابچه راهنمای تیرچه‌های فولادی (SJI، 2003) موجود است، انجام داد.

مشخصات SJI برای تمام تیرچه‌های ساخته شده از 1928 تا 2003 لیست شده است. الزامات مربوط به مشخصات ظرفیت اعضای جان به طور ویژه‌ای حائز اهمیت است (اعضای جان تیرچه‌های H شکل برای حداقل 50? از واکنش نهایی طراحی شده‌اند، در حالی که تیرچه‌های سری S فقط برای حداقل 25? از واکنش نهایی طراحی شده‌اند).

اگر داده‌های مورد نیاز مربوط به سیستم تیرچه در دسترس نباشد، در نتیجه اندازه گیری‌های دقیق اعضای قطری و جان برای محاسبه ظرفیت تیرچه باید انجام شود. اگر بتوانید سال مربوط به تولید تیرچه را مشخص کنید، از جداول مشخصه‌ها و جداول بارگذاری می‌توانید برای تعیین دیاگرام پوش برش و خمش استفاده کرد. اگر نمی‌توانید از جداول بارگذاری تیرچه‌ها استفاده کنید، می‌توانید از یک تجزیه و تحلیل برای تعیین نیروی مجاز (ASD) یا طراحی (LRFD) در تیرچه‌های استفاده کنید.

مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری K اجازه می‌دهد که بتوانید از خروج از مرکزیت در مفاصل قطری به هنگام تجزیه و تحلیل صرف نظر کنید، این کار تنها در صورتی امکان پذیر است که از قانون "w rule" استفاده شود. این قانون از بخش 4.5 (d) مشخصات استاندارد SJI برای اتصالات فولادی Open Web Steel، K-Series (SJI)، (2005) برگرفته شده است. با توجه به مشخصات، اعضای متصل در مفاصل باید دارای یک نقطه تلاقی برای محور مرکزی خود باشند.

در غیر این صورت، باید توجه ویژه‌ای به تاثیر خروج از مرکزیت معطوف شود. در هیچ صورتی، خروج از مرکزیت هر عضو جان در محل مفصل نباید بیش از ابعاد کلی باشد که در معمولا در پلان جان اندازه گیری می‌شود که به بزرگترین عضو متصل است. خروج از مرکزیتی هر عضو جان به معنای فاصله عمودی محور مرکزی عضو جان تا نقطه‌ای بر روی محور مرکزی عضو قطری است که به طور عمودی در بالای یا پایین محل تقاطع محور مرکزی اعضای قطری تشکیل دهنده مفصل است.

بهره‌گیری از مشخصات تیرچه‌ها

مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری LH، سری‌های DLH و تیرچه‌های شاهتیری نشان می‌دهد که خروج از مرکزیت در هر دو طرف محور خنثی اعضای قطری ممکن است قابل اغماض باشد، در حالی که از فاصله بین محور خنثی و پشت عضو قطری بیشتر نباشد. مشخصات SJI برای تیرچه‌های سری K این امکان را می‌دهد که بتوانید از لنگرهای خمشی در اعضای قطری بالا صرف نظر کنید، در صورتی که فاصله بین نقاط پانل بیش از 24 اینچ نباشد.

این تحلیل‌ها و فرضیات طراحی توسط صدها آزمایش انجام شده به طور سالیانه توسط تولید کنندگان به عنوان روشی محافظه کارانه شناخته شده‌اند. نویسنده پیشنهاد می‌کند که هنگام تجزیه و تحلیل تیرچه‌ها (یک تجزیه و تحلیل خطی درجه یک کافی است) با اعضای تقویت کننده، باید معیارهای زیر در مدل مورد استفاده قرار بگیرد:

1. وقتی که خروج از مرکزیت بیشتر از مقادیر مجاز ذکر شده در SJI باشد، باید در نظر گرفته شود
2. لنگرهای اعضای قطری بالا را در طراحی در نظر بگیرید، حتی زمانی که فاصله نقاط پانل کمتر از 24 اینچ باشد.
3. از اتصالات مفصلی در انتهای اعضای جان استفاده شود که در طراحی تیرچه‌ها روشی استاندارد به حساب می‌آید.

بند 2 به این دلیل پیشنهاد می‌شود که تیرهای تقویت شده از نظر تست برای ارزیابی فرضیات طراحی و تحلیل استفاده نمی‌شوند.

قبل از تصمیم گیری در مورد روش تقویت مناسب، طراح باید به اندازه کافی اطلاعات در مورد سیستم تیرچه‌ها و تقویت آنها کسب کند.