میلگرد کششی چیست و چه کاربردی دارد؟

میلگرد کششی یکی از اصلی ترین اجزای سازه های بتن آرمه است که برای تحمل نیروهای کششی در بخش های مختلف عضو بتنی به کار می رود. بتن در برابر فشار مقاومت خوبی دارد، اما توان آن در تحمل کشش محدود است و ممکن است در ناحیه کششی ترک بخورد. به همین دلیل، مهندس طراح میلگرد را در بخشی قرار می دهد که بر اثر خمش یا نیروهای وارد شده، کشش بیشتری ایجاد می شود. این میلگرد با بتن درگیر می شود و پس از ترک خوردگی کنترل شده بتن، بخش مهمی از نیروی کششی را تحمل می کند. محل، تعداد و قطر آن باید بر اساس تحلیل سازه و نقشه های اجرایی مشخص شود و نمی توان تنها با تجربه کارگاهی درباره آن تصمیم گرفت. در برآورد هزینه اجرای این بخش، علاوه بر مقدار فولاد مصرفی، تغییرات قیمت آهن نیز بر هزینه نهایی اسکلت و فونداسیون اثر می گذارد.

برای پاسخ ساده به این سوال که میلگرد کششی چیست، می توان گفت آرماتوری طولی است که در ناحیه تحت کشش تیر، سقف، دال، تیرچه یا فونداسیون قرار می گیرد. محل این ناحیه همیشه پایین عضو نیست و با جهت لنگر خمشی تغییر می کند؛ برای نمونه، در وسط دهانه یک تیر ساده معمولا پایین تیر کششی است، اما نزدیک تکیه گاه تیر پیوسته ممکن است کشش در بالا ایجاد شود. انتخاب سطح مقطع مناسب میلگرد کششی بر ایمنی، کنترل ترک، شکل پذیری و ظرفیت خمشی عضو اثر مستقیم دارد. از طرف دیگر، قیمت میلگرد می تواند سهم قابل توجهی از هزینه اجرای بتن آرمه را تشکیل دهد، اما کاهش خودسرانه تعداد یا قطر میلگرد برای کم کردن هزینه بسیار خطرناک است. در این مقاله مرکزآهن، وظیفه، کاربرد، محل قرارگیری، روش محاسبه و مهم ترین ضوابط اجرای میلگرد کششی بررسی می شود.

میلگرد کششی چیست؟

میلگرد کششی چیست؟ میلگرد کششی آرماتوری است که برای تحمل تنش کششی ناشی از خمش، کشش مستقیم یا ترکیب نیروها در عضو بتنی قرار می گیرد. هنگامی که تیر یا دال زیر بار خم می شود، یک سمت مقطع فشرده و سمت دیگر کشیده می شود. بتن در بخش فشاری عملکرد مناسبی دارد، اما در بخش کششی پس از رسیدن تنش به حد مشخص ترک می خورد. میلگرد کششی در همین ناحیه قرار می گیرد تا نیروی کششی را دریافت کرده و از باز شدن بیش از حد ترک ها و شکست ناگهانی عضو جلوگیری کند. رفتار آن به مقاومت کششی انواع میلگرد، تنش تسلیم، شکل آج، قطر، سطح مقطع و میزان چسبندگی با بتن وابسته است. میلگرد مورد استفاده باید با مشخصات درج شده در نقشه و استاندارد پروژه مطابقت داشته باشد و جایگزینی آن با قطر یا رده متفاوت بدون بررسی طراح مجاز نیست.

این میلگرد معمولا در امتداد طول عضو قرار می گیرد و به همین دلیل در بسیاری از نقشه ها بخشی از آرماتورهای طولی محسوب می شود. با این حال، هر میلگرد طولی لزوما در تمام طول عضو کششی نیست؛ چون با تغییر علامت لنگر، محل ناحیه کششی نیز عوض می شود. برای انتقال کامل نیروی میلگرد به بتن، انتهای آن باید به اندازه کافی در بتن ادامه پیدا کند یا با قلاب، خم استاندارد یا وسیله مهاری مناسب تثبیت شود. طول مهاری میلگرد بر اساس قطر میلگرد، مقاومت بتن، مقاومت تسلیم فولاد، پوشش بتن، فاصله میلگردها، محل قرارگیری و شرایط محصورشدگی تعیین می شود. اگر این طول کافی نباشد، میلگرد پیش از رسیدن به ظرفیت طراحی از داخل بتن لغزش می کند و عضو نمی تواند مقاومت مورد انتظار را تامین کند.

میلگرد کششی چه وظیفه ای در سازه دارد؟

وظیفه اصلی میلگرد کششی، تحمل نیروی کششی در بخشی از عضو بتنی است که بر اثر خمش یا بارگذاری کشیده می شود. زمانی که تیر، سقف یا فونداسیون زیر بار قرار می گیرد، در یک طرف مقطع فشار و در طرف دیگر کشش ایجاد می شود. بتن در ناحیه فشاری عملکرد مناسبی دارد، اما مقاومت آن در برابر کشش بسیار کمتر است. اگر در ناحیه کششی آرماتور کافی وجود نداشته باشد، ترک ها به سرعت باز می شوند و عضو بتنی نمی تواند بار طراحی را تحمل کند. میلگرد کششی پس از ایجاد ترک های ریز در بتن، بخش اصلی نیروی کششی را دریافت می کند و مانع گسترش کنترل نشده ترک ها می شود.

میلگرد کششی علاوه بر افزایش ظرفیت خمشی، به شکل پذیری سازه نیز کمک می کند. شکل پذیری یعنی عضو پیش از شکست نهایی، تغییر شکل قابل مشاهده داشته باشد و به صورت ناگهانی فرو نریزد. اگر مقدار میلگرد به درستی انتخاب شود، فولاد پیش از خرد شدن بتن به محدوده تسلیم می رسد و نشانه هایی مانند افزایش خیز و باز شدن ترک ها ایجاد می شود. این رفتار فرصت بیشتری برای تشخیص خطر و تخلیه ساختمان فراهم می کند.

کنترل عرض ترک، کاهش تغییر شکل، انتقال نیرو به تکیه گاه و حفظ یکپارچگی عضو از دیگر وظایف این آرماتور هستند. عملکرد مناسب آن به مقدار میلگرد، محل قرارگیری، پوشش بتن، فاصله آرماتورها و طول مهاری میلگرد کششی وابسته است. اگر میلگرد در فاصله نادرست از سطح بتن قرار گیرد یا در محل لازم قطع شود، بازوی داخلی نیرو کاهش پیدا می کند و ظرفیت عضو پایین می آید. بنابراین میلگرد کششی فقط برای جلوگیری از شکستن بتن نیست، بلکه بخشی اساسی از سیستم مقاوم سازه به شمار می رود.

کاربرد میلگرد کششی

کاربرد میلگرد کششی در بیشتر اعضای بتن آرمه ای دیده می شود که تحت خمش، کشش مستقیم یا ترکیب نیروها قرار دارند. تیرها، دال ها، تیرچه ها، شناژها، فونداسیون ها، دیوارهای حائل و بعضی بخش های ستون از جمله اعضایی هستند که ممکن است به آرماتور کششی نیاز داشته باشند. محل دقیق این میلگرد بر اساس نمودار لنگر و نیروهای داخلی تعیین می شود. به همین دلیل، نمی توان یک قاعده ثابت مانند قرار دادن همیشگی میلگرد در پایین عضو را برای همه شرایط به کار برد.

در تیرهای ساده، میلگردهای پایین دهانه معمولا کششی هستند، زیرا بارهای ثقلی باعث کشیده شدن بخش پایین تیر می شوند. در تیرهای پیوسته، نزدیک تکیه گاه ها ممکن است بخش بالایی تیر تحت کشش قرار گیرد و به میلگرد بالایی بیشتری نیاز داشته باشد. در سقف و دال نیز میلگردهای جهت اصلی در نواحی کششی قرار می گیرند. میلگرد کششی تیرچه معمولا در پایین تیرچه قرار دارد و بخش مهمی از نیروی خمشی دهانه را تحمل می کند.

در فونداسیون، محل کشش به نوع پی، نحوه انتقال بار ستون و واکنش خاک بستگی دارد. در بسیاری از پی های منفرد، میلگردهای اصلی در بخش پایین قرار می گیرند، اما در بعضی نواحی و شرایط ممکن است آرماتور بالایی نیز لازم باشد. در دیوار حائل، فشار خاک می تواند یک سمت دیوار را تحت کشش قرار دهد و محل میلگرد اصلی باید با جهت خمش هماهنگ باشد.

کاربرد میلگرد کششی فقط افزایش مقاومت نهایی نیست. این آرماتور ترک های خمشی را کنترل می کند، تغییر شکل عضو را محدود می سازد و نیروها را به بخش های دیگر سازه انتقال می دهد. مقدار، قطر و آرایش آن باید بر اساس محاسبات مهندسی تعیین شوند تا عضو هم مقاومت کافی داشته باشد و هم رفتار ایمنی نشان دهد.

میلگرد کششی در تیر

میلگرد کششی در تیر برای تحمل نیروی کششی ناشی از خمش به کار می رود. وقتی یک تیر ساده تحت بارهای سقف، دیوار یا تجهیزات قرار می گیرد، بخش بالایی آن فشرده و بخش پایینی کشیده می شود. به همین دلیل، میلگردهای اصلی در وسط دهانه معمولا نزدیک بخش پایین تیر قرار می گیرند. این میلگردها باید در فاصله مناسب از سطح زیرین اجرا شوند تا پوشش بتن حفظ شود و در عین حال بازوی داخلی میان نیروی کششی فولاد و نیروی فشاری بتن کاهش پیدا نکند.

در تیرهای پیوسته، وضعیت متفاوت است. نزدیک تکیه گاه ها ممکن است لنگر منفی ایجاد شود و قسمت بالای تیر تحت کشش قرار گیرد. در این ناحیه، میلگردهای بالایی نقش میلگرد کششی را دارند. بنابراین یک میلگرد طولی ممکن است در بخشی از تیر کششی و در بخشی دیگر نقش متفاوتی داشته باشد. محل قطع یا ادامه میلگردها باید مطابق نقشه و نمودار لنگر باشد و قطع ناگهانی آنها در ناحیه پرتنش مجاز نیست.

خاموت ها نیز با نگه داشتن میلگردهای طولی در محل درست و کنترل ترک های برشی، به عملکرد تیر کمک می کنند؛ اما جای میلگرد کششی اصلی را نمی گیرند. میلگردهای کششی باید به اندازه کافی داخل ستون، تیر متقاطع یا تکیه گاه ادامه پیدا کنند تا نیروی خود را به بتن منتقل کنند.

کمبود سطح مقطع میلگرد کششی در تیر می تواند باعث افزایش ترک، خیز زیاد و کاهش ظرفیت خمشی شود. از طرف دیگر، تراکم بیش از حد میلگرد نیز بتن ریزی و ویبره را دشوار می کند. بنابراین تعداد و قطر میلگردها باید طوری انتخاب شوند که هم مقاومت لازم تامین شود و هم فاصله کافی برای عبور بتن وجود داشته باشد.

میلگرد کششی در سقف و دال

میلگرد کششی در سقف و دال وظیفه تحمل تنش های کششی ناشی از خمش را بر عهده دارد. محل قرارگیری این میلگرد به نوع سقف، جهت انتقال بار، نحوه تکیه گاه و شکل نمودار لنگر بستگی دارد. در دال یک طرفه، بار بیشتر در جهت کوتاه تر منتقل می شود و میلگردهای اصلی کششی نیز معمولا در همین جهت قرار می گیرند. میلگردهای جهت دیگر بیشتر برای توزیع بار، کنترل ترک های حرارتی و حفظ یکپارچگی دال استفاده می شوند. در دال دو طرفه، بار در هر دو جهت منتقل می شود و به همین دلیل میلگرد کششی در دو راستا مورد نیاز است.

در وسط دهانه دال ساده، بخش پایین سقف معمولا تحت کشش قرار می گیرد و میلگردهای اصلی در پایین مقطع اجرا می شوند. در دال های پیوسته، نزدیک تیرها، ستون ها و تکیه گاه ها ممکن است لنگر منفی ایجاد شود و بخش بالای دال تحت کشش قرار گیرد. در این نواحی، میلگردهای بالایی اهمیت زیادی دارند و نباید هنگام اجرا جابه جا یا کوتاه شوند. استفاده از اسپیسر و خرک مناسب کمک می کند فاصله میلگردها از سطح بتن و محل عمودی آنها حفظ شود.

در سقف تیرچه بلوک، میلگرد کششی تیرچه معمولا در پایین تیرچه قرار می گیرد و نیروی کششی ناشی از خمش دهانه را تحمل می کند. میلگردهای حرارتی و افت نیز در بالای سقف اجرا می شوند، اما وظیفه آنها با میلگرد کششی اصلی تیرچه متفاوت است. کمبود میلگرد کششی، قرارگیری نامناسب یا کاهش طول مهار می تواند باعث افزایش ترک، خیز زیاد و کاهش ظرفیت باربری سقف شود. به همین دلیل، تعداد، قطر، فاصله و محل میلگردها باید دقیقا مطابق نقشه سازه اجرا شوند.

میلگرد کششی در فونداسیون

میلگرد کششی در فونداسیون برای تحمل تنش هایی استفاده می شود که بر اثر فشار ستون، واکنش خاک و خمش پی ایجاد می شوند. فونداسیون از یک طرف بار ستون را دریافت می کند و از طرف دیگر با فشار رو به بالای خاک رو به رو است. این دو نیرو باعث خم شدن پی می شوند و در بسیاری از پی های منفرد، بخش پایین فونداسیون تحت کشش قرار می گیرد. به همین دلیل، شبکه اصلی میلگرد کششی معمولا در قسمت پایین پی و در هر دو جهت اجرا می شود. البته محل دقیق آرماتور به نوع فونداسیون، ابعاد پی، محل ستون و نحوه توزیع فشار خاک بستگی دارد.

در پی نواری، میلگردهای کششی اصلی معمولا در امتداد طول نوار و در بخش پایین قرار می گیرند. میلگردهای عرضی نیز برای توزیع نیرو، کنترل ترک و نگه داشتن شبکه آرماتور استفاده می شوند. در فونداسیون گسترده یا رادیه، شرایط پیچیده تر است و ممکن است در بعضی قسمت ها پایین پی و در بعضی نواحی بالای آن تحت کشش قرار گیرد. برای مثال، اطراف ستون ها، زیر دیوارهای سنگین یا بین ستون ها ممکن است جهت لنگر تغییر کند و آرماتور تقویتی بالایی یا پایینی لازم باشد.

پوشش بتن در فونداسیون اهمیت زیادی دارد، زیرا میلگردها در نزدیکی خاک و رطوبت قرار دارند. استفاده از لقمه مناسب مانع تماس مستقیم میلگرد با خاک یا بتن مگر می شود. همچنین میلگردهای کششی باید در محل تقاطع، گوشه ها و نواحی اتصال به شناژ به اندازه کافی ادامه پیدا کنند. طول مهاری میلگرد کششی در فونداسیون باید طبق نقشه و ضوابط طراحی تامین شود. قطع زودهنگام میلگرد، خم نامناسب، کاهش پوشش بتن یا جابه جایی شبکه هنگام بتن ریزی می تواند مقاومت خمشی پی را کاهش دهد و باعث ایجاد ترک های جدی شود.

نحوه قرارگیری میلگرد کششی

نحوه قرارگیری میلگرد کششی به محل ایجاد تنش کششی در عضو بتنی بستگی دارد. برای تشخیص این محل باید جهت خمش، نوع تکیه گاه و شکل بارگذاری بررسی شود. در وسط دهانه تیر یا دال ساده، معمولا بخش پایین عضو کشیده می شود و میلگرد کششی در پایین قرار می گیرد. در نزدیکی تکیه گاه تیرها و دال های پیوسته، جهت خمش می تواند برعکس شود و میلگرد کششی به بخش بالایی منتقل شود. بنابراین پایین یا بالا بودن میلگرد یک قانون ثابت نیست و باید مطابق نقشه سازه تعیین شود.

میلگرد باید با پوشش بتن مناسب از سطح خارجی عضو فاصله داشته باشد. پوشش کم، احتمال خوردگی و آسیب ناشی از آتش یا رطوبت را افزایش می دهد. پوشش بیش از حد نیز ممکن است فاصله موثر میلگرد از ناحیه فشاری را کم کند و ظرفیت خمشی عضو را کاهش دهد. برای حفظ این فاصله از اسپیسر، لقمه بتنی یا خرک استفاده می شود. بستن میلگردها با سیم آرماتوربندی نیز مانع جابه جایی آنها هنگام بتن ریزی و ویبره می شود.

فاصله میان میلگردها باید به اندازه ای باشد که بتن و سنگدانه ها بتوانند به راحتی از میان آنها عبور کنند. تراکم زیاد میلگرد ممکن است باعث ایجاد حفره، کرموشدگی و کاهش چسبندگی شود. در محل وصله، طول همپوشانی و موقعیت وصله ها باید طبق نقشه رعایت شود و همه وصله ها نباید در یک مقطع قرار گیرند.

انتهای میلگرد کششی نیز باید داخل تکیه گاه یا عضو متصل به اندازه کافی مهار شود. تامین طول مهاری، استفاده از خم استاندارد یا قلاب مناسب باعث می شود نیروی فولاد به بتن منتقل شود. جابه جایی، قطع یا خم کردن میلگرد در کارگاه بدون تایید مهندس طراح مجاز نیست.

ضوابط و نکات اجرای میلگرد کششی

اجرای صحیح میلگرد کششی به اندازه محاسبه آن اهمیت دارد. نخستین اصل، رعایت کامل نقشه های سازه است. تعداد، قطر، فاصله، محل خم، طول ادامه و محل قطع میلگرد نباید بدون تایید مهندس طراح تغییر کند. گاهی در کارگاه برای آسان شدن اجرا، میلگرد کوتاه می شود یا محل آن تغییر می کند؛ این اقدام می تواند باعث شود آرماتور در ناحیه اصلی کشش حضور نداشته باشد و ظرفیت عضو کاهش پیدا کند.

پوشش بتن باید با توجه به نوع عضو و شرایط محیطی تامین شود. میلگرد نباید به قالب، خاک یا بتن مگر بچسبد و برای حفظ فاصله باید از اسپیسر مناسب استفاده شود. اسپیسرها نیز باید به تعداد کافی قرار گیرند تا شبکه آرماتور هنگام راه رفتن کارگران، بتن ریزی و ویبره جابه جا نشود. زنگ زدگی پوسته ای، روغن، گل و مواد جداکننده روی میلگرد باید پیش از بتن ریزی پاک شوند، زیرا این آلودگی ها چسبندگی فولاد و بتن را کاهش می دهند.

فاصله آزاد میان میلگردها باید برای عبور سنگدانه و ویبره مناسب باشد. تجمع بیش از حد آرماتور در تیر یا فونداسیون می تواند باعث کرموشدگی بتن شود. وصله پوششی نیز باید طول کافی داشته باشد و در ناحیه ای انجام شود که تنش میلگرد کمتر است. قرار دادن همه وصله ها در یک مقطع مناسب نیست و بهتر است مطابق نقشه به صورت پراکنده اجرا شوند.

طول مهاری میلگرد کششی باید در تکیه گاه، ستون، دیوار یا بخش متصل به طور کامل تامین شود. در صورت کمبود فضا ممکن است از قلاب استاندارد، خم مجاز یا اتصال مکانیکی استفاده شود، اما تصمیم آن باید توسط طراح گرفته شود. کنترل نهایی پیش از بتن ریزی شامل بررسی قطر، تعداد، پوشش، فاصله، وصله، مهار، تمیزی و ثبات میلگردها است. این کنترل از خطاهایی جلوگیری می کند که پس از بتن ریزی به سختی قابل اصلاح هستند.

میلگرد کششی یکی از مهم ترین اجزای سازه بتن آرمه است که نیروی کششی ناشی از خمش را تحمل می کند و به کنترل ترک، خیز و شکل پذیری عضو کمک می کند. محل این میلگرد با جهت لنگر تغییر می کند؛ بنابراین ممکن است در وسط دهانه پایین تیر یا دال و نزدیک تکیه گاه در بخش بالایی قرار گیرد. میلگرد کششی در تیر، سقف، تیرچه و فونداسیون کاربرد دارد و مقدار آن باید بر اساس لنگر طراحی، ابعاد مقطع، مقاومت بتن و مشخصات فولاد محاسبه شود. اجرای درست پوشش بتن، فاصله میلگردها، وصله، مهار و محل قطع نیز برای عملکرد ایمن ضروری است. کم کردن تعداد یا قطر میلگرد، جابه جایی آن یا تامین نکردن طول مهاری می تواند ظرفیت عضو را کاهش دهد. به همین دلیل، انتخاب و اجرای میلگرد کششی باید دقیقا مطابق نقشه سازه و زیر نظر مهندس انجام شود.

سوالات متداول