• 02191017183
  • info@paracivil.org

آموزش جامع طراحی ستون بتن آرمه به همراه محاسبه دستی و نرم افزاری میلگردهای ستون

ستون ها المان هایی فشاری قائم یا تقریبا قائم هستند که نیروهای قائم و بعضا لنگرهای خمشی را از بام یا کف های ساختمان گرفته و به فونداسیون ساختمان منتقل می کند. در این مقاله به شرح چگونگی طراحی ستون بتنی به صورت نرم افزاری و دستی و نیز ضوابط آیین نامه ای مربوطه پرداخت شده است. برای طراحی ستون از مبحث نهم ویرایش 99 و آیین نامه ACI 318-19 استفاده شده است. نرم افزار مورد استفاده ETABS 2019 و روش دستی استفاده شده روش منحنی همبار PCA است. مطالب این مقاله برگرفته از دوره آموزش ایتبس پاراپلاس مجموعه پاراسیویل و سایر منابعی است که در انتها ذکر شده اند.

سرفصل‌های این مقاله

  1. مفاهیم پایه ستون بتنی
  2. نکات آیین نامه ای و طراحی ستون بتنی با نرم افزار ایتبس
  3. طراحی دستی ستون بتنی

 

ستون بتنی چیست؟

ستون ها عضو های سازه های معمولا عمودی هستند که نیروی محوری غالبا فشاری (ستون ممکن است تحت کشش هم قرار بگیرد) را با یا بدون حضور لنگر خمشی از کف های سازه ای به فونداسیون انتقال می دهند.

 

ستون بتنی

 

انواع ستون بتنی

اگر نسبت ابعادی و لاغری یک ستون بتن آرمه طوری باشد که مقاومت ستون را تحت تاثیر قرار ندهد و ستون در حالت نهایی خود، بر اساس بار محوری و لنگر خمشی نهایی که به آن وارد می شود، به مرحله ی شکست برسد، آن ستون "ستون کوتاه" (Short Column) نامیده میشود. اکثریت قریب به اتفاق ستون هایی که در دنیای مهندسی با آن ها سر و کار داریم ستون های کوتاه هستند.

در مقابل اگرنسبت ابعادی و لاغری یک ستون بتن آرمه به گونه ای باشد که مقاومت نهایی آن را تحت تاثیر خود قرار دهد، این ستون "ستون بلند" یا "ستون لاغر" (Slender Column) خوانده می شود. در ستون های لاغر علاوه بر لنگری که به ستون در حالتی که کوناه است وارد می شود لنگرهای ثانویه ای که حاصل ضرب بار محوری در تغییر مکان جانبی ستون (P×Δ) هستند به ستون وارد می شود.

 

ستون لاغر بتن آرمه

 

 

تعاریف و مفاهیم آیین نامه ای ستون های بتنی

در این بخش تعاریف اصطلاحات مهم در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان که ، که در این مقاله از آن ها استفاده شده است، جمع آوری شده است.

آرماتور یا Reinforcement

میلگرد یا مسلح کننده های فولادی جایگذاری شده در بتن که با مشخصات فصل 4 از مبحث نهم مقررات ملی ویرایش 1399 تطابق داشته باشد.

آرماتور انتظار یا Doowel Reinforcement

آرماتوری که برای اتصال دو قطعه از یک عضو و یا یک عضو به شالوده در بتن جایگذاری می شود. این آرماتور باید بتواند از عهده ی انتقال بارها در اتصال بین 2 قطعه بر بیاید.

آرماتور دورپیچ یا Spiral Reinforcement

آرماتوری که به طور پیوسته به شکل یک مارپیچ استوانه ای به دور آرماتورهای طولی پیچیده شده باشد. این نوع از آرماتورها بیشتر در ستون های دایره ای شکل و شمع های بتنی مورد استفاده قرار می گیرند.

آرماتور دورگیر یا Hoop Reinforcement

تنگ بسته یا تنگ دورپیچ شده به طور پیوسته، که از یک یا چند میلگرد ساخته شده و هر کدام در دو انتها قلاب­ه ای لرزه­ ای دارند. آرماتور دورگیر نباید از میلگردهای آجدار سَردار ساخته شود.

آرماتور طولی یا Longitudinal Reinforcement

آرماتوری که در جهت طولی تیر و ستون یا در امتداد اضلاع صفحه ی دال و دیوار جایگذاری می شود. این آرماتور معمولا برای تحمل نیروهای محوری، خمشی و تا حدی پیچشی به کار می رود.

آرماتور عرضی یا Transverse Reinforcement

آرماتوری که در جهت عمود یا مایل نسبت به آرماتور طولی جایگذاری می شود. این آرماتور معمولا برای تحمل برش و پیچش در اعضای بتن مسلح به کار می رود.

تنگ یا Tie

حلقه ای از آرماتور یا سیم به شکل دایره، مستطیل و یا چند وجهی بدون کنج های متمایل به سمت داخل، که آرماتورهای طولی را در بر می گیرد را تنگ می گویند. عبارت تنگ معمولا برای اعضای فشاری به کار می رود.

سنجاقی یا Cross-Tie

میلگرد عرضی یک سره با قلاب لرزه ای در یک انتها و قلاب 90 درجه با طول مستقیم حداقل 6db در انتهای دیگر، که آرماتورهای طولی پیرامونی عضو را در برگرفته باشد. قلاب های در بر گیرنده ی یک زوج آرماتور طولی، باید به طور یک در میان سر و ته اجرا شوند.

قلاب لرزه ای یا Sesismic Hook

قلاب با خم 135 درجه و یا بیشتر بر روی خاموت ها، دورگیرها و یا سنجاقی ها، یا طول مستقیم بعد از خم حداقل 6 برابر قطر و یا 75 میلی متر قلاب های متعلق به دورگیرهای دایره ای می توانند خم 90 درجه یا بیشتر داشته باشند. قلاب های لرزه ای باید آرماتورهای طولی را در بر گیرند و طول مستقیم آنها رو به داخل باشند.

برای آشنایی بیشتر با این مفاهیم ویدیو زیر برگرفته از پیج اینستاگرام مهندس امیرطه نوروزی رو حتما ببنین:

 

 

طراحی ستون بتنی در نرم افزار ایتبس

در کشور ما برای طراحی ستون های بتن آرمه از آیین نامه های ACI-318-19 و مبحث نهم ویرایش 99 مقررات ملی ساختمان استفاده می شود. در این آیین نامه ها محدودیت های زیادی در مورد ابعاد، آرماتورها، مهار جانبی و سایر موارد مربوط به ستون بتنی مشخص می کند. در حال حاضر در کشور ما، از اسکلت بتن آرمه به صورت سیستم قاب خمشی با شکل پذیری متوسط به طور معمول استفاده می شود، به همین جهت فرض این مقاله برای ادامه کار از این نوع سیستم اسکلت بتنی است. در این فصل برای هر بخش از طراحی ستون بتنی ضوابط و بندهای آیین نامه ای مربوطه آورده شده است سپس مراحل طراحی آن در نرم افزار ایتبس گفته می شود.

تعریف مقطع و آرماتورهای طولی

برای شروع طراحی ستون بتنی در نرم­ افزار ایتبس ابتدا باید با توجه به ضوابط و محدودیت­ های آیین­ نامه­ ای مقاطع ستون بتنی یعنی هندسه­ ی آن­ ها و آرماتورهای طولی آن را در نرم­ افزار تعریف کنیم و بعد سازه را تحلیل و طراحی کنیم و مقاطع بهینه را بدست آوریم.

محدودیت های هندسی

برای تعریف ابعاد مقطع ستون بتنی در مبحث نهم مقررات ملی یک سری محدودیت ها آورده شده است. برای به دست آوردن حداقل ابعاد و محدودیت های ابعادی ستون به قسمت ضوابط ویژه برای طراحی در برابر زلزله برای قاب های با شکل پذیری متوسط، بند 9-20-5-3-1-1 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان مراجعه می کنیم.