اجرای میلگرد بستر در ضابطه ۷۲۹ المانهای بنایی
عناصر تشکیل دهنده
به طور کلی المانهای بنایی میتوانند به صورت دیوار، ستون و یا تیر در سازه مورد استفاده قرار گیرند.
در کلیه موارد المانهای بنایی از دو بخش واحد بنایی و ملات تشکیل میشوند. واحد بنایی میتواند به صورت آجر یا بلوک و از جنس خشت (رس خشک شده در دمای پایین)، سفال (رس پخته شده در دمای بالا)، بتن و یا شیشه باشد.
ملات نیز میتواند از اجزای گوناگونی ساخته شده باشد که در این میان استفاده از سیمان، آهک و ماسه در ساخت ملات متدوال میباشد.
بسته به مقاومت مورد نیاز، المان بنایی میتواند شامل دوغاب و یا آرماتور نیز باشد.
دوغاب بتنی ریزدانه و روان است که داخل حفره های واحدهای بنایی را پرکرده و انسجام واحدهای بنایی را بهبود میبخشد.
آرماتور نیز میتواند به صورت افقی یا قائم و محصور در دوغاب یا ملات مابین واحدهای بنایی قرار داده شود.
مشخصات مکانیکی
قبل از هر چیز باید توجه داشت که یک المان بنایی (به ویژه یک دیوار بنایی) المانی ایزوتروپیک نبوده و مشخصات آن در جهات مختلف متفاوت میباشد.
این موضوع به ویژه در طراحی خمشی دیوارهای بنایی بسیار مهم بوده و مقاومت خمشی خارج از صفحه دیوار در جهات افقی و قائم میتواند بسیار متفاوت باشند.
البته آیین نامه های فعلی به منظور سادگی طراحی، ماهیت غیر ایزوتروپیک المان بنایی را تنها در مدول گسیختگی و مقاومت برشی آن درنظر گرفته و فرض میشود سایر مشخصات از جمله مقاومت فشاری و مدول الاستیک در تمام جهات یکسان باشند.
مقاومت فشاری
مقاومت فشاری المان بنایی به مقاومت فشاری واحد بنایی، مقاومت فشاری ملات و نیز ضخامت ملات بستگی دارد.
به بیان دیگر، مقاومت فشاری المان بنایی عددیست مابین مقاومت فشاری ملات و مقاومت فشاری واحد بنایی به گونه ای که بسته به نوع ملات مصرفی، مقاومت فشاری المان بنایی بین ۲۵% تا ۵۰% مقاومت فشاری واحد بنایی میباشد.
البته در مورد واحدهای بنایی ساخته شده از بتنهای AAC، مقاومت فشاری المان بنایی تقریبا برابر با مقاومت فشاری واحد بنایی (بلوک AAC) خواهد بود.
شکل (۱-۱) به طور شماتیک یک المان بنایی تحت فشار را نشان میدهد.
به جز در بلوکهای AAC، مقاومت فشاری واحد بنایی بیشتر از مقاومت فشاری ملات بوده، لذا مقاومت فشاری کل المان بنایی توسط مقاومت فشاری ملات کنترل میشود.
اما همانطور که از وضعیت تنشها در واحد بنایی و ملات مشخص است، به دلیل چسبندگی موجود مابین ملات و واحد بنایی، ملات در جهت جانبی تحت محصورشدگی قرار داشته و مقاومت آن در مقایسه با حالت بدون محصورشدگی بیشتر خواهد بود.
حداکثر میزان محصورشدگی توسط مقاومت کششی واحد بنایی کنترل میگردد که خود وابسته به مقاومت فشاری واحد بنایی است.
در نتیجه هم مقاومت واحد بنایی و هم مقاومت و ضخامت لایه ملات در مقاومت فشاری المان بنایی موثر خواهد بود. با افزایش ضخامت ملات، اثر محصور شدگی ملات تقلیل یافته لذا مقاومت فشاری المان بنایی نیز کاهش خواهد یافت.
مقاومت فشاری المانهای بنایی (بر مبنای سطح مقطع موثر) بسته به نوع ملات و واحد بنایی به کار رفته بین ۲ تا ۳۰ مگاپاسگال میباشد.
در مورد المانهای بنایی ساخته شده از واحدهای رسی و یا سیمانی، مقاومت فشاری معمولا در محدوده ۱۰ تا ۲۰ مگاپاسگال است.
لازم به توضیح است که برای المانهای بنایی دو نوع مقاومت فشاری میتوان تعریف نمود.
مقاومت فشاری بر اساس سطح مقطع کل و مقاومت فشاری بر اساس سطح مقطع موثر.
در این دستورالعمل منظور از مقاومت فشاری، مقاومت فشاری بر مبنای سطح مقطع موثر میباشد که از تقسیم نیروی فشاری حداکثر بر سطح مقطع موثر به دست می آید.
مقاومت خمشی
مقاومت خمشی یک المان بنایی غیرمسلح توسط مدول گسیختگی المان بنایی کنترل میشود که این پارامتر نیز خود مستقیما به مقاومت چسبندگی ملات به واحد بنایی وابسته است.
مدول گسیختگی در واقع همان مقاومت چسبندگی مابین واحد بنایی (آجر یا بلوک) و ملات میباشد.
به عنوان مثال مقاومت یک دیوار بنایی فاقد بار محوری تحت خمش قائم مطابق شکل (۱-۲-الف) به مدول گسیختگی بستگی داشته و در این شرایط به نوعی تنش مجاز دیوار بنایی برابر مدول گسیختگی آن خواهد بود. لازم به ذکر است در صورتی که دیوار دارای بار محوری فشاری باشد، علاوه بر مدول گسیختگی، مقاومت خمشی دیوار از طریق بار محوری نیز تامین میشود.
لیکن با توجه به جزئیات دیوارهای بنایی غیرسازهای (ایجاد فاصلهای کوچک مابین لبه فوقانی دیوار و سقف)، در روند طراحی فرض بر این است که دیوار فاقد بار محوری میباشد.
شکل ۱-۲- (الف) نقش مدول گسیختگی دیوار بنایی در تامین مقاومت خارج از صفحه تحت خمش یک طرفه قائم. (ب) نمونهای از نتایج بدست آمده برای مدول گسیختگی بر اساس تستهای انجام شده توسط Willis (2004).
مدول گسیختگی به عواملی از جمله نوع ملات، میزان جذب آب واحدهای بنایی، مهارت بنا، شرایط محیطی و … بستگی دارد.
حتی در کنترل شده ترین شرایط نیز، مقاومت چسبندگی را نمیتوان با دقت بالا تخمین زد.
شکل (۱-۲-ب) نتایج آزمایشگاهی مدول گسیختگی بدست آمده از ۱۴۴ نمونه را نشان می دهد.
در کلیه نمونه ها تقریبا از یک نوع ملات با طرح اختلاط یکسان استفاده شده است، لیکن آجرها از دو منبع مختلف تهیه شده اند. مطابق شکل (۱-۲-ب) در برخی از تست ها گسیختگی در خود ملات رخ داده و نه در فصل مشترک بین ملات و آجر لذا پس از تست بر روی آجر همچنان ملات چسبیده است که نشان دهنده چسبندگی قوی مابین ملات و آجر میباشد.
در مقابل در برخی دیگر از تست ها گسیختگی در فصل مشترک بین ملات و آجر رخ داده و پس از تست تقریبا آجر فاقد ملات میباشد و سطح تمیزی دارد که این امر نشان از ضعیف بودن چسبندگی مابین ملات و آجر است. بر اساس نتایج مشخص است که عدم قطعیت در تخمین مدول گسیختگی بسیار بالا بوده لذا در روند
تخمین مدول گسیختگی لازم است محافظه کارانه عمل شود. لازم به ذکر است آیین نامههای مختلف بین المللی مقادیر بسیار متفاوتی از مدول گسیختگی را توصیه نموده اند که این خود حاکی از عدم قطعیت در تخمین این پارامتر است. لیکن یکی از کامل ترین مراجع در خصوص تعیین مدول گسیختگی مصالح بنایی، آیین نامه ACI 530-13 است که مقادیر ارائه شده در این ضابطه نیز منطبق بر آن میباشد.
شایان ذکر است که مقاومت چسبندگی معمولا از مقاومت کششی ملات و واحد بنایی کوچکتر بوده و وابستگی شدیدی به نحوی ساخت دیوار دارد.
به عنوان مثال ملاتی که بتواند آب خود را حفظ کند و نیز واحدهای بناییای که جذب آب کمتری داشته باشند، منجر به ایجاد چسبندگی بهتری میشوند.
برای این منظور استفاده از آهک در ملات توصیه میشود چراکه آهک موجب میشود ملات حالت خمیری پیدا کرده و آب خود را به سادگی از دست ندهد.
همچنین در مورد واحدهای بنایی رسی (خشتی یا سفالی) لازم است قبل از اجرای دیوار واحد بنایی زنجاب شود (به مدت حداقل ۳۰ دقیقه داخل آب قرار گیرد) تا بدین ترتیب از میزان مکش آب توسط واحد بنایی آن کاسته شود. واحدهای بنایی سیمانی نباید زنجاب شوند چراکه در این صورت منبسط شده و پس از قرار گرفتن در دیوار و خشک شدن دچار جمع شدگی میشوند و میتوانند منجر به بروز ترک در دیوار گردند.
بر اساس تحقیقات انجام شده بسته به نوع ملات، نوع واحد بنایی، وجود یا عدم وجود دوغاب، جهت خمش و نیز چینش واحدهای بنایی، مدول گسیختگی المانهای بنایی میتواند بین ۱/۰ تا ۲ مگاپاسگال متغیر باشد.
مقاومت برشی
مقاومت برشی المانهای بنایی به طور کلی از دو قسمت تشکیل میگردد. قسمت اول ناشی از چسبندگی ملات به واحد بنایی و قسمت دوم ناشی از اصطکاک مابین واحد بنایی و ملات میباشد. البته در صورتی که نیروی محوری فشاری مابین واحد بنایی و ملات بالا باشد، ممکن است شکست برشی در خود واحد بنایی رخ دهد که در این صورت برش به مجذور مقاومت فشاری المان بنایی وابسته خواهد بود. در صورت عدم وجود نیروی محوری، مقاومت برشی المانهای بنایی معمولا بین ۲/۰ تا ۶/۰ مگاپاسگال میباشد.
مدول الاستیک
معمولا مدول الاستیک المانهای بنایی بر اساس مقاومت فشاری آنها بیان میشود. بدین ترتیب که با ضرب عددی در مقاومت فشاری المان بنایی، مدول الاستیک آن تخمین زده میشود. این ضریب به نوع واحد بنایی بستگی داشته و آییننامههای مختلف ضرایب گوناگونی را پیشنهاد داده اند. به طور معمول برای المانهای ساخته شده از واحدهای رسی، این ضریب برابر ۷۰۰ و برای واحدهای سیمانی این ضریب برابر ۹۰۰ درنظر گرفته میشود. در نتیجه به عنوان مثال برای یک المان ساخته شده از بلوکهای رسی (سفالی)، مدول الاستیک عددی بین ۴ تا ۲۱ گیگاپاسگال میباشد. به بیان دیگر میانگین مدول الاستیک المانهای بنایی تقریبا نصف مدول الاستیک المانهای بتن مسلح و تقریبا ۱۵ برابر کمتر از المانهای فولادی است. اعداد فوق صرفا برای آشنایی کلی بوده و همانطور که گفته شد، مقدار دقیق مدول الاستیک به نوع واحد بنایی و نیز مقاومت المان بنایی (نه مقاومت واحد بنایی) بستگی دارد. لازم به ذکر است مدول الاستیک فوق مربوط به مقطع ترک نخورده میباشد.در خصوص مقاطع ترک خورده اعداد فوق را میتوان در ۳/۰ ضرب نمود.
مدول برشی
به طور سنتی برای کلیه المانهای بنایی مدول برشی برابر ۴۰% مدول الاستیک درنظر گرفته میشود.
البته این فرض برای المانهای بتنی و تقریبا برای المانهای فولادی نیز صادق است.
با توجه به اینکه دیوارهای بنایی پرکاربردترین نوع از المانهای بنایی میباشند، لذا تمرکز اصلی متن حاضر بر روی دیوارهای بنایی غیرسازهای خواهد بود.