مبحث ۹ — طرح و اجرایِ ساختمان‌هایِ بتن‌آرمه
درسنامه — مهار به بتن
خلاصه‌یِ بندهایِ ۹-۱۸، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
گستره و انواعِ مهار (۹-۱۸-۱)
•این فصل مهار به بتن برایِ انتقالِ کشش، برش یا ترکیبِ آن‌ها را پوشش می‌دهد: (الف) اتصالِ اعضایِ سازه‌ای به یکدیگر، (ب) قطعاتِ الحاقیِ مرتبط با ایمنی مثلِ سیستم‌هایِ آب‌پاش، لوله‌هایِ سنگینِ آویزان و نرده‌هایِ جان‌پناه.
•سطحِ ایمنیِ این فصل برایِ دورانِ بهره‌برداری است و الزاماً شرایطِ کوتاه‌مدتِ حینِ ساخت را شامل نمی‌شود.
مهارِ تعبیه‌شده (پیش از بتن‌ریزی): پیچِ سردار، گل‌میخِ سردار، پیچِ با قلابِ ۹۰ و ۱۸۰ درجه و پیچِ مستقیم با مهره در دو انتها.
مهارِ کاشتنی: چسبی، انبساطی (نصب با کنترلِ جابه‌جایی یا پیچش) و زیرچاکی — صلاحیتِ آن‌ها برایِ بتنِ ترک‌خورده/ترک‌نخورده و کاربردِ لرزه‌ای باید طبقِ مراجعِ موردِتأیید (ACI 355.2، ACI 355.4، ICC-ES AC193 و AC308 یا EAD اروپایی) و توسطِ آزمایشگاهِ مستقل بررسی شود.
خارج از گستره: میخ‌ها و پیچ‌هایِ خاص، پیچ‌هایِ عبوری از کلِ ضخامت با مهره در دو انتها، مهارهایِ چندتاییِ متصل به یک صفحه‌یِ مشترکِ انتهایی، مهارهایِ گروتی و میخ/پیچ‌هایِ نصب‌شده با فشارِ هوا یا واکنشِ انفجاری.
کاربردهایِ عمدتاً با بارهایِ پرتکرار (خستگی) یا ضربه‌ای پوشش داده نشده‌اند؛ مهار در ناحیه‌یِ مفصلِ پلاستیکِ اعضا تحتِ زلزله هم با این فصل طراحی نمی‌شود.
الزاماتِ انتخاب و اجرا (۹-۱۸-۱-۴)
کاشتِ مهارِ چسبی باید حداقل ۲۱ روز پس از بتن‌ریزی انجام شود.
•سوراخ‌کاری، تمیزکاریِ سوراخ و نصب باید طبقِ روشِ شرکتِ سازنده‌یِ مهار باشد.
حینِ سوراخ‌کاری میلگردهایِ مجاور نباید آسیب ببینند؛ در اعضایِ پیش‌تنیده فاصله‌یِ سوراخ تا میلگردِ پیش‌تنیدگی ≥ ۵۰ میلی‌متر.
•سوراخِ نیمه‌کاره‌یِ رهاشده باید با ملاتِ بدونِ جمع‌شدگی با مقاومتِ بیشتر از بتنِ پایه پر شود.
•آرماتورهایی که با طولِ مهاری‌شان بخشی از مقاومتِ مهار را تأمین می‌کنند طبقِ فصلِ ۹-۲۱ طراحی می‌شوند.
برداشتن و نصبِ مجددِ مهارهایِ کاشتنیِ مکانیکی (انبساطی و زیرچاکی) مجاز نیست.
سقفِ f'c در محاسبات: ۷۰ مگاپاسکال برایِ مهارِ تعبیه‌شده و ۵۵ مگاپاسکال برایِ مهارِ کاشتنی؛ آزمایش برایِ همه‌یِ مهارهایِ کاشتنی الزامی است.
کلیاتِ طراحی و حالاتِ گسیختگی (۹-۱۸-۲ و ۹-۱۸-۳)
•مهارهایِ تکی و گروهی برایِ بحرانی‌ترین بارهایِ ضریب‌دار و با تحلیلِ الاستیک طراحی می‌شوند؛ تحلیلِ پلاستیک فقط وقتی مجاز است که مقاومت را عضوِ فولادیِ شکل‌پذیر کنترل کند و همسازیِ تغییرشکل‌ها تأمین شود.
•اگر فاصله‌یِ مهارها از فواصلِ بحرانی کمتر باشد، اثرِ گروهی در سه حالت منظور می‌شود: گسیختگیِ مخروطیِ بتن در کشش، گسیختگیِ پیوستگی در کشش، و گسیختگیِ لبه‌یِ بتن در برش (در ACI 318: 3hef، 2cNa و 3ca1).
حالاتِ گسیختگی در کشش: فولادِ مهار، مخروطیِ بتن، بیرون‌کشیدگی، بیرون‌زدگیِ جانبی، پیوستگی (فقط چسبی) و پیوستگی در کششِ دائمی (فقط چسبی).
حالاتِ گسیختگی در برش: فولادِ مهار، لبه‌یِ بتن و قلوه‌کن‌شدگیِ بتن (pryout).
روابطِ گسیختگیِ مخروطیِ بتن و لبه‌یِ بتن فقط برایِ مهارهایِ با قطرِ ≤ ۱۰۰ میلی‌متر معتبرند؛ برایِ قطرِ بزرگ‌تر، طراحی بر پایه‌یِ آزمایش.
طراحیِ مبتنی بر آزمایش: مقاومتِ اسمی بر اساسِ احتمالِ شکستِ ۵ درصد و با مصالحِ یکسان در آزمایش و سازه.
•اگر آرماتورِ مهار با طولِ گیراییِ کافی در دو طرفِ سطحِ شکست تعبیه شود، کنترلِ گسیختگیِ مخروطی و لبه‌یِ بتن لازم نیست و φ = ۰٫۷۵.
•در کشش و برشِ هم‌زمان، اندرکنش طبقِ بخشِ ۹-۱۸-۶ کنترل می‌شود.
ضرایبِ کاهشِ مقاومتِ مهار (جدولِ ۹-۱۸-۲)
فولادِ شکل‌پذیر کنترل‌کننده: کشش ۰٫۷۵، برش ۰٫۶۵.
فولادِ ترد کنترل‌کننده: کشش ۰٫۶۵، برش ۰٫۶۰.
گسیختگیِ بتن در برش (همه‌یِ مهارها): با آرماتورِ اضافی ۰٫۷۵، بدونِ آن ۰٫۷۰.
گسیختگیِ بتن در کشش — مهارِ تعبیه‌شده: با آرماتورِ اضافی ۰٫۷۵، بدونِ آن ۰٫۷۰.
مهارِ کاشتنی در کشش بر حسبِ گروه: گروهِ ۱ (حساسیتِ کم به نصب) ۰٫۷۵/۰٫۶۵؛ گروهِ ۲ (متوسط) ۰٫۶۵/۰٫۵۵؛ گروهِ ۳ (حساسیتِ زیاد) ۰٫۵۵/۰٫۴۵ — عددِ اول با آرماتورِ اضافی، دوم بدونِ آن.
•حالاتِ بیرون‌کشیدگی و قلوه‌کن‌شدگی همیشه با ستونِ «بدونِ آرماتورِ اضافی» محاسبه می‌شوند؛ برایِ ستونِ «با آرماتور» طراحیِ آرماتورِ اضافی لازم نیست و آرماتورِ حداقلِ آیین‌نامه با الگوهایِ شکلِ ۹-۱۸-۳ کافی است.
•گروهِ حساسیت و قابلیتِ اعتمادِ مهارِ کاشتنی بر اساسِ آزمایش‌هایِ مراجعِ موردِتأیید تعیین می‌شود.
طراحیِ کششی: فولاد، مخروطِ بتن، بیرون‌کشیدگی (۹-۱۸-۴-۱ تا ۴)
•مقاومتِ فولادِ مهار در کشش = سطحِ مؤثر × futa؛ ⚠️ futa در محاسبات حداکثر ۸۶۰ مگاپاسکال (و مضربی از fya).
•سطحِ گسیختگیِ مخروطی به‌صورتِ هرمی با شیبِ حدودِ ۳۵ درجه مدل می‌شود و مساحتِ تصویرشده‌یِ آن در محاسبه‌یِ Ncb/Ncbg به کار می‌رود.
در مقاومتِ پایه‌یِ گسیختگیِ مخروطی، ضریبِ kc = ۱۰ برایِ مهارِ تعبیه‌شده و kc = ۷ برایِ کاشتنی (با آزمایش تا حداکثر ۱۰).
ضریبِ ترک‌خوردگیِ ψc,N در بتنِ ترک‌نخورده: ۱٫۲۵ برایِ تعبیه‌شده و ۱٫۴ برایِ کاشتنی با kc = ۷؛ در بتنِ ترک‌خورده ۱٫۰.
•ترک‌خوردگی باید با توزیعِ مناسبِ آرماتورِ خمشی (۹-۱۹-۳) یا آرماتورِ اضافی کنترل شود؛ در بتنِ ترک‌خورده، مهارِ کاشتنی باید گواهیِ کاربرد در بتنِ ترک‌خورده داشته باشد.
بیرون‌کشیدگی: ضریبِ ψc,P = ۱٫۴ در بتنِ ترک‌نخورده و ۱٫۰ در ترک‌خورده.
Np برایِ مهارِ انبساطی و زیرچاکی فقط از آزمایش (احتمالِ شکستِ ۵٪) تعیین می‌شود — تعیین با محاسبه مجاز نیست؛ برایِ پیچِ سردار و قلاب‌دار، رابطه یا آزمایش با صرف‌نظر از اصطکاک.
•بیرون‌زدگیِ جانبی برایِ مهارِ سردارِ عمیق و نزدیکِ لبه کنترل می‌شود.
مهارِ چسبی: پیوستگی و بارِ دائمی (۹-۱۸-۴-۵ و ۶)
•مقاومتِ پیوستگیِ مهارِ چسبی از تنشِ پیوستگیِ مشخصه (متناظر با احتمالِ شکستِ ۵٪ از آزمایش) به دست می‌آید؛ در بتنِ ترک‌نخورده می‌توان τuncr را به‌جایِ τcr به کار برد.
شرایطِ استفاده از حداقل تنشِ پیوستگیِ جدولِ ۹-۱۸-۴ (بدونِ آزمایشِ اختصاصی): مهار طبقِ مراجعِ موردِتأیید، سوراخ با مته‌یِ چرخشیِ ضربه‌ای یا مته‌سنگ، بتن ≥ ۱۷ مگاپاسکال، سنِ بتن ≥ ۲۱ روز و دمایِ بتن ≥ ۱۰ درجه‌یِ سانتی‌گراد در زمانِ نصب.
جدولِ ۹-۱۸-۴: بیرونِ بنا (خشک تا اشباع، دمایِ بهره‌برداری تا ۸۰ درجه) τcr = ۱٫۴ و τuncr = ۴٫۵ مگاپاسکال؛ داخلِ بنا (خشک، تا ۴۵ درجه) τcr = ۲٫۱ و τuncr = ۷٫۰ مگاپاسکال.
اصلاحِ جدول: برایِ بارِ لرزه‌ای τcr × ۰٫۸ و τuncr × ۰٫۴؛ برایِ کششِ دائمی هر دو × ۰٫۴.
•مهارِ چسبیِ افقی یا شیب‌دارِ رو به بالا باید الزاماتِ حساسیت به زاویه‌یِ نصب را برآورده کند.
•مهارِ چسبیِ تحتِ کششِ دائمی کنترلِ جداگانه‌ای دارد (رابطه‌یِ ۹-۱۸-۴-۶؛ در ACI 318: ۰٫۵۵φNba ≥ Nua,s).
طراحیِ برشی و اندرکنش (۹-۱۸-۵ و ۹-۱۸-۶)
•مقاومتِ فولادِ مهار در برش از جدولِ ۹-۱۸-۵؛ ⚠️ futa باز هم حداکثر ۸۶۰ مگاپاسکال.
اگر زیرِ صفحه‌یِ اتصال گروت باشد، مقاومتِ برشیِ فولاد در ۰٫۸ ضرب می‌شود.
برشِ موازیِ لبه: مقاومتِ لبه‌یِ بتن را می‌توان دو برابرِ مقدارِ برشِ عمود بر لبه (با ψed,V = ۱٫۰) گرفت؛ در گوشه برایِ هر لبه محاسبه و کمترین مقدار ملاک است.
•مهارهایِ جوش‌شده به ورقِ فولادی با ضخامتِ کافی (حداقل ۱۰ میلی‌متر یا نصفِ قطرِ مهار) مقاومتِ پایه‌یِ متفاوتی دارند؛ ⚠️ در این حالت فاصله‌یِ مهارها ≥ ۶۵ میلی‌متر.
ضریبِ ψc,V: بتنِ ترک‌نخورده ۱٫۴؛ ترک‌خورده بدونِ آرماتور یا با آرماتورِ لبه‌یِ کوچک‌تر از ۱۲ میلی‌متر → ۱٫۰؛ با آرماتورِ ≥ ۱۲ میلی‌متر بینِ مهار و لبه → ۱٫۲؛ همان آرماتور محاط در خاموت‌هایِ با فاصله‌یِ ≤ ۱۰۰ میلی‌متر → ۱٫۴.
قلوه‌کن‌شدگی (pryout): ضریبِ kcp = ۱٫۰ برایِ hef کمتر از ۶۵ میلی‌متر و ۲٫۰ برایِ hef ≥ ۶۵ میلی‌متر.
•اندرکنش: اگر نسبتِ برشِ واردشده به ظرفیتِ برشی کوچک باشد، ظرفیتِ کاملِ کششی مجاز است و برعکس؛ در غیرِ این‌صورت مجموعِ دو نسبت محدود می‌شود (در ACI 318: آستانه‌یِ ۰٫۲ و سقفِ ۱٫۲).
فاصله‌یِ مهارها، فاصله از لبه و دونیم‌شدگی (۹-۱۸-۷)
•حداقل فاصله‌یِ مهارها از هم، فاصله از لبه و ضخامتِ عضو برایِ جلوگیری از دونیم‌شدگیِ بتن تعیین می‌شوند؛ مگر آرماتورِ اضافی برایِ کنترلِ دونیم‌شدگی تعبیه شود یا آزمایش مقادیرِ کمتر را تأیید کند.
حداقل فاصله از لبه‌یِ مهارِ تعبیه‌شده‌یِ بدونِ اعمالِ پیچش = الزاماتِ پوشش طبقِ ۹-۴.
برایِ مهارِ انبساطی و زیرچاکی، حداقل فاصله از لبه بزرگ‌ترینِ سه مقدار است: پوششِ ۹-۴، دو برابرِ اندازه‌یِ حداکثر درشت‌دانه و حداقل فاصله‌یِ جدولِ ۹-۱۸-۷ (یا آزمایش).
عمقِ مؤثرِ hef مهارِ انبساطی یا زیرچاکی به دوسومِ ضخامتِ عضو و ضخامتِ عضو منهای ۱۰۰ میلی‌متر محدود است.
•فاصله‌یِ بحرانی از لبه cac برایِ مهارِ چسبی، زیرچاکی و انبساطی جداگانه تعیین می‌شود (در ACI 318 به ترتیب 2hef، 2.5hef و 4hef).
مدارکِ ساخت باید حداقل فاصله از لبه‌ای را که در طراحی فرض شده مشخص کنند.
الزاماتِ لرزه‌ای (۹-۱۸-۸)
همه‌یِ مهارها در مناطقِ با خطرِ لرزه‌خیزیِ نسبیِ متوسط، زیاد و خیلی زیاد باید ضوابطِ اضافیِ این بخش را تأمین کنند؛ مهارِ کاشتنی باید برایِ بارِ لرزه‌ای با آزمایش صلاحیت داشته باشد.
اگر مؤلفه‌یِ کششیِ زلزله ≤ ۲۰ درصدِ کلِ کشش در همان ترکیب‌بار باشد، طراحیِ معمولی کافی است؛ اگر بیش از ۲۰ درصد باشد یکی از چهار روش لازم است.
•چهار روشِ کششی: (الف) فولادِ شکل‌پذیرِ مهار حاکم باشد، (ب) طراحی برایِ حداکثر کششِ قابلِ انتقال از مکانیزمِ شکل‌پذیرِ قطعه‌یِ الحاقی (با اضافه‌مقاومت و سخت‌شدگیِ کرنشی)، (پ) حداکثر کششِ قابلِ انتقال از قطعه‌یِ الحاقیِ غیرتسلیم‌شونده، (ت) ترکیب‌بارِ زلزله تشدیدشده با ضریبِ اضافه‌مقاومت Ω₀.
در روشِ شکل‌پذیر، کشش باید با طولِ کش‌آمدگیِ حداقل ۸ برابرِ قطرِ مهار منتقل شود (مگر تحلیل طولِ دیگری بدهد) و برایِ بارِ رفت‌وبرگشتی تمهیدِ ضدِ کمانش (مثلاً غلاف) لازم است.
برایِ برش هم همان آستانه‌یِ ۲۰ درصد: تا ۲۰٪ طراحیِ معمولی؛ بیش از آن یکی از سه روش (مکانیزمِ شکل‌پذیرِ قطعه‌یِ الحاقی، قطعه‌یِ غیرتسلیم‌شونده، یا Ω₀).
•اگر آرماتورِ مهار تعبیه شده باشد، کاهشِ لرزه‌ایِ مقاومت لازم نیست و ضرایبِ φ عادی کافی‌اند.
نصب و بازرسی؛ زبانه‌یِ برشی (۹-۱۸-۹ و ۹-۱۸-۱۰)
مهارِ کاشتنی باید توسطِ افرادِ آموزش‌دیده و طبقِ مدارکِ ساخت و دستورالعملِ تولیدکننده نصب شود؛ گواهیِ صلاحیتِ نصاب کتبی، مبتنی بر آزمونِ عملکرد و صادرشده از تولیدکننده یا نماینده‌اش است و مهندسِ طراح باید آن را کتباً تأیید کند.
•بازرسیِ نصب طبقِ فصلِ ۹-۲۲؛ برایِ مهارِ چسبی، مدارکِ ساخت باید روشِ بارگذاریِ نمونه‌هایِ شاهد و همه‌یِ پارامترهایِ پیوستگی (سنِ حداقلِ بتن، دما، رطوبت، نوعِ بتنِ سبک، سوراخ‌کاری) را مشخص کنند.
نصبِ مهارِ چسبیِ افقی یا شیب‌دارِ رو به بالا تحتِ کششِ دائمی باید به‌طورِ مستمر توسطِ مهندسِ طراح یا ناظر کنترل و گزارش شود.
زبانه‌یِ برشی با دو حالتِ شکست طراحی می‌شود: گسیختگیِ لبه‌یِ بتن و لهیدگیِ (اتکایِ) بتن — در هر دو φ = ۰٫۶۵؛ جوش، ورق و سخت‌کننده‌یِ زبانه طبقِ مبحثِ ۱۰.
با زبانه‌یِ برشی حداقل چهار مهار لازم است و کششِ ناشی از لنگرِ خروج از مرکزیتِ برش باید در طراحیِ مهارها منظور شود؛ کنترلِ مقاومتِ برشیِ خودِ مهارها (۹-۱۸-۵-۱ تا ۳) لازم نیست.
کف‌ستونِ افقی‌اجراشده باید در امتدادِ هر وجهِ بلندِ زبانه‌یِ برشی سوراخ‌هایی به قطرِ حداقل ۲۵ میلی‌متر داشته باشد (برایِ خروجِ هوا و پرشدنِ کاملِ بتن/گروت).
جدولِ مرورِ سریع
کاشتِ مهارِ چسبی≥ ۲۱ روز پس از بتن‌ریزی
فاصله‌یِ سوراخ تا میلگردِ پیش‌تنیدگی≥ ۵۰ میلی‌متر
سقفِ f'c تعبیه‌شده / کاشتنی۷۰ / ۵۵ مگاپاسکال
برداشت و نصبِ مجددِ مهارِ مکانیکیِ کاشتنیمجاز نیست
مبنایِ طراحیِ آزمایشیاحتمالِ شکستِ ۵ درصد
حدِ قطرِ روابطِ مخروط/لبه‌یِ بتن≤ ۱۰۰ میلی‌متر
φ فولادِ شکل‌پذیر کشش / برش۰٫۷۵ / ۰٫۶۵
φ فولادِ ترد کشش / برش۰٫۶۵ / ۰٫۶۰
φ کاشتنیِ گروهِ ۱ / ۲ / ۳ (بدونِ آرماتور)۰٫۶۵ / ۰٫۵۵ / ۰٫۴۵
φ با آرماتورِ مهار۰٫۷۵
kc تعبیه‌شده / کاشتنی۱۰ / ۷ (کاشتنی با آزمایش تا ۱۰)
ψc,N ترک‌نخورده۱٫۲۵ تعبیه‌شده؛ ۱٫۴ کاشتنی (kc = ۷)
سقفِ futa۸۶۰ مگاپاسکال
ضریبِ برشِ فولاد با گروت۰٫۸
kcp قلوه‌کن‌شدگی۱٫۰ اگر hef < ۶۵ mm؛ ۲٫۰ اگر ≥ ۶۵ mm
تنشِ پیوستگیِ حداقل بیرونِ بنا۱٫۴ / ۴٫۵ مگاپاسکال (ترک‌خورده/نخورده)
تنشِ پیوستگیِ حداقل داخلِ بنا۲٫۱ / ۷٫۰ مگاپاسکال
آستانه‌یِ ضوابطِ ویژه‌یِ لرزه‌ایمؤلفه‌یِ زلزله > ۲۰٪ بارِ کل
طولِ کش‌آمدگیِ مهارِ شکل‌پذیر≥ ۸ برابرِ قطرِ مهار
φ زبانه‌یِ برشی۰٫۶۵ (لبه‌یِ بتن و لهیدگی)
سوراخِ کف‌ستونِ افقی کنارِ زبانهقطرِ ≥ ۲۵ میلی‌متر
برو به آزمونِ همین فصل