در پروژه‌های عمرانی، استفاده از مصالحی که بتواند مقاومت، ایمنی و استحکام سازه‌ها را تضمین کند، یکی از دغدغه‌های اصلی مهندسان بوده و هست. اگرچه بتن جزو مصالح مقاوم در برابر فشار محسوب میشود، اما به‌تنهایی نمی‌تواند در برابر نیروهای کششی و خمشی مقاومت چندانی داشته باشد.
برای جبران این ضعف و افزایش مقاومت و پایداری سازه‌ها و تقویت بتن، از میلگردهای تقویتی استفاده میشود. در این مقاله توضیح دادیم که میلگرد تقویتی چیست و درباره کاربردهای آن در ساخت‌وساز و ویژگی‌هایی که آن را به یکی از مهم‌ترین مصالح ساختمانی تبدیل کرده است، صحبت کرده‌ایم.
میلگرد تقویتی چیست؟
میلگرد تقویتی (به انگلیسی Reinforcing Bar و به اختصار Rebar)، میلگردی از جنس فولاد باکیفیت است که معمولاً درون بتن (بیشتر در نواحی تحت کشش مانند زیر دال‌ها یا تیرها) به کار می‌رود و مقاومت آن را در برابر فشارهای کششی و خمشی افزایش می‌دهد.
از نظر ظاهری، این میلگردها معمولاً به‌صورت آجدار تولید می‌شوند؛ وجود آج روی سطح میلگرد باعث افزایش چسبندگی آن به بتن شده و از لغزش یا جدا شدن میلگرد درون بتن جلوگیری می‌کند. پس میتوان این‌طور گفت که بدون میلگرد تقویتی، سازه‌های بتنی از استحکام کافی برخوردار نیستند.
منظور از نیروی کششی، نیرویی است که دو سر یک جسم را در جهت مخالف می‌کشد؛ برای مثال اگر دو نفر، از دو طرف، یک طناب را به سمت خود بکشند، طناب تحت نیروی کششی قرار میگیرد و ممکن است پاره شود. بتن هم در برابر این نوع نیرو مقاومت کمی دارد و ممکن است ترک بخورد. نیروی خمشی هم زمانی ایجاد میشود که عضوی از سازه تحت فشار از یک سمت و کشش از سمت دیگر قرار بگیرد. ترکیب این وضعیت‌ها باعث ایجاد خمش میشود. اگر سازه در برابر این نیرو مقاوم نباشد، دچار شکست یا تغییر شکل میشود.
ویژگی‌های میلگرد تقویتی در یک نگاه
پیش از انتخاب و استفاده از میلگرد تقویتی در سازه‌های بتنی، آشنایی با ویژگی‌های فنی و عملکردی آن اهمیت زیادی دارد. در ادامه، مهم‌ترین ویژگی‌های این نوع میلگرد را مرور می‌کنیم.
- مقاومت کششی بالا
مقاومت تسلیم (fy) میلگردها معمولاً بین 300 تا 600 مگاپاسکال (بسته به نوع میلگرد، مانند A2، A3 یا A4) است. این ویژگی باعث میشود میلگرد بتواند تنشهای کششی ناشی از بارهای خمشی یا زلزله را بهتر تحمل کند و بدیهی است که قیمت میلگرد در این شرایط نیز بیشتر شود.
- چسبندگی مناسب با بتن
میلگردهای آجدار (دارای برجستگی‌های سطحی) چسبندگی بالایی با بتن ایجاد می‌کنند. آج‌ها باعث افزایش اصطکاک و قفل‌شدگی مکانیکی بین میلگرد و بتن می‌شوند و مانع لغزش میلگرد در بتن شده و انتقال مؤثر نیرو بین آن‌ها را بهبود می‌بخشد.
- شکل‌پذیری
میلگرد تقویتی دارای خاصیت شکل‌پذیری است؛ به این معنا که پیش از گسیختگی، می‌تواند تغییر شکل قابل‌توجهی از خود نشان دهد. این ویژگی موجب میشود سازه در برابر بارهای دینامیکی مانند زلزله عملکرد بهتری داشته باشد و با تغییر شکل محسوس، نوعی هشدار اولیه پیش از شکست کامل ایجاد کند.
- مقاومت در برابر خستگی
میلگردهای تقویتی توانایی تحمل بارهای تکراری و متناوب (مانند بار ترافیک در پل‌ها) را بدون کاهش قابل‌توجه مقاومت دارند. داشتن این قابلیت برای سازه‌هایی که تحت بارهای دینامیکی قرار دارند (مانند پل‌ها و پارکینگ‌ها) ضروری است.
- انواع مختلف برای کاربردهای متنوع
میلگردهای تقویتی در انواع مختلف آجدار، ساده، اپوکسی، گالوانیزه، استیل ضد زنگ و با قطرهای متنوع (از 6 تا 50 میلی‌متر) تولید می‌شوند. این تنوع، امکان انتخاب میلگرد مناسب برای شرایط محیطی و سازه‌های مختلف را فراهم می‌کند. برای مثال:
- میلگرد آجدار: برای کاربردهای سازه‌ای (تیر، ستون، فونداسیون).
- میلگرد اپوکسی یا گالوانیزه: برای محیط‌های خورنده (سازه‌های دریایی).
- میلگرد استیل ضد زنگ: برای شرایطی با امکان خوردگی شدید.
- مقاومت در برابر خوردگی
میلگردهای معمولی (فولاد کربنی) در محیط‌های مرطوب مانند مناطق ساحلی ممکن است دچار زنگ‌زدگی شوند. اما میلگردهای با پوشش اپوکسی، گالوانیزه یا استیل ضدزنگ مقاومت بالایی در برابر خوردگی دارند. این ویژگی طول عمر سازه را در شرایط محیطی سخت افزایش می‌دهد و از تخریب بتن ناشی از زنگ‌زدگی میلگرد جلوگیری می‌کند.
- مقاومت در برابر دما
میلگردهای فولادی تا دماهای بالا (حدود 500-600 درجه سانتی‌گراد) مقاومت خود را حفظ می‌کنند، اما در دماهای بالاتر (مانند آتش‌سوزی) مقاومت آن‌ها کاهش می‌یابد. برای همین در طراحی سازه‌های مقاوم در برابر حریق، پوشش بتنی کافی یا استفاده از مواد عایق برای محافظت از میلگرد ضروری است.
- قابلیت جوش‌پذیری
برخی میلگردها (مانند میلگردهای با درصد کربن پایین) قابلیت جوش‌پذیری خوبی دارند، که امکان اتصال میلگردها به یکدیگر یا به المان‌های فلزی را فراهم می‌کند.
- انعطاف‌پذیری در طراحی و اجرا
میلگردها به‌صورت شاخه‌ای (معمولاً 12 متری) یا کلاف (برای قطرهای کوچک) عرضه می‌شوند و قابلیت برش، خم‌کاری و شکل‌دهی دارند. این ویژگی امکان استفاده از میلگرد در اشکال مختلف سازه‌ای (مانند خاموت، حلقه، میلگردهای طولی یا شبکه‌های مش) را فراهم می‌کند.
انواع میلگرد تقویتی را بشناسید
میلگردها از نظر شکل و ظاهر انواع مختلفی دارند؛ در ادامه به توضیح اجمالی انواع میلگرد تقویتی می‌پردازیم:
- خرک
خرک، نوعی میلگرد پیش‌ساخته به شکل U یا مستطیلی است که بین شبکه‌های میلگرد قرار میگیرد و برای حفظ فاصله بین لایه‌های میلگرد در دال‌ها و فونداسیون‌ها و جلوگیری از جابه‌جایی هنگام بتن‌ریزی استفاده میشود. - راستا
میلگردهای طولی که در امتداد المان سازه‌ای مانند تیر یا ستون قرار می‌گیرند و برای تحمل تنشهای کششی و فشاری ناشی از خمش یا فشار در سازه‌های بتنی طراحی شده‌اند. - خاموت
خاموت‌ها میلگردهای حلقه‌ای یا U شکل هستند که به‌صورت عرضی، پیرامون میلگردهای طولی قرار می‌گیرند و با مهار کمانش میلگردهای اصلی و جلوگیری از ایجاد ترک‌های برشی، نقش مهمی در افزایش مقاومت سازه دارند. - سنجاقی
سنجاقی، میلگردهای خم‌شده به شکل L ،U یا Z هستند که بیشتر برای اتصال شبکه‌های میلگرد یا المان‌های سازه‌ای، در دیوارهای برشی، فونداسیون و اتصالات برای تثبیت و یکپارچگی سازه استفاده می‌شودد. - اتکا یا مهاری
میلگردهای مهاری، چه به‌صورت مستقیم و با طول مشخص، و چه به‌شکل خم‌شده (مانند قلاب)، برای انتقال نیرو بین اجزای مختلف سازه به‌کار می‌روند. این میلگردها معمولاً در اتصال ستون به پی، تیر به ستون، یا برای تثبیت میلگردها در محل تکیه‌گاه استفاده می‌شوند. - رکابی
میلگردهای تقویتی رکابی، میلگردی U شکل یا حلقه‌ای هستند که برای تقویت موضعی و اتصال میلگردهای طولی در سازه به‌کار می‌روند. از این نوع میلگردها معمولاً در تیرها، دال‌ها و دیوارهای برشی برای افزایش مقاومت برشی و یکپارچه‌سازی شبکه‌های میلگرد استفاده میشود.
کاربرد میلگرد تقویتی چیست؟
میلگردهای تقویتی، بسته به نوع آن، در بیشتر ساختمان‌ها و پروژه‌های عمرانی کاربرد دارند. در ادامه به بخشی از مهم‌ترین کاربرد میلگرد تقویتی خواهیم پرداخت:
- تقویت فونداسیون
فونداسیون‌ها (پی‌ها) وظیفه انتقال بارهای قائم و جانبی کل سازه به بستر زمین را بر عهده دارند و بیشتر از هر عضوی در سازه در معرض نیروهای فشاری، کششی و برشی قرار می‌گیرند. برای مقابله با این نیروها و افزایش ظرفیت باربری پی، میلگردهای تقویتی در فونداسیون به‌صورت شبکه‌ای از میلگردهای طولی و عرضی اجرا می‌شوند و از ایجاد ترک‌های ناشی از نشست نامتقارن خاک یا تمرکز تنش در نقاط خاص جلوگیری می‌کنند. - تقویت سقف
یکی از مهم‌ترین کاربردهای میلگرد تقویتی، استفاده از آن در سقف‌های بتنی است. در سقف‌های بتنی، میلگرد تقویتی سقف برای تحمل بارهای خمشی و توزیع یکنواخت نیروها استفاده می‌شوند. البته در سقف‌های تیرچه‌بلوک هم میلگردهای تقویتی در تیرچه‌ها به کار می‌روند تا از ترک‌خوردگی و تغییر شکل سقف جلوگیری شود. - تقویت ستونها
ستون‌های بتنی بارهای فشاری و گاهی خمشی را تحمل می‌کنند. میلگردهای تقویتی در ستونها برای تحمل فشار و خمش و جلوگیری از کمانش استفاده می‌شوند. - جلوگیری از ترک‌خوردگی
بتن دارای خاصیت انبساط حرارتی است؛ یعنی در اثر تغییرات دمایی مستعد ترک‌خوردگی است. یکی از کاربردهای میلگرد تقویتی این است که می‌توانند از گسترش ترک‌ها جلوگیری کنند. برای مثال، در دیوار های بتنی، شبکه‌های میلگردی با فاصله‌های مشخص قرار می‌گیرند تا تنشهای کششی ناشی از انقباض را جذب کنند. - تقویت دیوارهای برشی
دیوارهای برشی برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله یا باد طراحی می‌شوند. میلگردهای تقویتی در این دیوارها (به خصوص نواحی بحرانی مثل لبه دیوار) به‌صورت شبکه‌های افقی و عمودی قرار می‌گیرند تا تنشهای کششی و برشی را تحمل کنند. - سازه‌های خاص
میلگردهای تقویتی در برخی سازه‌های خاص مانند پل‌ها، تونل‌ها، سدها یا مخازن آب، برای تحمل بارهای دینامیکی (مانند بار وسایل نقلیه)، فشار هیدرولیکی یا نیروهای محیطی (مانند امواج) هم کاربرد دارند. برای نمونه، در تونل‌ها، میلگردهای تقویتی در بتن برای افزایش مقاومت در برابر فشار زمین استفاده می‌شوند.
نحوه محاسبه میلگرد تقویتی
برای محاسبه مقدار میلگرد تقویتی مورد نیاز در یک پروژه سازه‌ای، به ۲ روش می‌توانید عمل کنید:
روش اول: محاسبه دستی با استفاده از فرمول
مهندسان سازه با تکیه بر تجربه و اصول طراحی، ابتدا تعداد و ابعاد میلگردهای مورد نیاز را بر اساس نقشه‌های اجرایی تعیین می‌کنند. سپس با استفاده از فرمول زیر، وزن کل میلگرد تقویتی مورد نیاز برای یک پروژه را محاسبه می‌کنند:
وزن کل میلگرد تقویتی = تعداد میلگرد تقویتی * وزن یک میلگرد تقویتی * طول یک میلگرد تقویتی
این روش برای برآورد تقریبی وزن و هزینه میلگردهای مصرفی پروژه بهتر است و معمولاً در مراحل اولیه طراحی یا برآورد بودجه مورد نیاز، مورد استفاده قرار میگیرد.
روش دوم: استفاده از نرم‌افزارهای مهندسی
برای محاسبه دقیق‌تر و حرفه‌ای‌تر، می‌توانید از نرم‌افزارهای تخصصی مانند ETABS یا SAP2000 استفاده کنید. این نرم‌افزارها با دریافت اطلاعاتی مانند بارهای وارده، نوع سازه، مشخصات مصالح و ابعاد المان‌ها، مقدار دقیق میلگرد تقویتی مورد نیاز در بخش‌های مختلف سازه را محاسبه و گزارش می‌کنند. استفاده از این ابزارها در پروژه‌های بزرگ و حساس به‌ویژه در طراحی سازه‌های ضد زلزله یا با کاربری خاص بسیار رایج و ضروری است.
در این مقاله گفتیم که میلگرد تقویتی یکی از اجزای اصلی و تأثیرگذار در سازه‌های بتنی است که نقشی حیاتی در افزایش مقاومت، ایمنی و پایداری سازه ایفا می‌کند. ناگفته نماند که انتخاب صحیح نوع میلگرد و رعایت استانداردهای فنی متناسب با نیاز هر پروژه، از عوامل اساسی در اجرای سازه‌های بتنی به‌شمار می‌رود. در نهایت، اگر برای پروژه‌های عمرانی خود قصد تهیه میلگرد تقویتی دارید، می‌توانید برای اطلاع از قیمت آهن آلات، به سایت فولادسل مراجعه کنید.