تجمع بارهای الکتریکی در ساختمانها چه به دلیل فرسودگی تاسیسات باشد یا برخورد صاعقه، می‌تواند اختلاف ولتاژ خطرناکی بین قسمت‌های فلزی سازه ایجاد کند. این اختلاف ولتاژ خطراتی مانند برق‌گرفتگی، شوک الکتریکی، آتشسوزی یا آسیب به تجهیزات را به دنبال دارد.
یکی از راهکارهای موثر برای پیشگیری از چنین مخاطراتی، استفاده از میلگرد همبندی است. این میلگرد در زمان آرماتوربندی به میلگردهای فونداسیون متصل میشود و یک مسیر رسانا بین همه اجزای فلزی ساختمان ایجاد می کند. نتیجه این اتصال، تشکیل یک شبکه همپتانسیل است که جریانهای ناخواسته را از طریق سیستم ارت به سرعت به زمین منتقل می‌کند.
در این مقاله بررسی می‌کنیم که میلگرد همبندی چیست و چه نقشی در همبندی فونداسیون دارد. همچنین، نحوه اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد و نکات اجرایی مهم آن را مرور خواهیم کرد. بنابراین، اگر به دنبال آموزش همبندی فونداسیون با میلگرد هستید، مطالعه این مقاله را از دست ندهید.
میلگرد همبندی چیست؟
طبق استانداردهای ایمنی ساختمان، همه اجزای فلزی و رسانای سازه، مانند اسکلت فلزی، آرماتورها، لوله‌های فلزی آب و گاز و تجهیزات مکانیکی باید از نظر الکتریکی به هم متصل باشند. این اتصال باعث میشود اختلاف ولتاژ بین بخش‌های مختلف از بین برود و در شرایطی مانند برخورد صاعقه یا نقص در سیستم سیم‌کشی، جریان الکتریکی به صورت ایمن به زمین منتقل شود.
در اغلب ساختمانها این اتصال توسط میلگرد همبندی فونداسیون انجام میشود. میلگرد همبندی بخشی از شبکه آرماتور فونداسیون یا دال کف است که نقش یک هادی برق را ایفا می کند و اسکلت ساختمان، فونداسیون، تاسیسات و سایر بخش‌های فلزی را به هم متصل می‌کند. این فرایند که به آن همبندی فونداسیون گفته میشود، یکی از مراحل ساخت ساختمان است که اختلاف پتانسیل بین بخش‌های مختلف را به صفر رسانده و ایمنی و پایداری سازه را در برابر جریانهای نشتی تضمین می‌کند.
میلگردهای همبندی به گونه ای در شبکه آرماتور قرار می‌گیرند که همه میلگردهای موجود در فونداسیون و بخش‌های فلزی متصل به آن، از نظر الکتریکی به یکدیگر و به سیستم زمین (ارت) وصل شوند. نتیجه این کار، ایجاد یک شبکه رسانای یکپارچه در زیر ساختمان است که به دلیل گستردگی و سطح تماس زیاد با خاک، مسیر کم‌مقاومتی برای تخلیه سریع جریانهای الکتریکی به زمین فراهم می‌کند. به همین دلیل، شبکه همبندی فونداسیون با میلگرد بخش مهمی از سیستم ارتینگ ساختمان به حساب می‌آید.
علت اجرا همبندی فونداسیون با میلگرد
برای افزایش ایمنی الکتریکی ساختمان، باید یک مسیر ایمن و کم‌مقاومت برای انتقال جریانهای الکتریکی به زمین وجود داشته باشد. فونداسیون به دلیل تماس گسترده با خاک و وجود شبکه آرماتور، بهترین نقطه برای این کار است.
میلگردهای موجود در فونداسیون در تماس مستقیم با بتن مرطوب که خاصیت نیمه‌رسانا دارد، قرار دارند. این میلگردها علاوه بر نقش سازه‌ای، رسانای جریان برق نیز هستند و می‌توانند مانند یک الکترود زمین عمل کنند. به بیان ساده، وقتی میلگردهای فونداسیون و بخش های فلزی سازه از نظر الکتریکی به طور کامل به هم متصل شوند، به دلیل سطح تماس بسیار بزرگی که با بتن و خاک دارند، جریانهای الکتریکی را فورا به زمین منتقل میکنند.
مزیت اصلی همبندی فونداسیون با میلگرد آن است که بدون نیاز به چاه ارت مجزا یا نصب الکترودهای جداگانه، از همان میلگردهای موجود در فونداسیون یا دال کف برای هدایت جریانهای الکتریکی به زمین استفاده میشود. در نتیجه، بدون افزودن تجهیزات خاص یا نیروی کار تخصصی، شبکه همبند یا هم‌پتانسیلی ایجاد میشود که هم از نظر هزینه مقرون‌به‌صرفه است و هم زمان اجرای پروژه را کوتاه می‌کند.
سایز میلگرد همبندی
میلگرد همبندی می‌تواند ساده یا آجدار باشد، اما نوع آجدار به دلیل استحکام بیشتر و چسبندگی بهتر به بتن رایج‌تر است. معمولا برای اطمینان از یکپارچگی الکتریکی، از همان جنس میلگردی برای همبندی استفاده میشود که در آرماتور بندی فونداسیون به کار رفته است.
سایز میلگرد همبندی معمولا 8 یا 10 میلی‌متر انتخاب میشود، زیرا وزن کمی دارند و خم‌کاری و جوشکاری آنها آسان‌تر است. با این حال، در برخی پروژه‌ها ممکن است از سایز 12 یا 16 میلی‌متر نیز استفاده شود.
نکته مهم این است که میلگرد همبندی فونداسیون نباید گالوانیزه، ضد زنگ یا دارای روکش باشد، زیرا این پوشش‌ها یا آلیاژها مقاومت بیشتری در برابر عبور جریان ایجاد میکنند. به ویژه، روکش‌هایی مانند اپوکسی مانع تماس مستقیم با بتن و خاک شده و انتقال جریان الکتریکی را کاهش می‌دهند. بنابراین، بهترین انتخاب برای میلگرد همبندی، میلگرد فولاد کم کربن و بدون روکش است.
مزایا و معایب میلگرد همبندی چیست؟
اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد، به دلیل مزایای متعددی که دارد، به انتخاب اول بسیاری از مهندسان سازه تبدیل شده است. برخی از این مزایای مهم عبارتند از:
مقرون‌به‌صرفه بودن
در این روش، از همان میلگردهای موجود در شبکه آرماتور استفاده میشود و نیازی به خرید تجهیزات اضافی نیست. به این ترتیب، می‌توان با هزینه کم و دوام بالا، مسیر ایمنی برای تخلیه جریانهای الکتریکی ایجاد کرد. در مقابل، اگر همبندی بدون میلگرد اجرا شود، لازم است میله‌های مسی یا تسمه‌های فلزی تهیه شود که هم قیمت اولیه بالاتری دارند و هم هزینه نصب و نگهداری آنها بیشتر است.
سطح تماس گسترده و مقاومت الکتریکی پایین
یکی از مشکلات سیستم‌های ارت سنتی مانند چاه ارت، محدود بودن سطح تماس با زمین است که می‌تواند مقاومت سیستم ارت را افزایش دهد و عبور جریان را دشوار کند. در مقابل، میلگردهای فونداسیون به دلیل سطح تماس گسترده‌ای که با خاک دارند، مقاومت الکتریکی را کاهش می‌دهند و می‌توانند جریانهای الکتریکی را به سرعت به زمین تخلیه کنند.
عدم نیاز به چاه ارت یا تجهیزات اضافی
در سیستم‌های ارت سنتی معمولا نیاز به حفر چندین چاه، نصب الکترودهای ارت و استفاده از مواد کاهنده مقاومت وجود دارد. اما در روش همبندی با میلگرد، جز در شرایط خاص مانند زمین بسیار خشک، نیازی به اجرای چاه مجزا یا الکترود خارجی نیست که باعث صرفه‌جویی قابل توجهی در زمان و هزینه اجرا میشود.
همپتانسیل کردن کل سازه
اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد یک شبکه رسانای یکپارچه در کف ساختمان ایجاد می‌کند. در نتیجه، تمام قطعات فلزی سازه به یک پتانسیل الکتریکی مشترک می‌رسند. با صفر شدن اختلاف ولتاژ بین اجزا، هر گونه نشت جریان الکتریکی به صورت ایمنی به زمین منتقل میشود و احتمال جرقه، برق‌گرفتگی یا شوک الکتریکی به حداقل می‌رسد.
دوام بالا و نیاز به نگهداری کم
میلگردها به دلیل محصور بودن در بتن، در معرض آسیب فیزیکی یا خوردگی ناشی از هوا و رطوبت قرار نمی‌گیرند. بنابراین، دوام بالایی دارند، نیازی به نگهداری ندارند و می‌توانند سال‌ها عملکرد موثر خود را حفظ کنند.
مطابقت با استانداردها و مقررات ساختمان
استانداردهای بین‌المللی حفاظت الکتریکی و مقررات ملی ساختمان، استفاده از میلگردهای فونداسیون را به عنوان بخشی از سیستم ارت و الکترود زمین برای تخلیه جریان صاعقه و جریانهای سرگردان الکتریکی توصیه کرده‌اند.
استفاده از میلگرد همبندی فونداسیون با وجود مزایای فراوان، محدودیت‌ها و معایبی نیز دارد که آگاهی از آنها برای طراحی و اجرای صحیح ضروری است. مهم‌ترین این موارد عبارتند از:
وابستگی به کیفیت آرماتوربندی
عملکرد الکتریکی میلگرد همبندی تنها زمانی مطلوب خواهد بود که اتصال بین میلگردها با سیم آرماتوربندی یا جوش، به صورت کامل و استاندارد برقرار شده باشد. ضعف در این اتصالات می‌تواند کارایی سیستم را کاهش دهد.
دسترسی دشوار پس از بتنریزی
بعد از بتنریزی، میلگرد همبندی درون بتن مدفون میشود و امکان بازرسی چشمی آن وجود ندارد. همچنین، اگر اتصال به درستی انجام نشده باشد، اصلاح آن پس از بتنریزی بسیار سخت یا حتی غیر ممکن خواهد بود.
حساسیت به شرایط خاک و رطوبت
برای حفظ خاصیت نیمه‌رسانایی بتن و انتقال موثر جریان به زمین، رطوبت بتن و خاک اطراف فونداسیون باید در حد مناسب باشد. خشکی بیش از حد باعث افزایش مقاومت سیستم ارت و کاهش کارایی آن میشود.
عدم امکان افزایش ظرفیت ارت پس از اجرا
در سیستم‌های ارت مستقل، می‌توان برای افزایش ظرفیت، الکترودهای جدید اضافه کرد. اما در همبندی با میلگرد، پس از بتنریزی امکان توسعه یا افزایش ظرفیت ارت وجود ندارد.
مراحل اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد
همبندی با میلگرد همزمان با عملیات آرماتوربندی انجام میشود و اگر به طور صحیح اجرا شود، نقش مهمی در حفظ ایمنی الکتریکی سازه دارد. آموزش همبندی فونداسیون با میلگرد شامل مراحل گام به گام زیر است:
1. طراحی نقشه
در نخستین گام، مهندسان نقشه دقیقی از شبکه همبندی تهیه میکنند. این نقشه محل عبور میلگرد همبندی را در فونداسیون و دیگر بخش‌های ساختمان مشخص می‌کند و همچنین محل اتصال ارت را نشان می‌دهد. طراحی باید به گونه‌ای صورت گیرد که اتصال همه اجزای فلزی به شبکه ارت تضمین شود و هیچ بخشی از نظر الکتریکی جدا نماند.
2. اجرای شبکه همبندی در سازه
همبندی فونداسیون با میلگرد باید پیش از بتنریزی و همزمان با آرماتوربندی اجرا شود. در این مرحله، میلگردهای همبندی مطابق نقشه با جوش، بست یا سیم آرماتوربندی به میلگردهای اصلی فونداسیون متصل می‌شوند. میلگرد همبندی باید بدون زنگ‌زدگی، رنگ یا روکش عایق و از جنس مشابه با میلگرد اصلی باشد تا رسانایی مناسبی را فراهم کند.
طبق توصیه‌ها، در هر ۶ متر باید یک اتصال محکم بین میلگردهای همبندی برقرار شود. همچنین، در فواصل میانی از سیم مفتول برای مهار استفاده میشود. همبندی در سازه‌های بتنی چند طبقه با امتداد میلگرد یا سیم به طبقات بالاتر ادامه می‌یابد.
3. آماده‌سازی محل اتصال سیم ارت و اتصال به زمین
شبکه همبندی باید از چند نقطه به سیستم ارت ساختمان متصل شود. در ساختمانهای کوچک معمولا سه نقطه اتصال در نظر گرفته میشود، اما در ساختمانهای بلندتر این تعداد بیشتر است.
در محل اتصال، میلگرد همبندی ارت به صورت عمود بر شبکه به آن جوش داده میشود و طوری تنظیم میشود که از بتن بیرون بزند. سیم مسی روکش‌دار از یک طرف به این میلگرد و از طرف دیگر به میله ارت در چاه ارت متصل میشود.
4. تست اتصال الکتریکی شبکه میلگرد
پیش از بتنریزی، باید تست‌های الکتریکی انجام شود تا صحت اتصالات بررسی گردد، زیرا پس از بتنریزی اصلاح آنها امکان‌پذیر نیست. ناظر پروژه با دستگاه اهم‌متر یا مولتی‌متر مقاومت نقاط مختلف میلگردها را اندازه‌گیری می‌کند. اگر اتصال صحیح باشد، مقاومت باید نزدیک به صفر باشد. در غیر این صورت، اتصالات ناقص باید دوباره اجرا شوند.
5. بتنریزی و اتصال به تابلو برق
پس از اطمینان از صحت اتصال الکتریکی، عملیات بتنریزی انجام میشود. باید دقت شود که بتن محل خروج سیم یا میلگرد همبندی ارت را نپوشاند یا آن را جابجا نکند. همچنین، رطوبت بتن باید مناسب باشد، زیرا نقش مهمی در رسانایی و عملکرد ارت ایفا می‌کند. در نهایت، پس از خشک شدن فونداسیون، سیم مسی از نقطه اتصال میلگرد به تابلو برق اصلی یا شینه ارت در ساختمان وصل میشود.
اصول مهم در زمان اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد
روش همبندی با میلگرد زمانی عملکرد موثری در حفظ ایمنی الکتریکی سازه خواهد داشت که میلگرد همبندی و فونداسیون هر دو نقش رسانای خود را به درستی ایفا کنند. اگر بین میلگردها فقط اتصال مکانیکی وجود داشته باشد یا مقاومت الکتریکی اتصال زیاد باشد، شبکه همبندی نمی‌تواند عملکرد مورد انتظار را تامین کند. بالعکس، در صورت استفاده صحیح از میلگرد همبندی فونداسیون، این روش می‌تواند با هزینه پایین، ایمنی مناسبی برای ساختمان فراهم کند.
برخی از مهم‌ترین اصول همبندی فونداسیون با میلگرد عبارتند از:
تضمین پیوستگی الکتریکی کامل بین میلگردها
مهم‌ترین اصل در اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد آن است که تمام اجزای فلزی آرماتور باید از نظر الکتریکی با میلگرد همبندی به هم متصل باشند تا بتوانند جریان را به طور ایمنی به زمین منتقل کنند. اگر حتی یک بخش از شبکه جدا بماند، عملکرد کل سیستم مختل خواهد شد.
همپتانسیل کردن همه بخش‌های اصلی
همه بخش‌های ساختمان که دارای اجزای فلزی هستند باید در طراحی شبکه همبندی گنجانده شوند. این موارد شامل شناژها، آرماتورهای فونداسیون، ستون‌ها، تیرهای اصلی، خرپشته، اتاق آسانسور، پشت‌بام، موتورخانه، چیلرها و اتاق برق است.
در فضاهای مرطوب مانند حمام، سرویس‌های بهداشتی، آشپزخانه یا اتاق عمل که تماس افراد با تجهیزات فلزی زیاد است، باید یکی از تیرها یا میلگردهای اطراف آن بخش به شبکه همبند متصل شود تا همه تجهیزات فلزی با سازه اصلی همپتانسیل شوند.
فاصله و کیفیت اتصالات الکتریکی در شبکه
اتصال بین میلگرد همبندی و فونداسیون باید در فواصل منظم انجام شود. این اتصالات می‌توانند با سیم آرماتوربندی، جوش نقطه‌ای یا جوش احتراقی انجام شوند. با این حال، کیفیت اتصال‌ها، مهم‌تر از تعداد آنها است. اتصال ضعیف یا ناقص، ایمنی شبکه را در هنگام عبور جریان به خطر می‌اندازد. در همه موارد باید مقاومت الکتریکی هر اتصال کمتر از 0.2 اهم باشد و اتصال به اندازه‌ای محکم باشد که در برابر نیروهای مکانیکی یا ارتعاش آسیب نبیند.
عدم آسیب به سازه
اتصالات همبندی باید به گونه‌ای طراحی شوند که بخشی از آرماتوربندی اصلی باشند و بدون نیاز به تخریب، سوراخ‌کاری یا تغییر در ساختار سازه، ایمنی الکتریکی آن را تامین کنند.
انتخاب محل مناسب برای خروج ارت از فونداسیون
محل خروج سیم یا میلگرد همبندی ارت باید طوری انتخاب شود که پس از پایان بتنریزی، دسترسی به آن ممکن باشد. بهترین محل معمولا در نزدیکی ورودی کابل‌های اصلی برق به ساختمان یا نزدیک تابلو برق اصلی در نظر گرفته میشود. در صورت بی‌توجهی به این موضوع، دسترسی به ارت پس از بتنریزی ممکن است دشوار یا حتی غیر ممکن شود.
بازرسی و نگهداری دوره‌ای
اگرچه شبکه همبندی در بتن مدفون است، اما بازرسی دوره‌ای آن به ویژه در ساختمانهای حساس مانند بیمارستان‌ها یا مراکز نگهداری داده الزامی است. این بازرسی‌ها به طور غیرمستقیم با اندازه‌گیری مقاومت سیستم ارت با دستگاه ارت‌تستر، بررسی چشمی محل اتصال سیم ارت به میلگرد و کنترل صحت اتصال آن به تابلو برق انجام میشود.
تفاوت میلگرد همبندی و میلگرد ارت
هرچند میلگرد همبند و میلگرد ارت هر دو از اجزای مهم سیستم ارتینگ ساختمان هستند، اما وظایف و کارکردهای متفاوتی دارند.
میلگرد ارت بخشی از سیستم الکترود زمین است و وظیفه اصلی آن ایجاد یک مسیر ایمن و کم‌مقاومت برای انتقال جریانهای الکتریکی به خاک است. این میلگرد معمولا به شبکه آرماتور فونداسیون متصل است و هنگام آرماتوربندی، بخشی از آن از داخل بتن بیرون آورده میشود تا به شینه ارت وصل شود. در برخی پروژه‌ها نیز میلگرد همبندی ارت به صورت مستقل از شبکه همبندی اجرا میشود و صرفا نقش اتصال به زمین را بر عهده دارد.
در مقابل، میلگرد همبندی بخشی از شبکه آرماتور فونداسیون است که هدف آن برقراری پیوستگی الکتریکی و همپتانسیل کردن اجزای فلزی ساختمان است. به زبان ساده، میلگرد همبندی همه اجزای فلزی ساختمان را به یک شبکه مشترک متصل می‌کند، در حالی که میلگرد ارت این شبکه را به زمین وصل کرده و مسیر تخلیه جریانهای ناخواسته به خاک را فراهم می‌کند.
مزایای اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد نسبت به سیم مسی
هر چند مس رسانایی الکتریکی بالاتری نسبت به فولاد دارد، اجرای همبندی با میلگرد به دلیل مزایای خاص خود، رواج بیشتری دارد. مهم‌ترین این مزایا عبارتند از:
صرفه اقتصادی و در دسترس بودن
در همبندی با میلگرد، همان میلگردهای سازه‌ای، با ایجاد اتصال الکتریکی مناسب، نقش الکترود زمین را ایفا میکنند و نیازی به افزودن مصالح جدید نیست. قیمت میلگرد بسیار کمتر از سیم مسی است و بنابراین، استفاده از آنها برای همبندی، از نظر اقتصادی مقرون‌به‌صرفه‌تر است.
در مقابل، در همبندی با سیم مسی، باید حجم بالایی سیم با سطح مقطع بالا خریداری و در آرماتوربندی نصب شود. علاوه بر قیمت بالای مس، اجرای آن به نیروی کار متخصص نیاز دارد که هزینه نهایی را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد.
سطح تماس بیشتر با زمین
شبکه میلگردهای فونداسیون سطح تماس بزرگی با خاک دارند و در نتیجه، مقاومت الکتریکی سیستم ارت را کاهش می‌دهند. اما سیم مسی، حتی اگر به صورت شبکه‌ای نصب شود، گستردگی و سطح تماس میلگرد را ندارد و در برابر عبور جریان، مقاومت بیشتری ایجاد می‌کند.
دوام و مقاومت بالا
میلگرد همبندی فونداسیون به دلیل قرار گرفتن در داخل بتن، در برابر خوردگی، ضربه و آسیب فیزیکی دوام بیشتری دارد. اما سیم مسی را نمی‌توان به صورت مستقیم در بتن استفاده کرد، زیرا بتن می‌تواند باعث خوردگی الکتروشیمیایی مس شده و اتصال آن را تضعیف کند. همچنین احتمال آسیب فیزیکی یا قطع شدن سیم مسی در زمان اجرا نیز بیشتر است.
پایداری بالاتر
شبکه میلگرد همبندی به دلیل نحوه اتصال و استحکام بالای خود، به صورت یکپارچه با اسکلت سازه عمل می‌کند و احتمال جابجایی یا قطع‌شدگی آن بسیار کم است. اما سیم مسی، اگر به درستی مهار نشود، ممکن است در حین بتنریزی جابجا یا پاره شود و پیوستگی سیستم ارت را مختل کند.
نصب آسان‌تر
اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد آسان‌تر و سریع تر است، زیرا نیازی به افزودن عنصر جدید به سازه نیست و همان میلگردهای سازه ای به هم متصل می‌شوند. در مقابل، سیم مسی نیاز به دقت بالایی در جایگذاری دارد تا هنگام بتنریزی جابجا نشود. بنابراین، باید اتصالات زیادی ایجاد و در طول اجرا به دقت نگهداری شود.
جمع بندی
اجرای همبندی فونداسیون با میلگرد، مسیر ایمن و کم‌مقاومت برای انتقال جریانهای الکتریکی از بخش‌های فلزی ساختمان به زمین ایجاد می‌کند و ایمنی سازه را در برابر خطراتی مانند صاعقه، نقص سیم‌کشی، جریانهای نشتی و الکتریسیته ساکن به طور چشمگیری افزایش می‌دهد.
انتخاب میلگرد همبندی مناسب نقش مهمی در عملکرد صحیح سیستم ارت ساختمان دارد. در این زمینه، فولادسل به عنوان مرجع تخصصی قیمت آهن‌آلات، با ارائه خدمات مشاوره‌ای و تامین انواع میلگرد ساده و آجدار، تیرآهن، ورق، لوله، نبشی، ناودانی و مفتول، پشتیبان مطمئن پروژه‌های عمرانی و صنعتی است.