میلگرد ممان منفی (نگاتیو) در سقف و تیرچه پیش تنیده

میلگرد ممان منفی عضوی جهت تقویت سقف‌های تیرچه بلوک در ساختمان سازی است. آن را با عنوان میلگرد سر تیرچه و میلگرد نگاتیو نیز می‌شناسند. وظیفه اصلی این عضو، تحمل لنگر منفی ایجاد شده در سقف سازه است و نامگذاری‌شان هم بر این اساس انجام گرفته است. به طور کلی، میلگرد با توجه به مقاومت کششی بالایی که دارد، درون بتن قرار گرفته و این نقطه ضعف سازه‌های بتنی را پوشش می‌دهد. نقش میلگرد نگاتیو:

1. تحمل بارهای اصلی وارد بر سازه
2. تقویت بخش‌های اصلی ساختمان و کمک به آن‌ها جهت انجام صحیح وظیفه‌شان است.

در دال تیرچه بلوک وظیفه تحمل بارهای اصلی بر عهده تیرچه‌ها و تیرهای اصلی است. از این رو، آرماتور ممان منفی نقش تقویتی را ایفا کرده و در برابر لنگر ایجاد شده در دال بتنی سقف مقاومت می‌کند. به این ترتیب، از پیچش تیرآهن اصلی، ترک خوردگی سقف و سایر مشکلاتی که در پی آن رخ می‌دهد، جلوگیری خواهد کرد. برای ساخت آرماتورهای ممان منفی، در اکثر موارد از میلگردهای آجدار قطر کم (8، 10 و 12) استفاده می‌شود.

 میلگرد سر تیرچه به ویژه در دال تیرچه بلوک کاربرد گسترده‌ای داشته و جهت تحمل لنگر منفی ایجاد شده در آن‌‌ها به کار گرفته می‌شود. دلیل استفاده از این مصالح در این دال‌ها، نوع طراحی آن‌ها و فرض‌های محاسباتی‌شان است. برای مثال، هنگام طراحی سقف‌های تیرچه بلوک فرض بر این است که تیرچه‌ها با دهانه ساده هستند و میزان لنگر آن‌ها در تکیه گاه صفر است.

اما در واقعیت چنین چیزی نبوده و به دلیل بتن‌ریزی یکپارچه سقف و تیر، مقداری لنگر منفی ایجاد می‌شود. البته مقدار این لنگر منفی چندان زیاد نیست. اما باید اقداماتی انجام گیرد تا مقاومت خمشی تکیه‌گاه در برابر لنگر افزایش پیدا کرده و امکان تحمل آن وجود داشته باشد. اینجا است که میلگرد سر تیرچه کاربرد پیدا می‌کند و نقش مقاومت در برابر لنگر منفی را بر عهده می‌گیرد. اگر سازه از همان ابتدا با فرض وجود این لنگر منفی طراحی شده باشد، نیاز به آرماتور سر تیرچه نیست. ولی از آنجا که فرض طراحی سقف بر لنگر منفی، صفر است وجود این آرماتور هم الزامی است.

زمانی که سقف با تیرچه بلوک طراحی می‌شود، اتصال تکیه گاه از نوع ساده در نظر گرفته خواهد شد. اما در عمل به دلیل اینکه بتن‌ریزی سقف و تیر به صورت یکجا انجام می‌گیرد، مقداری لنگر منفی به وجود می‌آيد. به عبارت دیگر، دلیل ایجاد این لنگر منفی یکدست بودن دال بتنی سقف است. استفاده از آرماتور نگاتیو به سقف‌ تیرچه بلوک کمک می‌کند در برابر این لنگر منفی که در طراحی صفر در نظر گرفته شده است، مقاومت نماید.

زمانی که روی دال (سقف) بارگذاری انجام می‌گیرد، این بار از طریق تیرچه‌ها به تیر اصلی منتقل خواهد شد. چالشی که در این رابطه وجود دارد، ایجاد پیچش توسط بار وارده در تیر از طریق تیرچه‌ها است. این پیچش زمانی که تیر از نوع کناری بوده و تنها از یک طرف تیرچه بر روی آن قرار می‌گیرد، بیشتر خواهد شد. اینجا است که لنگر منفی ایجاد می شود. اگر این لنگر منفی کنترل نشود، امکان پیچیش تیر و آسیب دیدگی دال به مرور زمان وجود خواهد داشت. در حال حاضر، استفاده از میلگرد ممان منفی مهمترین روش برای کنترل لنگر منفی است.

مهمترین و اصلی ترین کاربرد میلگردهای نگاتیو یا ممان منفی همین تحمل لنگر منفی ایجاد شده به دلیل یکپارچه بودن دال بتنی سقف است. در صورتی که سقف و تیر از همان ابتدا برای تحمل پیچش ایجاد شده طراحی می‌شدند، نیازی به استفاده از این مصالح وجود نداشت. اما از آن جایی که سقف‌های تیرچه بلوکی با فرض ساده بودن تکیه گاه طراحی می‌شوند، استفاده از این میلگردها به منظور جلوگیری از پیچش و مقاومت در برابر ممان منفی الزامی است. شکل میلگرد ممان منفی تا حد زیادی مشابه با عصا بوده و از یک قسمت صاف و یک قسمت خم تشکیل می‌شود.

خم میلگردهای نگاتیو در اکثر موارد ۹۰ درجه است. با این حال، بسته به نوع سقف و شرایط استفاده، ممکن است با زوایای دیگری هم خم زده شود. بخش صاف این میلگردها در امتداد تیرچه و قسمت خم شدۀ آن، پشت تیر قرار می‌گیرد تا اتصال مستحکم شده و لنگر منفی به خوبی کنترل گردد. اگر قسمت خم شده بجای پشت تیر، در هسته آن مهار شود، این قابلیت بهتر هم خواهد شد. از این رو تا حد امکان، باید مهارسازی این میلگردها در هسته تیر اصلی انجام گیرد.

از آنجا که در سازه‌ها و بخصوص سقف‌های تیرچه بلوکی از مصالح تقویتی مختلفی استفاده می‌شود، گاهی اوقات این احتمال وجود دارد که میلگرد ممان منفی با سایر مصالح اشتباه گرفته شود. برای مثال، یکی از متداول‌ ترین خطاهای موجود در این بخش، اشتباه گرفتن نقش میلگرد سر تیرچه با میلگرد ادکا می‌باشد. در حالی که این میلگردها هم از نظر شکل و هم از نظر کاربرد با هم تفاوت دارند. به همین خاطر، آشنایی با ویژگی‌های آرماتورهای ممان منفی به شما کمک می‌کند شناخت مناسبی از این مصالح پیدا کرده و حین خرید با چالش مواجه نشوید. ویژگی‌های آرماتورهای ممان منفی، عبارتست از:

• شکل عصایی دارند.
• محاسبه بر اساس لنگر خمشی دهانه
• سطح مقطع نسبتا کم دارند.
• قرارگیری بین دو دهانه
• از میلگرد آجدار سایز متوسط برای ساخت شان استفاده می‌شود.
• محاسبه طول بر اساس دهانه

شکل عصایی

میلگرد نگاتیو شکلی شبیه به عصا دارد. به این صورت که یک طرف آن کامل مستقیم بوده و طرف دیگر دارای یک خم می‌باشد. این خم در بیشتر موارد قائم (۹۰ درجه) است.

محاسبه بر اساس لنگر خمشی دهانه

آرماتورهای ممان منفی بر اساس ۱۵ درصد لنگر خمشی وسط دهانه محاسبه گردیده و در محل تکیه گاه قرار خواهند گرفت. در صورتی که تکیه گاه از نوع میانی باشد، ملاک محاسبه بیشترین لنگر خمشی دهانه‌های طرفین است.

سطح مقطع نسبتا پایین

لنگر منفی ایجاد شده در سقف‌های تیرچه بلوک چندان زیاد نیست. از این رو، نیاز به استفاده از میلگردهای قطور برای ساخت میلگرد ممان منفی نیست. در حالت استاندارد، سطح مقطع این آرماتورها باید حداقل ۰.۱۵ سطح مقطع میلگردهای کششی باشد که توسط طراح محاسبه گردیده و در تیرچه به کار رفته‌اند.

قرارگیری میلگرد ممان منفی بین دو دهانه

میلگردهای نگاتیو را می بایست معمولا در قسمت بالای سقف بتنی و بین دو دهانه کنار هم قرار دهیم تا بتوانند به خوبی لنگر منفی را تحمل کنند.

استفاده از میلگرد آجدار سایز متوسط

برای تولید آرماتورهای ممان منفی، از میلگرد آجدار سایزهای پایین یا متوسط استفاده می‌شود. رایج‌ترین سایزهای میلگرد‌ آجدار برای تولید میلگرد ممان منفی شامل میلگردهای سایز ۸، ۱۰، ۱۲ و در برخی موارد ۱۴ میل است.

محاسبه طول بر اساس دهانه

‌ برای اینکه میلگردهای نگاتیو بتوانند نقش خود را به شکل صحیح انجام دهند، باید طول‌شان مناسب باشد. طول استاندارد این میلگردها بر اساس دهانه محاسبه می‌شود. حداقل طول باید یک پنجم دهانه در نظر گرفته شود. استفاده از میلگرد نگاتیو با طول کمتر موجب ضعف در کاربرد آن می‌شود. طول‌های خیلی زیاد باعث اتلاف بیهوده و هزینه بر خواهد بود.

احتمال ایجاد لنگر منفی در دال‌های تیرچه کرومیت وجود دارد. بنابراین، در این دال ها از میلگرد نگاتیو استفاده می شود تا:

• ظرفیت خمش منفی سقف تیرچه کرومیت از طریق این میلگردها تأمین گردد.
• استحکام سقف رادر برابر زلزله افزایش پیدا کند.
•  از گسیختگی تیرچه‌ها در هنگام رخ دادن حوادث طبیعی جلوگیری گردد.
• از ایجاد ترک‌ در قسمت تکیه‌گاه سقف ممانعت شود.

استفاده از میلگرد نگاتیو در دال‌های تیرچه بلوک بسیار گسترده‌تر از دال‌های کرومیتی است. اما نحوه استفاده از این نوع میلگرد در هر دو نوع سقف تقریبا یکسان بوده و عملکردی مشابه دارد. به عبارت دیگر، میلگرد ممان منفی در سقف‌ تیرچه بلوک هم به منظور جلوگیری از پیچش تیر و تحمل لنگر منفی استفاده می‌شود. امکان استفاده از میلگردهای کششی خود تیرچه به عنوان میلگرد نگاتیو وجود ندارد. زیرا میلگرد تیرچه در دهانه تیر قطع شده و توانایی لازم برای تحمل لنگر منفی را ندارد.

به این ترتیب، میلگردهای فشاری خود تیرچه یا همان میلگردهای بالایی امکان ایفای نقش به عنوان میلگرد نگاتیو را نداشته و باید از میلگردهایی جداگانه استفاده شود. اینجاست که میلگرد ممان منفی کاربرد داشته و با رعایت استانداردها، در بین دهانه‌ها اجرا می‌گردد. بخش صاف و مستقیم میلگرد نگاتیو را در امتداد تیرچه قرار می‌دهیم. بخش خم شده آن را نیز پشت تیر قرار می‌دهیم. سپس بتن‌ریزی انجام می‌شود تا اتصالات به خوبی انجام گرفته و قدرت تحمل لنگر منفی ایجاد گردد. البته برای بهبود این قابلیت، امکان اتصال میلگرد نگاتیو به هسته تیر هم وجود دارد.

طول میلگرد ممان منفی در سقف تیرچه بلوک

تعیین دقیق و استاندارد طول آرماتور نگاتیو مهم است. استاندارد طول این میلگردها بر اساس فرمولی مشخص تعیین می‌گردد و یک پنجم دهانه می‌باشد. این میزان برابر با حداقل طول میلگرد ممان منفی است. به عبارت دیگر، طول این مقاطع نباید کمتر از یک پنجم اندازه دهانه انتخاب شود. استفاده از میلگردهای با طول خیلی بیشتر اصولی نیست و موجب افزایش مقطع مصرفی و در نتیجه افزایش هزینه‌ها خواهد شد. از این رو، به منظور ایجاد بهترین مقاومت در برابر لنگر منفی و همچنین بهینه سازی هزینه‌ها، طول میلگردهای نگاتیو باید به صورت دقیق و استاندارد تعیین گردد.

تیرچه پیش تنیده نوع خاصی از تیرچه‌های بتنی است. از آن برای بالا بردن مقاومت سازه در برابر تنش‌های فشاری استفاده می‌شود. کاربرد میلگرد ممان منفی در سقف‌هایی که با از تیرچه‌های پیش تنیده پوشش داده می‌شود، کاملا مشابه با سقف‌های تیرچه بلوکی است. به طور کلی، مقاومت کششی بتن کم است. از این رو، استحکام زیادی در برابر تنش‌های کششی ندارد. به همین خاطر، نسبت به مسلح سازی آن با استفاده از آرماتورهای فولادی که از مقاومت کششی بالایی دارند اقدام می‌کنیم. ساخت تیرچه‌های مسلح معمولی یا پیش تنیده یکی از این اقدامات است.

هدف از پیش تنیدگی تیرچه این است که قبل از بارگذاری، آن را تحت فشار قرار دهند. به عبارت دیگر، قسمتی که قرار است حین بارگذاری تحت کشش قرار بگیرد، از همان ابتدا تحت فشار بوده و هنگام اجرا این نیروها یکدیگر را خنثی می‌کنند. در نتیجه، مقاومت باربری تیرچه پیش تنیده از هر نظر ارتقاء یافته و به محکم‌تر شدن سازه کمک خواهد کرد. اما در این سقف‌ها هم لنگر منفی وجود درد و میلگرد نگاتیو به منظور مقاومت در برابر این لنگر به کار گرفته می‌شود. نحوه اجرای این میلگردها هم تا حد زیادی مشابه اجرا در سقف‌های تیرچه بلوک و کرومیت است.

فرقی ندارد که ساختمان شما از نوع اسکلت فلزی یا اسکلت بتنی باشد. در صورتی که برای پوشش دهی سقف آن از تیرچه بلوک استفاده کرده و هنگام طراحی تکیه گاه را ساده در نظر گرفته باشید، استفاده از میلگردهای نگاتیو یا سرتیرچه الزامی است. زیرا بار وارد شده از طریق تیرچه‌ها پیچشی را در تیر اصلی ایجاد کرده و موجب ایجاد یک لنگر منفی می‌شود. این اتفاق به‌خصوص زمانی که تیر اصلی سازه کناری بوده و تیرچه‌ها تنها از یک طرف بر روی آن قرار می‌گیرند، با شدت بیشتری رخ می‌دهد. از این رو ضرورت استفاده از میلگرد ممان منفی هم بیشتر خواهد بود. بنابراین زمانی که در سازه‌های اسکلت فلزی از سقف‌های تیرچه بلوک یا تیرچه کرومیت استفاده شود، به کارگیری این میلگردهای تقویتی هم الزامی است.