در ادبیات مهندسی عمران، تمام آرماتورها وظیفه تحمل بار ثقلی را ندارند. میلگرد حرارتی یا به بیان دقیقتر آییننامهای، آرماتور افت و حرارت (Temperature and Shrinkage Reinforcement)، یکی از کلیدیترین اجزای سقفهای بتنی است که برخلاف تصور عموم، نقش باربری مستقیم ندارد، اما حذف آن میتواند منجر به فاجعه در دوره بهرهبرداری سازه شود. در صنعت ساختمان، ترکخوردگی بتن سقف یکی از نگرانیهای اصلی مهندسان و مالکان است. میلگرد حرارتی، ابزاری حیاتی برای مقابله با این پدیده است. در این مقاله از آهن پخش، به بررسی دقیق فلسفه وجودی، استانداردها و روشهای اجرای این میلگرد در انواع سقفها میپردازیم.
- میلگرد حرارتی چیست؟
- ضرورت استفاده از میلگرد حرارتی در سقف
- کاربرد میلگرد حرارتی در انواع سیستمهای سقفی
- بررسی ضوابط و استانداردهای میلگرد حرارتی
- نحوه محاسبه وزن و مقدار میلگرد حرارتی مورد نیاز
- روش صحیح اجرا و نکات نظارتی (چکلیست مهندسین)
- جایگزینهای مدرن میلگرد حرارتی در صنعت ساختمان
- عواقب فنی عدم استفاده یا اجرای اشتباه
میلگرد حرارتی چیست؟
بتن پس از ریختهشدن، در مراحل اولیه گیرش خود با پدیدهای به نام «هیدراتاسیون» روبرو میشود که با تولید گرما و از دست دادن آب همراه است. این فرآیند باعث انقباض بتن میگردد. اگر این انقباض مهار نشود، بتن دچار ترکهای عرضی و طولی میشود. میلگرد حرارتی برای مقابله با این تنشهای حرارتی و جلوگیری از باز شدن ترکها در لایه رویی بتن قرار میگیرد.
فلسفه استفاده از آرماتور افت و حرارت در بتن : بتن مادهای است که در فشار بسیار قوی عمل میکند اما در برابر کشش، مقاومتی نزدیک به صفر دارد. در ساعات اولیه گیرش بتن، دو عامل "تغییرات دما" و "جمعشدگی ناشی از خشک شدن"، تنشهای کششی در سطح دال ایجاد میکنند. میلگرد حرارتی دقیقاً برای مقابله با این تنشها تعبیه میشود تا یکپارچگی دیافراگم سقف حفظ شود.
واکنش هیدراتاسیون و نقش میلگرد در کنترل ترکها : هنگامی که آب با سیمان ترکیب میشود، واکنش گرمازای هیدراتاسیون بتن رخ میدهد. با تبخیر آب اضافی، حجم بتن کاهش یافته و تمایل به جمع شدن (Shrinkage) پیدا میکند. اگر عاملی جلوی این جمعشدگی را نگیرد، بتن ترک میخورد. آرماتورهای حرارتی با درگیر شدن در بافت بتن، دوخت و دوزی ایجاد میکنند که مانع از باز شدن ترکهای عرضی بتن شده و عرض ترکها را در محدوده استاندارد نگه میدارند.
مشخصات فنی و سایز رایج عبارت است از :
- سایز: معمولاً از میلگردهای با قطر کم (سایز ۶ یا ۸) استفاده میشود. در برخی موارد از مفتولهای ۵ یا ۴ نیز استفاده میگردد.
- نوع میلگرد: غالباً از میلگرد ساده (A1) یا میلگرد آجدار نرم (A2) برای این کار استفاده میشود.
- نحوه قرارگیری: به صورت شبکه (مش) عمود بر هم بر روی تیرچهها یا بلوکها قرار میگیرند.
ضرورت استفاده از میلگرد حرارتی در سقف
بسیاری تصور میکنند وظیفه این میلگرد تحمل بار سازه است، اما نقش اصلی آن حفظ یکپارچگی بتن است:
- جلوگیری از نفوذ آب و خوردگی: ترکهای حرارتی مسیری برای نفوذ رطوبت به لایههای زیرین و زنگزدگی میلگردهای اصلی (تیرچه) ایجاد میکنند. میلگرد حرارتی جلوی این فرآیند را میگیرد.
- یکپارچگی در برابر زلزله: این میلگردها باعث میشوند بتن سقف به صورت یک دیافراگم صلب و واحد عمل کند.
- توزیع بارهای متمرکز: در صورت وارد شدن فشار ناگهانی به یک نقطه از سقف، این شبکه به توزیع بهتر بار کمک میکند.
یک اشتباه رایج، یکی دانستن میلگرد حرارتی با میلگرد ممان منفی است. میلگرد ممان منفی برای تحمل لنگرهای منفی در تکیهگاههای تیرچه استفاده میشود و معمولاً قطورتر است. در حالی که میلگرد حرارتی کل سطح سقف را میپوشاند و وظیفه غیرسازهای (کنترل ترک) دارد.
کاربرد میلگرد حرارتی در انواع سیستمهای سقفی
تقریباً در تمام دالهای یکطرفه و دوطرفه، استفاده از آرماتور افت و حرارت الزامی است، اما نحوه اجرا متفاوت است.
- نقش میلگرد حرارتی در سقف تیرچه بلوک : در سقفهای تیرچه بلوک که رایجترین سیستم سقفی در ایران است، میلگرد حرارتی عمود بر تیرچهها و به صورت یک شبکه (Mesh) اجرا میشود. هدف اصلی در اینجا، جلوگیری از ترک خوردن بتن پوششی (Overcoat) 5 سانتیمتری روی بلوکهاست. بدون این آرماتور، بتن روی یونولیت یا بلوک سفالی به راحتی خرد میشود.
- الزامات میلگرد حرارتی در سقفهای عرشه فولادی : در سقف عرشه فولادی، معمولاً از شبکههای مش پیشجوش استفاده میشود. با توجه به اینکه ورق گالوانیزه نقش قالب ماندگار را دارد، کنترل ترکها در بتن روی عرشه برای جلوگیری از نفوذ رطوبت به ورق و زنگزدگی آن حیاتی است.
- تفاوت عملکرد در سقفهای دال بتنی و تیرچه کرومیت : در سقفهای دال بتنی توپر، آرماتورهای اصلی محاسباتی معمولاً آنقدر متراکم هستند که ضوابط آرماتور حرارتی را نیز پوشش میدهند و نیازی به میلگرد جداگانه نیست. اما در سقف تیرچه کرومیت (تیرچه فلزی)، دقیقاً مشابه تیرچه بلوک، اجرای میلگرد افت و حرارت در جهت عمود بر تیرچهها الزامی است.
لازم به ذکر است که میلگرد حرارتی نقش باربری سازهای ندار و یک باور غلط وجود دارد که افزایش سایز میلگرد حرارتی باعث تحمل بار بیشتر سقف میشود. وظیفه این میلگرد صرفاً کنترل تنشهای حرارتی است و در محاسبات باربری ثقلی و زلزله لحاظ نمیشود.
بررسی ضوابط و استانداردهای میلگرد حرارتی
مهندسین ناظر بر اساس بندهای صریح آییننامه بتن ایران (آبا) و مبحث نهم، اجرای این بخش را کنترل میکنند.
انتخاب سایز و نوع میلگرد حرارتی همواره یکی از چالشهای فنی میان پیمانکاران و مهندسین ناظر است. اگرچه طبق صریح آییننامه، استفاده از میلگرد با قطر حداقل ۵ میلیمتر مجاز بوده و عملاً بهکارگیری میلگرد نمره ۶ منع قانونی ندارد، اما اکثر محاسبان برای جلوگیری از دفرمه شدن و کمانش شبکه در اثر تردد کارگران حین بتنریزی، نمره ۸ را توصیه میکنند. از نظر جنس متریال نیز با وجود مجاز بودن استفاده از فولاد نرم (A1)، اولویت فنی با میلگردهای آجدار (A2) است تا به واسطه اصطکاک و درگیری بیشتر با بتن، ترکها را موثرتر مهار کنند. در نهایت اجرای این شبکه تابع قوانین سختگیرانهای است که بر اساس آن، فاصله میلگردها از یکدیگر نباید فراتر از ۵۰ سانتیمتر یا ۵ برابر ضخامت دال (هر کدام کمتر باشد) رود؛ هرچند در عرف ساختوساز استاندارد ایران، معمولاً این فاصله را بین ۲۵ تا ۳۰ سانتیمتر در نظر میگیرند تا حداکثر کارایی حاصل شود.
- حداکثر فاصله: فاصله بین دو میلگرد حرارتی نباید از ۲۵ سانتیمتر (یا ۵ برابر ضخامت دال) بیشتر باشد.
- حداقل نسبت آرماتور: معمولاً برای میلگردهای S220 حدود ۰.۰۰۲ سطح مقطع بتن در نظر گرفته میشود.
- محل قرارگیری: این میلگردها باید در یکسوم بالایی ضخامت دال بتنی قرار گیرند تا بیشترین کارایی را در کنترل ترکهای سطحی داشته باشند.
نحوه محاسبه وزن و مقدار میلگرد حرارتی مورد نیاز
برای برآورد متریال و جلوگیری از هدررفت بودجه پروژه، محاسبه دقیق وزن ضروری است.
فرمول محاسبه وزن مخصوص آرماتور حرارتی در سقف : برای محاسبه سریع، کافیست مساحت سقف را در وزن واحد سطح ضرب کنید. اگر از شبکه میلگرد نمره ۶ با چشمههای ۲۵ سانتیمتری استفاده میکنید، تقریباً در هر متر مربع حدود ۶۰۰ تا ۸۰۰ گرم میلگرد نیاز دارید.
جدول وزنی میلگرد حرارتی (به تفکیک سایز و متراژ) : در جدول زیر وزن حدودی میلگرد مورد نیاز برای هر متر مربع سقف بر اساس سایز و فاصله (چشمه) آورده شده است. برای محاسبه دقیقتر به صفحه جدول وزن میلگرد مراجعه کنید.
| سایز میلگرد (mm) | فاصله شبکه (cm) | وزن تقریبی در هر متر مربع (kg) |
|---|---|---|
| 6 (ساده) | 20 × 20 | 1.10 |
| 6 (ساده) | 30 × 30 | 0.75 |
| 8 (آجدار) | 25 × 25 | 1.60 |
| 8 (آجدار) | 30 × 30 | 1.35 |
آییننامه حداقل نسبت سطح مقطع میلگرد حرارتی به سطح مقطع ناخالص بتن را حدود ۰.۰۰۱۸ (برای میلگرد S400) در نظر میگیرد. رعایت این نسبت برای تاییدیه مهندس ناظر الزامی است.
روش صحیح اجرا و نکات نظارتی (چکلیست مهندسین)
حتی بهترین میلگرد اگر بد اجرا شود، کارایی نخواهد داشت. نکات زیر خط قرمز نظارت هستند:
- زمان مناسب برای پهن کردن شبکه حرارتی : شبکه حرارتی باید بعد از نصب لولههای تأسیسات برقی و مکانیکی اجرا شود. اگر میلگرد را زودتر پهن کنید، عبور لولهها نظم شبکه را به هم میزند. البته باید دقت شود که هنگام بتنریزی، فشار پمپ یا رفتوآمد کارگران لولهها را زیر میلگرد له نکند.
- روش بستن اتصالات: اتصال میلگردها باید حتماً با مفتول آرماتوربندی (گره ضربدری یا پروانهای) انجام شود. استفاده از جوشکاری نوکبهنوک برای میلگردهای با قطر پایین (مثل ۶ و ۸) و میلگردهای سرد اصلاحشده، اکیداً ممنوع است؛ زیرا باعث ترد شدن فولاد و شکستن آن در محل جوش میشود.
- محل دقیق قرارگیری: میلگرد حرارتی نباید روی یونولیت بچسبد! این میلگرد باید در "یکسوم بالایی ضخامت بتن" قرار گیرد. برای این کار باید از اسپیسر (Spacer) یا تکههای سنگ استفاده شود تا میلگرد حدود ۲ تا ۳ سانتیمتر از سطح یونولیت بالاتر قرار گرفته و کاملاً در بتن غرق شود.
جایگزینهای مدرن میلگرد حرارتی در صنعت ساختمان
آیا میلگرد حرارتی قابل حذف و قابل جایگزینی است ؟ در سالهای اخیر بحثهای زیادی درباره حذف میلگرد حرارتی مطرح شده است. طبق پیوست ششم آییننامه ۲۸۰۰ و نشریه ۵۴۳، میتوان در شرایط خاص از روشهای جایگزین استفاده کرد:
استفاده از الیاف پلیپروپیلن (PP): مخلوط کردن الیاف با بتن میتواند تا حد زیادی تنشهای حرارتی را مهار کرده و نیاز به میلگرد حرارتی را در برخی سازهها مرتفع کند. این روش سرعت اجرا را به شدت بالا میبرد.
استفاده از شبکه پیشجوش (مش آماده): به جای بافتن دستی میلگردها، از مشهای آماده استفاده میشود که دقت و سرعت بالاتری دارد.
عواقب فنی عدم استفاده یا اجرای اشتباه
شاید در روزهای اول پس از بتنریزی مشکلی نبینید، اما حذف این میلگردها بمب ساعتی سازه است. بدون آرماتور حرارتی، ترکهای ریز ناشی از افت بتن به سرعت گسترش مییابند. این ترکها مسیر نفوذ آب و اکسیژن را به داخل دال باز میکنند.
خطرناکترین پیامد، نفوذ رطوبت از طریق ترکها به میلگردهای اصلی و کششی تیرچه است. این اتفاق باعث زنگزدگی، افزایش حجم آرماتور و در نهایت ترکیدن بتن پاشنه تیرچه میشود که تعمیر آن بسیار پرهزینه و دشوار است.
نتیجهگیری
در نهایت، باید پذیرفت که میلگرد حرارتی اگرچه در محاسبات باربری ثقلی نقشی ندارد، اما حکم «بیمه عمر سقف» را ایفا میکند. حذف یا اجرای غیراصولی این مقطع، شاید در کوتاهمدت هزینهها را کاهش دهد، اما با ایجاد ترکهای عمیق و هموار کردن مسیر خوردگی میلگردهای اصلی، خساراتی جبرانناپذیر به بار میآورد. بنابراین، پایبندی به ضوابط مبحث نهم در انتخاب سایز مناسب (معمولاً ۶ یا ۸) و رعایت دقیق فواصل اجرایی، نه یک هزینه اضافی، بلکه سرمایهگذاری ضروری برای تضمین دوام و یکپارچگی ساختمان است
