وصله مکانیکی جایگزینی اقتصادی برای وصله پوششی در ساختمان های

وصله مکانیکی جایگزینی اقتصادی برای وصله پوششی در ساختمان های بتن مسلح کوتاه مرتبه

چکیده:

در کشور عزیزمان ایران ساختمان های بتن آرمه، بخش عمده بناهای در حال ساخت را تشکیل می دهند. در ساختمان های بتن مسلح وصله آرماتور ها، یک امر اجتناب ناپذیر است .وصله پوششی رایج ترین نوع وصله میلگردها است که از مهم ترین معایب آن اتلاف در مصرف میلگرد می باشد.

فولاد ساختمانی محصول گران بهایی است که مصرف بهینه آن موجب حفظ ذخایر با ارزش آهن بررای نسرل هرای آینرده و همچنرین کراهشآلودگی های حاصل از تولید، می شود. یکی از راهکارهای مصرف بهینه آرماتور در ساختمان های بتن مسلح، استفاده از وصله مکانیکی به جرایوصله پوششی است.

اگر چه مزایای وصله های مکانیکی کاملاً شناخته شده است ولی مسئله اصلی در کاربرد آن ها، قیمت نسبی بالای این قطعات است و این در حالی است که آیین نامه ها نیز استفاده از وصله های پوششی را مجاز می دانند. اما سؤال اینجاست که آیا این تصور که وصله های مکانیکی پر هزینه تر از وصله های پوششی است، درست است؟

چنانچه بتوان تعداد محل های لازم برای انجام وصله آرماتور را، به هر روش ممکن در یک ساختمان بتن مسلح کاهش داد، بدون شک استفاده از وصله های مکانیکی حتماً دارای توجیه اقتصادی نیز خواهد بود. و این ایده ای است که در این مقاله مطرح است و قرار است میزان اعتبار آن مورد بحث قرار گیرد.

1- مقدمه:

در سازه های بتن آرمه، به دلیل  محدودیت طولی آرماتورها و نکات اجرایی، وصله آرماتورها امری  لازم و ضروری است. میلگردها را می توان به چهار روش  به یکدیگر وصله نمود: وصله های پوششی1،  جوشی2، مکانیکی3 و اتکایی4

در حال حاضر در ایران وصله ی پوششی، معملول ترین نحوه وصله برای ساختمان های بتن آرمه متعارف می باشد. این روش اتصال، روشی قدیمی برای اتصال آرماتورهاست که شاید به طور اشتباه، یک روش ارزان تلقی می شود.

Cagley و Apple [1] در نتیجه مطالعله‌ی خود، بیان داشته اند که مجموع مزایای سازه‌ای و اقتصادی وصله های مکانیکی در مقایسله با وصله های پوششی، نسبت هزینه-فایده بسیار جذابی را نشان می‌دهد.

سینگ و همکاران نیز در مطالعه خود[2]  به بررسی صرفه اقتصادی وصله های مکانیکی در مقابل وصله های پوششی پرداخته اند. نتیجه گزارش شده از این تحقیق نیز حاکی از صرفه اقتصادی در استفاده از وصله های مکانیکی به جای وصله های پوششی می باشد.

2-    روش تحقیق: 

برای رسیدن به پاسخ این سوال، که آیا استفاده از وصله های مکانیکی پرهزینه تر از وصله های پوششی است، کافی است میزان تأثیر سه متغیر مستقل زیر را بر میزان میلگرد مصرفی و هزینه تمام شده آرماتوربندی و اجرای اسکلت ساختمان های بتن مسلح کوتاه مرتبه (در اینجا سه طبقه) مورد بررسی قرار دهیم. 

    1-2-           متغیر های مستقل:  

              1-1-2-       استفاده از آرایش چهار آرماتوره در ستون ها به جای آرایش معمولی. 

              2-1-2-       کاهش میزان آرماتور مصرفی از طریق افزایش مقاومت مشخصه بتن سازه ای. 

              3-1-2-       استفاده از وصله مکانیکی به جای وصله پوششی.

     2-1-1-1-          آرایش آرماتورها در ستون ها

منظور از آرایش آرماتورها، نحوه قرارگیری میلگردها در مقطع اعضا می باشد. با توجه به ضوابط آیین نامه ها و مسائل  اجرایی در ساختمان های بتن آرمه  متعارف در ایران، معمولاً برای طراحی  ستونی با حداقل ابعاد و حداقل مقدار فولاد، از عضوی با مقطع مرسوم  مقابل  استفاده می شود.  


شکل  1- کوچکترین مقطع مرسوم

آرایش چهارآرماتوره در ستون ها که در شکل زیر مشاهده می شود، از نظر ضوابط آیین نامه ای استاندارد می باشد. استفاده از این آرایش ایده ای است که در این پژوهش به منظور کاهش تعداد مدل  های لازم برای انجام وصله آرماتورها، ارائه شده است.

شکل 2- آرایش چهار آرماتوره ستون ها

  2-1-1-2- آرایش آرماتورها در تیرها: 

با توجه به مسائل اجرایی در ساختمان های متعارف ایران، مقطع مرسوم تیرها مطابق شکل زیر می باشد.

 

شکل  3- مقطع مرسوم تیرها

آرایش چهار آرماتوره در تیرها که در شکل زیرآورده شده است نیز، از نظر ضوابط آیین نامه ای استاندارد می باشد. 


شکل  4- مقطع چهار آرماتوره تیرها

2-1-2-1- مقاومت مشخصه بتن: 

منظور از تغییر مقاومت مشخصه بتن به عنوان یک متغیر مستقل، تغییر در مقاومت بتن مصرفی در ستون هاست. اما از آنجا که در مدل اتصال تیر و ستون، قسمتی از ستون با بتن مورد استفاده در تیرها اجرا می شود، مجبور به رعایت یک مقدار حداکثر، برای اختلال بین مقاومت مشخصه بتن ستون ها با تیرها (و دال ها) هستیم.

در واقع برای استفاده از بتن با مقاومت kg/cm2280 در ستون ها، مجبور به استفاده از بتن با مقاومت حداقل  kg/cm210 در تیرها هستیم .همچنین برای استفاده از بتن با مقاومت kg/cm350 در ستون ها، مجبور به استفاده از بتن با مقاومت حداقل kg/cm280  در تیرها هستیم. 

3- تجزیه و تحلیل داده ها:

جامعه آماری مد نظر در این پژوهش، شامل ساختمان های بتن مسلح سه طبقه مسکونی است؛ که به صورت متعارف با سیستم سازه ای باربر قاب خمشی بتن مسلح، حداکثر در سه سال گذشته در شهر اصفهان طراحی شده اند، و نقشه های آن ها مورد تأیید سازمان نظام مهندسی ساختمان شهر اصفهان قرار گرفته است. 

نمونه های انتخاب شده از بین جامعه آماری فوق الذکر به صورت تصادفی انتخاب شده اند؛ ولی در نمونه گیری سعی شده است انواع مختلف ساختمان ها از منظر آیین نامه های طراحی و مقررات ملی ساختمان ایران تحت پوشش قرار گیرد. برخی از فاکتورهای مورد نظر در این زمینه عبارتند از:

 الف)تنوع در پلان های معماری        ب) منظم و نامنظم بودن در پلان و ارتفاع

 ج) طول دهانه تیرها                         د) ارتفاع طبقات

 ه) تعداد ستون ها                             و) بار مرده ساختمان با توجه به وزن و نوع مصالح مصرفی. 

به منظور تحلیل  نمونه ها ذکر نکات زیر لازم و ضروری است:

1- برای محاسبه طول وصله ی پوششی آرماتورها از رابطه کلی زیر استفاده شده است: 

db 55 =  طول وصله (برای مقاومت  210kg/cm2)        (db قطرآرماتور)      

db 45 =  طول وصله (برای مقاومت 280kg/cm2)  

db 40 =  طول وصله (برای مقاومت350kg/cm2)

2-    متره و برآورد هزینه ها متناسب با دوره زمانی  انجام تحقیق (سه ماه چهارم 1392) و براساس جداول زیر می باشد.

- قیمت هر کیلوگرم آرماتور 18.000 ریال در نظر گرفته شده است.

f'c (kg/cm2)

نوع مواد افزودنی

قیمت هر تن بتن با حمل  و پمپاژ (ریال)

  220 ، 210

 Lsr

338.000

 230

 Lsr

 345.000

 250 ، 240

 Lsr

 353.000

 290 ، 270

 Lsr

 365.000

 300

 Lsr

 390.000

 350

 P30r

 425.000

 400

 P30r

 430.000

 

 جدول 1- قیمت (سه ماهه چهارم سال) هر تن بتن با حمل و پمپاژ توسط شرکت بنیاد بتن اصفهان            

قیمت هر سر رزوه استاندارد (ریال)

قیمت وصله استاندارد (ریال)

سایز

ردیف

 9.000

 33.000

 16

 1

 9.500

36.000

 18

 2

 10.000

 39.000

 20

 3

11.000

 42.000

 22

 4

 11،500

 46.500

 25

 5

 12،500

 61.000

 28

 6

 13،500

 88.000

 32

 7

 15،500

 99.000

 36

 8

 16.500

 121.000

 40

 9

جدول 2- قیمت (سه ماهه چهارم سال) انواع وصله استاندارد تولید داخل

خلاصه تحلیل دو نمونه از جامعه آماری، در ادامه ارائه شده است.

3 -1 نمونه شماره (1)

تعداد طبقات

3 طبقه

    ضریب نرمی پیچشی1

 1.2

سطح اشغال (A)

140 متر مربع    

تعداد ستون در هر طبقه(C

12 عدد  

نسبت A/C

 11.67

مساحت زیربنا    

417 متر مربع

بلوک مصرفی 

بلوک سبک لیکا

     جدول 3- مشخصات کلی نمونه شماره(1)

شکل 5- پلان معماری نمونه شماره (1)

حالات مختلف

وزن آرماتور مصرفی

 )Kg(

وزن آرماتور مصرفی به ازای هرواحد سطح زیربنا (Kg)

حالت معمول و مقاومت Kg/cm2210 و استفاده از وصله پوششی )حالت اولیه(

 14731

 35.33

حالت چهارآرماتوره و مقاومت Kg/cm2210 و استفاده از وصله مکانیکی )حالت ثانویه(

 14090

 33.79

حالت چهارآرماتوره و مقاومت Kg/cm2280 و استفاده از وصله مکانیکی

 13762

 33

حالت چهارآرماتوره  و مقاومت Kg/cm2350 و استفاده از وصله مکانیکی )حالت نهایی(

 13458

 32.27

صرفه جویی در مصرف آرماتور در حالت نهایی نسبت به حالت اولیه

 % 8.6

 -

صرفه جویی در مصرف آرماتور در حالت ثانویه نسبت به حالت اولیه

 % 4.3

 -

               جدول 4- وزن آرماتور مصرفی بر حسب (kg) در حالت های مختلف برای نمونه شماره (1)

وزن آرماتور مصرفی که در جدول فوق آمده است، شامل وزن آرماتور مصرفی در فونداسیون، ستون ها، تیرها ،دستگاه پله و پاگرد، شناژهای مخفی و تیرهای فرعی می باشد. 

پارامترهای اقتصادی

مقایسه ی ریالی حالت نهایی

نسبت به حالت اولیه )ریال(

صرفه جویی در مصرف آرماتور

  +22،914،000

هزینه بتن ریزی

 -2.011.600

هزینه استفاده از وصله های مکانیکی

 -18،270،000

جمع

 +2.632.400

جدول 5- مقایسه مقادیر ریالی در حالت نهایی نسبت به حالت اولیه برای نمونه(1)       

همان طور که در جدول فوق مشاهده می شود، درآمد حاصل از صرفه جویی در مصرف آرماتور، هزینه های بتن ریزی و استفاده از وصله مکانیکی را تأمین می نماید. از طرفی نتیجه مطلوب ترآنکه، بدون احتساب پرت میلگرد 8.6% صرفه جویی در مصرف  محصول ارزشمند میلگرد ساختمانی داشته ایم.

2-4 نمونه شماره (2)

 

تعداد طبقات

3 طبقه

    ضریب نرمی پیچشی

 1.14

سطح اشغال (A)

122 متر مربع    

تعداد ستون در هر طبقه(C

12 عدد   

نسبت A/C

 10.17

مساحت زیربنا    

366 متر مربع

بلوک مصرفی 

بلوک سبک ترکیبی

جدول 6- مشخصات کلی نمونه شماره (2)

شکل 5- پلان معماری نمونه شماره (2)

حالات مختلف

وزن آرماتور مصرفی

 )Kg(

وزن آرماتور مصرفی به ازای هر واحد

سطح زیربنا (Kg)

حالت معمول و مقاومت Kg/cm2210 و استفاده از وصله پوششی )حالت اولیه(

 12743

 34.82

حالت چهارآرماتوره و مقاومت Kg/cm2210 و استفاده از وصله مکانیکی )حالت ثانویه(

 11774

 32.17

حالت چهارآرماتوره و مقاومت Kg/cm2280 و استفاده از وصله مکانیکی

 11612

 31.73

حالت چهارآرماتوره و مقاومت Kg/cm2350 و استفاده از وصله مکانیکی )حالت نهایی(

 11306

 30.89

صرفه جویی در مصرف آرماتور در حالت نهایی نسبت به حالت اولیه

 % 11.2

 -

صرفه جویی در مصرف آرماتور در حالت ثانویه نسبت به حالت اولیه

 % 7.6

 -

جدول 7- وزن آرماتور مصرفی بر حسب (Kg)  در حالت های مختلف برای نمونه شماره (2)       

پارامترهای اقتصادی

مقایسه ی ریالی حالت نهایی نسبت به حالت نخست (ریال)

صرفه جویی در مصرف آرماتور

  +25،886،000

هزینه بتن ریزی

-6،165،400

هزینه استفاده از وصله های مکانیکی

 -11،692،000

جمع

 +8،028،600

جدول8- مقایسه مقادیر ریالی در حالت نهایی نسبت به حالت اولیه برای نمونه(2)                 

4-  نتیجه گیری: 

تحلیل نمونه های ارائه شده در این پژوهش به وضوح نشان می دهد که وصله های مکانیکی می توانند جایگزینی اقتصادی برای وصله های پوششی در ساختمان های بتن آرمه کوتاه مرتبه باشند. اگر چه که حتی صرف هزینه متناسب، برای استفاده از وصله های مکانیکی و جلوگیری از اتلاف آرماتور به عنوان یک محصول ارزشمند، عملکردی عاقلانه است .

5-  منابع: 

1-James R. Cagley and Richard Apple (1997). “Economic Analysis: Mechanical Butt Splices Vs. Lap Splicing in Reinforced Concrete Construction” a study by Cagley and Associates for ERICO Inc.

2-Singh R. and Himanshu S. K. and Bhalla N. “Reinforcement Couplers As An Alternative To Lap Splices: A Case Study”
 
Mechanical splice is an economical substitution for lap splice in short reinforced concrete buildings
 
Omid Zaribafian 
 
Saeed Tadayon
 
 
Faculty of Islamic Azad University of Ardestan
 
B.Sc. civil engineering, Isfahan University of Technology
 
 
 
201F
 
 
 
Email: zaribafian@yahoo.com                                                        Tel: 03132207701
 
Email: saeedtadayyon@gmail.com                                               Tel: 09137807392
 
 
 
 
 
Abstract: 
 
Reinforced concrete buildings make a significant portion of building structures in Iran. Splicing the rebar is unavoidable in reinforced concrete structures. Lapping of reinforcing bars is the most common splicing method. However, wasting steel is one of the most important disadvantages of this procedure.
 
Steel is a valuable product and if used optimally, it can preserve iron reserves for the future generations and decrease the production pollution. The use of mechanical splices instead of lap splices is one of the procedures to achieve this optimality.
 
Despite their well-known advantages, the fundamental problem with using mechanical splices is their high price. Besides, standards allow engineers to use lap splices. Thus the question is whether the mechanical splices are more expensive than lap splices, or not? 
 
If the number of splices in one reinforced concrete building is decreased in every possible way, using mechanical splices would certainly have economic justification. Minimizing the number of splices is the main idea proposed in this paper.
 
 
 
Keyword: reinforced concrete, mechanical splices, lap splices.

 

1-James R. Cagley and Richard Apple (1997). “Economic Analysis: Mechanical Butt Splices Vs. Lap Splicing in Reinforced Concrete Construction” a study by Cagley and Associates for ERICO Inc.

2-Singh R. and Himanshu S. K. and Bhalla N. “Reinforcement Couplers As An Alternative To Lap Splices: A Case Study”
 
Mechanical splice is an economical substitution for lap splice in short reinforced concrete buildings
 
Omid Zaribafian 
 
Saeed Tadayon
 
 
Faculty of Islamic Azad University of Ardestan
 
B.Sc. civil engineering, Isfahan University of Technology
 
 
 
201F
 
 
 
Email: zaribafian@yahoo.com                                                        Tel: 03132207701
 
Email: saeedtadayyon@gmail.com                                               Tel: 09137807392
 
 
 
 
 
Abstract: 
 
Reinforced concrete buildings make a significant portion of building structures in Iran. Splicing the rebar is unavoidable in reinforced concrete structures. Lapping of reinforcing bars is the most common splicing method. However, wasting steel is one of the most important disadvantages of this procedure.
 
Steel is a valuable product and if used optimally, it can preserve iron reserves for the future generations and decrease the production pollution. The use of mechanical splices instead of lap splices is one of the procedures to achieve this optimality.
 
Despite their well-known advantages, the fundamental problem with using mechanical splices is their high price. Besides, standards allow engineers to use lap splices. Thus the question is whether the mechanical splices are more expensive than lap splices, or not? 
 
If the number of splices in one reinforced concrete building is decreased in every possible way, using mechanical splices would certainly have economic justification. Minimizing the number of splices is the main idea proposed in this paper.
 
 
 
Keyword: reinforced concrete, mechanical splices, lap splices.

دیدگاه ها (0)