میلگرد بستر چیست؟

میلگرد بستر در آیین‌ نامه و مقررات ملی ساختمان، به عنوان یک روش تقویت دیوار در راستای افقی، معرفی شده است. این المان دارای ضوابط ظاهری، مشخصات مکانیکی و دستورالعمل‌ های اجرایی است که رعایت آن‌ ها بسیار مهم است. این مقاله، 0 تا 100 میلگرد بستر را بررسی کرده و به تمامی ضوابط آن پرداخته است.

میلگرد بستر چیست ؟

میلگرد بستر یک المان تقویت‌کننده فولادی است که به‌ صورت افقی در بین رج‌ های ملات دیوارهای بنایی قرار می ‌گیرد. این محصول از مفتول ‌های فولادی آجدار با ضخامت متداول ۴ میلی ‌متر ساخته شده و با پوشش گالوانیزه یا ضد زنگ محافظت می ‌شود تا در برابر رطوبت و فرسایش مقاوم باشد.

وظیفه اصلی میلگرد بستر، افزایش مقاومت دیوارها در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله و باد است. این المان با ایجاد پیوستگی و یکپارچگی بین اجزای دیوار، تنش ‌های وارده را به ‌طور یکنواخت توزیع می‌کند و از ترک ‌خوردگی دیوار جلوگیری می کند.

میلگرد بستر در دو نوع اصلی نردبانی و خرپایی تولید می‌ شود و مطابق با ضوابط مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان و پیوست ششم استاندارد ۲۸۰۰، به ‌عنوان یکی از روش های مهار لرزه ‌ای دیوارها، شناخته می ‌شود.

میلگرد بستر چگونه تولید می ‌شود ؟

تولید میلگرد بستر، طی فرایندی دقیق و چند مرحله ای در کارخانجات مجهز انجام می شود. این مراحل شامل :

• آماده ‌سازی و کاهش قطر مفتول (کشش سرد) : فرآیند تولید با کلاف‌های مفتول ۵.۵ تا ۶.۵ میلی‌متری آغاز می‌شود که در مرحله کشش سرد (Cold Drawing) به قطر استاندارد ۴ میلی‌متر می‌رسند. این عملیات علاوه بر کاهش قطر، سختی و مقاومت کششی مفتول را افزایش داده و شرایط لازم برای عملکرد مطمئن میلگرد بستر در برابر نیروهای جانبی را فراهم می‌کند.
• آجدار کردن مفتول ‌ها : برای اتصال محکم میلگرد بستر با ملات بستر، سطح مفتول ‌های ۴ میلی‌متری باید آجدار شود. این آج‌ ها توسط دستگاه‌ های مخصوص، روی سطح مفتول ایجاد می ‌شوند. آجدار بودن سطح، چسبندگی مکانیکی را به حداکثر رسانده و از لغزش میلگرد داخل درز بستر جلوگیری می‌کند.
• شکل ‌دهی و جوشکاری مقاومتی : در این مرحله، مفتول‌ های طولی آجدار و مفتول ‌های عرضی توسط دستگاه‌ های تمام‌ اتوماتیک به‌صورت دقیق کنار هم قرار می‌گیرند تا میلگرد بستر به شکل خرپایی یا نردبانی ساخته شود. دستگاه، مفتول ‌های طولی را موازی و با فاصله مشخص هدایت کرده و همزمان مفتول‌ های عرضی را بر اساس نوع محصول برش یا خم می ‌دهد. همزمان در نقاط تقاطع، با جوشکاری مقاومتی (Resistance Welding) و اعمال فشار و جریان الکتریکی، اتصال یکنواخت و مستحکمی ایجاد می‌ شود. در پایان، میلگرد بستر تولید شده در طول‌ های استاندارد (معمولاً شاخه ۳ متری) بریده می‌ شود.
• اعمال ضد زنگ یا گالوانیزه کردن : از آنجا که میلگرد بستر در معرض رطوبت و محیط قلیایی ملات قرار می‌گیرد، باید در برابر زنگ زدگی و خوردگی مقاوم باشد. بدین منظور، در آخرین مرحله تولید، میلگرد بستر با یک پوشش محافظ از جنس روی (Zinc) پوشانده می ‌شود. این فرآیند که به گالوانیزه کردن معروف است، مقاومت میلگرد بستر را در برابر خوردگی، زنگ‌ زدگی و فرسایش افزایش داده و طول عمر آن را بالا می برد.

تاریخچه میلگرد بستر چگونه شکل گرفت ؟

تاریخچه میلگرد بستر به اوایل قرن نوزدهم میلادی و سال ۱۸۱۳ در اروپا و سپس آمریکا باز می‌گردد. ایده میلگرد بستر از تلاش برای مقاوم‌ سازی دیوارهای بنایی در برابر نیروهای کششی و جانبی شکل گرفت.

با گسترش تقاضا برای استفاده از این روش، در حدود ۷۰ سال پیش، استاندارد و آیین‌نامه ‌های بین ‌المللی توسط کمیته‌ هایی مانند MSJC در کشورهای غربی تدوین شد تا استفاده از میلگرد بستر، استاندارد سازی شود.

تاریخچه استفاده از میلگرد بستر در ایران، رسما از سال ۱۳۹۲ شمسی شروع شد. در این سال، استفاده از میلگرد بستر به‌ طور رسمی و الزامی در مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان گنجانده شد و رفته رفته با انتشار پیوست ششم استاندارد ۲۸۰۰ (طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها) به یکی از مدرن‌ ترین و مؤثر ترین راهکارها برای مهار لرزه ‌ای دیوارهای غیرسازه ‌ای تبدیل گردید.

ویژگی ‌های میلگرد بستر

• دارای قطر استاندارد ۴ میلی ‌متر برای قرارگیری در ملات
• دارای سطح آجدار جهت افزایش حداکثری چسبندگی و درگیری
• تنوع تولید در عرض ‌های 5.5، 11 و 15 سانتی ‌متر متناسب با عرض انواع بلوک ساختمانی
• از جنس فولاد گالوانیزه ضد زنگ و کاملاً ضد خوردگی و فرسایش
• تولید شده در دو شکل پرکاربرد نردبانی و خرپایی (زیگزاگی)
• ساخته شده با جوشکاری مقاومتی دقیق و بسیار محکم
• مقاومت کششی و سختی بالا در برابر زلزله و نیروهای جانبی
• ثبات ابعادی و پایداری ساختاری مفتول‌ها در طول زمان
• دوام و طول عمر بسیار بالا
• وزن سبک و نصب خیلی آسان
• هزینه بسیار پایین نسبت عملکرد

کاربرد های میلگرد بستر

کاربرد اصلی میلگرد بستر، مسلح کردن و مقاوم‌ سازی دیوارهای بنایی در برابر نیروهای خارج از صفحه (نیروهای جانبی) است. هدف نهایی استفاده از این المان فولادی، افزایش چشمگیر انسجام لرزه ‌ای دیوار و جلوگیری از فروریختن آن هنگام زلزله است. میلگرد بستر به‌ طور گسترده‌ در انواع دیوارهای مصالح بنایی باربر و غیر باربر به کار می‌ رود. از مهم ترین کاربرد های آن می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• تقویت و مهار لرزه‌ای دیوارهای غیر باربر و غیرسازه ای شامل تیغه ها و دیوارهای پیرامونی، داخلی، جانپناه و بالکن ‌ها.
• افزایش مقاومت دیوارهای باربر در برابر نیروهای جانبی.
• مهار دیوارهای بلوک سیمانی و سفالی در مقابل باد و فشار!
• مقاوم‌ سازی دیوارهای آجری برای جلوگیری از آسیب ‌های زلزله!
• پایدارسازی و کنترل حرکت خارج از صفحه دیوارها.
• پیشگیری از ترک‌ خوردگی های ناشی از زلزله یا نشست سازه در دیوارها.
• افزایش انسجام و یکپارچگی دیوار با قفل کردن رج‌ ها در هم.

مزایای میلگرد بستر

• افزایش مقاومت لرزه‌ ای دیوارها : افزایش انسجام دیوار در حین زلزله و جلوگیری از فروریزش خارج از صفحه (واژگونی).
• بهبود مقاومت خمشی دیوارها : افزایش مقاومت و شکل ‌پذیری خمش خارج از صفحه دیوار.
• افزایش مقاومت برشی دیوارها : بهبود مقاومت برشی داخل صفحه دیوار.
• جلوگیری از ترک خوردگی و کنترل آن ‌ها : کنترل عرض و فواصل ترک ‌های ناشی از جمع ‌شدگی و تغییرشکل ‌های حرارتی.
• بهبود شکل‌ پذیری دیوار: افزایش کلی شکل‌پذیری و تغییرشکل دیوار.
• بهبود اتصال نما به دیوار : برقراری اتصال مکانیکی مطمئن برای نماهای دیوار (آجری یا سنگی).
• تقویت اطراف بازشوهای دیوار : تأمین تسلیحات مورد نیاز اطراف بازشوها (مانند پنجره‌ها و درها).
• اتصال دیوارهای متقاطع : ایجاد اتصال مناسب و قوی در دیوارهای عمود بر هم.
• اتصال دیوارهای دو لایه : امکان اتصال و یکپارچگی دیوارهای دولایه به یکدیگر.
• عدم نیاز به تزریق دوغاب : مسلح ‌سازی دیوار بدون نیاز به پر کردن حفره ‌های بلوک.
• سهولت در اجرا : نصب سریع و آسان میلگرد بستر بدون نیاز به تغییرات پیچیده در آجرچینی یا ساخت دیوار.
• عدم نیاز به مصالح خاص : عدم نیاز به استفاده از واحدهای بنایی با هندسه ویژه (مثلاً بلوک‌های خاص).
• طول وصله و مهار کم : بخاطر ساختار شبکه ای و قطر کم مفتول میلگرد بستر، طول مورد نیاز برای وصله و مهار خیلی کم است.
• امکان اجرای افقی و قائم : قابل استفاده بین رج‌های دیوار به صورت افقی و همچنین به شکل قائم داخل یا میان بلوک‌ ها.

معایب میلگرد بستر

میلگرد بستر به عنوان یک محصول فنی، خود ذاتا ایرادی ندارد. معایب آن عمدتاً به چالش‌ها و ملاحظات اجرایی مربوط می شوند. این معایب، معمولا در صورت نصب غیر اصولی یا عدم انجام محاسبات دقیق مهندسی بروز می کنند. استفاده صحیح از میلگرد بستر، همراه با رعایت استانداردها و طراحی مهندسی دقیق، عملکرد بی نقص آن را تضمین می کند. در ادامه مهم‌ترین معایب میلگرد بستر آورده شده است :

وابستگی شدید به محاسبات دقیق مهندسی

• قطر، تعداد و فاصله میلگرد باید توسط مهندس تعیین شود.
• عدم رعایت استانداردها یا انتخاب نادرست اندازه میلگرد و عرض آن نسبت به دیوار، کارایی محصول را کاهش می دهد.

حساسیت به کیفیت اجرا و پوشش ملات

• نصب میلگرد بستر باید اصولی و استاندارد انجام شود؛ پوشش ناکافی ملات یا فاصله‌گذاری نامناسب عملکرد لرزه‌ای دیوار را کاهش می‌دهد.
• استفاده از گیره و قلاب برای اتصال به ستون ‌ها ضروری است مگر اتصال دیوار به قاب سازه از طرق روش دیگری تامین شود.

لزوم استفاده از میلگرد گالوانیزه

• در مناطق مرطوب، استفاده از میلگرد معمولی خطر زنگ زدگی دارد بدین منظور میلگرد بستر حتما باید از جنس فولاد ضد زنگ یا گالوانیزه باشد.
• خوردگی میلگرد نه تنها طول عمر را کم می‌کند، بلکه می ‌تواند به افزایش حجم و فشار روی دیوار منجر شود.

افزایش وزن جزئی دیوار

• وزن هر متر میلگرد کم است، اما در پروژه‌های بزرگ با رج ‌های متعدد، بار مرده کلی سازه افزایش می‌ یابد و باید در طراحی لحاظ شود.

محدودیت در دیوارهای خاص

• دیوارهای با ضخامت زیاد ممکن است نیاز به ابعاد خاص میلگرد بستر داشته باشند و در این شرایط سفارش ویژه لازم است.

افزایش نسبی هزینه اجرا

• هرچند میلگرد بستر نسبتا ارزان است، اما چون تعداد زیادی از آن لازم است، در نهایت قیمت ساخت و ساز را افزایش می دهد.

انواع میلگرد بستر

به طور کلی، میلگرد های بستر (Bed Joint Reinforcement) بر اساس ساختار و شکل ظاهری به دو نوع اصلی تقسیم می ‌شوند که انتخاب بین آن ‌ها بستگی به نوع دیوار (باربر یا غیرباربر) و شدت بارهای جانبی وارده بر آن دارد.

میلگرد بستر خرپایی (Truss)

میلگرد بستر خرپایی یا زیگزاگی به دلیل ماهیت خرپایی و شبکه های مثلثی اش، بالاترین سطح مقاومت را ارائه می‌ دهد و بهترین گزینه برای تحمل بارهای جانبی بالاست.

ساختار آن شامل دو مفتول فولادی طولی موازی است که توسط یک مفتول زیگزاگی (به شکل خرپا) با جوش مقاومتی به یکدیگر متصل شده ‌اند.

استفاده از آن هم در دیوارهای مصالح بنایی باربر و هم غیر باربر که در معرض نیروهای جانبی متوسط تا شدید (مانند زلزله‌های شدید یا باد) قرار دارند، ایده آل است.

ساختار خرپایی این میلگرد بستر، اتصال مکانیکی قوی با ملات ایجاد کرده و نسبت به نوع نردبانی، توزیع نیروها را بهتر و یکنواخت تر انجام می دهد.
با اختلافی ناچیز، وزن سنگین‌تری نسبت به نوع نردبانی دارد و کمی گران‌تر نیز است.

میلگرد بستر نردبانی (Ladder)

این نوع نردبانی، نسبتا ساده تر است و مقاومت متوسطی را ارائه می دهد. بهترین گزینه برای تحمل نیروهای جانبی با شدت متوسط است.

ساختار آن شامل دو مفتول فولادی طولی موازی است که با مفتول ‌های عرضی کوتاه و منظم (شبیه به نردبان) با جوش مقاومتی به هم متصل شده ‌اند..

استفاده از میلگرد بستر نردبانی در تقویت و مهار دیوارهای غیرسازه ای و غیر باربر ایده آل است و نیازهای این دیوارها را در برابر نیروهای جانبی وارده به خوبی برآورد می کند اما نه به اندازه میلگرد بستر خرپایی.

ساختار نردبانی، اتصال مکانیکی ساده ‌تری با ملات دارد و توزیع تنش آن نسبت به خرپایی ضعیف‌ تر است.

با اختلافی ناچیز، وزن سبک تری نسبت به نوع خرپایی دارد و کمی ارزان ‌تر نیز است.

مشخصات فنی میلگرد بستر (مطابق با نشریه 729)

مشخصات فنی میلگرد بستر به طور کامل توسط ضابطه شماره ۷۲۹ سازمان برنامه و بودجه کشور و پیوست ششم استاندارد ۲۸۰۰ تدوین شده است. این ضوابط، چارچوب لازم برای تضمین عملکرد لرزه ‌ای میلگرد بستر را تعیین می‌کنند. از مشخصات فنی الزامی در میلگرد بستر، می توان به موارد زیر اشاره کرد :

• قطر مفتول بین ۴ تا ۸ میلی‌متر بوده و نباید از نصف ضخامت ملات بستر تجاوز کند.
• مفتول‌های طولی حتماً باید آجدار باشند تا پیوستگی کافی با ملات ایجاد شود.
• فتول‌های عرضی یا میانی (که دو میلگرد طولی را به هم متصل می‌کنند)، می‌توانند ساده و صاف باشند.
• فولاد مصرفی باید دارای حداقل تنش تسلیم ۴۵۰ مگاپاسکال و تنش نهایی ۵۵۰ مگاپاسکال باشد.
• نسبت تنش نهایی به تنش تسلیم باید بیشتر یا مساوی ۱٫۲ باشد تا شکل‌پذیری میلگرد در حین زلزله حفظ شود.
• پوشش میلگرد باید گالوانیزه یا اپوکسی باشد. در محیط‌های بسیار خورنده، استفاده از فولاد ضد زنگ (استنلس استیل) توصیه می‌شود.
• توصیه می‌شود عرض میلگرد بستر حدود ۳ سانتی‌متر کمتر از ضخامت دیوار در نظر گرفته شود تا پوشش ملات به‌طور کامل تأمین شود.
• در دیوارهای با ملات نازک (زیر ۳ میلی‌متر)، مثل دیوار بلوک AAC، باید از میلگرد بستر با مقطع مستطیلی (کتابی) استفاده شود.
• جهت جلوگیری از خوردگی، میلگردها باید دارای پوشش گالوانیزه، پوشش اپوکسی، یا از جنس فولاد ضد زنگ (استینلس استیل) باشند.
• حداکثر فاصله مجاز بین میلگردهای بستر، ۴۵ سانتی‌متر یا معادل یک ردیف در میان است.
• حداقل پوشش ملات روی میلگرد باید بین ۱۰ تا ۱۵ میلی‌متر باشد (بسته به شرایط محیطی).
• حداقل طول همپوشانی در محل وصله میلگردهای بستر ۷۵ برابر قطر مفتول می‌باشد.