شمع های بتنی و انواع آن
آخرین بروزرسانی: 25 اسفند 1402
دسترسی سریع به عناوین
- مقدمه
- 1. شمعهای فولادی
- 2. شمعهای چوبی
- 3. شمعهای مرکب
- 4. شمعهای بتنی
- 5. مراحل اجرای شمع بتنی
- 6. پایدارسازی گود به روش اجرای شمع بتنی
- 7. نکاتی در باب بتنریزی و حفاظت از شمعهای بتنی
- 8. آشنایی با ملاحظات جابهجایی و انبارکردن شمعهای بتنی
- 9. شناخت شمعهای بتنی مردود و غیرقابلمصرف
- 10. مزایا و معایب شمعهای بتنی پیشساخته
- جمعبندی ونتیجهگیری
مقدمه
به دلیل سهولت و قابلدسترس بودن مصالح اولیه، شمع بتنی جزو شمعهای پرکاربرد و از بیشترین ترجیحهای پیمانکاران میباشد.
از جمله علتهایی که از المان شمع در پروژههای ساختوساز استفاده میشود، میتوان به بهسازی و افزایش مقاومت خاک سست اشاره کرد. در مواقعی که ناحیه زیر شالوده از استحکام کافی برخوردار نباشد و یا برای جلوگیری از واژگونی دیوارهای حائل، از انواع شمعهای سازهای کمک میگیرند.
انواع شمعهای سازهای بر اساس مصالحی که ساخته میشوند در چهار گروه شمع فولادی، شمع چوبی، شمع مرکب و شمع بتنی دستهبندی میشوند که در این مقاله به توصیف شمع بتنی و مباحث مربوط به آن میپردازیم.
1. شمعهای فولادی
شمعهای فولادی (یا همان پایههای فولادی) اجزایی هستند که در سازهها و ساختمانها استفاده میشوند تا وزن و فشار ساختمان را به زیرسازی انتقال دهند. این شمعها به شکل استوانهای و از جنس فولاد ساخته میشوند. استفاده از شمعهای فولادی به دلایل مختلفی انجام میشود. این شماها معمولاً در زیر پایهها یا ستونهای ساختمان قرار میگیرند و بهعنوان نقطههای تماس بین سازه و ساختمان به کار میروند.
از مزایای استفاده از شمعهای فولادی میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تحمل بارهای سنگین: شمعهای فولادی قادرند تا بارهای فشاری و وزن بسیار زیادی را تحمل کنند. این امر مهم است برای ساختمانها و سازههایی که نیاز به تحمل وزن بالا دارند.
- استحکام و پایداری: به دلیل از جنس فولاد بودن، این شمعها بسیار استحکام بالا و پایداری دارند. این امر از اهمیت زیادی در ایجاد ساختمانهای بلند و پر رفتوآمد میباشد.
- استفاده آسان: شمعهای فولادی بهراحتی نصب و استفاده میشوند و معمولاً نیاز به نگهداری کمی دارند.
- قابلتنظیم: این شمعها قابلیت تنظیم ارتفاع دارند که به سازندگان اجازه میدهد ارتفاع ساختمان را تغییر دهند.
- استفاده در شرایط مختلف: میتوانند در شرایط مختلف مانند محیطهای مرطوب، خشک یا با شرایط زلزلهای استفاده شوند.
از طرفی دیگر، این نوع شمعها ممکن است هزینه بالایی داشته باشند و ممکن است در مواردی نیاز به مهندسی دقیق برای طراحی و استفاده داشته باشند.
2. شمعهای چوبی
شمعهای چوبی در صنعت ساختمانسازی از زمانهای قدیم بهعنوان عنصری مهم مورداستفاده قرار میگرفتهاند. این شمعها به دلیل ویژگیهای خاص خود در فرایند ساختمانسازی مورداستفاده قرار میگیرند. در زیر، کاربردها و ویژگیهای شمعهای چوبی در صنعت ساختمانسازی را توضیح دادهایم:
- ساخت سازههای موقت: شمعهای چوبی اغلب برای ساخت و اجرای سازههای موقت مورداستفاده قرار میگیرند. این سازهها میتوانند در زمان اجرای پروژههای ساختمانی بهعنوان پشتیبان و حمایت از بخشهای مختلف ساختمان مورداستفاده قرار بگیرند.
- استفاده در فرایند نصب قالبها: در ساختمانسازی، قالبها بهعنوان یک ساختار موقت استفاده میشوند تا بتوان بتن را در فرم دلخواه ریخت. شمعهای چوبی بهعنوان پشتیبان و سازههای حملونقل در فرایند نصب و حمل قالبها به کار میروند.
- حملونقل و نگهداری تجهیزات ساختمانی: این شمعها بهعنوان سازههای حملونقل استفاده میشوند تا تجهیزات سنگین مانند تیرها، ستونها و سایر مواد ساختمانی به موقعیت موردنظر منتقل شوند.
- استفاده در تعمیرات و نگهداری: شمعهای چوبی ممکن است در فرایند تعمیرات و نگهداری ساختمانها بهعنوان ابزار پشتیبان مورداستفاده قرار گیرند.
- حفاظت از ساختمان در مواجهه با زلزله: شمعهای چوبی بهعنوان عناصر توکار (توکارها) به کار میروند تا در صورت وقوع زلزله، ساختمان را از تخریب نجات دهند.
- ساخت اجزا دیگر ساختمانی: این شمعها برای ساخت اجزا مختلف ساختمانی مانند نردهها، دربها و پنجرهها به کار میروند.
استفاده از شمعهای چوبی در صنعت ساختمانسازی باعث افزایش سرعت و کارایی در فرایند ساخت و همچنین کاهش هزینهها میشود. این شمعها باتوجهبه ویژگیهای خود برای ساختمانسازان بسیار حیاتی هستند.
3. شمعهای مرکب
شمعهای مرکب در صنعت ساختمانسازی، بهنوعی شمع خاص اطلاق میشود که از ترکیب دو یا چند جز مختلف تشکیل شدهاند. این اجزا معمولاً شامل بخشهای فلزی و غیرفلزی هستند و با هم ترکیب میشوند تا ویژگیهای خاصی برای شمع ایجاد کنند. در زیر، استفادهها و ویژگیهای شمعهای مرکب در صنعت ساختمانسازی توضیح دادهایم:
- افزایش استحکام و مقاومت: با ترکیب بخشهای فلزی با بخشهای غیرفلزی مانند بتن یا پلیمرها، شمعهای مرکب میتوانند استحکام و مقاومت بیشتری در مقابل بارهای فشاری و کششی داشته باشند.
- کاهش وزن: به دلیل استفاده از مواد خفیف غیرفلزی مانند بتن یا پلیمرها، شمعهای مرکب میتوانند با وزن کمتری نسبت به شمعهای فلزی معمولی، استحکام بیشتری داشته باشند.
- استفاده در شرایط خاص: بسته به نوع مواد مورداستفاده، شمعهای مرکب میتوانند برای شرایط خاصی مانند مواجهه با مواد شیمیایی، حرارت بالا و موارد مشابه مناسب باشند.
- مقاومت در مقابل زلزله: ترکیب مواد مختلف در شمعهای مرکب میتواند منجر به افزایش مقاومت در مقابل زلزله شود و سازهها را از تخریب نجات دهد.
- ساخت اجزا خاص سازهها: از این نوع شمعها میتوان برای ساخت اجزا خاص سازهها مانند تیرها، ستونها و سایر عناصر استفاده کرد.
- توسعه فناوری ساختمانی: استفاده از شمعهای مرکب میتواند به توسعه و بهبود فناوریهای مرتبط با ساختمانسازی کمک کند.
استفاده از شمعهای مرکب در صنعت ساختمانسازی به دلیل ویژگیهای منحصربهفرد و کاربردهای گسترده آنها، میتواند به بهبود کیفیت و کارایی ساختمانها و سازهها منجر شود.
4. شمعهای بتنی
از شالوده عمیق یا همان شالوده شمعی، زمانی استفاده میشود که لایههای بالایی خاک ضعیف باشد و نتواند بارهای وارده را توزیع کند؛ بنابراین از سازه شمع برای انتقال بار به لایههای پایینتر هم استفاده میشود.
شمع بتنی در دودسته طبقهبندی میشود: شمع بتنی پیشساخته و شمعهای درجا (ساخته شده در محل).
1.4. شمع بتنی پیشساخته
شمعهای بتنی پیشساخته در سایز و شکلهای مختلفی قابلارائه هستند. نوع شکل مقطع این نوع شمعها بسته به نیاز میتواند مربع، دایره یا چندضلعی دیگری باشد. طول شمعهای بتنی پیشساخته عموماً 18 متر میباشد.
بتن مصرفی در شمعها باید طبق استاندارد آییننامه تعیین شود و باید از بتن شمع نمونهبرداری شده و مطابق آزمایشهای دستگاه نظارت باشد.
این نوع از شمعهای بتنی در کارخانه ساخته شده و در محل پروژه اجرا و کوبش میشود و سپس بتنریزی انجام میگیرد.
2.4. شمع بتنی درجا
شمعهای بتنی درجا در محل پروژه و کارگاه ساختمانی ساخته و اجرا میشود. شمع درجا به دو صورت مسلح و غیرمسلح قابلاجرا است. شمعهای درجا مسلح آرماتوربندی شده ولی نوع غیرمسلح آن بدون آرماتور و میلگرد فولادی میباشد.
شمعهای درجا در مقایسه با شمعهای پیشساخته آلودگی صوتی کمتری دارند. همچنین اقتصادیبودن اجرای این نوع شمع، از مزایای مهم آن به شمار میرود که در پروژههای بزرگ و حجیم باعث کاهش هزینهها میشود.
از دیگر مزایای شمعهای بتنی درجا به عدم محدودیت در اجرای اندازه قطر و افزایش توان باربری بهخاطر امکان افزایش مقطع شمع در ناحیه انتهایی میتوان اشاره کرد.
در گروه اول، یعنی شمع بتنی پیشساخته، شمعها به کمک کوبیدن در خاک فروبرده میشوند. دسته دوم، شمع بتنی درجا است، این شمعها بهصورت درجا و با حفاری خاک، اجرا میشوند. چون شمعهای درجاریز مزایای زیادی دارند، استفاده از این شمعها اجتنابناپذیر است و به طور وسیعی در پروژههای ساختمانی گسترشیافته است.
شمعهای درجا در دستهبندیهای اصلی زیر تقسیم میشوند:
- شمعهای با غلاف
- شمعهای بدون غلاف
در شمعهای با غلاف، ابتدا یک لوله فولادی به عمق موردنظر در زمین فرومیرود. سپس، داخل این لوله خالی شده و پس از آن، با بتن پر میشود. برای ساخت پدستال (نوکپهن شده) در شمع، از روشی که با رهاکردن وزنه از ارتفاع انجام میشود، استفاده میشود تا نوک شمع از طریق کوبیدن به پهنای موردنظر برسد.
در مورد شمعهای بدون غلاف، ابتدا غلاف در زمین فرومیرود و سپس همزمان با ریختن بتن در داخل غلاف، غلاف بهتدریج به بیرون کشیده میشود.
5. مراحل اجرای شمع بتنی
اولین مرحله در اجرای شمعهای بتنی در کارگاههای ساختمانی، حفاری زمین است. در این مرحله عمق خاک و روش حفاری مشخص میشود. سپس آرماتوربندی اسکلت شمع و خاموت اسپیرال شمع انجام میگردد. در مرحله آخر بتنریزی و تخریب قسمت اضافی بتن در زمان معین، انجام میشود. سپس حفاظت از سرشمع صورت میگیرد.
1.5. عملیات حفاری قبل از اجرای شمع بتنی
باهدف اجرای مراحل پی شمعی بتنی درجا در ابتدا سطح خاک، با استفاده از ماشینآلات مخصوص این کار، مسطح میشود. سپس بعد از نشانهگذاری محل اجرا شمع، مراحل حفاری شروع میشود.
شمع المان سازهای است که بهصورت ستونی بلند جهت انتقال بارهای سازه از لایههای بالایی خاک که دارای ظرفیت باربری کمی هستند به لایههای سخت و محکم با ظرفیت باربری زیاد اجرا میشود.
ظرفیت باربری شمع با استفاده از روشهای تحلیل دینامیکی، تحلیل استاتیکی، آزمایش مکانیکی، آزمایش بارگذاری و آزمایش درجا تعیین میشود.
چاهک شمع با استفاده از چنگک، روش حفر دورانی و بالابر هوایی حفاری میشود و با قراردادن شبکه آرماتوربندی شده ستون شمع و یا قطعات پیشساخته درون چاه، پروژه را برای اجرای مرحله بعد آماده میکنند.
2.5. نحوه آرماتوربندی شمع بتنی
آرماتورگذاری مرحله بعدی در اجرای شمع سازهای میباشد که مناسب شمع بتنی درجا مسلح است که در این نوع شمع، شبکه آرماتور فولادی در کارخانه و یا در محیط پروژه بافته شده و با استفاده از ماشینآلات مثل حفاری جرثقیل و تاور کرین در داخل چاه حفر شده قرار داده میشود. در برخی پروژهها برای بافتن آرماتوربندی فولادی شمع در محل سازه، نیاز هست تا آرماتوربند داخل چاه برود و قسمت تحتانی شمع که در اصطلاح بهصورت سبد میباشد را اجرا کند، سپس با استفاده از میلگردهای طولی و اسپیرال (خاموت مناسب شمع که به شکل دایره تو خالی است) بدنه شمع بافته شود و با استفاده از ماشینآلات مخصوص داخل چاه قرار گیرد و بهوسیله شناژ میلگردها به هم متصل میشوند.
لازم به ذکر است آرماتور عرضی یا همان خاموت شمع، دایروی و بهصورت مارپیچ اجرا میشود که اسپیرال گفته میشود. محل آرماتورهای عرضی با گپ مشخص میشود.
هر شاخه میلگرد به طول 12 متر است که طبیعتا طول شمع نیز باید به این مقدار باشد، در مواردی که نیاز است طول شمع بیشتر باشد، با در نظر گرفتن طول اورلپ از دو شاخه میلگرد استفاده میشود.
6. پایدارسازی گود به روش اجرای شمع بتنی
همانطور که در ادامه این مقاله از سازه افزار اشاره خواهیم کرد، یکی از روشهایی که برای کنترل فشار جانبی خاک هنگام گودبرداری استفاده میگردد روش اجرای شمع میباشد. برای اجرای این روش میتوان از شمعهای چوبی، فلزی یا بتنی استفاده کرد. در همین راستا لازم است بدانید که اجرای شمع به این صورت میباشد که ابتدا در اطراف محل گودبرداری شمعها را در فواصل مشخص نصب میکنند. البته در مورد شمعهای بتنی باید اذعان نمود که میتوان آنها را یا در محل اجرا نمود که شامل شمعهای درجا میشود و یا از انواع آماده (شمعهای پیشساخته) استفاده کرد. لازم به ذکر است که در صورت نیاز باید شمعها را در امتداد گودبرداری مهاربندی کرد.
1.6. اجرای دیوار محافظ پیوسته
در این روش ابتدا شمعهایی با بتن پلاستیک بهصورت یکدرمیان حفاری و اجرا میشود و سپس با رعایت همپوشانی شمعهای اصلی و سازهای با رعایت احداث جداره زنجیرهای و پیوسته اجرا میشود.
2.6. اجرای دیوار محافظ ناپیوسته
در مواردی که توده خاک و سنگ دارای چسبندگی زیاد بوده و سطح آبهای زیرزمینی پایین بوده میتوان از شمعهای درجایریز ناپیوسته و بافاصله استفاده کرد. در این روش به دلیل چسبندگی بین دانههای خاک بین شمعها باوجود پدیده قوس خوردگی پایداری جانبی وجود دارد. با درنظرگرفتن شرایط و پارامترهای ژئوتکنیکی خاک معمولاً حداکثر فاصله محور تا محور شمعهای اصلی 2 برابر قطر شمعها میباشد. همچنین در این روش میتوان پایداری در برابر نیروهای جانبی را نیز مدنظر قرارداد. چراکه این روش در پایداریهای کوتاهمدت کارایی داشته، اما در بهمرورزمان احتمال هوازدگی بین شمعها به وجود میآید. همچنین در درازمدت نیز تغییر مشخصات خاک و برخی از پارامترهای آن مانند ازدستدادن آب و یا حالت اشباع پیدا نمودن آن باعث ریزش خاک بین شمعها شده که با دردسرهایی همراه میباشد؛ بنابراین برای جلوگیری از این نوع از رویدادها میتوان از بتنپاشی (شاتکریت) و با بستن مش پوشش لازم را جهت پایداری ایجاد کرد.
7. نکاتی در باب بتنریزی و حفاظت از شمعهای بتنی
بهطورکلی تا قبل از ساخت و تهیه قفسه آرماتورها و جاگذاری مناسب آنها نباید در قالب بتنریزی صورت گیرد. چراکه این کار بتنریزی شمع را که باید بهصورت یکپارچه انجام گیرد، مختل میکند. از طرفی قالبها نباید زودتر از ۲۴ ساعت پس از عملیات بتنریزی باز شوند. چراکه شمعها باید حداقل به مدت ۷ روز تا موقعی که بتن حداقل دو سوم مقاومت ۲۸ روزه را کسب نماید، بر روی سکوی بتنریزی باقی بمانند.
همچنین درصورتیکه برای عملآوردن بتن شمعها از حمام بخار استفاده شود با تصویب دستگاه نظارت میتوان شمعها را بعد از ۲۴ ساعت از محل ساخت بلند کرد. در همین راستا نیز قابلذکر است که پیمانکار موظف است قبل از اقدام به بتنریزی، دستگاه نظارت را مطلع سازد تا وضعیت قالب، آرماتورگذاری، پوشش کافی بتن و سایر جزئیات که در نقشههای اجرایی درجشده را کنترل نماید…
8. آشنایی با ملاحظات جابهجایی و انبارکردن شمعهای بتنی
بهطورکلی اصل این کار بر این مبنا میباشد که نحوه و روش جابهجایی شمعها قبلاً بررسی و توسط دستگاه نظارت تأیید شده باشد. درواقع نحوه جابهجایی و انبارکردن شمعها باید بهگونهای باشد که شمعها از ترکخوردگی، آسیب ناشی از ضربه و تنشهای خمشی حفاظت شوند.
در هر شمع باید حداقل دو قلاب برای جابهجایی در نظر گرفته شود. محل این قلابها بهگونهای مشخص میشود که کمترین مقدار بیشینه لنگر در شمع به وجود آید. همچنین شمعهای مربعی باید طوری رویهم چیده و انبار شوند که عبور هوا از بین آنها ممکن باشد. کف محل انبار باید مقاومت کافی داشته باشد.
قراردادن شمعها رویهم بدون آنکه قطعه تختهای بین آنها قرار داده شود ممنوع است. محل مجاز برای قرارگرفتن تختهها حدود محلی است که قلاب حمل شمع در آن موقعیت قرار گرفته است. این قطعات چوبی باید در ارتفاع چیدمان شمعها در یک راستا باشند.
در باب شمعهای دایروی نیز باید اذعان نمود که این نوع از شمعها باید بهگونهای رویهم چیده شوند که در اثر لرزش بر رویهم نلغزند. بهویژه بهمنظور جلوگیری از لغزش ردیفهای روی زمین باید تمهیدات لازم جهت مهار نمودن شمعها مانند استفاده از قطعات چوبی اندیشیده شود. علاوه بر این تعداد ردیفهای شمع انبارشده بر رویهم باید به حدی باشد که باعث آسیبدیدگی شمعهای زیرین نشود. پیمانکار باید برای جلوگیری از آسیبدیدگی سطوح شمعهای نصبشده در آب دریا و خاکهای قلیایی توجه و مراقبت ویژهای در جابهجایی و انبارکردن آنها لحاظ نماید.
9. شناخت شمعهای بتنی مردود و غیرقابلمصرف
هنگامیکه قالبهای شمعهای بتنی پیشساخته برداشته شد، طبق نظر ناظر و در صورت مردود نبودن شمع پیمانکار موظف است کلیه حفرات و ترکهای احتمالی را با ملات نسبت ۱ (آب) به ۲ (سیمان) ترمیم نماید.
از طرفی شمعهایی که در محل مناسب خود کوبیده نشوند، یا راسشان پایینتر از تراز موردنظر کوبیده شوند و یا بهواسطه کوبش غلط دچار آسیب شوند در رده شمعهای بتنی مردود قرار میگیرند و باید طبق نظر ناظر توسط یکی از روشهای زیر اصلاح شوند.
ترکهای متقاطعی که مقدار کمی خردشدگی ناشی از کوبش را نشان میدهند در صورت تأیید دستگاه نظارت، باید بهوسیله تزریق اپوکسی ترمیم شوند. در این حالت بهمحض آنکه اولین آثار خردشدگی و ترک پدیدار شد، باید عملیات کوبش متوقفشده و ترکهای موردنظر طبق دستورالعملهای سازنده اپوکسی مرمت شود؛ بنابراین در صورت جابهجا بودن شمعهای اجراشده بهویژه شمعهای بتنی کناری و یا مردود بودن آنها، باید تحلیل سازهای شمعها و کلاهک فونداسیون بتنی متصل به رأس شمعها مجدداً کنترل یا طراحی شود. لازم به ذکر است که ترکهای سطحی و مویی بهشرط اینکه در هنگام کوبش گسترش نیابند و مشکلساز نشوند باعث مردود شدن شمع نخواهند بود و نیازی به ترمیم آنها نیست.
10. مزایا و معایب شمعهای بتنی پیشساخته
ابتدا به بررسی مزایای شمعهای پیشساخته بتنی خواهیم پرداخت و در ادامه معایب آنها را هم از نظر خواهیم گذراند.
1.10. مزیتهای شمعهای پیشساخته بتنی
مزیت اصلی شمعهای بتنی پیشساخته شده این است که این شمعها دارای خاک فشرده هستند؛ بنابراین، ظرفیت تحمل خاک را افزایش میدهند.
- این شمعها در اندازهها، شکلها و طولهای مختلف موجود هستند و در نتیجه باعث افزایش سرعت کار میشوند.
- موقعیت آرماتور در شمعهای بتنی ازپیشساختهشده مختل نبوده و یا تغییر نکرده است.
- شمعهای بتنی پیشساخته بالاترین کیفیت پی را ایجاد میکنند.
- شمعهای بتنی پیشساخته مقرونبهصرفه هستند. این شمعها ارزان و مناسب برای استفاده در انواع ساختوسازها هستند.
- روش نصب شمعهای بتنی پیشساخته بهگونهای است که با محیطزیست سازگارند و این نکته بسیار قابلتوجهی است.
- شمعهای بتنی اقتصادیترین شکل پایههای عمیق هستند و میتوانند زیر آب نیز به کار روند.
- شمعهای پیشساخته بتنی توانایی تحمل فشار بارهای عمودی را دارند. آنها بهراحتی میتوانند بارهای زیادی را تحمل کنند.
- این شمعها در برابر عملکرد بیولوژیکی و شیمیایی زیر خاک مقاوم هستند.
2.10. معایب شمعهای پیشساخته بتنی
- وزن شمعهای بتنی پیشساخته بسیار سنگین است. برای حملونقل آنها به تجهیزات خاصی نیاز است.
- این شمعها به مراقبت کافی احتیاج دارند. اگر مراقبت لازم تأمین نشود، ممکن است هنگام حمل و یا رانندگی آسیب ببینند.
- شمعهای پیشساخته بتنی برای آمادهشدن نیاز به زمان دارند؛ این بدان معناست که این قبیل شمعها در کوتاهمدت در دسترس نخواهند بود.
- طول این شمعها باتوجهبه امکانات حملونقل تنظیم میشود.
- این شمعها به دلیل فشارهای حملونقل و رانندگی نیاز به تقویت اضافی دارند.
- اگر شمعهای پیشساخته خیلی بلند باشند، حملونقل آنها دشوار خواهد بود و بریدن آنها نیز غیراقتصادی است.
جمعبندی ونتیجهگیری
جهت آشنایی کامل با “شمع های بتنی و انواع آن” به پکیج “جزوات کاربردی” در بخش گنجینه فایل وبسایت مراجعه فرمایید.