میلگرد زیگزاگ تیرچه چیست و چگونه محاسبه می شود؟

در اجرای سقف‌های تیرچه‌بلوک، یکی از اجزای کلیدی که نقش مهمی در استحکام، یکپارچگی و انتقال صحیح نیروها دارد، میلگرد زیگزاگ یا همان خرپای تیرچه است. این عضو فولادی که به‌صورت شبکه‌ای مورب طراحی می‌شود، وظیفه دارد اجزای مختلف تیرچه را به هم متصل کرده و رفتار سازه را دربرابر نیروهای کششی، خمشی و برشی بهبود دهد.

اهمیت میلگرد زیگزاگ تنها به نقش سازه‌ای آن محدود نمی‌شود، بلکه نحوه طراحی و محاسبه آن نیز تأثیر مستقیم بر عملکرد نهایی سقف دارد. انتخاب قطر مناسب میلگردها، زاویه خرپا و فاصله اجزا، همگی از عواملی هستند که در محاسبه و اجرای صحیح این بخش اهمیت دارند و می‌توانند ایمنی و کیفیت سازه را تحت‌تأثیر قرار دهند. در این مقاله به‌طور کامل بررسی می‌کنیم که میلگرد زیگزاگ تیرچه چیست، چه نقشی در سازه دارد و چگونه محاسبه و طراحی می‌شود تا درک دقیقی از عملکرد و اصول اجرایی آن به دست آورید.

خرپا همان میلگرد زیگزاگ است که از اتصال میلگردها به دو روش دستی و مکانیزه به دست می‌آید و دارای سه جز میلگرد پایینی، عرضی و بالایی است. از خرپا در ساختمان و پل‌سازی استفاده می‌شود و برای ساخت و خرید میلگرد زیگزاگ یا میلگرد عرضی باید به طول و وزن میلگرد توجه شود و این سازه باربر توانایی تحمل نیروهای کششی و فشاری را دارد.

میلگرد زیگزاگ تیرچه چیست؟

میلگردهای زیگزاگ که به آن خرپا نیز گفته می‌شود، نوعی از اتصال میلگردهای آجدار با میلگردهای ساده به صورت زیگزاگ است که دارای طراحی طولانی و مستقیم می‌‌باشند؛ آنها دارای یک وتر بالایی و یک وتر پایینی هستند که توسط شبکه‌های عمودی و مورب از یکدیگر جدا شده‌اند. خرپا یکی از مصالحی است که باید قبل از آن‌ که در ساختمان به کار گرفته شود، در کارگاهی ساخته شود. این نوع میلگردها در ساخت تیرچه‌ استفاده می‌شود و اسامی مختلفی دارند که می‌توان به اسامی تیرچه زیگزاگ و یا خرپا اشاره کرد.

نحوه محاسبه میلگرد زیگزاگ تیرچه

یکی از مراحل مهم در طراحی و اجرای سقف تیرچه‌بلوک، محاسبه میلگرد زیگزاگ تیرچه است که تأثیر مستقیمی بر استحکام و عملکرد سازه دارد. برای انجام این محاسبات، ابتدا باید ابعاد تیرچه شامل طول، عرض و ارتفاع مشخص شود و سپس نحوه قرارگیری میلگردهای زیگزاگ در ساختار تیرچه مورد بررسی قرار گیرد. پس از تعیین مشخصات تیرچه، با محاسبه حجم و تعداد المان‌های موردنیاز، میزان میلگرد مصرفی و طول میلگرد زیگزاگ برآورد می‌شود.

در فرآیند محاسبه طول میلگرد زیگزاگ تیرچه، عواملی مانند فاصله بین میلگردها، ارتفاع بلوک، ضخامت بتن پوششی و نوع تیرچه اهمیت زیادی دارند. معمولاً برای تعیین دقیق طول و تعداد میلگردها از جدول‌های فنی و استانداردهای اجرایی استفاده می‌شود تا مقدار مصرف میلگرد متناسب با دهانه سقف و میزان بار وارد بر سازه تعیین شود. همچنین نوع میلگرد مصرفی در تیرچه باید از نوع آجدار یا دندانه‌ای باشد تا اتصال مناسب‌تری با بتن ایجاد کند و مقاومت سازه افزایش یابد.

در تیرچه‌های پیش‌تنیده نیز تعداد میلگردهای مورد استفاده بسته به نوع طراحی و شرایط پروژه متفاوت است و ممکن است از یک تا چند میلگرد در ساختار تیرچه استفاده شود. علاوه‌بر‌این، رعایت فاصله استاندارد تیرچه‌ها و ضخامت مناسب بتن پوششی نقش مهمی در تحمل بارهای مرده و زنده ساختمان دارد. به‌همین‌دلیل، محاسبه اصولی میلگرد زیگزاگ تیرچه باید با دقت بالا و بر اساس ضوابط فنی انجام شود تا ایمنی و دوام سازه تضمین شود.

روش‌های ساخت خرپا

برای ساخت خرپا روش‌های مختلفی وجود دارد امروزه در بیشتر کشورها از روش اتوماتیک برای ساخت آن استفاده می‌شود، اما هنوز کارگاه‌های دستی که با ابزار خم و برش اقدام به ساخت میلگرد زیگزاگ می‌نمایند، در کشور کم نیستند. برای آشنایی بیشتر این دو روش را به‌ اختصار توضیح می‌دهیم:

• روش دستی ساخت

در این روش ابتدا میلگردها در کنار هم قرار می‌گیرند و طولی که قرار است خرپا بر اساس آن ساخته شود، علامت‌گذاری می‌شود. در مرحله بعد میلگردها در دستگاه برش‌زن قرار گرفته و نقطه‌های علامت‌‌زده شده برش داده می‌شوند. میلگردهای زیگزاگی در این مرحله، در قسمت‌های از قبل تعبیه شده گذاشته می‌شوند که دو میلگرد به موازات هم در پایین و یک میلگرد در قسمت بالا قرار می‌گیرد، به ‌گونه‌ای که شکل سطح مقطع مثلثی شکل ‌شود. در مرحله‌ی بعد، میلگردهای پایینی با توجه به این نکته که طول این میلگردها بستگی به دهانه‌ی خرپا دارد، به‌وسیله میلگردهای کوچک به یکدیگر جوش داده می‌شوند. بعد از جوش دادن میلگردها، میلگردهای زیگزاگی به دو میلگرد دیگر جوش داده می‌شود. در بعضی از کارگاه‌ها میلگردهای زیگزاگی را خودشان با دستگاه‌های خم به شکل ۷ برعکس در می‌آورند، اما بسیاری از شرکت‌ها این خرپاها را از کارخانه‌ها خریداری می‌نمایند. شکلی که میلگرد در آخر کار به خود می‌گیرد به صورت زیر است:

• روش مکانیزه ساخت

در این روش که در کارخانه‌های پیشرفته و تنها به‌وسیله‌ یک کارگر انجام می‌شود، تمام مراحل با دستگاه و با سرعت بالاتر انجام می‌گیرد. ابتدا میلگردهای دارای کربن کم که به صورت کلاف روی هم قرار دارند، با گذشتن از بین غلتک‌های ویژه صاف شده و تحت کشش قرار می‌گیرند. سپس گروهی دیگر از میلگردها تحت فشار، به شکل ۷ برعکس در آمده و به آن‌ها نیز میلگرد زیگزاگ گفته می‌شود. در هر مرحله بعد، این میلگردها در دستگاه زیگزاگ میلگرد به روش الکتریکی، با استفاده از نقطه جوش و با کمک آرماتور به یک‌دیگر وصل می‌شوند و نهایتا خرپای ساخته شده به اندازه‌ی لازم، برش داده می‌شود.

نکاتی در ساخت میلگرد زیگزاگ باید رعایت شود:

• در بعضی از کارگاه‌ها بسته به سفارش مشتری و یا نحوه‌ی تولید در پایین خرپا به جای استفاده از میلگرد از نبشی استفاده می‌شود.
• در اتصال میلگردها از میلگردهای A3 ساده و یا آجدار استفاده می‌شود.
• برای رفع مشکل جوش پایینی خرپای میلگرد، ابتکار جالبی در مناطقی از ایران انجام شد. به این صورت که در زمان خم میلگرد ارتفاع میلگرد عرضی را بلندتر از خرپا انتخاب می‌کنند و در نقطه‌پایینی، میلگرد را به شکل قلاب با میلگردهای زیرین اتصال می‌دهند.
• البته تیرچه قلابدار معایبی نیز دارد که عبارت است از
• تیرچه به دلیل وزن میلگرد عرضی بیشتر، سنگین‌تر می‌شود
• پوشش بتن به دلیل حجیم‌تر شدن میلگرد کمتر می‌شود
• میلگردهای زیگزاگ به میلگردهای کششی به‌اندازه کافی گیرایی نخواهد داشت.

مزیت روش اتوماتیک نسبت به روش دستی در ساخت خرپا

در روش مکانیزه، به دلیل این ‌که تمام مراحل توسط ماشین و طبق استاندارد و با دقت بالا انجام می‌شود، امکان خطا نسبت به روش دستی کمتر است. همچنین در روش اتوماتیک، به دلیل آن ‌که الکترود در جوش مورد استفاده قرار نمی‌گیرد، ناخالصی الکترود به میلگرد وارد نمی‌گردد. در حالی ‌که در روش دستی، زمان جوشکاری ناخالصی‌ها‌ی الکترود باعث ذوب فولاد و ایجاد گل‌جوش می‌شود که همین امر مقاومت تیرچه در برابر نیروهای کششی و خمشی را کاهش می‌دهد. مزیت دیگر آن، مزیت اقتصادی روش اتوماتیک نسبت به روش دستی است که به دلیل سرعت بالا در تولید و وجود نیروهای کمتر در خط تولید هزینه‌ها است، ضمن این‌که قیمت میلگرد همیشه در حال نوسان است و باید توجه داشت کاهش هزینه‌ها می‌تواند قیمت تمام شده را رقابتی نماید.

اجزای خرپا

خرپا از مجموعه‌ای از اعضای خطی تشکیل می‌شود که به‌صورت منظم و زاویه‌دار در کنار هم قرار می‌گیرند و شبکه‌ای مثلثی ایجاد می‌کنند. این چیدمان باعث می‌شود نیروهای فشاری و کششی در مسیرهای مشخص هدایت شوند و سازه با حداقل مصرف مصالح، حداکثر مقاومت را ایجاد کند. در ادامه اجزای خرپای میلگرد ذکر شده است:

• میلگرد کششی (پایینی)
• میلگرد بالایی
• میلگرد عرضی (زیگزاگی)

ویژگی‌های میلگرد زیگزاگ (تیرچه خرپایی)

همان‌گونه که در روش ساخت توضیح داده شد، میلگرد زیرین در خرپا در واقع دو میلگرد به موازات هم است و در صورتی که از میلگرد گرم نورد دیده برای میلگرد تقویتی استفاده شود، نوع میلگرد آج ۳۴۰،آج ۴۰۰ و آج ۵۰۰ و اگر از میلگرد سرد نورد دیده استفاده شود، نوع میلگرد فقط آجدار خواهد بود. قطر آماتورهای زیرین هم بین قطر شش تا ۱۶ میلی‌متر در نظر گرفته می‌شود.
میلگرد عرضی یا زیگزاگ باید از نوع گرم نورد دیده (آج ۳۴۰ و ساده ۲۴۰) و قطر این میلگردها نباید از چهار میلی‌متر کمتر باشد. در میلگرد بالایی در هر دو حالت میلگرد سرد نورد دیده و گرم آن، از میلگرد آج ۳۴۰ و بالاتر استفاده می‌شود.قطر میلگرد بالایی بسته به طول تیرچه متفاوت است که طبق جدول زیر است:

• وزن خرپای تیرچه

وزن خرپای تیرچه به عواملی مانند طول دهانه، قطر میلگرد مصرفی و نوع طراحی سازه بستگی دارد و محاسبه دقیق وزن زیگزاگ تیرچه نقش مهمی در برآورد هزینه، کنترل بار مرده و انتخاب بهینه مصالح در پروژه‌های ساختمانی دارد.

• محاسبه طول میلگرد زیگزاگ تیرچه

برای به‌ دست آوردن طول میلگرد زیگزاگ از فرمول زیر استفاده می‌شود:

در فرمول فوق این پارامتر‌ها عبارتند از
H: فاصله میلگرد بالایی تا میلگرد پایینی
d: ضخامت سقف
a: ضخامت بتن‌ریزی سقف
b: فاصله آرماتور بالایی تا روی بلوک
c: ضخامت بتن پاشنه تیرچه 
عدد به دست آمده در فرمول نیز، طول هر قسمت آرماتور مورب زیگزاگ را می‌دهد.

در فرمول فوق مقدار h از محاسبه‌ فرمول قبلی جایگزین شده است، مقدار g گام آرماتور زیگزاگ و z طول آرماتور برشی است.حال با ضرب z در تعداد آرماتور عرضی، میزان طول تیرچه به‌دست می‌آید:

چالش‌های استانداردسازی در صنعت ساختمان‌سازی ایران

در صنعت ساختمان‌سازی هر روز ما با پیشرفت تکنولوژی روبرو هستیم. از زمانی که در قدیم برای استحکام سقف‌ها از تیر چوبی استفاده می‌شد، تا امروز که از نانوکامپوزیت‌ها در صنعت ساختمان‌سازی استفاده می‌شود، هزاران سال تاریخ علم نهفته است. دانشمندان علوم ریاضی فیزیک، شیمی، نساجی و ... هر روز در حال کشف روش جدیدی برای امنیت بهتر در صنعت ساختمان‌سازی هستند. 

هر‌چند در کشور ما وجود استانداردهای ساختما‌ن‌سازی و مهندسین نخبه توانسته است به پیشرفت بسیاری زیادی در این صنعت کمک کند، اما هنوز تا رسیدن به استانداردهای بین‌المللی سال‌ها زمان نیاز است. یکی از این استانداردها تیرچه خرپاها است که در کمتر کشور پیشرفته‌ای می‌توان کارگاه دستی این محصول را پیدا کرد،؛ با وجود این، در کشور ایران بسیاری از سازندگان خرپای میلگرد، کارگاه‌های دستی هستند که کمترین استاندارد ساخت در آن‌ها رعایت می‌شود. 

استفاده از میلگردهایی با قطر استاندارد که هم ساختمان را سنگین نکرده باشد و هم از استحکام تیرچه‌ی خرپا کم نکرده باشد، یکی از مواردی است که اصلا رعایت نمی‌شود و تنها به تجربه و درخواست مشتری ربط پیدا می‌کند. زاویه‌ی خم میلگردها، طول خم روش جوش و موارد دیگر که نیازمند دقیق استانداردسازی است، از جمله این موارد هستند که امید است با نظارت و دقت بیشتر مسئولان امر کارگاه‌های دستی روزی به کارخانه‌های اتوماتیک تبدیل شوند.