مهار به بتن — مبحث ۹ مقررات ملی ساختمان (فصل ۱۸)

خلاصه درسنامه، نکات کلیدی و نمونه سوال «مهار به بتن» (بند ۹-۱۸) از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه). این فصل در آزمون تعاملی سایت ۱۸ سوال دارد.

فهرست مطالب

• گستره و انواع مهار (۹-۱۸-۱)
• الزامات انتخاب و اجرا (۹-۱۸-۱-۴)
• کلیات طراحی و حالات گسیختگی (۹-۱۸-۲ و ۹-۱۸-۳)
• ضرایب کاهش مقاومت مهار (جدول ۹-۱۸-۲)
• طراحی کششی: فولاد، مخروط بتن، بیرون‌کشیدگی (۹-۱۸-۴-۱ تا ۴)
• مهار چسبی: پیوستگی و بار دائمی (۹-۱۸-۴-۵ و ۶)
• طراحی برشی و اندرکنش (۹-۱۸-۵ و ۹-۱۸-۶)
• فاصله‌ی مهارها، فاصله از لبه و دونیم‌شدگی (۹-۱۸-۷)
• الزامات لرزه‌ای (۹-۱۸-۸)
• نصب و بازرسی؛ زبانه‌ی برشی (۹-۱۸-۹ و ۹-۱۸-۱۰)

خلاصه درسنامه

گستره و انواع مهار (۹-۱۸-۱)

• این فصل مهار به بتن برای انتقال **کشش، برش یا ترکیب آن‌ها** را پوشش می‌دهد: (الف) **اتصال اعضای سازه‌ای به یکدیگر**، (ب) **قطعات الحاقی مرتبط با ایمنی** مثل سیستم‌های آب‌پاش، لوله‌های سنگین آویزان و نرده‌های جان‌پناه.
• سطح ایمنی این فصل برای **دوران بهره‌برداری** است و الزاما شرایط کوتاه‌مدت حین ساخت را شامل نمی‌شود.
• ⚠️ **مهار تعبیه‌شده** (پیش از بتن‌ریزی): پیچ سردار، گل‌میخ سردار، پیچ با قلاب ۹۰ و ۱۸۰ درجه و پیچ مستقیم با مهره در دو انتها.
• ⚠️ **مهار کاشتنی**: **چسبی**، **انبساطی** (نصب با کنترل جابه‌جایی یا پیچش) و **زیرچاکی** — صلاحیت آن‌ها برای بتن ترک‌خورده/ترک‌نخورده و کاربرد لرزه‌ای باید طبق **مراجع موردتأیید** (ACI 355.2، ACI 355.4، ICC-ES AC193 و AC308 یا EAD اروپایی) و توسط **آزمایشگاه مستقل** بررسی شود.
• ⚠️ **خارج از گستره**: میخ‌ها و پیچ‌های خاص، پیچ‌های عبوری از کل ضخامت با مهره در دو انتها، مهارهای چندتایی متصل به یک صفحه‌ی مشترک انتهایی، **مهارهای گروتی** و میخ/پیچ‌های نصب‌شده با **فشار هوا یا واکنش انفجاری**.
• ⚠️ کاربردهای عمدتا با **بارهای پرتکرار (خستگی) یا ضربه‌ای** پوشش داده نشده‌اند؛ مهار در **ناحیه‌ی مفصل پلاستیک** اعضا تحت زلزله هم با این فصل طراحی نمی‌شود.

الزامات انتخاب و اجرا (۹-۱۸-۱-۴)

• ⚠️ کاشت **مهار چسبی** باید **حداقل ۲۱ روز پس از بتن‌ریزی** انجام شود.
• سوراخ‌کاری، تمیزکاری سوراخ و نصب باید **طبق روش شرکت سازنده‌ی مهار** باشد.
• ⚠️ حین سوراخ‌کاری **میلگردهای مجاور نباید آسیب ببینند**؛ در اعضای پیش‌تنیده فاصله‌ی سوراخ تا میلگرد پیش‌تنیدگی **≥ ۵۰ میلی‌متر**.
• سوراخ **نیمه‌کاره‌ی رهاشده** باید با **ملات بدون جمع‌شدگی با مقاومت بیشتر از بتن پایه** پر شود.
• آرماتورهایی که با طول مهاری‌شان بخشی از مقاومت مهار را تأمین می‌کنند طبق **فصل ۹-۲۱** طراحی می‌شوند.
• ⚠️ **برداشتن و نصب مجدد** مهارهای کاشتنی مکانیکی (انبساطی و زیرچاکی) **مجاز نیست**.
• ⚠️ سقف f'c در محاسبات: **۷۰ مگاپاسکال** برای مهار **تعبیه‌شده** و **۵۵ مگاپاسکال** برای مهار **کاشتنی**؛ آزمایش برای همه‌ی مهارهای کاشتنی الزامی است.

کلیات طراحی و حالات گسیختگی (۹-۱۸-۲ و ۹-۱۸-۳)

• مهارهای تکی و گروهی برای بحرانی‌ترین بارهای ضریب‌دار و با **تحلیل الاستیک** طراحی می‌شوند؛ **تحلیل پلاستیک** فقط وقتی مجاز است که مقاومت را **عضو فولادی شکل‌پذیر** کنترل کند و **همسازی تغییرشکل‌ها** تأمین شود.
• اگر فاصله‌ی مهارها از فواصل بحرانی کمتر باشد، **اثر گروهی** در سه حالت منظور می‌شود: گسیختگی مخروطی بتن در کشش، گسیختگی پیوستگی در کشش، و گسیختگی لبه‌ی بتن در برش (در ACI 318: 3hef، 2cNa و 3ca1).
• ⚠️ **حالات گسیختگی در کشش**: فولاد مهار، **مخروطی بتن**، **بیرون‌کشیدگی**، **بیرون‌زدگی جانبی**، **پیوستگی** (فقط چسبی) و **پیوستگی در کشش دائمی** (فقط چسبی).
• ⚠️ **حالات گسیختگی در برش**: فولاد مهار، **لبه‌ی بتن** و **قلوه‌کن‌شدگی بتن** (pryout).
• ⚠️ روابط گسیختگی مخروطی بتن و لبه‌ی بتن فقط برای مهارهای با **قطر ≤ ۱۰۰ میلی‌متر** معتبرند؛ برای قطر بزرگ‌تر، طراحی بر پایه‌ی آزمایش.
• ⚠️ طراحی مبتنی بر آزمایش: مقاومت اسمی بر اساس **احتمال شکست ۵ درصد** و با مصالح یکسان در آزمایش و سازه.
• اگر **آرماتور مهار** با طول گیرایی کافی در دو طرف سطح شکست تعبیه شود، کنترل گسیختگی مخروطی و لبه‌ی بتن لازم نیست و **φ = ۰٫۷۵**.
• در کشش و برش هم‌زمان، **اندرکنش** طبق بخش ۹-۱۸-۶ کنترل می‌شود.

ضرایب کاهش مقاومت مهار (جدول ۹-۱۸-۲)

• ⚠️ **فولاد شکل‌پذیر** کنترل‌کننده: کشش **۰٫۷۵**، برش **۰٫۶۵**.
• ⚠️ **فولاد ترد** کنترل‌کننده: کشش **۰٫۶۵**، برش **۰٫۶۰**.
• ⚠️ **گسیختگی بتن در برش** (همه‌ی مهارها): با آرماتور اضافی **۰٫۷۵**، بدون آن **۰٫۷۰**.
• ⚠️ **گسیختگی بتن در کشش — مهار تعبیه‌شده**: با آرماتور اضافی **۰٫۷۵**، بدون آن **۰٫۷۰**.
• ⚠️ **مهار کاشتنی در کشش** بر حسب گروه: **گروه ۱** (حساسیت کم به نصب) ۰٫۷۵/۰٫۶۵؛ **گروه ۲** (متوسط) ۰٫۶۵/۰٫۵۵؛ **گروه ۳** (حساسیت زیاد) ۰٫۵۵/۰٫۴۵ — عدد اول با آرماتور اضافی، دوم بدون آن.
• حالات **بیرون‌کشیدگی** و **قلوه‌کن‌شدگی** همیشه با ستون «بدون آرماتور اضافی» محاسبه می‌شوند؛ برای ستون «با آرماتور» طراحی آرماتور اضافی لازم نیست و آرماتور حداقل آیین‌نامه با الگوهای شکل ۹-۱۸-۳ کافی است.
• گروه حساسیت و قابلیت اعتماد مهار کاشتنی بر اساس **آزمایش‌های مراجع موردتأیید** تعیین می‌شود.

طراحی کششی: فولاد، مخروط بتن، بیرون‌کشیدگی (۹-۱۸-۴-۱ تا ۴)

• مقاومت فولاد مهار در کشش = سطح مؤثر × futa؛ ⚠️ futa در محاسبات **حداکثر ۸۶۰ مگاپاسکال** (و مضربی از fya).
• سطح گسیختگی مخروطی به‌صورت هرمی با شیب حدود **۳۵ درجه** مدل می‌شود و مساحت تصویرشده‌ی آن در محاسبه‌ی Ncb/Ncbg به کار می‌رود.
• ⚠️ در مقاومت پایه‌ی گسیختگی مخروطی، ضریب **kc = ۱۰** برای مهار **تعبیه‌شده** و **kc = ۷** برای **کاشتنی** (با آزمایش تا حداکثر ۱۰).
• ⚠️ ضریب ترک‌خوردگی ψc,N در بتن **ترک‌نخورده**: **۱٫۲۵** برای تعبیه‌شده و **۱٫۴** برای کاشتنی با kc = ۷؛ در بتن **ترک‌خورده ۱٫۰**.
• ترک‌خوردگی باید با توزیع مناسب آرماتور خمشی (۹-۱۹-۳) یا آرماتور اضافی کنترل شود؛ در بتن ترک‌خورده، مهار کاشتنی باید **گواهی کاربرد در بتن ترک‌خورده** داشته باشد.
• ⚠️ **بیرون‌کشیدگی**: ضریب ψc,P = **۱٫۴** در بتن ترک‌نخورده و **۱٫۰** در ترک‌خورده.
• ⚠️ Np برای **مهار انبساطی و زیرچاکی فقط از آزمایش** (احتمال شکست ۵٪) تعیین می‌شود — **تعیین با محاسبه مجاز نیست**؛ برای پیچ سردار و قلاب‌دار، رابطه یا آزمایش با **صرف‌نظر از اصطکاک**.
• **بیرون‌زدگی جانبی** برای مهار سردار **عمیق و نزدیک لبه** کنترل می‌شود.

مهار چسبی: پیوستگی و بار دائمی (۹-۱۸-۴-۵ و ۶)

• مقاومت پیوستگی مهار چسبی از **تنش پیوستگی مشخصه** (متناظر با احتمال شکست ۵٪ از آزمایش) به دست می‌آید؛ در بتن ترک‌نخورده می‌توان τuncr را به‌جای τcr به کار برد.
• ⚠️ شرایط استفاده از **حداقل تنش پیوستگی جدول ۹-۱۸-۴** (بدون آزمایش اختصاصی): مهار طبق مراجع موردتأیید، سوراخ با **مته‌ی چرخشی ضربه‌ای یا مته‌سنگ**، بتن **≥ ۱۷ مگاپاسکال**، سن بتن **≥ ۲۱ روز** و دمای بتن **≥ ۱۰ درجه‌ی سانتی‌گراد** در زمان نصب.
• ⚠️ جدول ۹-۱۸-۴: **بیرون بنا** (خشک تا اشباع، دمای بهره‌برداری تا ۸۰ درجه) τcr = **۱٫۴** و τuncr = **۴٫۵** مگاپاسکال؛ **داخل بنا** (خشک، تا ۴۵ درجه) τcr = **۲٫۱** و τuncr = **۷٫۰** مگاپاسکال.
• ⚠️ اصلاح جدول: برای **بار لرزه‌ای** τcr × **۰٫۸** و τuncr × **۰٫۴**؛ برای **کشش دائمی** هر دو × **۰٫۴**.
• مهار چسبی **افقی یا شیب‌دار رو به بالا** باید الزامات **حساسیت به زاویه‌ی نصب** را برآورده کند.
• مهار چسبی تحت **کشش دائمی** کنترل جداگانه‌ای دارد (رابطه‌ی ۹-۱۸-۴-۶؛ در ACI 318: ۰٫۵۵φNba ≥ Nua,s).

طراحی برشی و اندرکنش (۹-۱۸-۵ و ۹-۱۸-۶)

• مقاومت فولاد مهار در برش از جدول ۹-۱۸-۵؛ ⚠️ futa باز هم **حداکثر ۸۶۰ مگاپاسکال**.
• ⚠️ اگر زیر صفحه‌ی اتصال **گروت** باشد، مقاومت برشی فولاد در **۰٫۸** ضرب می‌شود.
• ⚠️ برش **موازی لبه**: مقاومت لبه‌ی بتن را می‌توان **دو برابر** مقدار برش عمود بر لبه (با ψed,V = ۱٫۰) گرفت؛ در **گوشه** برای هر لبه محاسبه و **کمترین** مقدار ملاک است.
• مهارهای جوش‌شده به ورق فولادی با ضخامت کافی (حداقل ۱۰ میلی‌متر یا نصف قطر مهار) مقاومت پایه‌ی متفاوتی دارند؛ ⚠️ در این حالت فاصله‌ی مهارها **≥ ۶۵ میلی‌متر**.
• ⚠️ ضریب ψc,V: بتن ترک‌نخورده **۱٫۴**؛ ترک‌خورده بدون آرماتور یا با آرماتور لبه‌ی **کوچک‌تر از ۱۲ میلی‌متر** → **۱٫۰**؛ با آرماتور **≥ ۱۲ میلی‌متر** بین مهار و لبه → **۱٫۲**؛ همان آرماتور محاط در **خاموت‌های با فاصله‌ی ≤ ۱۰۰ میلی‌متر** → **۱٫۴**.
• ⚠️ **قلوه‌کن‌شدگی** (pryout): ضریب kcp = **۱٫۰** برای hef **کمتر از ۶۵ میلی‌متر** و **۲٫۰** برای hef **≥ ۶۵ میلی‌متر**.
• **اندرکنش**: اگر نسبت برش واردشده به ظرفیت برشی کوچک باشد، ظرفیت کامل کششی مجاز است و برعکس؛ در غیر این‌صورت مجموع دو نسبت محدود می‌شود (در ACI 318: آستانه‌ی ۰٫۲ و سقف ۱٫۲).

فاصله‌ی مهارها، فاصله از لبه و دونیم‌شدگی (۹-۱۸-۷)

• حداقل فاصله‌ی مهارها از هم، فاصله از لبه و ضخامت عضو برای جلوگیری از **دونیم‌شدگی بتن** تعیین می‌شوند؛ مگر آرماتور اضافی برای کنترل دونیم‌شدگی تعبیه شود یا آزمایش مقادیر کمتر را تأیید کند.
• ⚠️ حداقل فاصله از لبه‌ی **مهار تعبیه‌شده‌ی بدون اعمال پیچش** = **الزامات پوشش طبق ۹-۴**.
• ⚠️ برای **مهار انبساطی و زیرچاکی**، حداقل فاصله از لبه بزرگ‌ترین سه مقدار است: پوشش ۹-۴، **دو برابر اندازه‌ی حداکثر درشت‌دانه** و حداقل فاصله‌ی جدول ۹-۱۸-۷ (یا آزمایش).
• ⚠️ عمق مؤثر hef مهار **انبساطی یا زیرچاکی** به **دوسوم ضخامت عضو** و **ضخامت عضو منهای ۱۰۰ میلی‌متر** محدود است.
• فاصله‌ی بحرانی از لبه cac برای مهار چسبی، زیرچاکی و انبساطی جداگانه تعیین می‌شود (در ACI 318 به ترتیب 2hef، 2.5hef و 4hef).
• ⚠️ **مدارک ساخت** باید حداقل فاصله از لبه‌ای را که در طراحی فرض شده **مشخص کنند**.

الزامات لرزه‌ای (۹-۱۸-۸)

• ⚠️ همه‌ی مهارها در مناطق با خطر لرزه‌خیزی نسبی **متوسط، زیاد و خیلی زیاد** باید ضوابط اضافی این بخش را تأمین کنند؛ مهار کاشتنی باید برای بار لرزه‌ای **با آزمایش صلاحیت** داشته باشد.
• ⚠️ اگر **مؤلفه‌ی کششی زلزله ≤ ۲۰ درصد کل کشش** در همان ترکیب‌بار باشد، طراحی معمولی کافی است؛ اگر **بیش از ۲۰ درصد** باشد یکی از چهار روش لازم است.
• چهار روش کششی: (الف) **فولاد شکل‌پذیر مهار** حاکم باشد، (ب) طراحی برای حداکثر کشش قابل انتقال از **مکانیزم شکل‌پذیر قطعه‌ی الحاقی** (با اضافه‌مقاومت و سخت‌شدگی کرنشی)، (پ) حداکثر کشش قابل انتقال از **قطعه‌ی الحاقی غیرتسلیم‌شونده**، (ت) ترکیب‌بار زلزله **تشدیدشده با ضریب اضافه‌مقاومت Ω₀**.
• ⚠️ در روش شکل‌پذیر، کشش باید با **طول کش‌آمدگی حداقل ۸ برابر قطر مهار** منتقل شود (مگر تحلیل طول دیگری بدهد) و برای بار رفت‌وبرگشتی **تمهید ضد کمانش** (مثلا غلاف) لازم است.
• ⚠️ برای **برش** هم همان آستانه‌ی **۲۰ درصد**: تا ۲۰٪ طراحی معمولی؛ بیش از آن یکی از سه روش (مکانیزم شکل‌پذیر قطعه‌ی الحاقی، قطعه‌ی غیرتسلیم‌شونده، یا Ω₀).
• اگر **آرماتور مهار** تعبیه شده باشد، کاهش لرزه‌ای مقاومت لازم نیست و ضرایب φ عادی کافی‌اند.

نصب و بازرسی؛ زبانه‌ی برشی (۹-۱۸-۹ و ۹-۱۸-۱۰)

• ⚠️ مهار کاشتنی باید توسط **افراد آموزش‌دیده** و طبق مدارک ساخت و دستورالعمل تولیدکننده نصب شود؛ **گواهی صلاحیت نصاب** کتبی، مبتنی بر آزمون عملکرد و صادرشده از تولیدکننده یا نماینده‌اش است و **مهندس طراح باید آن را کتبا تأیید کند**.
• بازرسی نصب طبق **فصل ۹-۲۲**؛ برای مهار چسبی، مدارک ساخت باید روش **بارگذاری نمونه‌های شاهد** و همه‌ی پارامترهای پیوستگی (سن حداقل بتن، دما، رطوبت، نوع بتن سبک، سوراخ‌کاری) را مشخص کنند.
• ⚠️ نصب مهار چسبی **افقی یا شیب‌دار رو به بالا تحت کشش دائمی** باید **به‌طور مستمر** توسط مهندس طراح یا ناظر کنترل و گزارش شود.
• ⚠️ **زبانه‌ی برشی** با دو حالت شکست طراحی می‌شود: **گسیختگی لبه‌ی بتن** و **لهیدگی (اتکای) بتن** — در هر دو **φ = ۰٫۶۵**؛ جوش، ورق و سخت‌کننده‌ی زبانه طبق **مبحث ۱۰**.
• ⚠️ با زبانه‌ی برشی حداقل **چهار مهار** لازم است و کشش ناشی از لنگر خروج از مرکزیت برش باید در طراحی مهارها منظور شود؛ کنترل مقاومت برشی خود مهارها (۹-۱۸-۵-۱ تا ۳) لازم نیست.
• ⚠️ کف‌ستون **افقی‌اجراشده** باید در امتداد هر وجه بلند زبانه‌ی برشی **سوراخ‌هایی به قطر حداقل ۲۵ میلی‌متر** داشته باشد (برای خروج هوا و پرشدن کامل بتن/گروت).

اعداد و ضوابط کلیدی این فصل

نمونه سوال با پاسخ تشریحی

سایر فصل‌های مبحث ۹

مباحث مرتبط

مبحث ۹: طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمههمه مباحث ۲۴گانهآزمون آنلاینابزارهای محاسباتی