پداستال [Pedestal]: از معرفی تا طراحی بصورت جامع

تعریف

هنگامی که فونداسیون تا اندازه‌ای در عمق زمین قرار گیرد (مانند شکل زیر)، جهت انتقال بار از ستون فلزی به فونداسیون از عضو فشاری کوتاه به نام پداستال استفاده می‌گردد. پداستالها عمدتا در زیر ستونهای فلزی برای جلوگیری از تماس ستون با خاک و فرسایش آن قرار می‌گیرند. در ادامه مبانی طراحی پداستال بصورت کامل تشریح می‌گردد.

عملکرد پداستال

1- جلوگیری از تماس خاک با ستونهای فلزی یا چوبی

ستونهای فلزی یا چوبی اگر در تماس دائم با مواد خورنده خاک یا رطوبت قرار گیرند، با سرعت زیادی دچار خوردگی و پوسیدگی می‌گردند. برای جلوگیری از این پدیده با اجرای پداستال بتنی می‌توان ستونها را با فاصله مناسبی از سطح زمین قطع نمود.

2- فراهم نمودن برپایی سازه در تراز مشخصی

در شرایطی که ضخامت فونداسیون خیلی کم است طول ستونها افزایش یافته و موجب افزایش لاغری و احتمال کمانش ستون می‌شود. در این شرایط با بکارگیری پداستال می‌توان طول ستون را به مقدار مورد نیاز کاهش داد.

3- ایجاد کاهش ضخامت فونداسیون

در شرایطی که برش پانچ در تعیین ضخامت فونداسیون تاثیرگذار باشد، با اجرای پداستال می‌توان سطح بحرانی فونداسیون را بصورت قابل ملاحظه‌ای افزایش داد. در شکل زیر ابعاد صفحه ستون برابر 35 سانتیمتر و ابعاد پداستال زیر آن برابر 60 سانتیمتر است که باعث افزایش مقاومت برش پانچ فونداسیون می‌گردد.

ضوابط ACI318 برای طراحی پداستال

اگر طول پداستال بلند باشد، بوسیله خاکریزی و متراکم سازی (البته با احتیاط) خاک می‌توان برای پداستال جهت جلوگیری از کمانش، تکیه‌گاه جانبی ایجاد نمود. طبق ضابطه ACI، نسبت طول مهار نشده Lu به عرض کوچکتر پداستال b به 3 محدود شده است.

از طرفی آیین نامه ACI318-05 هنگامی عضو فشاری را بعنوان یک ستون کوتاه می‌شناسد که در آن عضو:

K: ضریب طول موثر پداستال (مقدار محافظه‌کارانه 1 قابل قبول است)

r: شعاع ژیراسیون حداقل

اما تعیین مقدار KLu هنگامی که پداستال توسط خاک محصور شده است قدری مشکل است. آیین‌نامه اجازه بکارگیری پداستال را در هر دو صورت سازه‌ای و غیر سازه‌ای داده است. اما رعایت حداقل آرماتور طولی برابر 1٪ و حداکثر 8٪ سطح مقطع پداستال در هر شرایطی الزامی است. در مواردی که از صفحه ستون روی پداستال استفاده می‌شود، آرماتورهای طولی در فاصله 7 تا 9 سانتیمتری صفحه ستون می‌بایست قطع گردد تا نیروی نقطه‌ای به صفحه ستون منتقل نگردد.

میل مهارهای صفحه ستون باید داخل خاموتهای پداستال قرار گیرد تا مقاومت بیرون کشیدگی [Pullout] افزایش یابد.

پداستال جهت طراحی بسته به شرایط می‌تواند در سه گروه زیر طبقه‌بندی گردد:

• ستون تحت بار محوری و لنگر دو محوری (P-M-M)
• ستون کوتاه با کشش
• ستون کوتاه بدون کشش (اثر ناچیز لنگر)

در حالت اول و دوم اثر تنش های کششی در تمام یا بخشی از مقطع موجب می‌شود که عضو بصورت کششی یا تیر – ستون طراحی گردد. در حالت سوم که اغلب موارد صادق است، پداستال بعنوان ستون کوتاه فشاری طراحی می‌گردد (به شکل زیر دقت کنید).

آیین‌نامه ACI318-05 برای اینکه از اثر لنگر عضو فشاری صرفه‌نظر گردد، رابطه‌ی زیر را پیشنهاد می‌کند:

روابط طراحی بر اساس ACI318

به دلیل اینکه ستون با بار محوری خالص وجود ندارد، برخی خروج از مرکزیت‌ها در ستون اتفاق می‌افتد. در نتیجه ظرفیت محوری ستون P₀ کاهش می‌یابد. به همین جهت آیین‌نامه ضرایب تقلیل 0/8 و 0/85 را بترتیب برای ستون‌های مسلح تنگ‌دار و دورپیچ پیشنهاد می‌دهد.

به این ترتیب مقاومت بار محوری پداستال بر اساس ACI318-05 به شرح زیر تعیین می‌گردد:

در روابط بالا:

Ag: مساحت کل مقطع بتن

Ast: مساحت کل فولاد فشاری

و  بترتیب برابر 0/65 و 0/75 می‌باشند.

منابع:

American Concrete Institute, “Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-05) and Commentary (ACI 318R-05)”, 2005.