प्रबलित काँक्रीट इमारतींमधील भूकंप प्रतिरोधक स्तंभ (Columns in RC Buildings Resist Earthquakes)

भूकंप मार्गदर्शक सूचना १९

भूकंपामुळे स्तंभांचे होणारे संभाव्य नुकसान :

प्रबलित काँक्रीटच्या (Reinforced Concrete) इमारतीमधील ऊर्ध्व घटकांत म्हणजेच स्तंभांमध्ये दोन प्रकारचे पोलादी प्रबलन (Reinforcement ) असते : (अ) अन्वायामी (Longitudinal)गज (लांब सरळ गज) जे स्तंभाच्या ऊर्ध्व लांबीलगत टाकले जातात आणि (आ) पोलादी गजांचे बंद चाप जे अन्वायामी गजांच्या तुलनेत कमी व्यासाचे असून त्यांना अनुप्रस्थ बंध म्हटले जाते. हे बंद चाप स्तंभाच्या उंचीभर ठराविक अंतरावर टाकले जातात (आकृती १).

आ. १. स्तंभातील पोलादी प्रबलन : भूकंपाच्या तीव्र हादऱ्यांदरम्यान जवळजवळ व्यंतरावरील बंद बंध स्तंभांची वर्तणूक सुधारतात.

स्तंभांचे दोन प्रकारचे भंग होऊ शकतात. अक्षीय आनमन (किंवा एकत्रित संपीडित नमन – Axial Flexural or Combined Compression – Bending) भंग आणि कर्तन भंग (Shear Failure). कर्तन भंग हा ठिसूळ असतो. म्हणूनच स्तंभांमध्ये जवळ व्यंतरावर (Close Spacing) अनुप्रस्थ बंधांची व्यवस्था करून टाळला पाहिजे (आकृती २ आ).

संकल्पन कौशल्य :

स्तंभामध्ये वापरल्या जाणाऱ्या गज आणि काँक्रीट यांच्या श्रेणी, स्तंभाच्या काटछेदाचा आकार आणि त्याचे प्रमाण यांची निवड तसेच पोलादी प्रबलनाचे प्रमाण आणि वर्गीकरणाचे मोजमाप इ. बाबींचा अंतर्भाव स्तंभाच्या संकल्पनेत केला जातो. पहिल्या दोन बाबी या इमारतींच्या एकसंध आणि अखंड संकल्पन कौशल्याचा एक महत्त्वपूर्ण भाग आहेत. भारतीय तंतुक्षम तपशीलवार आरेखन मानक आय्. एस्. १३९२० : १९९३ नुसार स्तंभ हा किमान ३०० मिमी. रुंद असणे आवश्यक आहे. परंतु जर स्तंभाची बिनआधारित लांबी ५ मी. पेक्षा कमी असेल तर स्तंभाची रुंदी २०० मिमी. ठेवण्यास परवानगी देण्यात आली आहे. थोडक्यात, जे स्तंभ भूकंपाच्या बलांचा प्रतिरोध करण्यास कारणीभूत ठरतात त्यांचा कर्तनी भंग टाळून त्यांच्यासाठी योग्य प्रबलनाचे संकल्पन करणे आवश्यक आहे.

आ.२. भूकंपीय पोलादी प्रबलन : भारतीय तंतुक्षम मानक आय. एस. १३९२० – १९९३ नुसार १३५ अंशातील बंद बंध आवश्यक आहे.

बंध बंधांनी एकत्रित बांधलेले ऊर्ध्व गज :

जवळजवळ व्यंतर असलेले क्षितिजीय बंध तीन प्रकारचे कार्य करतात : १) ते भूकंपातून उत्पन्न झालेल्या क्षितिज कर्तन बलांना वाहून नेतात आणि त्यायोगे कर्णरेषेतील कर्तन भेगांना प्रतिरोध करतात. २) ते ऊर्ध्व गजांना एकत्रित धरून ठेवतात आणि बाहेरच्या दिशेने होणारे अतिरिक्त नमन टाळतात (या नमन घटनेला उपचयन म्हणतात). ३) क्षितिजीय बंध बंद चापांच्या आधारे काँक्रीटला एकत्र धरून ठेवतात. बंधांची टोके १३५ अंशाच्या कडीमध्ये वाकविणे आवश्यक आहे (आकृती २). कडीची अशी टोके चापांचे उघडणे टाळतात आणि पर्यायाने काँक्रीट आणि ऊर्ध्व गजांचे उपचयन टाळतात.

भारतीय मानक आय्. एस्. १३९२०-१९९३ मध्ये भूकंपरोधक स्तंभांसाठी खालील तपशीलवार सूचना देण्यात आल्या आहेत :

जवळजवळ व्यंतर असलेले बंध स्तंभाच्या दोन्ही टोकाजवळ टाकण्यात यावेत. ही लांबी स्तंभाच्या मोठ्या आकारमानाच्या म्हणजेच स्तंभाच्या उंचीच्या एक षष्ठमांश किंवा ४५० मिमी. पेक्षा कमी नसावी.
वर (अ) मध्ये नमूद केलेल्या अंतरावर आणि तुळई-स्तंभ यांच्या सांध्याजवळ स्तंभातील बंधांचे ऊर्ध्व व्यंतर D/४ पेक्षा अधिक असावे जिथे D हे स्तंभाचे सर्वात किमान आकारमान असेल (उदा., एका आयताकृती स्तंभामध्ये D ही लहान बाजूची लांबी असेल). हे व्यंतर ७५ मिमी. पेक्षा कमी किंवा १० मिमी. पेक्षा जास्त असू नये. इतर सर्व ठिकाणी बंधाचे अंतर परिगणितानुसार असावे. परंतु, D/२ पेक्षा अधिक असता कामा नये.
१३५ अंशाच्या वाकणाच्या पुढील बंधाची लांबी बंध तयार करताना वापरण्यात येणाऱ्या गजाच्या व्यासाच्या किमान १० पट अधिक असावी. वाकणाच्या पुढील हा विस्तार ७५ मिमी. पेक्षा कमी असू नये.

आ. ३. काँक्रीटला जागेवर धरून ठेवण्यासाठी अतिरिक्त कड्या आवश्यक आहेत : १३५ अंशातील बंध बाहेरच्या दिशेने फुगून न येण्‍यासाठी १८० अंशातील कड्या आवश्यक आहेत.

बांधकामाच्या जागेवर परिणामकारक अंमलबजावणीकरिता बंद चापांचे स्पष्ट तपशीलवार आरेखन असलेले बांधकाम आरेखन उपयोगी ठरते. ज्या स्तंभांमध्ये कोपऱ्यातील गजांचे व्यंतर ३०० मिमी. पेक्षा अधिक असते तिथे भारतीय मानकानुसार १८० अंशांचे हूक असलेले अतिरिक्त बंध काँक्रीटला जागेवर धरून ठेवण्यासाठी आणि ऊर्ध्व गजांचे उपचयन टाळण्यासाठी परिणामकारक ठरतात. हे बंध दोन्ही ऊर्ध्व गज आणि क्षितीजीय चाप यांच्याभोवती असणे आवश्यक आहे (आकृती ३); बांधकामस्थळी याची योग्य अंमलबजावणी होण्याकरिता विशेष काळजी घेणे आवश्यक आहे.

ऊर्ध्व गजांची छादी :

प्रबलित काँक्रीटच्या इमारतीच्या बांधकामामध्ये गजांच्या बाजारात उपलब्ध लांबीच्या मर्यादेमुळे आणि बांधकाम आरेखनाच्या नियमांमुळे अनेक वेळा स्तंभांचे गज एकमेकांना जोडणे भाग पडते. हे साध्य करण्यासाठी दोन पोलादी गज एका ठराविक किमान लांबीपर्यंत (अधिछादी लांबी) अधिछादीत केले जातात. ही लांबी एकंदरीत प्रबलन आणि काँक्रीटच्या श्रेणीवर अवलंबून असते. साधारणपणे ही लांबी गजाच्या व्यासाच्या सु. ५० पट इतकी असते. आय्. एस्. १३९२०-१९९३ नुसार छादी लांबी केवळ स्तंभाच्या अर्धमध्यापर्यंत (Middle Half of the column) असून तिच्या वरच्या आणि खालच्या टोकांजवळ देण्याची आवश्यकता नाही (आकृती ४). तसेच प्रत्येक मजल्यावर एकावेळी स्तंभातील केवळ अर्धे ऊर्ध्व गज छादीत करण्यात यावेत. छादीच्या संपूर्ण लांबीमध्ये १५० मिमी.पेक्षा अधिक नसलेल्या व्यंतराने बंध पुरविणे आवश्यक आहे.