भूकंप मार्गदर्शक सूचना  २०

तुळई – स्तंभ जोडांचे वैशिष्ट्य : प्रबलित (पोलादी सळ्या आणि जाळ्या वापरून अधिक बलवान केलेल्या) काँक्रीटच्या इमारतींमध्ये स्तंभाचा जो भाग तुळईला तिच्या छेदनामध्ये सामायिक असतो, त्याला ‘तुळई-स्तंभ जोड’ असे म्हटले जाते (आकृती १). या भागातील पोलाद आणि काँक्रीटला मर्यादित सामर्थ्य असल्याने या जोडांना मर्यादित बलवाहक क्षमता असते. भूकंपादरम्यान या जोडातील पोलाद आणि काँक्रीटला त्यांच्या उपयोजित बलांपेक्षा कितीतरी अधिक बलांचा सामना करावा लागतो. त्यामुळे ते मोठ्या प्रमाणावर क्षतिग्रस्त होतात. या भागातील क्षतिग्रस्त जोडांची दुरुस्ती करणे अत्यंत अवघड जाते, म्हणून अशा प्रकारची स्थिति शक्यतो  टाळली पाहीजे. यासाठी तुळई-स्तंभांचे जोड भूकंपाच्या परिणामांचा प्रतिरोध करण्याच्या दृष्टीने अधिक मजबूतपणे संकल्पित केलेले असतात.

आ. १. तुळई इमारतींमध्ये स्तंभांचे जोड ही चिंतेची बाब आहेत. त्यांचे संकल्पन करणे आवश्यक आहे.

 जोडांची भूकंपादरम्यान वर्तणूक : भूकंपाच्या हादऱ्यांच्या प्रभावाखाली जोडांच्या संलग्न तुळया एकसारख्याच दिशेतील आघूर्णांना (Moments) (अनुघटी किंवा प्रतिघटी / clockwise or counter clockwise) सामोऱ्या जातात (आकृती १). या आघूर्णांदरम्यान तुळई स्तंभाच्या जोडामधील वरचे गज एका दिशेला तर खालचे गज त्याच्या विरुद्ध दिशेला ओढले जातात (आकृती २ अ). ही बले जोडांच्या भागांत काँक्रीट आणि पोलादामध्ये उत्पन्न झालेल्या बंध प्रतिबलांनी (Bond Stresses) संतुलित केली जातात.  जर स्तंभ पुरेसे रुंद नसतील किंवा जोडणीतील काँक्रीटचे सामर्थ्य कमी असेल तर, काँक्रीटची पोलादावरील पकड अपुरी पडते. अशा परिस्थितीमध्ये, गज जोडाच्या आतील भागात सरकतो आणि तुळया त्यांची भारवाहक क्षमता गमावतात. तसेच, जोडांच्या वरच्या आणि खालच्या टोकांना बलांच्या होणाऱ्या ओढाताणीमुळे ते भौमितीय विकृतींना सामोरे जातात. जोडांची एक कर्ण लांबी दीर्घीकरण पावते तर दुसरी संपिडीत होते (आकृती २ ब). अशावेळी जर स्तंभाच्या काटछेदाचे आकारमान अपुरे असेल, तर जोडातील काँक्रीटला कर्णीय तडे पडतात.

आ. २. जोडणीवरील अपकर्ष आणि ओढाताण दोन समस्या निर्माण करतात : (अ) जोडणीच्या भागात गजांच्या पकडीचा ऱ्हास. (आ) जोडाची विकृती.

तुळई स्तंभाच्या जोडाचे प्रबलन : प्रबलित काँक्रीट चौकटीच्या इमारतीची भूकंपादरम्यान चांगली वर्तणूक होण्याकरिता जोडाच्या भागातील काँक्रीटचे कर्णीय तडे (Cracking) आणि दलन (Crushing) टाळले पाहिजे. हे साध्य करण्यासाठी मोठ्या आकारमानाचे स्तंभ वापरणे हा सर्वाधिक परिणामकारक मार्ग आहे.  यासोबतच स्तंभाच्या गजांभोवती जवळजवळ व्यंतर (Spacing) असलेले पोलादी बंद चाप वापरणे आवश्यक आहे. बंद चाप जोडाच्या भागातील काँक्रीटला एकत्र धरून ठेवतात आणि कर्तन बलांना प्रतिरोध करतात (आकृती ३).

आ. ३. तुळई आणि स्तंभाच्या जोडाजवळील बंद चाप.

क्षितिज कर्तन बलांना प्रतिरोध करण्यासाठी आणि जोडातील काँक्रीटला परिरुद्धित करण्यासाठी मध्य स्तंभ गजदेखील परिणामकारक ठरतात. जोडांमध्ये बंद चाप बंध (Closed-loop ties) टाकण्यासाठी काही विशेष प्रयत्न करावे लागतात.  भारतीय मानक आय्. एस्. १३९२०-१९९३ मध्ये जोडांच्या भागांमध्ये स्तंभांच्या गजांभोवती अनुप्रस्थ चाप (Transverse loop) टाकण्याची शिफारस केली आहे.  प्रत्यक्षात हे एका लादीतलातील सर्व तुळयांच्या त्या पातळीतील साचकामामध्ये प्रबलनाची जाळी (दोन्ही अन्वायामी गज आणि रिकीबी) तयार करून तिला स्तंभाच्या उंचीलगत खाली सोडून साध्य केले जाते (आकृती ४अ आणि ४ब). जेव्हा तुळया लांबीला जास्त असतात, तेव्हा प्रबलनाची जाळी जड होते आणि त्यामुळे बंद चाप टाकणे अवघड जाते.

आ. ४. जोडणीच्या जवळील क्षितिज बंध : (अ) तुळईचे वरचे गज टाकलेले नाहीत, परंतु जोडणीच्या भागात क्षितिज बंध रचून ठेवलेले आहेत. (आ) तुळईचे वरील गज तुळईच्या रिकीबींच्या आत सरकविण्यात येतात आणि तुळईच्या प्रबलनाची जाळी साच्यामध्ये खाली सरकवली जाते. (इ) जोडणीच्या भागातील बंध त्यांच्या अंतिम स्थळी उंचावण्यात येतात, बंधन तारांनी बांधून आणि स्तंभांचे बंध सलग ठेवण्यात येतात.

तुळयांच्या गजांची एकमेकांत गुंतवणूक :

जोडाच्या भागातील तुळयांच्या गजांची पकड प्रथमतः वाजवी रीत्या मोठ्या आकारमानाचे स्तंभ वापरून सुधारित करण्यात येते. भारतीय मानक आय्. एस्. १३९२०-१९९३ नुसार भूकंपप्रवण प्रदेश III, IV आणि  V मधील इमारतींचे स्तंभ किमान ३०० मिमी. रुंद असतात (पहा : भूकंपमार्गदर्शक सूचना १९).  अशा स्तंभांनी प्रत्येकी काटछेदांच्या दिशेमध्ये ५ मी. पेक्षा अधिक लांबीच्या तुळयांना आधार देणे आवश्यक असते किंवा हे स्तंभ दोन मजल्यांच्या मध्ये किंवा तुळयांदरम्यान ४ मी. पेक्षा अधिक उंचीचे असणे गरजेचे असते. अमेरिकन काँक्रीट इन्स्टिट्यूटने शिफारस केल्याप्रमाणे स्तंभांची किमान रुंदी संलग्न तुळईच्या सर्वांत मोठ्या व्यासाच्या अन्वायामी (Longitudinal)  गजाच्या २० पट असावी.  बाह्य जोडांमध्ये जिथे तुळयांचा स्तंभांमध्ये शेवट होतो (आकृती ५) त्या जोडांमध्ये योग्य पकड निर्माण होण्यासाठी तुळयांच्या अन्वायामी गजांची स्तंभांमध्ये योग्य रीत्या नांगरण करणे (Anchorage) आवश्यक आहे.  Fe ४१५ श्रेणी असलेल्या गजांची नांगरपट्टीची लांबी (Anchoring Length) (व्यवच्छेदक ताण्य सामर्थ्य (Characteristic Tensile Strength) ४१५ MPa) साधारणतः त्यांच्या व्यासाच्या ५० पट इतकी असावी.  ही लांबी स्तंभाच्या दर्शनी भागापासून स्तंभामध्ये नांगरलेल्या गजाच्या टोकापर्यंत मोजली जाते.  कमी रुंदी असलेल्या स्तंभांमध्ये

आ. ५. बाह्य जोडणीमध्ये नांगरलेले तुळईचे गज : जोडणीच्या भागाचा दर्शनी भाग.

तसेच जेव्हा तुळईच्या गजांचा व्यास अधिक असतो (आकृती ५ अ), तेव्हा तुळईच्या वरच्या गजाचा काही भाग स्तंभामध्ये अंतःस्थापित (Embedded) केला जातो आणि त्याचा उरलेला भाग प्रक्षेपित राहतो. स्तंभ तुळईच्या अंतपृष्ठापर्यंत (Soffit) आकारीत करताना अशा प्रकारच्या प्रक्षेपित तुळईच्या गजाला एका जागेवर स्थिर ठेवणे अवघड जाते. तसेच अशा परिस्थितीमध्ये नांगरपट्टी पुरविण्यासाठी तुळईच्या गजातील ९० अंशाच्या वाकणाच्या पुढील ऊर्ध्व अंतर फारसे परिणामकारक ठरत नाही.  याविरुद्ध जर स्तंभांची रुंदी अधिक असेल, तर तुळईचे गज त्याच्या अधःस्तराच्या खाली विस्तारित होऊ शकणार नाहीत. (आकृती ५ ब).  म्हणूनच पुरेशा रुंदी असलेल्या स्तंभांच्या संकल्पनावर अनेक जागतिक मानकांमध्ये (उदा., ACI-३१८, २००५) अंतर्गत जोडांमध्ये, तुळईचे गज वरच्या आणि खालच्या जोडाच्या भागात कुठेही न तोडता जोडातून जाणे आवश्यक असते.  तसेच हे गज स्तंभाच्या गजांमध्ये कुठेही वाक (Bend) न देता टाकणे देखील आवश्यक असते (आकृती ६).

आ. ६. अंतर्गत जोडणीमध्ये नांगरलेले तुळईचे गज : (अ) व (आ) जोडणीच्या भागातील काटछेदाचे दृश्य. (इ) १९८५ च्या मेक्सिको शहरातील भूकंपातील प्रबलित काँक्रीट तुळई स्तंभ जोडणीचा कर्तन भंग, जेव्हा तुळईचे गज स्तंभाच्या काटछेदाच्या बाहेर निघाले.

 

 

 

 

 

 

 

संदर्भ :

  • सूचना १७ : प्रबलित काँक्रीटच्या इमारतींवर भूकंपाचे होणारे परिणाम.
  • सूचना १८ : प्रबलित काँक्रीटच्या इमारतीमधील भूकंपाचा प्रतिरोध करणाऱ्या तुळया.
  • सूचना १९ : प्रबलित काँक्रीटच्या इमारतींमधील भूकंपाचा प्रतिरोध करणारे स्तंभ.
  • IITK-BMTPC – भूकंपमार्गदर्शक सूचना २०

समीक्षक – सुहासिनी माढेकर

Close Menu
Skip to content