بررسی مفهوم زلزله تشدید یافته و نحوه طراحی اعضای بتن آرمه و فولادی برای آن

در بحث طراحی سازه ها، با دو نوع ترکیب بار مواجه هستیم. یک سری از ترکیب بارها عادی هستند. این ها همان ترکیب بارهایی می باشد که در طراحی تمامی اعضا و بخش های سازه باید کنترل شوند. دسته دوم ترکیب بارهای ویژه لرزه ای هستند. طراح باید در اعضای خاص و شرایط ویژه، علاوه بر ترکیب بارهای عادی، ترکیب بارهای ویژه لرزه ای را نیز کنترل نماید. اینکه چه اعضایی خاص تلقی می شوند و چگونه باید در آن ها اثر زلزله تشدید یافته را منظور نمود مطالبی هستند که تا انتهای مقاله پاسخ آن ها را خواهیم یافت. همچنین خواهیم دانست که:

  1. مفهوم زلزله تشدید یافته چیست؟
  2. چه ارتباطی میان زلزله تشدید یافته و ترکیب بارهای ویژه لرزه ای وجود دارد؟
  3. ضریب اضافه مقاومت چیست؟
  4. نحوه طراحی اعضای بتن آرمه و فولادی برای زلزله تشدید یافته چگونه است؟

یادآوری و تکمیل

نیروی افقی زلزله را در نظر بگیرید که به مرکز جرم طبقه وارد شده و با عملکرد دیافراگم کف به اعضای باربر جانبی منتقل می شود. نیروهای برشی زلزله در طبقات توسط اعضای باربر جانبی دریافت شده و باید به فونداسیون و نهایتاً زمین منتقل شوند. در مواردیکه این انتقال نیرو از سازه به زمین به طور منظم و بدون مشکل انجام شود، خیالمان راحت است. اما اگر در اجزایی که انتقال نیرو را بر عهده دارند مشکلی ایجاد شود، به این مفهوم است که در مسیر انتقال نیرو از طبقات سازه به پی و زمین نامنظمی رخ داده است. در صورت وجود نامنظمی در هر کجای مسیر انتقال نیرو، باید کنترل ها بر اساس زلزله تشدید یافته باشد.

گاهاً حتی بدون وجود نامنظمی در مسیر انتقال نیرو، باید از زلزله تشدید یافته استفاده کنیم. سازه های بتن آرمه و فولادی هر یک بنا به وضعیت های موجود تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای کنترل می شوند. به طور مثال ستون هایی که نیروی محوری آنها از یک حدی زیادتر باشد، طبق بند 10-3-6-1 مبحث دهم باید برای ترکیب بارهای لرزه ای نیز کنترل شوند. علت این کنترلِ مضاعف این است که ستون های فلزی تحت اثر فشار خالص شکل پذیری کمتری داشته و ضربه زلزله وارد بر آنها بیشتر خواهد بود.

 

موارد کاربرد زلزله تشدید یافته

  1. مطابق ACI-318-14 در محاسبه آرماتور عرضی ستون های بتن آرمه از زلزله تشدید یافته استفاده می شود. یعنی در سازه های بتن آرمه، زلزله تشدید یافته برای کنترل برش موجود در ستون ها کاربرد دارد. توجه داشته باشید که در متن مبحث نهم مقررات ملی ساختمان از زلزله تشدید یافته استفاده نشده است.
  2. در سازه های فولادی نیز همانطور که در بخش قبل بیان شد، کنترل زلزله تشدید یافته برای جلوگیری از کمانش است. یعنی در طراحی ستون ها، باید مقاومت محوری تحت زلزله تشدید یافته و بدون حضور خمش و برش کنترل شود.
    هم چنین طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، کف­ ستون­ ها (Base Plate)، وصله ستون­ ها و وصله ­ی تیرها در اسکلت فولادی نیز باید برای زلزله­ ی تشدید­یافته طراحی گردند.
  3. در مواردی که شاهد نامنظمی در مسیرهای انتقال نیروی زلزله هستیم باید کنترل با زلزله تشدید یافته صورت گیرد. به طور مثال می توان به بندهای زیر در استاندارد 2800 اشاره نمود:

افزایش بار جانبی در اعضای خاص و جمع کننده ها در استاندارد 2800

جهت آشنایی بیشتر با انواع نامنظمی های پلان و ارتفاع ، حتما ویدئوهای رایگان تفسیر استاندارد 2800 ویرایش 4 قسمت دوم و قسمت سوم را ببینید.

نحوه اعمال زلزله تشدید یافته در طراحی جمع کننده های دیافراگم که در بند بالا به آن اشاره شد در مقاله” کنترل و طراحی جمع کننده ها در دیافراگم” بیان شده است. شما می توانید با مطالعه این مقاله کوتاه پیش زمینه مناسبی برای درک مطالبی که در ادامه مطرح می شود کسب کنید.

تا این بخش از مقاله بارها از واژه زلزله تشدید یافته استفاده کرده ایم. در حال حاضر می دانیم که کدام اعضای سازه باید برای زلزله تشدید یافته کنترل شوند. اما …

اساساً این زلزله تشدید یافته با زلزله معمولی چه تفاوتی دارد؟

قبل از پاسخ دادن به این سوال توصیه اکید می شود که حتما مقاله ی ” ضریب اضافه مقاومت (Ω0) ” را مطالعه نمایید!

اما در پاسخ به سوال فوق، با یک تعریف ساده می توان گفت که زلزله تشدید یافته همان زلزله عادی است که با یک ضریب بزرگنمایی، تشدید شده است. این ضریب را با Ω0 نشان می دهیم. به عبارت علمی تر برای ساختن ترکیب بارهای ویژه لرزه ای به ضریبی نیاز است که در زلزله طرح ضرب شود. یعنی داریم:

ترکیب بار زلزله تشدید یافته

1.2D+L+E+0.2S :: ترکیب بار عادی

1.2D+L+Ω0E+0.2S: ترکیب بار ویژه لرزه ای

با این کار به جای زلزله طرح (E) زلزله تشدید یافته (Ω0E) در ترکیبات بار وارد می شود. مقدار این ضریب در سازه های مختلف متفاوت است. آیین نامه برای سیستم های باربر جانبی مختلف ضرایب Ω0 را در جدول زیر آورده است.

ضریب اضافه مقاومت (Ω0) در آیین نامه 2800

سایر بندهای آیین نامه ای مرتبط با زلزله تشدید یافته :

با توجه به تسلط نسبی بر موضوع زلزله تشدید یافته به سراغ بیان و تفسیر بندهای آیین نامه ای می رویم. روش های مورد تایید آیین نامه برای طراحی سازه، یکی تنش مجاز و دیگری طراحی بر اساس مقاومت است. استاندارد2800 در شرایطی که از روش طراحی بر اساس مقاومت استفاده می کنیم بند زیر را بیان می نماید:

عدم نیاز به در نظر گرفتن ضریب اضافه مقاومت در مولفه قائم زلزله

در بند فوق منظور از جمله ” در ترکیب بارهای زلزله با سایر بارها، بارهای جانبی و قائم زلزله باید با ضریب بار 1 در نظر گرفته شوند.” همان ترکیب بارهای عادی می باشد. همانطور که پیش تر هم گفته شد برای کلیه اعضا باید کنترل براساس ترکیب بارهای عادی صورت گیرد. در ادامه بند 3-12-2 به مواردی اشاره می کند که بایست کنترل اعضا بر اساس زلزله تشدید یافته صورت گیرد. در اینجا به دو نکته می توان اشاره کرد:

نکته1. برای ایجاد ترکیب بارهای ویژه لرزه ای باید بار جانبی طرح در ضریب اضافه مقاومت (Ω0) ضرب شود.

نکته2. در کنترل سازه تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای لازم نیست که مولفه قائم زلزله در ضریب اضافه مقاومت ضرب شود. به عبارت دیگر نیازی به تشدید اثر زلزله قائم وجود ندارد.

توصیه می شود برای تسلط هر چه بیشتر مقاله” بررسی فلسفه اعمال زلزله قائم در سازه­ ها و گام بندی تنظیمات نرم ­افزاری ” مطالعه شود. بعد از بررسی مقاله زلزله قائم و مطالب این مقاله متوجه خواهید شد که چرا ما در نرم افزار ETABS زلزله قائم را از نوع other تعریف می کنیم.

مطالبی که بررسی کردیم شاید این احساس را به وجود بیاورند که کنترل زلزله تشدید یافته باید بسیار پیچیده باشد. اما توجه داشته باشید که در نرم افزارهای ETABS , SAP زلزله تشدید یافته در صورت تنظیم پارامترهای آن به طور خودکار کنترل می شود. ما نیز قصد داریم در ادامه ی این مقاله به صورت گام بندی شده، نحوه تنظیم پارامترهای طراحی را برای سازه های فولادی و بتن آرمه به تفکیک بررسی نماییم.

  1. اعمال زلزله تشدید یافته در سازه های بتن آرمه

در طراحی لرزه ای سازه ها، مبحث نهم اشاره ای به اعمال زلزله تشدید یافته نکرده است. اما در ویرایش های 2011 و 2014 آیین نامه آمریکا کنترل زلزله تشدید یافته تعریف شده است. به گونه ای که حداکثر مقدار برش در ستون ها ، با ترکیب بارهایی که در آنها اثر زلزله با Ω0 تشدید شده است کنترل می شود.

در جهت محافظه کاری بیشتر اگر بر مبنای آیین نامه آمریکا عمل کنیم باید ضریب اضافه مقاومت در نرم افزار معرفی شود. با تعریف ضریب اضافه مقاومت در نرم افزار، زلزله تشدید یافته به صورت خودکار کنترل خواهد شد. نحوه کار را در قالب تصاویر زیر مشاهده می نمایید:

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های بتن آرمه

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های بتن آرمه

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

مقدار ضریب اضافه مقاومت(Ω0) را بر اساس جدول 3-4 استاندارد 2800 تعیین می نماییم. در مثال فوق چون سیستم باربر جانبی قاب خمشی بتن آرمه بود این ضریب برابر با 3 می باشد.

پرسش. با توجه به اینکه مبحث نهم اشاره ای به زلزله تشدید یافته در سازه های بتن آرمه نداشته است آیا این مساله باعث ایجاد ضعف در طراحی خواهد شد؟

در پاسخ به این سوال باید گفت : علم مهندسی سازه بیشتر از آن که آیین نامه محور باشد باید با قضاوت مهندسی همراه گردد.

با توجه به آیین نامه آمریکا در سازه های بتن آرمه، Ω0 در محاسبه آرماتورهای برشی ستون ها کاربرد دارد و می دانیم که آرماتورهای برشی ستون ها به دو شکل تنگ های بسته و دورپیچ اجرا می شوند.

هنگامی که از تنگ های بسته به عنوان آرماتورهای برشی استفاده می کنیم؛ باید گوشه بودن آرماتورهای طولی تامین شود. بنابراین معمولاً بیشتر از نیاز برشی ستون ها آرماتور عرضی قرار می گیرد. به تصویر زیر توجه نمایید:

کنترل گوشه بودن آرماتورهای طولی ستون بتنی

کنترل گوشه بودن آرماتورهای طولی ستون بتنی

برای آشنایی بیشتر با ضوابط مبحث نهم در خصوص کنترل گوشه بودن آرماتورهای طولی ستون می توانید مقاله و ویدئوی رایگان ” نحوه طراحی خاموت ستون را بیاموزیم!” از سری آموزش های سبزسازه ببینید.

همچنین برای رسیدن به شرایط دورپیچ ، مشابه تنگ بسته، ضوابط سخت گیرانه ای وجود دارد؛ که برای اطلاعات بیشتر می توانید آموزش مفهومی “پشت پرده ی طراحی سازه های بتنی – بخش دوم ستون ها ” را ببینید.

لذا در کل می توان اینطور قضاوت کرد که، عدم اعمال Ω0 مطابق نظر مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، اهمیت چندانی نخواهد داشت.

حال پس از درک نحوه ی اعمال ضریب اضافه مقاومت در طراحی سازه های بتنی، نوبت به یادگیری چگونگی اعمال زلزله تشدید یافته در سازه های فولادی می رسد…

  1. اعمال زلزله تشدید یافته در سازه های فولادی

در سازه های فولادی یکی از مدهای خرابی بسیار خطرناک، کمانش ستون هاست. در این سازه ها مقاومت محوری ستون ها باید تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای کنترل شوند. علت این کنترل مضاعف جلوگیری از رخداد کمانش می باشد.

بر خلاف سازه های بتن آرمه کنترل زلزله تشدید یافته در سازه های فولادی، هم در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان و هم درآیین نامه  AISC مطرح شده است. بند زیر از مبحث دهم به اعمال اثر زلزله تشدید یافته اشاره می کند:

اعمال اثر زلزله تشدید یافته طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

در سازه های فولادی نیز، مشابه سازه های بتنی، با اعمال صحیح ضریب اضافه مقاومت، نرم افزار به صورت خودکار اثر آن را در طراحی سازه منظور می کند. ضریب اضافه مقاومت در جدول فوق و نیز جدول 3-4 استاندارد 2800 قابل مشاهده است.

نحوه اعمال ضریب Ω0 را در قالب تصاویر زیر مشاهده می کنید؛ روند کار کاملاً مشابه با سازه های بتن آرمه می باشد.

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

همانطور که مشاهده شد، روند کلی اعمال ضریب اضافه مقاومت در سازه های فولادی و بتنی بسیار ساده است.

اما در ادامه ی بحث، توجه شما را به دو نکته ی مهم و یک پرسش اساسی جلب می کنیم:

نکته1. اگر سازه ما از نوع فولادی با سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی باشد. نیروهای محوری فشاری زیادی در ستون های اطراف مهاربندها به وجود خواهد آمد. به همین دلیل ضریب اضافه مقاومت در طراحی ستون های مجاور مهاربند بسیار تاثیر گذار خواهد بود. پس در جانمایی مهاربندها در پلان حتماً به این موضوع توجه داشته باشیم تا ستون های ما غیر اقتصادی نشوند.

نکته2. در سازه های فولادی بسیار معمول است که در یک جهت پلان سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی و جهت دیگر قاب خمشی باشد. دلیل این کار مزاحمتی است که مهاربندها برای معماری پروژه ایجاد می کنند. توضیحات تکمیلی تر در این خصوص و راهکارهای مناسب را می توانید در مقاله” بررسی الزامات طراحی مهاربند­های همگرای ویژه فولادی ” مطالعه نمایید.

ضریب اضافه مقاومت متفاوت در دو جهت سازه

ضریب اضافه مقاومت متفاوت در دو جهت سازه

مطابق تصویر بالا، ستون های متصل به مهاربند در یک جهت با Ω0=2 و در جهت دیگر با Ω0=3 کنترل خواهند شد. این در حالیست که نرم افزار برای کل سازه تنها یک ضریب اضافه مقاومت در نظر می گیرد.

پرسش بسیار مهم. در مواردی که در یک جهت پلان سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی و جهت دیگر قاب خمشی باشد، نحوه اعمال Ω0 در نرم افزار به چه صورت خواهد بود؟

برخی از مهندسین در جهت محافظه کاری بیشتر و ساده شدن کار، Ω0=3 را به نرم افزار معرفی می کنند. با این عمل در واقع زلزله در هر دو جهت با ضریب بزرگتری تشدید می شود. اما طراحانی که سعی بر اقتصادی شدن طرح خود دارند، از روش دیگری استفاده می کنند که در ادامه آن را توضیح می دهیم:

کنترل زلزله تشدید یافته در سازه های با دو سیستم باربر جانبی متفاوت

برای درک بهتر این قسمت، مطالب را درقالب یک مثالِ جامع و بصورت گام به گام آورده ایم:

مثال. کنترل دقیق Ω0 در ستون هایی که در یک جهت جزئی از قاب خمشی و در جهت دیگر جزئی از سیستم مهاربندی هستند.

گام1. از فایل اصلی نرم افزار یک Save as تحت عنوان Omega تهیه می کنیم.

گام2. در فایل جدید از منوهای زیر مقادیر Ω0 را برابر یک قرار می دهیم.

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

امگا=1

امگا=1

انتخاب المان ها و ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

انتخاب المان ها و ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

امگا=1

امگا=1

 

گام3. در قسمت load case نیروهای زلزله را بسته به جهتشان 2 یا 3 برابر می کنیم. در سازه مثال ما چون جهت X قاب خمشی و جهت Y مهاربندی است تغییرات به صورت زیر خواهد بود.

تغییرات در قسمت load case

تغییرات در قسمت load case

اعمال ضریب اضافه مقاومت در قسمت load case

اعمال ضریب اضافه مقاومت در قسمت load case

در تصویر بالا توجه داشته باشید که زلزله 30 درصد متعامد در جهت Y با ضریب  Ω0=2 تشدید می شود. زیرا در جهت Y سیستم مهاربندی داریم. ولی در جهت X به دلیل وجود قاب خمشی ضریب تشدید برابر 3 خواهد بود. به همین ترتیب تمامی بارهای لرزه ای به صورت دستی تشدید خواهد شد.

گام4. تمامی ستون های سازه را انتخاب می کنیم و در قسمت View/Revise Overwrites موارد مشخص شده را تغییر می دهیم.

افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون ها به یک عدد بسیار بسیار بزرگ

افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون ها به یک عدد بسیار بسیار بزرگ

با این کار، نرم افزار مقاومت خمشی و برشی ستون ها را بسیار بسیار بزرگ در نظر می گیرد. در نتیجه عملاً مقاومت محوری ستون ها تحت زلزله های تشدید یافته کنترل می شود.

گام5. سازه موجود را آنالیز و طراحی می کنیم. بایستی تمامی ستون ها جوابگوی نیروهای وارده باشند. به عبارت دیگر در ستون ها ratio<1.00 باشد. در غیر اینصورت باید مقاومت محوری ستون ها افزایش یابد.

نتیجه گیری :

  1. در بحث طراحی سازه ها، با دو نوع ترکیب بار مواجه هستیم. یک سری از ترکیب بارها عادی هستند. این ها همان ترکیب بارهایی می باشد که در طراحی تمامی اعضا و بخش های سازه باید کنترل شوند. دسته دوم ترکیب بارهای ویژه لرزه ای هستند.
  2. با یک تعریف ساده می توان گفت که زلزله تشدید یافته همان زلزله عادی است که با یک ضریب بزرگنمایی، تشدید شده است. این ضریب را با Ω0 نشان می دهیم.
  3. در سازه های فولادی مقاومت محوری ستون ها باید تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای کنترل شوند. علت این کنترل مضاعف این است که ستون های فلزی تحت اثر فشار خالص شکل پذیری کمتری داشته و ضربه زلزله وارد بر آنها بیشتر خواهد بود.
  4. در طراحی لرزه ای سازه ها، مبحث نهم اشاره ای به اعمال زلزله تشدید یافته نکرده است. اما در ویرایش های 2011 و 2014 آیین نامه آمریکا کنترل زلزله تشدید یافته تعریف شده است. به گونه ای که حداکثر مقدار برش در ستون ها با ترکیب بارهایی که در آن ها اثر زلزله با Ω0 تشدید شده است کنترل می شود.
  5. در کنترل سازه تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای لازم نیست که مولفه قائم زلزله در ضریب اضافه مقاومت ضرب شود.
  6. در سازه های با دو سیستم باربر جانبی در دو جهت متفاوت، ستون های متصل به مهاربند در یک جهت با Ω0=3 و در جهت دیگر با Ω0=2 کنترل خواهند شد. این در حالیست که نرم افزار برای کل سازه تنها یک ضریب اضافه مقاومت در نظر می گیرد. لذا بایست از روش های مناسبی برای اعمال ضریب اضافه مقاومت در چنین سازه هایی استفاده شود.

در نهایت، شما با مطالعه این مقاله با یکی از مباحث چالش برانگیز محاسبات آشنا خواهید شد. نحوه کنترل سازه های مختلف تحت زلزله تشدید یافته و ترکیب بارهای ویژه لرزه ای از مواردیست که در این مقاله به آن پرداخته شده است.

منابع

  1.  AISC Specification for Structural Steel Buildings (360-16)
  2. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
  3. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4.
  4. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1392.
  5. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  6. جزوه راهنمای طراحی ساختمان ­های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین ­زاده ­اصل­.

عملکرد دیوار برشی : بررسی اندرکنش قاب و دیوار برشی

وجود دیوارهای برشی بتن­ آرمه در ساختمان، افزایش چشمگیر سختی سازه را در پی خواهد داشت. نتیجه ی افزایش سختی، کاهش اثرات ثانویه مانند اثر P-Δ و… خواهد بود. این مزیت، ایمنی ساختمان در برابر فروریزش را بالا می­ برد. مزایای بسیارِ دیوارهای برشی ، سبب شده است تا کاربرد این سیستم در سازه­ ها افزایش یابد. اما همواره بحث جانمایی دیوارهای برشی به دلیل ملاحظات معماری، دردسر بزرگی برای مهندسین سازه بوده است؛ که با آمدن نوع جدیدی از دیوارها، بنام دیوار برشی کوپله تا حد زیادی رفع شده است.

در این مقاله قصد داریم پس از تحلیل اقتصادی کاربرد دیوار برشی در سازه، با عملکرد دیوار برشی و جزئیات اندر کنش قاب و دیوار آشنا شویم. درمورد بحث جانمایی و ضوابط آرماتور گذاری دیوارهای برشی نیز، در مقالات جداگانه بحث کرده ایم.

هم چنین در پایان، درباره کاربرد دیوارهای برشی در مقاوم سازی (یا بهتر است بگوییم: بهسازی ) ساختمان ­های موجود، توضیح مختصری داده شده است.

تحلیل اقتصادی کاربرد دیوار برشی در سازه :

دیوار برشی به صورت یک صفحه بتن آرمه از فونداسیون شروع شده و با قاب­ها و سقف گیردار می­ شود. دیوار برشی برای ساختمان­ های بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی به نظر می ­رسند. در ساختمان ­های بلندتر، تنش ­های ناشی از نیروهای جانبی باعث می­ شود که ضخامت مورد نیاز برای دیوار برشی کارایی و اقتصادی بودن سیستم را کاهش دهد.

کاربرد این سیستم، با سیستم دال تخت نیز عموماً نتایج اقتصادی را درپی دارد.

مقایسه اقتصادی بین سیستم قاب خمشی و سیستم مختلط قاب و دیوار برشی در استاندارد 2800 نشان می­ دهد که، برای ساختمان­ های بلندتر از 5 طبقه، در سیستم قاب خمشی، ستون­ ها و تیرها ابعاد بزرگتری دارند، ولی ابعاد فونداسیون مورد نیاز برای آن­ها کوچک­ تر است.

در مجموع بایست گفت که سیستم مختلط نیاز به فولاد کمتری دارد ولی بتن مصرفی در آن بیشتر است.

عملکرد برشی و خمشی دیوار برشی :

بر خلاف عنوان برشی برای این سیستم، رفتار دیوار برشی به صورت یک تیر طره بسیار قوی است که پای آن گیردار می ­باشد. و با ایجاد تغییر شکل­ های خمشی و برشی، در مقابل نیروهای جانبی مقاومت نموده و آن­ ها را به فونداسیون انتقال می­ دهد.

در صورتی که ارتفاع دیوار برشی کم باشد. غالباً، نیروی برشی، حاکم بر طراحی آن خواهد بود. اما اگر ارتفاع دیوار برشی زیاد باشد، لنگر خمشی، حاکم بر طراحی آن خواهد بود. در هر حال، دیوار برشی باید برای هر دو نیروی فوق کنترل و در برابر آن­ها مسلح گردد.

به طور کلی نیروهایی که یک دیوار برشی متحمل آن می­ شود، به قرار زیر است:

  1. نیروی برشی متغیر (با حداکثر مقدار در پای دیوار)
  2. لنگر خمشی متغیر (با حداکثر مقدار در پای دیوار)
  3. نیروی محوری فشاری (ناشی از وزن طبقات)

برای دیوارهای برشی مطابق شکل زیر چهار حالت شکست را می­ توان در نظر گرفت:

4 حالت شکست دیوار برشی

4 حالت شکست دیوار برشی

در چه مواردی بهتر است از دیوار برشی در سازه استفاده شود؟

همانطورکه پیش ­تر اشاره شد، وجود دیوارهای برشی در سیستم باربر جانبی، سختی سازه را به صورت چشمگیری بالا می ­برد. در نتیجه در شرایطی که کنترل دریفت ساختمان دشوار است، می ­توان با اضافه کردن دیوار برشی به سیستم باربر جانبی این مشکل را به آسانی برطرف کرد.

همچنین از نظر مکانیزم خرابی، دیوارهای برشی قادر هستند حتی پس از پذیرش ترک ­های زیاد در برابر بارهای ثقلی (که برای آن­ها نیز طراحی شده ­اند) مقاومت کنند. در صورتی که این مورد به طور کامل از ستون­ ها قابل انتظار نیست.

از دیگر مزایای بکارگیری دیواربرشی در سازه می­ توان به کاهش خسارت به اجزای غیرسازه­ ای که گاهاً پرهزینه ­تر از اعضای سازه ­ای هستند نیز اشاره کرد.

بررسی اندرکنش عملکرد دیوار برشی و قاب :

از ابتدای مقاله چند مرتبه دیوار برشی را با یک تیر طره بزرگ، معادل دانسته­ ایم. در این بخش نیز با تحلیلی مشابه قصد داریم مفهوم دشواری را به صورت ساده بیان نماییم.

در شکل زیر تغییر مکان حداکثر تیر کنسولی را تحت بارگذاری وارده مشاهده می ­کنید.

همانطور که می ­دانیم این مقدار بسیار بیشتر از سایر تیرها می ­باشد.

تشبیه تغییر مکان حداکثر تیر کنسول به تغییر مکان و عملکرد دیوار برشی

تغییر مکان حداکثر تیر کنسول تحت بار متمرکز

در ساختمان­ های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی، دیوار برشی، نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی ­کند؛ بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی (به علت رفتار طره ­ای) یک کشش مضاعف از سوی دیوار، به قاب اعمال خواهد شد.

بنابراین اندرکنش قاب و دیوار، در واقع یک اثر نامطلوب بوده و بایستی از آن پرهیز شود.

چگونه از اثر نامطلوب اندرکنش قاب و دیوار برشی جلوگیری کنیم؟

برای این منظور، در قدم اول بایست متوجه شویم که در کدامیک از طبقات سازه ی ما، چنین مشکلی وجود دارد.

برای این منظور به صورت زیر عمل می­ نماییم:

  • ابتدا از مسیر زیر نیروی طبقات را به دست می ­آوریم.

  • هر یک از طبقاتی که نیروی کمی داشته باشد را بدون دیوار برشی مدلسازی می­ کنیم. زیرا وجود دیوار برشی در این طبقات نه تنها سود بخش نیست بلکه وزن سازه را هم بالا می­ برد.
    نیروی طبقات را در شکل زیر مشاهد می ­کنید:

نیروی طبقات در ایتبس

همانطور که در تصویر فوق دیده می­ شود، تحت نیروی زلزله Ex، در طبقه 15 نیروی بسیار کمتری نسبت به سایر طبقات به وجود آمده است. با انجام این پروسه برای زلزله در جهت Y و سایر دیوارهای برشی ، نهایتاً طراح می ­تواند تصمیم خود را بگیرد. تصمیمی مبنی بر اینکه در طبقه 15ام آیا مناسب است که دیوار برشی قرار گیرد یا خیر!

آیا ممکن است نیروی طبقه در دیوار برشی عددی منفی شود؟

بله این امکان وجود دارد؛ در واقع رخداد چنین اتفاقی به معنی تکیه کردن دیوار برشی بر قاب است. به عبارت دیگر در این حالت دیوار برشی در رفتار لرزه­ ای سازه تاثیر منفی دارد و قطعاً باید دیوار را در طبقه مذکور حذف کرد.

مدلسازی تیر در دیوار برشی :

مدل سازی تیر در تراز طبقات، هنگام طراحی سازه­ هایی که دارای دیوار برشی هستند، بحث مهمی است.

گاهاً مهندسین به دلیل سختی بسیار بالایی که دیواربرشی دارد، مدلسازی و اجرای تیرها را در تراز طبقات کاری بیهوده می ­دانند.

اما باید بدانید که مدلسازی و اجرای این تیرها از دو جنبه حائز اهمیت است:

  1. مهار میلگردهای طولی سایر تیرها؛ که فرایند آرماتورگذاری را آسان ­تر می ­کند.
  2. بهره­ مندی از عمل میدان فشاری به دلیل تبدیل شدن به خرپا. ( عملکردی مشابه با میدان کششی در تیرورق­ های فولادی).

 

دیوار برشی در بهسازی سازه ها :

یکی از روش­ های معمول و رایج در بهسازی ساختمان­ ها در برابر زلزله، استفاده از دیوارهای برشی بتن­ آرمه می­ باشد. استفاده از دیوارهای برشی، در افزایش ظرفیت لرزه­ ای ساختمان و کاهش تغییر مکان جانبی (دریفت) بسیار موثر است. با استفاده از این روش مقاومت ساختمان و همچنین شکل ­پذیری آن افزایش می­ یابد.

از نکات مهم در این روش، نحوه قرارگیری دیوارهای جدید و جانمایی آن­ها در سازه­ های قدیمی می­ باشد. که به دلیل پیچش، باید حتی­ المقدور دیوارها چه در ارتفاع و چه در پلان به صورت منظم و متقارن قرار گیرند.

نکته مهم دیگری که باید به آن توجه داشت این است که به دلیل وزن نسبتاً زیادی که دیوارها می­ توانند به سازه اولیه اعمال نمایند، باید از آن­ها تنها در قاب­ هایی که ظرفیت برشی کمی دارند استفاده شود و از استفاده بیش از اندازه آن­ها جلوگیری شود.

همچنین تقویت فونداسیون در زمان اجرای دیوار برشی جدید، بسیار مهم می ­باشد. برای اطلاعات بیشتر در این زمینه، مطالعه ی مقاله ” آرماتو گذاری فونداسیون “ بسیار مفید است.

از نظر اقتصادی با توجه به مقاومت بالای این دیوارها، استفاده از آن­ ها در ساختمان­ های بلند مرتبه به صرفه بوده، ولی در مورد ساختمان­ های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل جانبی از قبیل تقویت اجزای سازه ­ای مجاور به دیوار و مسائل اجرایی، تاثیر زیادی بر جنبه ­های اقتصادی آن می­ گذارد.

در تصویر زیر نمونه ای از مقاوم سازی سازه با دیوار برشی را مشاهده می­ کنید.

مقاوم سازی با دیوار برشی

مقاوم سازی با دیوار برشی

نتیجه گیری :

  1. وجود و عملکرد دیوار برشی بتن­ آرمه در ساختمان، افزایش چشمگیر سختی سازه را در پی خواهد داشت. نتیجه ی افزایش سختی، کاهش اثرات ثانویه مانند اثر P-Δ و… خواهد بود. این مزیت، ایمنی ساختمان در برابر فروریزش را بالا می­ برد.
  2. دیوار برشی برای ساختمان­ های بین 30 تا 40 طبقه اقتصادی به نظر می ­رسند. در ساختمان­ های بلندتر، تنش ­های ناشی از نیروهای جانبی باعث می­ شود که ضخامت مورد نیاز برای دیوار برشی کارایی و اقتصادی بودن سیستم را کاهش دهد.
  3. امروزه با شناخت رفتار لرز­ه ­ای و امکان اجرای دیوارهای برشی کوپله، دیگر معماران چندان در تامین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود و مشکلات جانمایی دیوار برشی به نوعی حل شده است.
  4. در ساختمان­ های دارای دیوار برشی، اگر سازه از ارتفاع مشخصی بلندتر باشد، در طبقات فوقانی دیوار برشی نه تنها در تحمل زلزله نقش مثبتی ایفا نمی­ کند، بلکه به علت شیب به وجود آمده در دیوار برشی( به علت رفتار طره­ ای) یک کشش مضاعف از سوی دیوار به قاب اعمال خواهد شد.
  5. یکی از روش ­های معمول و رایج در بهسازی ساختمان­ ها در برابر زلزله، استفاده از دیوارهای برشی بتن­ آرمه می ­باشد. استفاده از دیوارهای برشی، در افزایش ظرفیت لرزه­ ای ساختمان و کاهش تغییر مکان جانبی (دریفت) بسیار موثر است. با استفاده از این روش، مقاومت ساختمان و همچنین شکل­ پذیری آن افزایش می­ یابد.
  6. از نظر اقتصادی با توجه به مقاومت بالای این دیوارها، استفاده از آن­ ها در ساختمان­ های بلند مرتبه به صرفه بوده ولی در مورد ساختمان­ های با ارتفاع کم و متوسط، مسائل جانبی از قبیل تقویت اجزای سازه­ ای مجاور به دیوار، مانند تقویت فونداسیون و مسائل اجرایی، تاثیر زیادی بر جنبه­ های اقتصادی آن می­ گذارد.

 

پس از مطالعه این مقاله شما قادر خواهد بود با یک دید مهندسی و اقتصادی در وضعیت­ های گوناگون متصور برای هر پروژه­ ای، نسبت به کاربرد دیوار برشی در سازه اقدام نمایید. و با شناختی که از اندرکنش قاب و دیوار به دست آورده اید نسبت به حذف دیوار برشی در برخی از طبقات فوقانی سازه اقدام نمایید تا به طرحی ایمن و اقتصادی دست یابید.

منابع :

  1. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
  2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  3. مدلسازی لرزه­ ای و تحلیل عددی سازه ­ها در ETABS، مهندس مهدی ترابی، انتشارات نوآور، 1392.

آرماتور گذاری پی در safe + نکات اجرایی برای ترسیم نقشه

پس از نهایی شدن طرح اسکلت ساختمان، وزن کلی و نیرو های موجود سازه مشخص می­ شود. در ادامه طراح قادر خواهد بود که پروسه تحلیل، طراحی و آرماتور گذاری پی ( فونداسیون ) را آغاز نماید. این درحالی است که در فرآیند اجرای ساختمان، پی پیش از اسکلت اجرا می­ شود. انتخاب نوع پی به ویژگی­ های ساختگاه بنا و اسکلت سازه بستگی دارد. طراح بایست با توجه به اطلاعات ژئوتکنیکی محل و اسکلت سازه یکی از انواع پی را برای سازه خود انتخاب و سپس آرماتور گذاری پی را انجام دهد. لازم به ذکر است که انتخاب نوع پی تا حد بسیار زیادی در رفتار لرزه­ ای و هزینه تمام شده پروژه اثر گذار خواهد بود.

ما در این یادداشت پس از بررسی 10 ها مقاله و نظرخواهی از مهندسین صاحب نظر، قصد داریم با رویکردی مفهومی و اجرایی موارد زیر را آموزش دهیم:

  1. شناخت انواع پی های معمول و موارد کاربرد هر یک.
  2. نحوه محاسبه و اجرای آرماتور های خمشی و افت ­و­ حرارت در آرماتور گذاری پی.
  3. بررسی آرماتور های انتظار در پی و ضوابط خاموت گذاری آن­ ها.
  4. نحوه مهار آرماتور ها در پی ­ها.
  5. بررسی تاثیر بازشو در پی و ارائه راهکار های مناسب و اجرایی.
  6. بررسی آرماتور های شناژ.
  7. ارائه نکات مفید اجرایی در خصوص اجرای پی.

یادآوری و تکمیل

می­ دانیم وظیفه پی انتقال بار های اسکلت به خاک زیر پی می باشد، به­ طوری­ که تنش ­های بیش از حد و همچنین نشست­ های اضافی ایجاد نگردد.

از نظر مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، پی مجموعه بخش ­هایی از سازه و خاک در تماس با آن می­ باشد. پی­ ها عمدتاً در سه گروه سطحی، عمیق و نیمه عمیق بررسی می­ شوند. در این مقاله تاکید ما بر روی پی های معمول سطحی در سازه­ های ساختمانی می­ باشد.

در مبحث نهم، شالوده به قسمتی از سازه ساختمان اطلاق می شود که روی سطح فوقانی آن ستون یا دیوار قرار گرفته و سطح تحتانی آن مستقیماً روی زمین یا روی شمع تکیه دارد و بار ساختمان را به زمین منتقل می کند. با چنین تعریفی به سراغ نکات مربوطه می رویم.

برای طراحی اعضای بتن ­آرمه، مهندسین سازه غالباً از روش طراحی مقاومت نهایی استفاده می­ کنند. این درحالی است که برای مهندسین ژئوتکنیک روش تنش مجاز معمول­ تر است. این تفاوت بنیادین خود را در طراحی پی­ ها به شکل جدی تری نمایان می ­سازد. چرا که طراحی پی، همزمان محاسبات ژئوتکنیکی و سازه ­ای را در خود دارد. مسئله هماهنگی میان مهندسین ژئوتکنیک و سازه در ادامه با جزئیات بیشتری مطرح خواهد شد.

در فصل چهارم از مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، به تفصیل از پی های سطحی سخن گفته شده است. انواع پی های سطحی عبارتند از پی های منفرد، نواری، مرکب و گسترده. هر یک از پی های نامبرده تحت وضعیت خاصی می ­توانند بهینه ترین انتخاب باشند. در ادامه قصد داریم انواع پی های متداول ساختمانی را به صورت کامل بررسی نماییم.

پی گسترده[1]

این نوع از پی سطحی، شامل یک دال ضخیم بتن مسلح بوده که تمام مساحت مورد نظر را می پوشاند. تصویر زیر نمونه ای از پی های گسترده می­ باشد.

پی گسترده

پی گسترده

پی گسترده، یکی از انواع بسیار پرکاربرد پی می ­باشد. خصوصاً در مواردی که ضعف خاک بستر و یا شرایط بارگذاری به گونه­ ای باشد که احتمال نشست نامتقارن وجود داشته باشد. در این وضعیت پی گسترده راه ­حل مناسبی است. از دیگر مواردی که کاربرد پی گسترده نتایج مثبتی را به دنبال دارد:

  1. برای ساختمان­ هایی با لنگر واژگونی بزرگ.
  2. زمانی ­که اسکلت سازه دارای نامنظمی می­ باشد، به منظور توزیع بارهای وارده در سطح بزرگ­تر.
  3. برای جلوگیری از Uplift .
  4. برای طبقات زیرزمین که زیر سطح آب ­های زیرزمینی قرار دارند، به منظور مقابله با فشار هیدرولیکی آب زیرزمینی و خشک نگه داشتن طبقه زیرزمین.

یکی دیگر از موارد کاربرد پی های گسترده، زمانی است که اگر از پی های نواری و یا منفرد استفاده کنیم، ابعاد آن­ها بزرگ و نزدیک به هم خواهد بود. در نتیجه از نظر اقتصادی به­ صرفه نخواهند بود. به عبارت دیگر، اگر زمین زیر پی آنقدر سست باشد و بار وارده از طرف سازه آنقدر زیاد باشد که سطح پوشیده شده توسط پی های منفرد بیش از نصف سطح زیربنا گردد، در اینصورت اقتصادی است که از پی گسترده استفاده شود.

با کسب شناخت از موارد کاربرد پی های گسترده به سراغ اصول طراحی و اجرای این نوع از پی ­ها می­رویم.

آرماتور گذاری پی های گسترده در safe :

نحوه محاسبه آرماتورهای خمشی و افت و حرارت در پی های گسترده :

رفتار پی گسترده را می­ توان مشابه با یک دال دوطرفه بتن­ آرمه که آن را سر و ته کرده ­ایم، درنظر گرفت. توزیع فشار ناشی از خاک زیر پی همانند توزیع بارهای موجود روی دال دو طرفه می­ باشد. بنابراین قابل توجیه است که روش­های تحلیل و طراحی حاکم بر دال­های دوطرفه را برای پی های گسترده­ نیز به ­کار گیریم.

طراحی آرماتور های پی،­ برای جلوگیری از گسیختگی خمشی و برشی خواهد بود. به طوری­که پس از تعیین ابعاد پی، فولادهای مورد نیاز در مقاطع مختلف نیز مشخص خواهند شد. امروزه با کاربرد وسیع نرم افزارهای مهندسی روند تحلیل و طراحی پی ­ها به طرز چشم­ گیری با دقت بیشتری همراه شده است.

در تصویر زیر خروجی طراحی یک پی گسترده در نرم افزار Safe را مشاهده می­ کنید. قصد داریم نحوه صحیح آرماتورگذاری پی گسترده را براساس الزامات آیین نامه ­ای و خروجی به دست آمده از نرم افزار بررسی نماییم.

آرماتورهای سراسری و تقویتی در safe

آرماتورهای سراسری و تقویتی در safe

در تصویر فوق، نحوه آرماتورگذاری شبکه میلگرد فوقانی را در جهت Y مشاهده می­ کنید. اگر در هر 15 سانتی­ متر یک میلگرد نمره 18 به عنوان آرماتور سراسری قرار دهیم، به آرماتورهای تقویتی سمت راست تصویر نیاز خواهد بود. توجه داشته باشید که آرماتور های تقویتی را نمره 22 در نظر گرفته­ ایم. با این صورت مسئله در ادامه نکات مربوط به آرماتورگذاری پی را بررسی خواهیم کرد.

بخشی از خروجی نرم افزار را به صورت بزرگ نمایی شده در تصویر زیر مشاهده می کنید.

نمایش آرماتور های تقویتی در نرم افزار safe

نمایش آرماتور های تقویتی در نرم افزار safe

به قسمت های مشخص شده در تصویر بالا توجه کنید. تعداد آرماتورهای تقویتی مورد نیاز در این نواحی بسیار زیاد است. این مسئله همانطور که قبلا در مقاله ” جانمایی دیوار برشی “ گفته شد به دلیل وجود دیوار برشی می­ باشد.

نکته1. مشاهده کردید که در صورت وجود دیوار برشی در سازه، تعداد آرماتورهای تقویتی بسیار زیاد می شود. این امر در فرآیند اجرایی و بتن ریزی ما را دچار مشکل خواهد کرد.

بنابراین توصیه می­ شود در چنین وضعیتی با افزایش شماره میلگرد سراسری و نزدیک کردن فاصله آن ها، از تعداد آرماتورهای تقویتی کاسته شود.

همچنین افزایش نمره میلگردهای تقویتی نیز در قدم اول راهکار مناسبی خواهد بود.

نکته2. نرم ­افزار تعداد آرماتورهای تقویتی و طول مورد نیاز آن را به صورت خروجی در اختیار کاربر قرار می دهد. توجه داشته باشید که این طول، طول تئوریک می باشد، لذا باید آن را به صورت طول عملی محاسبه نمود.

چگونه؟

بصورت زیر:

نحوه محاسبه طول عملی میلگردهای فونداسیون

بر اساس بند 9-21-2-1-1 از مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، در تمامی قطعات بتن آرمه نیرو های کششی یا فشاری موجود در میلگردها در هر مقطع باید به وسیله مهار میلگرد ها در دو سمت آن مقطع به بتن منتقل گردد. مهار میلگرد ها در بتن به یکی از سه روش زیر یا ترکیبی از آن ها امکان پذیر است:

  1. پیوستگی موجود بین بتن و آرماتور در سطح جانبی آرماتور
  2. ایجاد قلاب استاندارد در انتهای میلگرد
  3. به کارگیری وسایل مکانیکی در طول میلگرد.

روش اول و دوم به دلیل اهمیت و کاربرد بیشتر در این بخش توضیح داده خواهد شد. روش سوم خارج از حوصله این مقاله می باشد و مطالعه آن را به مخاطب واگذار می کنیم.

روش اول- پیوستگی موجود بین بتن و آرماتور در سطح جانبی آرماتور

در این روش با استفاده از فرمول زیر که از آیین نامه بتن آمریکا استخراج شده است، طول گیرایی میلگردهای کششی را به دست می آوریم. سپس طول به دست آمده را در هر سمت میلگرد محاسباتی اضافه می کنیم. به این طریق طول عملی میلگرد پی محاسبه خواهد شد.

فرمول محاسبه طول گیرایی میلگرد

فرمول محاسبه طول گیرایی میلگرد

رابطه فوق کلیه پارامترهای دخیل در محاسبه طول مهاری را در نظر گرفته است و از این نظر رابطه دقیقی است.

Cb:  ضریب فاصله میلگردها از یکدیگر و از رویه قطعه، برابر با کوچکترین دو مقدار فاصله مرکز میلگرد از نزدیک ترین رویه بتن و نصف فاصله مرکز تا مرکز میلگردهایی است که در یک محل قطع یا وصله می شوند. تصویر زیر مطلب را روشن تر می کند.

نحوه محاسبه پارامتر Cb در فرمول طول مهاری آرماتور

پارامتر Cb در فرمول طول مهاری آرماتور

Ktr:  این ضریب اثر میلگردهای عرضی را در طول مهاری بیان می کند. چون در پی عموماً از آرماتور عرضی استفاده نمی شود. مقدار این ضریب در محاسبه طول مهار میلگردهای پی، صفر خواهد بود.

Ψt: ضریب موقعیت میلگردها، برای میلگردهایی که حداقل 300 میلی متر بتن تازه در زیر آنها ریخته میشود برابر 1.3 می باشد. درواقع در میلگردهای لایه فوقانی پی این ضریب 1.3 و برای میلگردهای تحتانی یک خواهد بود.

Ψs: ضریب قطر میلگرد که برای میلگردهای با قطر کمتر یا مساوی 20 میلی متر برابر با 0.8 و برای میلگردهای با قطر بیش از 20 میلی متر برابر با یک است.

Ψe: ضریب اندود میلگرد که برای میلگردهایی که اندود اپوکسی نشده اند برابر با یک است. برای حالات دیگر می توان از جدول زیر استفاده نمود.

جدول ضریب اندود میلگرد های اپوکسی

جدول ضریب اندود میلگرد های اپوکسی

تذکر1. در رابطه ارائه شده باید مقاومت کششی فولاد و بتن برحسب واحدهای آمریکایی(psi) وارد شوند. در صورتی که بخواهیم از واحد مگاپاسکال استفاده کنیم باید به جای کسر  3/40، از کسر  1/1.1، استفاده شود.

تذکر2. رابطه مشابهی نیز از سوی مبحث نهم مقررات ملی بیان شده که تفاوت خاصی در نتایج به دست آمده از دو آیین نامه وجود ندارد. دلیل استفاده از آیین نامه آمریکا در این مقاله آشنایی هرچه بیشتر مخاطب با آیین نامه های بین المللی می باشد.

روش دوم- ایجاد قلاب استاندارد در انتهای میلگرد

گاهاً ممکن است فضای کافی برای تامین طول مهار مستقیم میلگرد وجود نداشته باشد. به طور مثال در کناره های پی چنین مشکلی وجود دارد.

در چنین شرایطی به سراغ ایجاد قلاب در انتهای میلگرد می رویم.

فرم رایج برای قلاب، عموماً 90 درجه است.

 

قلاب 90 درجه

قلاب 90 درجه

قلاب 180 درجه

قلاب 180 درجه

طول مهاری آرماتور کششی قلاب دار

طول مهاری آرماتور کششی قلاب دار

برای محاسبه طول Ldh از رابطه زیر استفاده می کنیم. توجه داشته باشید که در این رابطه می توان از واحد مگاپاسکال استفاده نمود.

فرمول محاسبه طول Ldh

فرمول محاسبه طول Ldh

پارامترهای رابطه فوق مشابه با طول مهار مستقیم میلگرد بوده و نیازی به توضیح مجدد وجود ندارد. مقادیر طول مهاری برای میلگردهای مختلف از نوع S400 و رده بتن C25 را در جدول زیر مشاهده می کنید. به راحتی می توانید با یک برنامه اکسل این جدول را برای رده های بتن مختلف تعمیم دهید.

طول خم میلگرد فونداسیون :

ردیفقطر میلگردطول مهار مستقیمطول مهار دارای قلاب
تیرها و پی
سفره تحتانیسفره فوقانی
18354515
210456015
312557020
414608025
516709525
6188010030
7208511035
82212015535
92513518040
102815520045
113217523050

 

با توجه به مطالب بیان شده، می توانیم با استفاده از خروجی های نرم افزار به راحتی و تنها با استفاده از دو فرمول طول مهار را محاسبه کنیم. به این طریق آرماتور گذاری خمشی پی انجام شده است. در ادامه به بررسی آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در پی خواهیم پرداخت.

آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در پی های گسترده

آرماتور های لازم برای مقاطع شالوده بایست براساس نیروهای وارد بر آن در حالت حد نهایی محاسبه شود. گاهاً نیروهای وارد بر شالوده کوچک هستند و یا شالوده ابعاد بزرگی دارد، در چنین شرایطی آرماتورهای خمشی لازم برای شالوده بسیار کم خواهد بود. در چنین شرایطی آیین نامه محدودیتی را قرار داده است تا هرگز نسبت آرماتور به کار رفته از حد مشخصی کمتر نشود.

چرا با وجود اینکه طرح خمشی پی نیاز به آرماتور های کمتری را نشان می دهد، آیین نامه اجازه نمی دهد نسبت آرماتور به کار رفته از حد مشخصی کمتر شود؟

در ساعات اولیه گیرش تمایل بتن به انبساط و سپس انقباض باعث ایجاد ترک های عریض در بتن خواهد شد. این مسئله نیاز به آرماتورهایی را نشان می دهد که با بتن درگیر شده و از انبساط و انقباض بیش از حد جلوگیری نمایند. این آرماتورها را در اصطلاح آرماتورهای حرارتی گوییم.

 محدودیت حداقل آرماتور حرارت و جمع شدگی برای شالوده با ضخامت کمتر مساوی 1000 میلیمتر

مثال. اگر Φ22 ð20 در یک پی با ارتفاع 90 سانتی متر به کار برود، کنترل به صورت زیر خواهد بود.

میلگرد از رده S400 می باشد و حداقل نسبت سطح مقطع باید 0.0018 باشد.

از 0.0018 بیشتر است و نیازی به قرار دادن آرماتورهای حرارتی نیست.

(π*11^2*2)/(200*900)=0.0042

 

به همین شکل آیین نامه برای ارتفاع های مختلف شالوده، روابطی را برای محاسبه حداقل آرماتورها قرار داده است.

محدودیت حداقل آرماتور حرارت و جمع شدگی برای شالوده به ضخامت بیشتر از 1000 و2000 میلیمتر

توجه داشته باشید که در نرم­ افزار SAFE با انتخاب گزینه Impose Minimum، نرم افزار به صورت اتوماتیک کنترل فوق را انجام می دهد.

انتخاب گزینه Impose Minimum، به منظور کنترل آرماتور حرارت بصورت اتوماتیک توسط نرم افزار

انتخاب گزینه Impose Minimum، به منظور کنترل آرماتور حرارت بصورت اتوماتیک

نحوه محاسبه آرماتورهای خمشی و افت و حرارت در پی های نواری

مطابق تعریف آیین نامه، شالوده نواری به شالوده یکسره ای اطلاق می شود که بار دیوار و یا چند ستون را، که در یک ردیف قرار دارند به زمین منتقل می نماید. تصویر زیر مدل نرم افزاری از یک شالوده نواری را نشان می دهد. زمانی که ساختمان بیشتر از 8 طبقه نباشد، ممکن است پی های نواری نتایج اقتصادی تری نسبت به پی های گسترده داشته باشند.

در هر حال برای مقایسه دقیق نیاز به آنالیز دقیق دستی و نرم افزاری می باشد.

مدل نرم افزاری از یک شالوده نواری

مدل نرم افزاری از یک شالوده نواری

در تصویر زیر خروجی طراحی یک پی نواری در نرم افزار Safe را مشاهده می­ کنید.

خروجی طراحی یک پی نواری در نرم افزار Safe

خروجی طراحی یک پی نواری در نرم افزار Safe

نحوه قرار دادن میلگردهای خمشی براساس خروجی های نرم افزار، محاسبه طول های مهاری و عمده نکات آرماتورگذاری در پی های نواری مشابه با پی های گسترده می باشد. از این نظر نیازی به توضیح مجدد وجود ندارد.

حداقل آرماتور در پی نواری :

در این بخش نکات مربوط به آرماتورهای حداقل لازم برای پی های نواری را بحث خواهیم کرد. مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان:

حداقل آرماتور در پی نواری طبق بند آیین نامه

حداقل آرماتور در پی نواری

برای کنترل شرط فوق یک مثال را بررسی می کنیم. در پی نواری زیر می خواهیم آرماتورگذاری حداقل را مشخص نماییم. ابتدا با محاسبات دستی دو مقدار حداقل 0.25 و 0.15 درصد را به دست می آوریم.

 

مثال کنترل حداقل آرماتور در پی های نواری

همانطور که مشاهده کردید اگر از مقدار حداقل دوم استفاده کنیم به نفع اقتصاد پروژه است. ولی آیین نامه برای استفاده از مقدار حداقل دوم یک شرط جدی قرار داده است. باید مقدار آرماتور بکار رفته 33% بیشتر از آرماتور مورد نیاز در محاسبات باشد.

برای کنترل شرط فوق ابتدا گزینه Impose Minimum را در نرم افزار غیر فعال می کنیم. سپس تعداد و نمره میلگردهای لازم را از محاسبات نرم افزار به دست می آوریم. کافیست تعداد میلگردهای لازم را در (4/3) ضرب کنیم. 4/3 به معنی 33% آرماتور بیشتر از مقدار محاسباتی است. در این حالت می توان مقدار حداقل را با 0.0015 مقایسه کرد. مثالی که بررسی کردیم در اقتصادی شدن طرح پی های نواری بسیار تاثیر گذار می باشد. خصوصاً زمانی که ضخامت پی زیاد می باشد.

خاموت پی نواری و برش در آن :

یکی از مباحث مهم در پی های نواری که در نحوه آرماتور گذاری بسیار تاثیر گذار است، کنترل برش می باشد.

اصولاً ضخامت پی نواری در بین طراحان کشورمان به گونه ای انتخاب می شود تا نیازی به آرماتور برشی وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر کل نیروی برشی توسط بتن پی تحمل گردد.

در این حالت حتی آیین نامه هم هیچ الزامی مبنی بر استفاده از آرماتور برشی حداقل ندارد. ولی آیین نامه نوع دیگری از آرماتورهای عرضی را برای پی ها الزامی می داند. آرماتورهایی موسوم به افت و حرارت که وظیفه آن ها مقاومت در برابر تنش های انقباضی بتن می باشد.

برای پی های نواری در جهت عرضی، آرماتورهای افت و حرارت مطابق با بند 9-20-8-1 که در زیر بیان شده است، محاسبه می شود.

مثال. ضخامت پی نواری 60 سانتی متر و آرماتورها از نوع S400 می باشند. برای یک متر طول پی آرماتورهای افت و حرارت به صورت زیر محاسبه می شود.

محدودیت حداقل آرماتور حرارت و جمع شدگی برای شالوده با ضخامت کمتر مساوی 1000 میلیمتر و رده S400

 در بخش قبل با آرماتورهای حداقل در پی های نواری آشنا شدیم. چه تفاوتی بین آرماتور های حداقل و افت و حرارت در پی وجود دارد؟

در پی های نواری با دو راستای طولی و عرضی مواجهیم.

آرماتورهای خمشی در جهت طولی قرار می گیرند و مقدار آنها باید همواره از حداقل آرماتور اشاره شده در بند 9-20-5-2 بیشتر باشد.

آرماتور های برشی در صورت نیاز در جهت عرضی قرار می گیرند. اگر نیازی به آرماتور برشی در پی نداشته باشیم، از آرماتور های افت و حرارت در جهت عرضی استفاده خواهد شد.

توجه داشته باشید که این دو مورد با یکدیگر اشتباه نشود.

تذکر مهم در مورد آرماتور گذاری عرضی پی های نواری :

همانطور که گفته شد در طرح های موجود، ضخامت پی برای کنترل برش کافی بوده و نیازی به آرماتور برشی نخواهد بود. در چنین شرایطی آرماتور گذاری عرضی پی ها می تواند به صورت زیر باشد. در واقع اگر نقش آرماتورهای عرضی کنترل برش نباشد، نیازی به اورلپ کردن آنها نخواهد بود. و تنها کافیست طول قلاب مهاری تامین شود.

عدم نیاز به اور لپ، وقتیکه نقش آرماتورهای عرضی کنترل برش نباشد و فقط حرارتی باشند.

عدم هم پوشانی آرماتور های عرضی در پی نواری

اگر چنانچه از آرماتورهای عرضی پی انتظار مقاومت برشی داشته باشیم بایستی حتماً همپوشانی کافی بین آرماتور بالا و پایین به صورت زیر ایجاد شود.

نیاز به اور لپ، وقتیکه نقش آرماتورهای عرضی کنترل برش باشد.

هم پوشانی آرماتور های عرضی در پی نواری

خرک در فونداسیون چیست ؟

در سفره فوقانی، برای قرار دادن میلگردها در تراز دقیق و حفظ ایستایی آن­ها نیاز به تکیه­ گاه­ هایی است. این تکیه­ گاه­ ها را در اصطلاح خرک گویند. در تصویر زیر خرک­ها را به صورت آرماتور های قائم مشاهده می ­کنید.

خرک­ ها به صورت آرماتور های قائم در فونداسیون

خرک در فونداسیون

کارکرد خرک ­ها صرفاً حفظ پایداری موقت آرماتورهای فوقانی می­ باشد و اهمیت محاسباتی ندارند. گاهاً به اشتباه برای این آرماتورها کارکرد برشی لحاظ می­ شود که به هیچ وجه قابل قبول نیست. شکل کلی یک خرک به صورت زیر می ­باشد.

شکل خرک

شکل خرک

فاصله خرک ها از هم :

نحوه محاسبه خرک و فواصل خرک ­ها عمدتاً تجربی است ولی پیشنهاد می­ شود که این فاصله از 1.5متر در هر جهت تجاوز نکند.

هم چنین به نکات زیر در خصوص آرماتور خرک در پی توجه داشته باشید:

  1. ابعاد پاشنه خرک بایست حداقل 50 سانتی­متر در نظر گرفته شود.
  2. شماره آرماتور خرک به عمق پی و آرماتور های خمشی پی بستگی دارد، در هر حال قطر آرماتور خرک نباید از 14 میلی­متر کمتر باشد.
  3. در نواحی نزدیک دیوار برشی که آرماتورهای تقویتی به شدت افزایش می­ یابند، بهتر است تعداد خرک­ ها نیز افزایش یابد.

آرماتور های انتظار در پی ها :

آرماتورهای انتظار در پی ها به دو شکل اجرا می شوند. که در تصویر زیر هر دو شکل را مشاهده می نمایید.

دیتایل آرماتورهای انتظار در پی

دیتایل آرماتور های انتظار در پی

دیتایل آرماتورهای انتظار در پی

دیتایل آرماتورهای انتظار در پی

در تصویر بالا، شاخه های نسبتاً بلندتری از میلگرد های ستون در پی به عنوان ریشه قرار می گیرند. در این شرایط وصله آرماتور های ستون در طبقه بعدی لازم خواهد بود.

اما در تصویر پایین، شاخه های میلگردهای ستون کوتاه بوده و باید در همان طبقه همکف وصله شوند.

از نظر اجرایی، روش دوم ساده تر است، چرا که لازم نیست میلگردهای چند متری ستون را مهار کرد.

اما از نظر اقتصادی و خصوصاً در پروژه های با تعداد ستون زیاد روش اول بسیار اقتصادی تر است. حتی از نظر فنی به علت ضعف ذاتی وصله ها، روش اول پیشنهاد می شود.

ضوابط خاموت گذاری آرماتورهای ریشه ستون در پی، متاسفانه با ضعف دستگاه نظارت، با اهمال همراه است. ولی باید توجه داشت که نبود خاموت در آرماتورهای ریشه ستون بسیار خطرناک خواهد بود.

در این خصوص نظر آیین نامه به شرح زیر است:

ضوابط خاموت گذاری آرماتورهای ریشه ستون در پی

به طور معمول 3Φ10 ð10  و یا با محافظه کاری بیشتر 4Φ10 ð7 به عنوان خاموت در ریشه ستون ها استفاده می شود.

 

بررسی تاثیر بازشو در پی و ارائه راهکار های مناسب و اجرایی :

اثر چاله آسانسور در فرضیات طراحی پی های گسترده بایست در نظر گرفته شود. این در حالی است که برای پی های نواری محل چاله آسانسور در هنگام ترسیم منظور شده و نیاز به الزامات خاص دیگری نمی باشد.

در پی های گسترده زمانی که عمق چاله آسانسور از ضخامت پی کمتر باشد، بایست در ناحیه مذکور یک  پی با ضخامت کمتر ترسیم گردد. تصویر زیر بیانگر این وضعیت است.

مدل سازی چاله آسانسور، زمانیکه عمق چاله آسانسور از ضخامت پی کمتر باشد.

مدل سازی چاله آسانسور در پی های ضخیم

وضعیت فوق در حالتی به وجود می آید که پی ساختمان ما نسبتاً ضخیم باشد.

در پی های معمول ساختمان های متعارف با شرایط دیگری روبرو هستیم. چاله آسانسور در این حالت مانند تصویر زیر پایین تر از پی قرار می گیرد.

مدل سازی چاله آسانسور، زمانیکه عمق چاله آسانسور از ضخامت پی بیشتر باشد.

مدل سازی چاله آسانسور در تراز پایین تر از پی

تحلیل دقیق پی در حالت دوم اندکی پیچیده تر از حالت اول می باشد. در این حالت باید ترکیبی از کاهش ضخامت پی و عملکرد خمشی دیوارک های پیرامون چاله آسانسور مد نظر قرار گیرد. متاسفانه نرم افزار SAFE که برای طراحی پی استفاده می شود قادر به آنالیز و طراحی تصویر بالا نیست. به همین دلیل برای رها شدن از محاسبات پیچیده دستی و در جهت محافظه کارانه دیتایل اجرایی زیر توصیه می شود. در این حالت نیاز به تعریف Opening در نرم افزار نمی باشد و می توان کل پی را با ضخامت اصلی مدل کرد. چرا که دیوارک های بتنی اطراف چاله آسانسور و نیز بخشی از پی که زیر چاله آسانسور قرار دارد تماماً با ضخامت پی اصلی اجرا خواهند شد.

دیتایل مناسب اجرای چاله آسانسور وقتی که در تراز پایین تر از پی است.

دیتایل مناسب اجرای چاله آسانسور

توجه. در تصویر بالا اگر ضخامت اطراف چاله آسانسور و زیر آن کمتر از 80 سانتی متر می شد، بایستی از  Opening در مدل نرم افزاری استفاده می کردیم.

در هر حال، توصیه بیشتر به استفاده از این روش به جای ترسیم Opening می باشد.

شناژ:

در سازه­ هایی همچون سوله های صنعتی که فاصله ستون ها در یک جهت از یکدیگر زیاد است کاربرد پی های نواری و گسترده اقتصادی نخواهد بود. تصویر زیر گویای این مسئله می باشد.

فاصله ی زیاد ستون ها از یکدیگر در سوله های صنعتی

فاصله ی زیاد ستون ها از یکدیگر در سوله های صنعتی

در چنین مواردی از پی های منفرد در زیر هر ستون یا پی های مرکب در جهتی که ستون ها به هم نزدیک هستند استفاده می شود. اما برای عملکرد یکپارچه کل سازه لازم است که پی های جدا از هم به یکدیگر متصل شوند. اعضایی که چنین اتصالی را برقرار می کنند را شنارژ گویند. اساساً معنی لغوی شنارژ نیز زنجیر کردن و قفل و بست کردن می باشد. در ادامه مطالب مندرج در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان را بررسی می کنیم. مبحث نهم از واژه کلاف به جای شنارژ استفاده نموده است.

لزوم استفاده از شناژ طبق آیین نامه

شناژ یک المان محوری بوده و برای تحمل نیرو های کششی طرح و اجرا می شود. اما توجه داشته باشید که شناژها نباید در مدل نرم افزاری ترسیم شوند. نحوه محاسبه شناژ به صورت دستی و جدا از مدل نرم افزاری خواهد بود.

نیروی طراحی کلاف های رابط (شناژ)

برای این منظور پس از تحلیل سازه اصلی نیروی محوری ستون را از نرم افزار استخراج می کنیم.

محدودیت های ابعادی و میلگرد های کلاف رابط ( شناژ )

در بسیاری از موارد برای سرعت بخشیدن به عملیات اجرای پی، کل سطح خاکبرداری می شود و سپس قالب بندی روی زمین اجرا می شود. از آنجایی که آیین نامه تاکید دارد سطح فوقانی کلاف و شالوده یکسان باشد محاسبین یا ارتفاع کلاف را برابر با ارتفاع شالوده در نظر می گیرند و یا باید زیر کلاف بستر سازی صورت گیرد.

نکات مهم در اجرای پی های سطحی

مبحث هفتم از مقررات ملی ساختمان ملاحظاتی را برای اجرای پی های سطحی در نظر گرفته که در ادامه به بررسی آن می ­پردازیم.

  1. عمق پی، بایست حداقل 0.5 متر باشد.
  2. همواره باید به عمق یخبندان در اجرای پی توجه داشته باشیم. عمق یخبندان درواقع پایین­ ترین عمقی است که در آن آب و رطوبت موجود در خاک در سرد ترین روز سال منجمد می­ شود. از آنجائیکه با یخ زدن آب شاهد انبساط خواهیم بود به پی تنش ­های اضافی وارد می ­شود. به همین دلیل عمق استقرار پی را پایین ­تر از عمق یخبندان در نظر می­ گیرند.
  3. پی باید در ترازی اجرا شود که در آن ریشه درختان و بوته ­ها موجب تغییرمکان بیشتر از حد مجاز نگردد. بنابر تجربه پیشنهاد می ­شود که ریشه کل گیاهان با مواد شیمیایی مناسب نظیر گازوئیل از بین برده شوند.
  4. هرگز نباید پی را روی خاک دستی یا نباتی(دارای پوشش گیاهی) اجرا نمود. در واقع پی باید روی لایه باربر مناسب طبیعی یا بهسازی شده اجرا شود.

مواردی که اشاره شد عمدتاً مباحث ژئوتکنیکی را در بر می ­گرفت.

در ادامه به بررسی نکات سازه ­ای پی خواهیم پرداخت:

  1. در شالوده ها قطر میلگردها نباید کمتر از 10 میلی متر و فاصله محور تا محور آنها از یکدیگر، نباید کمتر از 100 میلی متر و بیشتر از 350 میلی متر در نظر گرفته شود.
  2. هنگام طرح آرماتورهای یک پی گسترده ملاحظات بسیاری برای رسیدن به یک طرح اجرایی و اقتصادی وجود دارد.
    برای نمونه فاصله میان آرماتور های خمشی را درنظر بگیرید.
    این فاصله بایست به حدی باشد که عملیات بتن­ ریزی با دشواری همراه نشود.
    همچنین سر ویبراتور بتواند از لابه­ لای آرماتورها گذشته و به عمق پی برسد. فاصله 15 تا 20 سانتی متر از نظر طرح و اجرا بسیار مناسب است.
  3. در بسیاری از پروژه ها، اجرای پی های گسترده را می توان از نوع بتن ریزی حجیم دسته بندی کرد. چرا که حرارت ناشی از هیدراتاسیون بتن بالا بوده و بایست مدنظر قرار گیرد.
    در بتن ریزی های حجیم اختلاف دمای زیادی بین هسته بتن و بخش های بیرونی وجود دارد. این امر ممکن است باعث ایجاد ترک هایی در بتن گردد که مطلوب نیست.
    در چنین شرایطی اولین گام اجرایی، تغییر در طرح اختلاط بتن می باشد. با کاهش سیمان مصرفی و استفاده از پوزولان ها و سرباره کوره می توان تا حد بسیار زیادی از حررات هیدراتاسیون بتن کاست.
    راهکارهای دیگر بتن ریزی در ساعات اولیه صبح به دلیل دمای کمتر هوا و نیز استفاده از یخ به جای آب در بتن است.
  4. برای پی هایی که مانند تصویر زیر ضخیم هستند و یا سطح بزرگی را پوشش می­ دهند، ممکن است بتن ­ریزی یکپارچه و همزمان کل پی مقدور نباشد.
    در چنین شرایطی، باید از درز­های اجرایی قائم استفاده نمود.
    تا حد امکان، محل این درز بایست به گونه ­ای انتخاب شود که کمترین تنش­ های خمشی و برشی را در آن­جا داشته باشیم.
لزوم استفاده از درز ­های اجرایی قائم در پی های عمیق با سطح گسترده

پی ضخیم با سطح گسترده

تذکر. به عنوان یک مهندس طراح همواره محل درزهای اجرایی را در نقشه ها قید کنید.

  1. آیین نامه، اعمال درز انقطاع در پی را الزامی ندانسته است. اما اساتید و مهندسین بر مبنای تجربیات اجرایی سال های اخیر پیشنهاد می کنند که درز انقطاع در پی اعمال شود. علت این امر برخورد ساختمان ها به یکدیگر نیست بلکه مسئله نشست نامتقارن ساختمان همسایه است.
    به تصویر زیر که برای درک بیشتر با اغراق ترسیم شده توجه نمایید.
اعمال درز انقطاع در پی

اعمال درز انقطاع در پی

خاک زیر ساختمان جدیدالاحداث تحت بارهای وارده قطعاً نشست بیشتری نسبت به خاک مجاور خود خواهد داشت. اگر ساختمان جدیدالاحداث بلند باشد، میزان نشست ایجاد شده در خاک زیر آن نیز بیشتر خواهد بود. درصورتی که بین پی دو ساختمان درز انقطاع وجود نداشته باشد، بخشی از این نشست ساختمان قدیمی مجاور را نیز شامل خواهد شد. در اثر چنین وضعیتی، ساختمان قدیمی دچار نشست نامتقارن شده و تنش های اضافی در اعضای آن به وجود خواهد آمد.

لذا توصیه بر این است که فاصله ای در حدود 5 سانتی متر بین پی ها نیز قرار داده شود. وجود این فاصله باعث می شود تا اصطکاک بین دو پی مجاور ایجاد نشود و خطر دیفرانسیل نشست تا حد زیادی از بین برود.

  1. یکی از راهکارهایی که در شرایط خاص کاربرد دارد استفاده از آرماتورگذاری سراسری متفاوت در بالا و پایین پی می باشد.
    اگر تراکم آرماتور به حدی بالا بود که امکان بتن ریزی و تراکم صحیح فراهم نبود یک روش پیشنهادی، بیشتر کردن آرماتورهای سفره پایین برای کاهش تراکم در سفره بالایی است.
    توجه داشته باشید که این روش چندان کارآمد نیست و صرفاً در شرایط خاص و با بررسی های دقیق توصیه می شود.

نکات اجرایی آرماتور افت و حرارت در فونداسیون :

محاسبه و طراحی آرماتور های افت و حرارت بسیار ساده بوده و در اکثر کتب و جزوات به طور کامل توضیح داده شده است. ولی ترسیم نقشه های اجرایی آن لازمه رعایت یک سری نکات و در نظر گرفتن ظرافت های اجرایی است.

در اصل، چیزی که یک مهندس باتجربه را از یک مهندس تازه کار تمییز می دهد، ارائه یک طرح اقتصادی با حداقل مصرف مصالح ولی بدون به خطر انداختن ایمنی سازه است.

در این بخش سعی می کنیم نکاتی را به طور اجمالی بررسی کنیم و دلایل پاره ای از آن ها توضیح دهیم:

  • آرماتورهای حرارتی فونداسیون به دو شکل قابل اجرا هستند:

الف- به صورت شبکه (مِش) عمود بر راستای میلگرد های اصلی

ب- به صورت خاموت های بسته یا u شکل

توصیه می شود این آرماتور ها به صورت خاموت بسته(حالت ب) اجرا شوند؛ زیرا که این کار ضمن اینکه از ایجاد ترک در بتن جلوگیری می کند، ساق های قائم این آرماتور در تحمل برش مشارکت کرده و ظرفیت برشی فونداسیون افزایش می یابد.

  • استفاده از آرماتور حرارتی به صورت خاموت بسته یا u شکل، می تواند به عنوان جایگزینی برای خرک شبکه آرماتور فوقانی مورد استفاده قرار گیرد.
آرماتور حرارتی به شکل خاموت بسته در فونداسیون

آرماتور حرارتی به شکل خاموت بسته در فونداسیون

آرماتور حرارتی به فرم U شکل در فونداسیون

آرماتور حرارتی به فرم U شکل در فونداسیون

  • در صورتی که آرماتورهای حرارتی به گونه اجرا شوند که جایگزین خرک نیز باشند، توصیه می شود سایز این میلگردها و فاصله ی آن ها به نحوی محاسبه شود که میلگردهای اصلی متصل به آن تحت اثر وزن خود یا حرکت پرسنل اجرایی دچار تغییر شکل (شکم دادن) نشوند.

 

خرک در اجرای فونداسیون

خرک در اجرای فونداسیون

  • پیش تر گفته شد که برای کاهش تراکم میلگرد برشی می توان سایز تعدادی از آن ها را افزایش داد. این افزایش سایز باید به قدری باشد که امکان خم کاری و جایگذاری خاموت ها برای کارگران میسر باشد (سایز خاموت از نمره 12 تجاوز نکند).

مشابه همین موضوع برای پی های نواری که عرض نوار آن ها زیاد است، می توان در نظر گرفت.

در شرایطی که نوار پی عریض هستند، بهتر است به جای یک خاموت سایز بزرگ و سنگین، از دو یا چند خاموت سایز کوچک و سبک استفاده نمود تا حمل و جایگذاری آن ها برای کارگران مشکل نباشد.

دقت شود که در صورت استفاده از چند خاموت، این خاموت ها با یکدیگر همپوشانی داشته باشند(چرا؟).

 

آرماتور حرارتی به فرم U شکل در آرماتور گذاری پی

آرماتور حرارتی به فرم U شکل در فونداسیون

 

نتیجه گیری:

  1. در مواردی که ضعف خاک بستر و یا شرایط بارگذاری به گونه­ای باشد که احتمال نشست نامتقارن وجود داشته باشد، پی گسترده راه ­حل مناسبی است.
  2. در صورت وجود دیوار برشی در سازه، تعداد آرماتورهای تقویتی بسیار زیاد می شود. این امر در فرآیند اجرایی و بتن ریزی ما را دچار مشکل خواهد کرد. بنابراین توصیه می­ شود در چنین وضعیتی با افزایش شماره میلگرد سراسری و نزدیک کردن فاصله آن ها از تعداد آرماتورهای تقویتی کاسته شود.
  3. نرم ­افزار تعداد آرماتور های تقویتی و طول مورد نیاز آن را به صورت خروجی در اختیار کاربر قرار می دهد. توجه داشته باشید که این طول تئوریک می باشد، لذا باید آن را به صورت طول عملی محاسبه نمود.
  4. گاهاً ممکن است فضای کافی برای تامین طول مهار مستقیم میلگرد وجود نداشته باشد. به طور مثال در کناره های پی چنین مشکلی وجود دارد. در چنین شرایطی به سراغ ایجاد قلاب در انتهای میلگرد می رویم. فرم رایج برای قلاب، عموماً 90 درجه است.
  5. در ساعات اولیه گیرش تمایل بتن به انبساط و سپس انقباض باعث ایجاد ترک های عریض در بتن خواهد شد. این مسئله نیاز به آرماتور هایی را نشان می دهد که با بتن درگیر شده و از انبساط و انقباض بیش از حد جلوگیری نمایند. این آرماتور ها را در اصطلاح آرماتور های حرارتی گوییم.
  6. . اصولاً ضخامت پی در بین طراحان کشورمان به گونه ای انتخاب می شود تا نیازی به آرماتور برشی وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر کل نیروی برشی توسط بتن پی تحمل گردد. در این حالت حتی آیین نامه هم هیچ الزامی مبنی بر استفاده از آرماتور برشی حداقل ندارد.
  7. اگر چنانچه از آرماتور های عرضی پی انتظار مقاومت برشی داشته باشیم بایستی حتماً همپوشانی کافی بین آرماتور بالا و پایین به صورت زیر ایجاد شود.
  8. در سازه­ هایی همچون سوله های صنعتی که فاصله ستون ها در یک جهت از یکدیگر زیاد است کاربرد پی های نواری و گسترده اقتصادی نخواهد بود. در چنین مواردی از پی های منفرد در زیر هر ستون یا پی های مرکب در جهتی که ستون ها به هم نزدیک هستند استفاده می شود.
  9. به طور معمول و یا با محافظه کاری بیشتر به عنوان خاموت در ریشه ستون ها استفاده می شود.
  10. آیین نامه، اعمال درز انقطاع در آرماتور گذاری پی را الزامی ندانسته است. اما اساتید و مهندسین بر مبنای تجربیات اجرایی سال های اخیر پیشنهاد می کنند که درز انقطاع در پی اعمال شود.

مخاطب قادر خواهد بود پس از مطالعه این مقاله با یک دید مفهومی نسبت انتخاب پی مناسب برای سازه خود اقدام نماید. همچنین نکات اجرایی مطرح شده در این مقاله به طرح هرچه دقیق تر آرماتورهای پی کمک می نماید.

منابع:

  1. Seismic design of reinforced concrete mat foundation.
  2. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14).
  3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  4. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.

 خروجی های ضروری

  1. در ساعات اولیه گیرش تمایل بتن به انبساط و سپس انقباض باعث ایجاد ترک های عریض در بتن خواهدشد. این مسئله نیاز به آرماتورهایی را نشان می دهد که با بتن درگیر شده و از انبساط و انقباض بیش از حد جلوگیری نمایند. این آرماتورها را در اصطلاح آرماتورهای حرارتی گوییم.
  2. اصولاً ضخامت پی در بین طراحان کشورمان به گونه ای انتخاب می شود تا نیازی به آرماتور برشی وجود نداشته باشد. به عبارت دیگر کل نیروی برشی توسط بتن پی تحمل گردد. در این حالت حتی آیین نامه هم هیچ الزامی مبنی بر استفاده از آرماتور برشی حداقل ندارد.
  3. آیین نامه، اعمال درز انقطاع در پی را الزامی ندانسته است. اما اساتید و مهندسین بر مبنای تجربیات اجرایی سال های اخیر پیشنهاد می کنند که درز انقطاع در پی اعمال شود.

 

 

[1]Mat foundation, sometimes called a raft foundation.

آرماتور گذاری دال بتنی طبق مبحث 9 : نکات ترسیم نقشه های اجرایی دال

وقتی حرف از طراحی و آرماتور گذاری دال بتن آرمه به میان می آید، چه مراحلی از طراحی در ذهنتان تداعی می شود؟

جالب است بدانید اکثر مهندسین در وهله ی اول ناخودآگاه صفحه ی مسطحی را در نرم افزار Safe تصور می کنند که بعد از بارگذاری و طراحی، تعداد و سایز آرماتورهای خمشی آن در نرم افزار مشخص شده و نقشه های سازه ای بر اساس آن ترسیم خواهند شد! اما باید بدانید کلمه آرماتور گذاری دال، دنیایی دارد…

پس از خواندن این یادداشت خواهیم دانست بر خلاف تصور عموم مهندسین، طراحی این دال ها صرفاً به تعیین آرماتور اصلی و تقویتی دال، کنترل خیز و برش پانچ و… آن درنرم افزار Safe محدود نمی شود، بلکه تبدیل خروجی نرم افزار به نقشه های اجرایی همان دنیایی است که مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در بند 9-18-4 به آن ها اشاره کرده است.

بطور واضح تر، تهیه و ترسیم نقشه هایی اجرایی دال های بتن آرمه لازمه تسلط کامل مهندس محاسب به بند 9-18-4 مبحث نهم است؛ زیرا در این بند به ضوابطی اشاره شده است که نرم افزار قادر به کنترل آن ها نبوده و در نتیجه خروجی نرم افزار شامل این ضوابط نمی شود. برخی ضوابط این بند با در نظر گرفتن رفتار دال، تحت بارگذاری های مختلف و خواص خودِ بتن توصیه شده است.

در این یادداشت ضمن بررسی کامل بند9-18-4، قسمت های مبهم را تا حد امکان شفاف سازی کرده و با ارائه ی تصاویر و دیتیل های مربوط به آن ها، با فلسفه ی اجرایی برخی بندها بیشتر آشنا خواهیم شد.

میلگرد گذاری دال دو طرفه طبق ضوابط آیین نامه ای :

آیین نامه ضوابط مربوط به آرماتور گذاری دال (علاوه بر ضوابط اصلی، که محاسبات آرماتورهای خمشی اصلی است) را تحت2 موضوع  ارائه می دهد. به این صورت که، ابتدا به بیان ضوابط کلی آرماتور گذاری دال ها پرداخته و سپس جزئیات ویژه ای را برای آرماتور گذاری دال های با و بدون تیر در نظر می گیرد. ما نیز از این روند تبعیت کرده و پس از بیان ضوابط کلی، ضوابط ویژه آرماتور گذاری را بیان می کنیم.

ضوابط کلی آرماتور گذاری دال ها :

ضوابط کلی آرماتور گذاری دال

از طراحی دستی دال ها در درس سازه های بتن آرمه به خاطر داریم که برای محاسبه آرماتورهای هر راستای دال، عرض واحد (1متر) از دال انتخاب شده و مانند تیرهای بتن آرمه، آن را تحت لنگرهای خمشی حداکثر طراحی می کردیم. سپس مقدار آرماتورهای به دست آمده برای عرض واحد را به کل عرض دال تعمیم می دادیم.

خلاصه این مراحل به صورت شماتیک در شکل زیر آمده است:

انتخاب عرض واحد برای طراحی دال دو طرفه

طراحی دال دو طرفه

آرماتورگذاری دال بتنی

آرماتورگذاری دال بتنی

نکته ای که لازم بود در آن جا در مرحله آخر طراحی و محاسبه بررسی شود، این بود که اگر مقدار آرماتور گذاری دال در عرض واحد برای هر راستا از مقدار آرماتور افت و حرارت که در بند زیر آمده است، کمتر باشد؛ بایستی آرماتور حرارت را به عنوان آرماتور اصلی در نظر بگیریم.

ضابطه ی حداقل میلگرد حرارت و جمع شدگی در دال دو طرفه

در این رابطه، fcd و fyd به ترتیب بیانگر مقاومت محاسباتی بتن که از رابطه ی fΦs بر حسب MPa و مقاومت محاسباتی فولاد که از رابطه یfΦs بر حسب MPa به دست می آید، هستند.

مشابه همین ضوابط برای دال های یک طرفه نیز برقرار است که در بند زیر به آن اشاره شده است:

ضابطه حداقل میلگرد حرارت وجمع شدگی در دال یک طرفه

تنها تفاوت محاسبه آرماتور دال یک طرفه با دال دو طرفه در انتخاب نوار به عرض واحد ( یک متر) است.

در دال یک طرفه ای بر خلاف دال دو طرفه، نوار واحد فقط در یک راستا انتخاب می شود (به نظرتان کدام راستا؟)، و طراحی میلگردها برای لنگرخمشی حداکثر در آن راستا همانند طراحی آرماتور تیر انجام می شود. برای راستای دیگر نیز فقط آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در نظر گرفته می شود(چرا؟).

البته در مورد آرماتور گذاری دال دوطرفه نیز، اگر مقدار آرماتورهای خمشی محاسبه شده از مقدار آرماتور حرارت و جمع شدگی کمتر باشد؛ بایستی آرماتور حرارت را به عنوان آرماتور خمشی در نظر بگیریم.

آرماتور گذاری دال یک طرفه در راستای خمشی و عمود بر آن

طراحی دال یک طرفه

 

نقش میلگرد حرارتی :

طبق توضیحاتی که داده شد، میلگرد ها صرفاً برای راستای خمشی محاسبه خواهند شد. و راستای غیرخمشی (راستای کوتاه در شکل بالا) عملاً هیچ نیازی به میلگرد گذاری ندارد. با این حال آیین نامه برای این راستا مقدار آرماتور حرارتی را که از بند 9-18-4-1-2 محاسبه می شود، مناسب می داند. اما چرا؟

از درس مقاومت مصالح به خاطر داریم که در تمامی مصالح وقتی المانی از آن تحت نیرویی در یک راستا قرار می گیرند، بنا به خاصیت پواسون علاوه بر راستای اعمال نیرو، در راستاهای دیگر آن نیز تغییر شکل هایی رخ می دهد.

این خاصیت که جزء ویژگی های ذاتی مصالح است در بتن نیز وجود دارد.

بتن خیس در هنگام سخت شدن دچار کاهش حجم و جمع شدگی می شود. این جمع شدگی در هر دو راستا (راستای خمشی و غیر خمشی) سبب بروز ترک های در بتن می گردد.

میلگرد های محاسبه شده در راستای خمشی مانع از ترک خوردگی بتن در این راستا می شوند ولی آیا راستای غیرخمشی که برای آن میلگردی محاسبه نمی شود، اجازه ترک خوردن دارد؟

آیین نامه هرگز این اجازه را به بتن نخواهد داد. از این رو لازم است برای راستای غیرخمشی دال یک طرفه، میلگرد حداقل تحت عنوان آرماتور افت و حرارت، مورد استفاده قرار گیرد.

اما در ادامه ی بحث از آنجایی که ترسیم دیتیل آرماتور گذاری دال نیازمند شناخت کامل از انواع آرماتور های مصرفی در دال است، در تصویر زیر ضمن آشنایی با شکل میلگردهای دال، با نام و کاربرد آن ها آشنا می شویم:

انواع آرماتور های مصرفی در آرماتور گذاری دال یک طرفه

انواع آرماتور های مصرفی در آرماتور گذاری دال یک طرفه

میلگرد شماره 1 و 2 : این میلگردها در واقع همان میلگردهای خمشی(اصلی) تحتانی دال هستند که تعداد و سایز آن ها طبق محاسبات به دست می آید. در مراجع خارجی و برخی مراجع فارسی، میلگردهای خمشی اصلی به دو دسته ی «میلگرد مستقیم» و «میلگرد خم» تقسیم شده اند.

میلگرد خم در واقع همان میلگرد مستقیمی است که در نزدیکی تکیه گاه دال، با ایجاد یک خم از  سفره میلگرد تحتانی به سفره میلگرد فوقانی وارد شده است(چرا؟). معمولاً توصیه شده است که میلگردهای مستقیم و خم به صورت یک درمیان (مانند شکل بالا) جای گذاری شوند.

در دال های کم ضخامت(کمتر از 15 سانتی متر) به دلیل صعوبت خم کاری و جایگذاری، از میلگرد مسقتیم به جای میلگرد خم استفاده می شود.

میلگرد شماره 3:  میلگرد افت و حرارت برای کاهش ترک خوردگی بتن پس از سفت شدن در راستای عمود بر راستای خمشی مورد استفاده قرار می گیرد. علاوه بر این، این آرماتور به تامین یکپارچگی مِش دال در دو راستا کمک می کند.

میلگرد شماره 4 و 5: در لبه ی ناپیوسته ی دال، برای کنترل پیچش و برش دال، آرماتور هایی به صورت سنجاقی در این لبه جایگذاری می شود. اجرای این سنجاقی به شرطی ممکن است که میلگرد مونتاژی وجود داشته باشد تا سنجاقی را با سیم مفتول به آن گره زده و از حرکت سنجاقی در حین بتن ریزی ممانعت شود.

برای شناخت بهتر آرماتورهای موجود در دال، می توانید ویدئوی زیر را ببینید:

ضابطه ی محدودیت حداکثر فاصله میلگردهای خمشی در آرماتور گذاری دال

 

برای درک بهتر این بند، مطالب آن را در قالب نمودار زیر ارائه می کنیم:

قبل از ادامه ی تشریح بندهای 9-18-4-1-4 ، 9-18-4-1-5 و 9-18-4-1-6 ، در ابتدا لازم است با اصطلاح «لبه (بُعد) ناپیوسته» آشنا شویم. برای این منظور یک سقف دال بتن آرمه را به صورت شکل زیر در نظر بگیرید. هر یک از پانل های این سقف را می توان به صورت زیر نام گذاری کرد:

درک مفهوم لبه (بُعد) ناپیوسته در دال ها

درک مفهوم لبه (بُعد) ناپیوسته در دال ها

پانل شماره 1: دال با چهارلبه ساده (دال روی دیوار اجرا شده و فاقد اتصال گیردار می باشد.)

پانل شماره 2: دل با چهار لبه ی پیوسته

پانل شماره 3: دال با دو لبه ی ناپیوسته ی بلند

پانل شماره 4: دال با دو لبه ی مجاور ناپیوسته (گوشه سقف)

پانل شماره 5: دال با دو لبه ی ناپیوسته ی کوتاه

پانل شماره 6: دال فقط با یک لبه ی پیوسته (لبه بلند)

پانل شماره 7: دال فقط با یک لبه ی پیوسته (لبه کوتاه)

پانل شماره 8: دال فقط با یک لبه ی ناپیوسته (لبه بلند)

پانل شماره 9: دال فقط با یک لبه ی ناپیوسته (لبه کوتاه)

اکنون که با اصطلاح «لبه(بُعد) ناپیوسته» آشنا شدیم، مسیر برای درک بهتر این بندها هموار گردید.

این بندها به شرح زیر است:

ضابطه مهار میلگردهای خمشی مثبت عمود بر بعد ناپیوسته دال ضابطه مهار میلگردهای خمشی منفی عمود بر بعد ناپیوسته دال ضابطه مهار میلگرد های خمشی عمود بر بعد ناپیوسته دال در صورتیکه دال به تیر یا دیوار منتهی نشود

همانطور که متوجه شده اید، موضوع این سه بند در مورد مهار و تامین طول گیرایی آرماتورهای دال است.

برای روشن شدن بهتر توضیحات این بندهای آیین نامه ای، دالی به شکل زیر که از یک طرف محدود و از طرف دیگر ادامه دار است، در نظر بگیرید.

آرماتورگذاری این دال با رعایت موارد ذکر شده در بندهای سه گانه ی بالا به صورت شکل زیر خواهد بود:

رعایت ضوابط مهار میلگرد های خمشی مثبت و منفی در آرماتور گذاری دال

رعایت ضوابط مهار میلگرد های خمشی مثبت و منفی

در این شکل:

  • میلگردهای خمشی مثبت(آرماتورهای تحتانی) طبق بند 9-18-4-1-4 موازی لبه پیوسته ی دال ادامه پیدا کرده و از هر طرف به اندازه ی 15 سانتی متر در داخل تیرها به طور مستقیم مهار گردیده است.
  • میلگردهای خمشی منفی(آرماتورهای فوقانی) طبق بند 9-18-4-1-5 موازی لبه پیوسته ی دال ادامه پیدا کرده و آرماتورهای در لبه ی ناپیوسته با خم و قلاب مهار گردیده است.
  • طبق بند 9-18-4-1-6 میلگردهای فوقانی و تحتانی با رسیدن به لبه پیوسته (تیر میانی) به صورت مستقیم مهار شده اند.

اگر دال شکل بالا را، به صورت گسترده بارگذاری نماییم، تغییر شکل و ترک های ایجاد شده در آن به خوبی علت توصیه این سه بند از آیین نامه را نشان می دهد.

 

تغییر شکل و ترک های ایجاد شده در دال و تایید لزوم استفاده از طول مهاری میلگرد

تغییر شکل و ترک های ایجاد شده در دال تحت بار گسترده

 

 

 

 

تا به اینجای کار با ضوابط کلی آرماتورگذاری دال ها آشنا شدیم. حال نوبت به بررسی جزئیات ویژه ایست که آیین نامه، برای آرماتور گذاری دال های با تیر و بدون تیر در نظر گرفته است.

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر و بدون تیر:

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر

در دال های با تیر، به دلیل پیچش ایجاد شده در گوشه های دال تحت بارگذاری، بایستی آرماتور های ویژه ای علاوه بر آرماتورهای خمشی اصلی در گوشه های دال تعبیه شود.

جزئیات، طول و نحوه چینش این آرماتور ها که در بندهای 9-18-4-2-3، 9-18-4-2-4 و 9-18-4-2-5 ذکر گردیده اند، در نگاه اول کمی گنگ به نظر می رسند. به همین خاطر شکل زیر که از آیین نامه بتن آمریکا (ACI) آورده شده است می تواند برای درک بهتر آن ها، مفید واقع شود:

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر طبق آیین نامه ACI آمریکا

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر طبق آیین نامه ACI آمریکا

پس از درک مفاهیم ضوابط آرماتور گذاری کلی و همچنین جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های با تیر، بالاخره در پایان نوبت می رسد به بیان جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های بدون تیر.

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های بدون تیر

آرماتورگذاری دال های تخت (بدون تیر) و قارچی (همراه با سرتون) مشابه محاسبات آرماتور گذاری دال های دو طرفه است که در ابتدای یادداشت بررسی گردید.

در بند 9-18-4-3-2 نیز شرایط مهاری و وصله میلگردهای دال اشاره گردیده است که برای روشن تر شدن این بند، به شکل زیر که از آیین نامه بتن آمریکا (ACI) آورده شده است، توجه نمایید.

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های بدون تیر طبق آیین نامه ACI آمریکا

جزئیات ویژه برای آرماتور گذاری دال های بدون تیر طبق آیین نامه ACI آمریکا

نتیجه گیری :

  1. طراحی دال های یک و دو طرفه صرفاً به محاسبه مقدار آرماتور خمشی آن ها محدود نمی شود. بلکه بایستی با جزئیات آرماتور گذاری دیگری که بر اساس رفتار دال و ویژگی های ذاتی مصالح پایه ریزی شده است، توجه نمود.
  2. جزئیات آرماتورگذاری دال، علاوه بر ضوابط اصلی، که محاسبات آرماتورهای خمشی اصلی آن هاست؛ خود به دو دسته ی زیر تقسیم می شود:
    – ضوابط کلی آرماتورگذاری
    – جزئیات ویژه آرماتور گذاری دال های با و بدون تیر
  3. مبحث نهم به دلیل عدم استفاده از تصاویر، در رساندن مفهوم برخی بندهای خود دچار ابهام است که در این مقاله سعی شد برای تمامی این بندها از تصاویر مختلفی برای بیان مفهوم این بندها استفاده گردد.

فیلم آموزشی آرماتور گذاری دال :

برای آشنایی بیشتر با محاسبات تئوریک میلگرد دال های یک و دو طرفه می توانید از ویدئوی زیر استفاده کنید:

https://www.youtube.com/watch?v=-FxK5cd9Oko

منابع :

  1. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
  2. آیین نامه بتن آمریکا (ACI)
  3. Reinforced Concrete Mechanics and Design – James K.Wight
  4. Handbook of Concrete Engineering – Mark Fintel
  5. Concrete Design Handbook- Canadian Portland Cement Association

آرماتور گذاری دیوار برشی مطابق ضوابط آیین نامه : بررسی خروجی ایتبس

همانند ضوابطی که در مورد آرماتور گذاری فونداسیون و آرماتور گذاری دال گفته شد. آرماتور گذاری دیوار برشی نیز حساسیت های خاص خود را دارد. پس از آنالیز و طراحی دیوار برشی، نرم ­افزار در ایستگاه­ های مختلف نتایج خروجی را در اختیار کاربر قرار می ­دهد. وظیفه طراح در این قسمت تبدیل این نتایج به تعداد و نمره آرماتور هایی است که علاوه بر اجرایی بودن، مطابق با ضوابط آیین ­نامه های طراحی باشند.

بحث اجرایی بودن در برخی مواقع مثل آرماتور گذاری دیوار برشی کوپله بقدری مهم بوده است که موجب ابداع روش های جدید در میلگرد گذاری تیر همبند دیوار برشی گردیده است.

در این مقاله خروجی های مختلف نرم­ افزار ETABS را با توجه به ضوابط آرماتورگذاری دیوار برشی، بررسی کرده و به طرح نهایی میلگردهای عرضی، طولی و سنجاقی های دیوار برشی خواهیم پرداخت.

اما قبل ازشروع بحث، پیشنهاد می کنیم ” فیلم رایگان نحوه محاسبه ی دستی آرماتور گذاری دیوار برشی “  در سبز سازه را ببینید…

بررسی خروجی­ های نرم افزار و ضوابط آرماتور گذاری دیوار برشی :

برای این منظور مطابق شکل زیر وارد پنجره Display Design Info… می ­شویم.

سازه مدل شده با دیوار برشی در ایتبس

سازه مدل شده با دیوار برشی در ایتبس

 

پنجره Display Design Info در ایتبس بمنظور خروجی گرفتن برای آرماتور گذاری دیوار برشی

پنجره Display Design Info در ایتبس

  1. میلگرد های عرضی دیوار برشی :

در پنجره فوق با کلیک بر روی گزینه Pier Shear Reinforcing، نرم ­افزار آرماتور های برشی دیوار را نشان می­ دهد. نمونه­ ای از اعداد نمایش داده شده دیوار را در تصویر زیر مشاهده می­ کنیم. اعداد نشان دهنده مقدار Av/S بر حسب mm^2/m می ­باشد.

نمایش مقدار میلگرد های عرضی دیوار برشی در ایتبس

نمایش مقدار میلگرد های عرضی دیوار برشی در ایتبس

  750 mm^2/m معادل با چه آرایشی از آرماتورها می­ باشد؟

با توجه به اینکه از دولایه آرماتور استفاده خواهد شد و با فرض اینکه فواصل آرماتورهای برشی برای سهولت اجرایی 20cm باشد، مساحت میلگرد افقی برابر خواهد بود با:

0.5*750*0.2=75mm^2

می­ توان برای تامین مقدار فوق در هر لایه از Φ10 ð20 استفاده نمود. تصویر شماتیک زیر نحوه جای گیری آرماتورهای افقی را در دیوار برشی نمایش می ­دهد.

نحوه جای گیری آرماتورهای افقی در دیوار برشی

نحوه جای گیری آرماتورهای افقی در دیوار برشی

حداقل آرماتور دیوار برشی :

در بند فوق منظور از ρh، درصد آرماتورهای افقی می ­باشد. نحوه کنترل ρh≥0.0025 به صورت زیر است:

که در رابطه فوق D قطر میلگرد، S فاصله میلگردها و t ضخامت دیوار می­ باشد.

 

  1. آرماتورهای طولی دیوار برشی

در پنجره زیر با کلیک بر روی گزینه Pier Longitudinal Reinforcing، نرم افزار مقدار آرماتور های طولی را در اختیار ما قرار می­ دهد.

آرماتورهای طولی دیوار برشی در ایتبس

پنجره Display Design Info در ایتبس

حداقل آرماتور دیوار برشی :

نظر مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در مورد آرماتورهای طولی دیوار برشی به شرح زیر است:

همان طور که تا به اینجای کار مشاهده شد، نرم ­افزار ایتبس هر دو مقدار آرماتور طولی و عرضی دیوار برشی را به ما خواهد داد.

ولی می­ توان در جهت سادگی کار و اطمینان بیشتر، آرماتورهای قائم را با همان آرایش آرماتورهای افقی قرار داد. توجه داشته باشید که عکس جمله فوق مجاز نمی ­باشد.

  1. خاموت­ ها و سنجاقی ­ها در دیوار برشی

مبحث نهم و آیین­ نامه بتن آمریکا در شرایط خاصی لازم می دانند تا میلگرد های قائم دیوار برشی، همانند ضوابط ستون­ ها با خاموت محصور شوند.

برای اطلاعات بیشتر در زمینه آرماتور گذاری عرضی ستون ها ( خاموت ها ) مقالات و ویدیو های زیر را پیشنهاد می کنیم :

مقاله و ویدیو رایگان “نحوه طراحی خاموت ستون را بیاموزیم “

مقاله و ویدیو رایگان “نحوه طراحی  لرزه ای خاموت ستون را بیاموزیم “

فیلم آموزشی ” پشت پرده طراحی سازه های بتنی – طراحی ستون ها “

نحوه محصور کردن آرماتورهای قائم را با سنجاق در تصویر زیر مشاهده می­ کنید.

محصور کردن آرماتورهای قائم با خاموت و سنجاق در آرماتور گذاری دیوار برشی

محصور کردن آرماتورهای قائم با خاموت و سنجاق

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

آیین نامه بتن آمریکا

با مطالعه دقیق هر دو متن متوجه می ­شویم که آیین نامه بتن آمریکا به صورت واضح تری مطلب را بیان کرده ­است.

در واقع اگر آرماتورهای قائم برای تحمل نیروهای محوری لازم بودند یا سطح مقطع آرماتورهای قائم از 1 درصد سطح مقطع کل بیشتر شد، باید از خاموت یا سنجاقی برای مهار آن­ها استفاده شود.

 

توصیه کاربردی در آرماتور گذاری دیوار برشی :

توجه داشته باشیم که به عنوان مهندس عمران، همواره باید تلاش ما کاهش دشواری­ های اجرایی باشد. نیاز به اجرای خاموت یا سنجاق عمدتاً دردسر ساز خواهد بود. بنابراین راه­کار مناسبی را به شما پیشنهاد می­ دهیم.

  1. در حالت عمومی درصد آرماتورهای قائم از یک درصد مساحت کل مقطع بیشتر نمی­ شود، پس از این نظر جای نگرانی نیست.
  2. در روش طراحی General Reinforcing Pier Section که دقیق ترین فرم طراحی دیوار برشی می­ باشد، می­ توان در هنگام ترسیم دیوار برشی و آرماتورهای آن در Section Designer میلگردهای قائم جان دیوار را ترسیم نکرد. در این حالت چون ما بر روی آرماتورهای قائم جان دیوار برشی حساب نکرده ­ایم لذا می­ توان به صورت قانونی از خاموت و سنجاقی استفاده نکرد.

بحث آرماتور گذاری دیوار برشی ، بحث های خاص دیگری از لحاظ طراحی و اجرا دارد. از جمله این موارد می توان بحث فولاد گذاری در ناحیه المان های مرزی ، بحث مهار میلگرد های عرضی ، خاموت های دوخت در محل قطع بتن ریزی و… را نام برد؛ که هر یک ضوابط خاص خود را دارد. و به برخی از آنها در ” ویدیوی رایگان طراحی دستی دیوار برشی “ اشاره شده و برخی در مقالات بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت.

پس از طی این مراحل نوبت رسم نقشه های اجرایی است.

تیر همبند در دیوار برشی کوپله : راهنمای رایگان طراحی دستی و نرم افزاری

دو دیوار برشی مجزا را که به دلیل بازشو از یکدیگر جدا شده­ اند؛ می­توان به­ وسیله اعضای سازه ­ای که مقاوم در برابر نیروهای محوری و لنگرهای خمشی اند، به ­یکدیگر متصل نمود. این دیوارها را دیوار برشی کوپله یا همبسته گویند. همچنین اعضای رابط، تیر همبند نامیده می­ شوند.

گاهی مواقع ممکن است به ­دلیل شرایط خاص پروژه، برای جانمایی دیوارهای برشی با مشکل مواجه شویم. علت این مشکل عمدتاً تداخل دیوار برشی با فضاهای معماری می­ باشد. به­ طور مثال ممکن است مهندس معمار نیاز به ایجاد بازشو در محلی داشته باشد، که قرار دادن دیوارهای برشی معمول در چنین مکانی برای مهندس سازه مقدور نباشد. در چنین مواردی کاربرد دیوار برشی کوپله راه­ حل مناسبی به­ نظر می­ رسد.

در این مقاله قصد داریم موضوع مهم و بسیار کاربردی تیر همبند را بررسی نماییم. در پایان قادر خواهیم بود پاسخ پرسش­ های زیر را به ­دست آوریم:

  1. عملکرد تیر همبند در سازه به چه صورت می­ باشد؟
  2. تیپ­ های مختلف آرماتور گذاری تیر همبند چگونه است؟
  3. ضوابط آیین­ نامه برای طراحی و آرماتور گذاری تیر همبند چیست؟
  4. چه فرضیاتی را برای مدلسازی اتصال تیر همبند به دیوار برشی می­توان در نظر گرفت؟

و نهایتاً در آخر بحثی در خصوص ضریب ترک­ خوردگی تیرهای spandrel مطرح خواهد شد.

یادآوری و تکمیل

زمانی که درباره وجود بازشو در دیوارهای برشی صحبت می­ کنیم، منظور ما ابعاد معقول­ی از بازشو می ­باشد. تشخیص این ابعاد بسیار ساده است.

ابعاد متعارف برای بازشو همان ابعاد معمول درب­ها و پنجره ­هاست. به همین دلیل اگر ابعاد بازشو بسیار کوچک بود، با اطمینان نسبتاً زیادی می­توان از وجود آن صرف نظر کرد.

درواقع تفاوتی میان فرضیات طراحی دیوار برشی یکپارچه و دیوار برشی دارای بازشوهای بسیار کوچک وجود ندارد. از سوی دیگر چنانچه ابعاد بازشو بسیار بزرگ باشد، عملاً رفتار دیواربرشی به قاب خمشی تبدیل خواهد شد. تصویر زیر بیانگر همین مفاهیم می ­باشد.

تاثیر ابعاد بازشو ها در تعیین عملکرد دیوار برشی

دیوار برشی همبسته

به خاطر داریم که باید دیواربرشی را در نرم­ افزار مش­ بندی کرد. پس از مش­ بندی، دیوار به اجزای کوچکتری تقسیم می­ شود و در نتیجه نرم­ افزار قادر به تشخیص حدود دیوار برشی ما نخواهد بود. در این شرایط با برچسب گذاری، وضعیت را برای نرم­ افزار مشخص می­کنیم. این برچسب­ ها مطابق آنچه در تصویر فوق نیز مشاهده شد؛ Spandrel و Pier می­ باشد. جهت آمادگی بیشتر برای ورود به بحث اصلی، تصویر زیر را با دقت بررسی می­کنیم.

برچسب گذاری دیوار و تیر همبند

مطابق تصویر فوق بخش تیر رابط را Spandrel و دیوارهای طرفین را Pier برچسب گذاری خواهیم­ کرد.

برای این منظور پس از مش ­بندی، المان­های کوچک مورد نظر را انتخاب و آنها را به شکل زیر برچسب گذاری می­ کنیم:

برچسب گذاری دیوار و تیر همبند

برچسب گذازی دیوار

برچسب گذاری تیر همبند

تا به اینجای کار مطالب ساده و صرفاً یادآوری بودند، برای مطالعه جزئیات بیشتر می­توانید به مقاله مش بندی دال ها و دیوارهای برشی مراجعه نمایید. اساساً برچسب گذاری دیوار برشی دارای بازشو کار دشواری نیست؛ با انجام مطالب گفته شده و تذکرات بعدی به راحتی دیوار برشی آماده تحلیل و طراحی خواهد شد.

  • تذکر1. در دیوارهای برشی کوپله رفتار تیرهای رابط مشابه با تیرهای عمیق می­ باشد. به همین دلیل آنها را با عنوان Spandrel نام­گذاری کردیم.
  • تذکر2. فرم زیر برای برچسب گذاری نادرست است؛ زیرا نرم­ افزار کل P1 را یک ستون درنظر می­ گیرد که صحیح نمی ­باشد. پس بهتر است کادر مشخص شده را یا خالی بگذاریم و یا Label مجزا بدهیم.

  • تذکر3. در صورتیکه در تراز سقف تیر عبور کرده باشد، باید آن قسمت از تیر که محدود به بازشو است نیز برچسب گذاری شود. برای انجام این کار مطابق شکل زیر، ابتدا باید تیر را جداسازی نمود و سپس به بخش مذکور برچسب تخصیص داد.

در ادامه مطابق شکل زیر برچسب گذاری بخشی از تیر که محدود به بازشو می­ باشد، انجام می­ گیرد.

برای اینکه نحوه نام­گذاری تیرها خوانا باشد، عملیات فقط در یک طبقه نشان داده شده است. ولی در تمام طبقات باید به همین صورت برچسب گذاری صورت گیرد.

  • تذکر4. نحوه خروجی نیروها و ایستگاه­های طراحی در Spandrel و Pier به ­صورت زیر می­باشد.

peir و spandrel

طراحی تیرهای همبند در ایتبس:

تیرهای همبند که دیوارهای سازه ­ای را به یکدیگر متصل می ­کنند، قادر اند سختی سازه و توانایی استهلاک انرژی آن­را بالا ببرند. در بسیاری از مواقع، محدودیت­ های هندسی موجب می ­شود که تیرهای همبند به دلیل نزدیک شدن رفتارشان به تیرهای عمیق، تحت برش طراحی شوند. این تیرها در اثر بارهای لرزه ­ای مستعد از دست دادن مقاومت و سختی می­ باشند. آزمایشات نشان داده­ اند که آرماتورهای قطری، مقاومت مناسبی را دربرابر این خرابی ­ها در تیرهای عمیق فراهم می­کند.

پس از مش ­بندی، برچسب گذاری و اعمال بارگذاری­ های مربوطه،نوبت به آنالیز و طراحی سازه می­ رسد. طبق ضوابط آیین­ نامه ابعاد تیر همبند یا Spandrel نقش مهمی در نحوه آرماتورگذاری آن خواهند داشت؛ بطوریکه اگر مطابق شکل زیر  Ls/hs≥4 باشد، نیازی به استفاده از فولاد گذاری قطری در تیر همبند نخواهد بود و فولادگذاری تیر همبند، تابعِ ضوابط خمشی در قاب­ های ویژه می­ شود.

بنابراین، پس از کنترل شرط فوق دو حالت محتمل است:

  1. حالتی که نیاز به آرماتور قطری نیست؛
  2. حالتی که تیر همبند باید به شکل زیر آرماتور گذاری شود.
آرماتور گذاری قطری تیر همبند در دیوار برشی کوپله

آرماتور گذاری قطری تیر همبند

در ادامه هر یک از این دو حالت را با دقت بیشتری بررسی می ­کنیم.

  • حالت1. اگر  Ls/hs ≥4:

    در این حالت مطابق با نظر آیین نامه ACI318-14 و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان نیازی به آرماتور قطری نخواهد بود. و تنها باید ضوابط تیرهای با شکل پذیری ویژه رعایت گردد.

    که در این حالت، باید در نرم ­افزار تنظیمات به شکل زیر صورت گیرد:

  • حالت2. اگر  Ls/hs<2و Vu≥2Acv Vc:

    در این حالت می بایست آرماتور قطری مطابق ضوابط زیر استفاده شود:

در رابطه فوق؛

α زاویه بین میلگرد قطری و محور طولی تیر می­ باشد.

Vu براساس بحرانی­ ترین ترکیب بار بدست می ­آید.

fydمقاومت محاسباتی فولاد می­باشد که برابر است با φsfy .

Avd سطح مقطع میلگردهای قطری برحسب میلی­متر مربع.

عملیات نرم­ افزاری در این حالت به صورت زیر می ­باشد:

پس از تعریف پیش ­فرض ­های فوق برای نرم ­افزار، سازه را آنالیز و طراحی می­ کنیم. در قدم بعدی باید:

با انتخاب گزینه spandrel diagonal shear reinforcing، اعدادی برروی المان­های مختلف نمایش داده می­ شود که بیانگر سطح مقطع میلگردهای قطری لازم آنها می­ باشد. در این مرحله کافیست با کلیک راست برروی هر المان،گزارش نرم ­افزار از وضعیت نیروها، سطح مقطع میلگرد لازم و … را به دست آوریم.

بخشی از این گزارش در تصویر بعد آورده شده است:

در گزارش فوق با وجود اینکه  Ls/hs >2 می­ باشد، شاهد آن هستیم که نرم ­افزار آرماتورهای قطری( Adiag) را حساب کرده است. علت چیست؟

پاسخ: مطابق ضوابط آیین نامه در تیرهای همبند اگر نیروی برشی نهایی از 2Acv.Vc بیشتر و نسبت طول دهانه آزاد به ارتفاع مقطع آنها از 2 کمتر شود، نیاز به آرماتورگذاری قطری خواهد بود. که در مثال مورد بحث ما حالت Vu≥2Acv.Vc برقرار است.

توجه داشته باشید که  Acvمطابق تعریف مبحث نهم، حداقل مساحت مقطع داخلی اتصال در صفحه ای به موازات محور آرماتوری که در اتصال ایجاد برش می کند می باشد. در مثال فوق با ضرب عرض اسپاندرل در عمق آن Acv را به دست آوردیم. همچنین  Vcعبارت است از مقاومت برشی بتن، که از رابطه زیر محاسبه می شود:

Vc =0.17*√fc

آرماتورگذاری تیر همبند:

بر اساس آزمایش­های صورت گرفته، آرماتور­های قطری تنها زمانی تاثیر گذار خواهند بود که میلگردها با شیب نسبتاً زیادی قرار داده شوند. به همین علت، صرفاً تیرهای همبندی که دارای نسبت  Ls/hs<2  می­ باشند به­ صورت قطری آرماتورگذاری خواهند شد. میلگردهای قطری بایست تا حد امکان بصورت متقارن نسبت به میان دهانه قرار داده شوند.

مطابق شکل زیر هر گروه از آرماتورهای قطری،شامل قفس ه­ایی از آرماتورهای طولی و عرضی می­باشد. توجه داشته باشید که برای جلوگیری از شلوغ شدن شکل، تنها بخشی از آرماتورهای لازم که در یک سمت خط تقارن قرار گرفته­ اند نمایش داده شده است.

آرماتورگذاری تیر همبند

همانطور که از تصویر فوق مشخص است، آرماتورگذاری تیر همبند از نظر اجرایی کار دشواری خواهد بود.

با توجه به اینکه اجرای آرماتورگذاری قطری در تیر همبند بسیار دشوار می ­باشد، راه­کار مهندسی برای برون رفت از این مشکل چیست؟

در وهله اول ساده­ ترین کار تغییر هندسه دیوار برشی است؛ به­ گونه ­ای که  Ls/hs ≥4 گردد تا اساساً نیازی به آرماتورهای قطری نداشته باشیم.

روش دوم استناد به آیین ­نامه بتن آمریکا خواهد بود. ACI318-14 به منظور آرماتورگذاری عرضی تیر همبند، دو انتخاب را در اختیار ما قرار می­ دهد.

  • انتخاب اول را در تصویر قبل بررسی نمودیم.
  • اما در انتخاب دوم می ­توان کل سطح مقطع تیر همبند را به­ صورت یکپارچه آرماتورگذاری عرضی نمود.با مشاهده تصویر زیر بهتر متوجه می ­شویم که در این حالت به­ جای آرماتورگذاری عرضی هر گروه میلگرد قطری، کل مقطع بصورت عرضی مسلح شده است.

آرماتورگذاری تیر همبند

با انتخاب این مدل آرماتورگذاری، قطعاً به صورت قابل ملاحظه­ ای، پروسه اجرایی تسهیل خواهد شد.

سایر الزامات آرماتورگذاری تیر همبند به شرح زیر می­ باشد:

  1. هر گروه از میلگردهای قطری باید متشکل از حداقل 4 میلگرد باشد، که در دو یا چند لایه قرار داده شده­ اند. همچنین میلگردهای قطری بایست در طولی حداقل 1.25 برابر طول مهار میلگرد در دیوار مدفون شوند. نحوه مهار میلگردهای قطری و افقی در دیوار بصورت شماتیک در تصویر زیر نشان داده شده است.

    آرماتورگذاری قطری ومعمولی تیر همبند

  2. آرماتورهای قطری باید به وسیله میلگردهای عرضی به صورت دورپیچ یا تنگ با قطر حداقل 8 میلی­متر محصور شوند.
  3. حداکثر فاصله میلگردهای عرضی از یکدیگر برابر با کوچکترین سه مقدار بند زیر می­باشد:
  • الف- 8برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
  • ب- 24 برابر قطر تنگ ها یا دورپیچ ها
  • ج- 125 میلیمتر

مثال عددی:

در اینجا میخواهیم با استفاده از گزارش به دست آمده از ایتبس و ضوابط آرماتورگذاری آیین نامه، میلگردهای قطری مورد نیاز تیر همبند را مشخص نماییم.

سطح مقطع آرماتور قطری تیر همبند گزارش شده از نرم افزار

Adiag(max)=2970mm^2→4∅32

آیین نامه حداقل تعداد آرماتورهای قطری را 4 عدد در نظر گرفته است.

چون عملیات آرماتور گذاری قطری تیر همبند بسیار دشوار است، سعی بر این است که از حداقلِ آرماتور قطری ممکن استفاده نماییم.

انتخاب آرماتورهای با قطر بالا، تعداد آرماتورهای قطری مورد نیاز را کاهش می دهد و چون در این آرماتورها نیاز به خم وجود ندارد قطور بودن میلگرد مشکلی ایجاد نخواهد کرد.

اما مشکل اصلی آن است که آرماتورهای قطری باید در طولی معادل 1.25 برابر طول مهار میلگرد در دیوار مدفون شوند؛ و در صورتیکه به علت استفاده از میلگردهای قطور چنین امکانی فراهم نباشد، مجبور به کاهش قطر میلگرد و افزایش تعداد خواهیم بود.

ترک خوردگی در دیوار برشی کوپله

ضریب ترک خوردگی تیر همبند:

شکل فوق دید مناسبی از نحوه ترک خوردگی در تیر همبند ارائه می­ دهد. می ­دانیم حضور این ترک ­ها موجب کاهش سختی سازه خواهد شد، بنابراین بایست اثر این ترک خوردگی به شکل مناسبی در تحلیل سازه اعمال گردد. برای آشنایی بیشتر با بحث ترک­ خورگی و مرور مطالب می­ توانید به مقاله بررسی ضرایب اصلاح سختی تیر و ستون در اثر ترک ­خوردگی مراجعه نمایید.

تیر همبند ترک خورده است، پس باید با ضریب 0.35 سختی آن­را اصلاح کنیم. همچنین از شکل فوق متوجه می­ شویم که در تیر همبند راستای ترک­ های اصلی در جهت قائم می­ باشد. پس با توجه به شکل المان زیر باید ضریب ترک خوردگی 0.35 در پارامتر F11(برای المان خط اسپاندرل) وs11(برای المان صفحه اسپاندرل) وارد شود.

نتیجه گیری:

  1. تیرهای همبند که دیوارهای سازه­ای را به یکدیگر متصل می­ کنند، قادر هستند سختی سازه و توانایی استهلاک انرژی آن­را بالا ببرند.
  2. اگر Ls/hs≥4 باشد، نیازی به استفاده از فولاد گذاری قطری در تیر همبند نخواهد بود. در این حالت فولادگذاری تیر همبند تابع ضوابط خمشی در قاب­های ویژه می­ شود.
  3. اگر Ls/hs<2و Vu≥2Acv Vc : در این حالت می بایست آرماتور قطری مطابق ضوابط آیین­ نامه به کار گرفته شود.
  4. هر گروه از میلگردهای قطری باید متشکل از حداقل 4 میلگرد باشد، که در دو یا چند لایه قرار داده شده­ اند. همچنین میلگردهای قطری بایست در طولی حداقل 1.25 برابر طول مهار میلگرد در دیوار مدفون شوند.
  5. آرماتورهای قطری باید به وسیله میلگردهای عرضی به صورت دورپیچ یا تنگ با قطر حداقل 8 میلی­متر محصور شوند.
  6. تیر همبند ترک می­ خورد، پس باید با ضریب 0.35 سختی آن­را اصلاح کنیم.

با گسترش دانش مهندسی، امروزه مهندسین سازه قادر هستند تا ضمن تامین ایمنی کافی، فضاهای مدنظر معماران را نیز برآورده سازند. آشنایی با سیستم ­های مختلف سازه­ ای که از نظر هماهنگ شدن با طرح معماری انعطاف پذیر باشند بسیار بر آینده شغلی مهندسین تاثیر گذار است. با مطالعه این مقاله شما قادر خواهد بود برای چالش جانمایی دیوارهای برشی در پلان راهکار مناسبی بیابید.

 منابع:

  1. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
  2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1392
  3. مدلسازی لرزه ­ای و تحلیل عددی سازه­ ها در ETABS، مهندس مهدی ترابی، انتشارات نوآور، 1392
  4. جزوه راهنمای طراحی ساختمان­های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین­ زاده­ اصل­

کنترل ترک خوردگی دیوار برشی درایتبس 2015 + فیلم آموزشی رایگان

در این مقاله میخواهیم نحوه کنترل ترک خوردگی دیوار برشی در ایتبس را به شما همراهان عزیز سبزسازه آموزش دهیم. قبلا در مورد ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی توضیح دادیم و فهمیدیم که آیین نامه ها با توجه به ترک خوردن یا نخوردن دیوارها ضرایب کاهش سختی متفاوتی را ارائه می کنند.

دیوارهای ترک نخورده 0.7Ig

دیوارهای ترک خورده 0.35Ig

اما پاسخ این سوال که دیوار ترک خورده است یا ترک نخورده؟ را اینجا خواهیم یافت.

کنترل ترک خوردگی دیوار برشی به صورت گام به گام در ایتبس :

  • گام1: فرض ترک نخوردن دیوار :

ابتدا فرض می کنیم که دیوارها ترک نخورده هستند. بنابراین آنها را انتخاب کرده و ضریب 0.7 را به آنها اختصاص می دهیم.

دیوار ترک نخورده

از آنجایی که ستون های متصل به دیوار در حقیقت المان های مرزی دیوار بوده و جزئی از دیوار محسوب می شود بنابراین این ستون ها نیز ضرایب سختی یکسانی با دیوارهای متصل به آن ها دارند.

ستون ترک نخورده

  • گام2: تعیین ترکیب بار بحرانی:

همانطور که می دانید بتن در کشش ضعیف بوده و تحت تنش های کوچکی ترک می خورد. بنابراین ترکیب باری در کنترل ترک خوردگی بحرانی تر است که در کشش بحرانی تر باشد.

حال کدام ترکیب بار در کشش بحرانی تر است؟

1- 1.4D

2- 1.2D + 1.6L + 0.5 (Lr or S)

3- 1.2D + L + 1.6 (Lr or S)

4- 1.2D + L + 0.2S + E

5- 0.9D + E

ترکیب بارهای بالا ترکیب بارهای آیین نامه بتن آمریکا هستند. همانطور که می بینید در ترکیب بار شماره 5 اثری از بار زنده دیده نمی شود. همچنین بار مرده نیز با ضریب 0.9 در این ترکیب بار حضور دارد. بنابراین اثر بارهای ثقلی یا به عبارتی بارهای فشاری در این ترکیب بار کاهشی بوده و می توان نتیجه گرفت که فلسفه این ترکیب بار بررسی نیروی کششی است و قطعا نسبت به سایر ترکیب بارها در کشش بحرانی تر است.

حال برای اینکه ترک خوردگی دیوار را برای بحرانی ترین ترکیب بار بررسی کنیم، یک ترکیب باری تحت عنوان push ساخته و از قسمت combination type گزینه envelope را انتخاب می کنیم. سپس تمام ترکیب بارهای 0.9D+E را اضافه می کنیم. با اینکار برنامه بحرانی ترین ترکیب بار و یا به عبارت دیگر پوش این ترکیب بارها را در نظر می گیرد.

ساخت ترکیب بار بحرانی جهت کنترل ترک خوردگی دیوار

ساخت ترکیب بار بحرانی

  • گام3: مشاهده تنش های دیوار:

برای مشاهده تنش های دیوار از منوی display سپس force/stress diagrams و بعد از آن shell stresses را انتخاب کنید. تنظیمات این پنجره را مطابق با تصویر زیر اعمال کنید.

تنظیمات مشاهده تنش های دیوار

نکته ای که باید به آن توجه داشت مقدار مدول گسیختگی بتن است. که این مقدار برای بتن C30 برابر است با:

Fr=0.6*√fc= 0.6*√30= 3.286 Mpa

با ok کردن، تنش های دیوار به صورت کنتورهای رنگی نمایش داده می شود. رنگ آبی، محدوده ترک خوردگی را نشان می دهد.

مشاهده تنش های دیوار

بنابراین ابتدا قفل برنامه را باز کرده و دیوار (و همچنین ستون های اطراف آن) تا طبقه ترک خورده را انتخاب کرده و ضرایب ترک خوردگی آن ها را 0.35 وارد می کنیم. سپس سازه را مجددا تحلیل می کنیم.

جمع بندی:

  • در صورتی که تنش کششی در بتن از مدول گسیختگی بیشتر باشد باید دیوار را ترک خورده فرض کرد و با ضریب ترک خوردگی 0.35 دوباره تحلیل شود.
  • از آنجایی که ستون های متصل به دیوار در حقیقت المان های مرزی دیوار بوده و جزئی از دیوار محسوب می شود بنابراین این دیوارها نیز ضرایب ترک خوردگی با دیوارهای متصل به آن ها دارند.
  • کنترل ترک خوردگی دیوار بایستی با فرض ترک نخورده بودن دیوار انجام شود.

فیلم آموزشی کنترل ترک خوردگی دیوار برشی در etabs :

فیلم کوتاه زیر مراحل انجام کنترل ترک خوردگی دیوار برشی را در نرم افزار ایتبس 2015 به شما آموزش می دهد.

 

 

ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی:توضیحات آیین‌ نامه ای+محاسبه واعمال به نرم افزار

المان های بتنی تحت زلزله طرح ترک خورده و سختی شان کاهش می یابد. آیین نامه ها و نرم افزارها برای اثر دادن این کاهش سختی از یک سری ضرایب اصلاحی تحت عنوان ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون، دال و دیوار استفاده می کنند. در این مقاله میخواهیم در مورد ضرایب ترک خوردگی دیوار بحث کنیم. در ابتدا بندهای مربوطه از آیین‌نامه های ایران و ACI را خواهیم آورد، سپس در مورد محاسبه ضرایب مربوطه توضیحاتی داده می‌شود و در نهایت به نحوه وارد کردن این ضرایب در ایتبس می‌ پردازیم.

توضیحات آیین‌نامه ها در مورد ضرایب ترک‌خوردگی :

متن مبحث نهم سال92 در مورد ترک‌خوردگی:

9-13-8-4- اثر ترک‌خوردگی: در تحلیل سازه باید سختی خمشی و پیچشی اعضای ترک‌خورده، به نحو مناسب محاسبه و منظور گردد. اثر ترک‌خوردگی باید با توجه به تغییر شکلهای محوری و خمشی و آثار دراز مدت محاسبه شود. در غیاب محاسبات دقیق برای منظور کردن اثر ترک‌خوردگی می‌توان:

  • در قاب‌های مهار نشده سختی خمشی تیرها و ستون‌ها را به ترتیب معادل 0.35 و 0.7 برابر سختی خمشی مقطع ترک‌ نخورده آنها منظور نمود.
  • در قاب‌های مهار شده سختی خمشی تیرها و ستونها را به ترتیب معادل 0.5 و 1 برابر سختی خمشی مقطع ترک‌ نخورده آنها منظور نمود.
  • سختی خمشی دیوارها در هر دو جهت در صورتی که ترک خورده باشند 0.35 و در غیر این‌صورت 0.7 برابر سختی خمشی مقطع کل منظور نمود.

متن آیین‌نامه 2800 ویرایش 4:

3-5-5- در سازه‌های بتن‌ آرمه در تعیین تغییرمکان جانبی نسبی طرح، ممان اینرسی مقطع ترک‌خورده قطعات را می توان، مطابق توصیه آیین‌نامه بتن ایران «آبا» برای تیرها 0.35Ig و برای ستونها 0.7Ig و برای دیوارها 0.35Ig یا 0.7Ig نسبت به میزان ترک‌خوردگی آنها منظور کرد. برای زلزله بهره برداری مقادیر این ممان اینرسی‌ها را می توان تا 1.5 برابر افزایش داد و از اثر P-Δ نیز صرف نظر کرد.

برای توضیحات بیشتر حتما نگاهی به ” مقاله کنترل زلزله بهره برداری در ایتبس “ بیندازید.

جدول از آیین‌نامه ACI:

ضرایب ترک خوردگی دیوار، ستون و تیر

ترک خوردگی دیوار برشی :

  • ملاک تشخیص میزان ترک‌ خوردگی دیوار این است که تنش کششی در دیوار به 2f’c محدود شود. طبق جدول 22.9.4.4 از آیین‌نامه ACI، حداکثر برش دیوار برشی باید از 0.2f’cAc کمتر باشد، چرا که اگر این حد رعایت نشود ممکن است روابط 22.9.4.2 و 22.9.4.3 برای بعضی حالات برقرار نشوند و دیوار ترک بخورد.
  • در Commentary آیین‌نامه ACI در بند 6.3.1.1 آمده است که مقادیر ضرایب ممان اینرسی از نتایج تحقیق MacGregor و  Hage (1977) گرفته شده است. البته ضرایب آنها در ضریب کاهشی 0.875 نیز ضرب شده‌است. (طبق بند R.6.6.4.5.2) برای مثال اگر ممان اینرسی ستون مد نظر باشد، 0.875*0.8 شده است و 0.7 را نتیجه داده است .
  • اگر ضرایب ترک خوردگی دیوار 0.7 باشد، نشان می دهد که دیوار تحت خمش ترک می‌خورد. بر اساس مدول گسیختگی برای طبقاتی که در آنها ترک خوردگی با استفاده از بارهای ضریب‌دار پیش بینی می شود، باید تحلیل با ضریب 0.35 تکرار شود.
  • ترک خوردن یا نخوردن دیوار به ارتفاع آن بررسی دارد. اگر عملکرد حاکم بر دیوار، برشی باشد، ضرایب ترک خوردگی دیوار 0.7 می شود (که این حالت را برای دیوار های با ارتفاع کم داریم). در این حالت چون ترک به صورت برشی با زاویه 45درجه می‌باشد، تاثیر زیادی در کاهش ممان اینرسی داخل صفحه ندارد و می توان دیوار را ترک‌ نخورده فرض کرد. (مثل دیوارهای حائل در زیرزمین که ارتفاع کمی داشته باشند.) اما هر چه ارتفاع دیوار افزایش یابد، رفتار آن به سمت خمشی می رود و احتمال وقوع ترک بیشتر خواهد شد (رفتاری مشابه تیر کنسول قائم). در این حالت، باید از ضریب 0.35 برای اصلاح سختی داخل صفحه استفاده شود چرا که ترک‌های خمشی به وجود می آید.
  • ضرایب ترک خوردگی دیوار در مبحث نهم با ضرایب آیین‌نامه آبا و 2800 تا حدی متفاوت است.
  • وقتی بتن به ظرفیت کششی‌ اش میرسد (که حدود 7 تا 10 درصد ظرفیت فشاری آن است) ترک در آن رخ می دهد و ممان اینرسی‌اش در اثر ترک، کاهش می یابد که نتیجه آن کاهش مقاومت است. در نتیجه ممان کمتری را می‌تواند پذیرا باشد و تغییر شکل بیشتری می‌دهد. ممانی که دیگر مقطع ترک‌ خورده قادر به تحملش نیست، بین سایر اعضای سازه تقسیم می شود.

محاسبه ی ضرایب ترک خوردگی دیوار برای وارد کردن در ایتبس :

در اینجا به مفهوم و چگونگی محاسبه ضرایب ترک خوردگی پرداخته و در قسمت بعد نحوه ی اعمال این ضرایب درنرم افزار ایتبس را بیان می کنیم.

در Etabs، برای المان‌های صفحه‌ای دو جور سختی داریم: سختی درون صفحه که به f11 ، f22 و f12 اشاره دارد و سختی خارج از صفحه که m11 و m22 و m12 را در برمی گیرد. شکل زیر جهت محورهای محلی و سختی‌های مرتبط با آن را نشان می‌دهد:

نیروها و لنگرهای ایجاد شده در المان های صفحه ای

 

برای دیوار های برشی، رفتار خمشی و محوری توسط f11 و f22 تغییر می یابد (بسته به جهت محورهای محلی) و رفتار برشی دیوار توسط f12 کنترل می شود. f11 و f22 ، روی EI و EA اثر می گذارند و تغییر f12 موجب تغییر GA برش می‌شود. در آیین‌نامه ACI318 در قسمت 10.10 به تاثیرات لاغری وقتی تغییر شکل‌های خمشی حاکم باشد می پردازد. در این بند، توصیه می شود که برای اعمال ترک‌خوردگی دیوار EI ویرایش شود (یعنی مقادیر f11 یا f22 برای دیوارهای برشی). در مورد کاهش مقدار GA ،هیج چیزی در این آیین‌نامه تصریح نشده است. البته بعضی از کاربران برای f12  هم ضرایبی را اعمال می کنند. (برای واقع بین بودن در مدلسازی هنگامی که انتظار می‌رود در اثر ترک مقاومت برشی کم شود.)

البته در آیین‌نامه ACI18-08 در راهنمای R.8.8.2  آمده است که مدول برشی میتواند 0.4*Ec فرض شود، در نتیجه ضرایب تغییر مقاومت برشی (f12) هم می توانند کاهش یابند.

هنگام مدلسازی در Etabs، پیش‌فرض نرم‌افزار این است که محور 1 افقی و محور 2 عمودی است ، که این بدین معنی است که ضریب تغییر خمشی برای EI باید برای ستون‌های دیوار(piers) روی f22 و برای تیرها (spandrels) روی f11 اعمال شود. اگر ضریب روی هر دو اعمال شود به شدت نتیجه را تحت تاثیر قرار می دهد. (در برنامه Etabs امکان کاهش مستقیم ممان اینرسی دیوار وجود ندارد.)

تیر همبند و ستون های اطراف دیوار

جهت نیرو ها در تیر همبند و ستون های اطراف دیوار

تیر همبند و ستون های اطراف دیوار

در کل ضرایب ترک خوردگی دیوار به صورت زیر اعمال می شود:

1-برای دیوار های ترک‌نخورده f11=1 و f22=f12=m11=m22=m12=0.7

2-برای دیوارهای ترک‌خورده f11=1 وf22=f12=m11=m22=m12=0.35

برای تیرهایی که به صورت صفحه‌ای مدل می‌شوند ضرایب زیر قابل اعمالند:

F22=1 و f11=f12=m11=m22=0.35

برای بست‌های تیر در دیوارهای پهن، تحت تنشهای زیاد قایم یا افقی، که به صورت صفحه ای مدل شده اند ضرایب زیر قابل اعمالند:

F11=f22=f12=m11=m22=m12=0.35

اگر ضرایب ترک‌خوردگی اعمال نشود، سازه سخت‌تر رفتار خواهد کرد و نیروهای جانبی بیشتری را در زلزله جذب خواهد کرد.

اعمال ضرایب ترک‌خوردگی دیوار برشی در etabs :

برای دیوار برشی دو حالت وجود دارد:

  • حالت اول- دیوار لنگر خارج از صفحه را تحمل نکند؛

که در این صورت برای مدلسازی دیوار از Membrane استفاده می شود. ترک‌خوردگی در این حالت به ستون‌های اطراف و المانهای پوسته‌ای منتقل می‌شود.

چون سختی دیوار در راستای f22 می‌باشد (سختی خمشی) داریم:

اعمال ضرایب ترک‌خوردگی پوسته:

پس از انتخاب دیوار برشی مطابق شکل عمل می‌کنیم:

اعمال ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی به منظور اصلاح سختی

اعمال ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی

 

ضرایب ترک‌ خوردگی دیوار باید به f22 بسته به ترک‌خوردگی یا نخوردگی ستون اعمال شود:

ترک خورده یا ترک نخوده؟ معیار چیست؟

برای پی بردن به پاسخ این سوال حتما مقاله جذاب و کاربردی  “کنترل ترک خوردگی دیوار در ایتبس” را مطالعه کنید.حتما!!

ضرایب ترک خوردگی دیوار

  • حالت دوم- در دیوار خمش در هر دو صفحه (هم داخل صفحه دیوار هم عمود بر آن) وجود دارد؛

که در این صورت برای مدلسازی دیوار از المان shell استفاده می شود.

ضرایب ترک‌ خوردگی دیوار برشی می‌بایست در پارامتر های f11 و f22 در داخل صفحه و m11 و m22 برای خارج از صفحه اعمال شود که داریم:

بعد ازانتخاب پوسته دیوار برشی در سازه، دستور AssignShell AreaShell Stiffness Modifiers را اجرا کرده و در جعبه ظاهر شده برای اصلاح سختی داخل صفحه دیوار،در مقابل عبارت f11 و f22 (بسته به ترک‌خوردگی با نخوردگی ستون) مقادیر لازم را اعمال می‌کنیم. (0.35 یا 0.7)

در خصوص سختی خارج از صفحه دیوار به علت ضخامت کم دیوار نسبت به عرض آن، همواره بصورت یک عضو خمشی عمل کرده و می‌بایست از ضریب اصلاح 0.35 برای سختی خارج از صفحه دیوار استفاده شود.

پس از انتخاب کلیه دیوار برشی در سازه، دستور AssignShell AreaShell Stiffness Modifiers را اجرا کرده و در جعبه ظاهر شده در مقابل عبارت m11 و m22 عدد 0.35 را وارد می کنیم.

اعمال ضرایب ترک‌خوردگی ستون کناری:

اعمال ضرایب ترک خوردگی ستون های اطراف دیوار

ضرایب ترک خوردگی ستون های اطراف دیوار

 

لازم به ذکر است علت اعمال ضریب ترک‌خوردگی حول محور 3 این است که در راستای 3 ستون، قاب خمشی وجود دارد و همانند قاب خمشی می بایست ضریب ترک‌خوردگی آن همواره حول محور 3 =0.7 منظور گردد.

نتیجه‌گیری:

با فرض اینکه تیرها و ستونها به عنوان یک قاب مدل شده باشند ضرایب کاهش سختی به صورت زیر اعمال می شوند:

ACI318-14

  • ضرایب ترک خوردگی تیرها 0.35Ig
  • ضرایب ترک خوردگی ستون ها 0.7Ig
  • ضرایب ترک خوردگی دیوار های ترک نخورده 0.7Ig
  • ضرایب ترک خوردگی دیوار های ترک خورده 0.35Ig

نرم افزار Etabs:

  • تیرها  I22 = I33 = 0.35
  • ستون ها I22 = I33 = 0.7
  • دیوارهای ترک نخورده که به عنوان صفحه مدل میشوند– f11, f22 = 0.70
  • دیوارهای ترک خورده مشابه به دیوارهای ترک نخورده که ضریب آنها 0.35 باشد.

 توجه: برای جلوگیری از ازدیاد آرماتورهای طولی دیوارها معمولا برای خمش خارج از صفحه طراحی نمی شوند (المان membrane). در صورتی که این حالت رخ ندهد یک ضریب کوچک (0.1) باید روی m11 و m22 و m12 اعمال شود تا از نامعینی عددی جلوگیری شود. ولی با فرض در نظر گرفتن خمش خارج از صفحه (المان shell) باید از m11 ، m22 و m12 معادل 0.7 (یا 0.35) استفاده شود. در مقاله جذاب shell یا membrane به این موضوع پرداخته ایم.

منابع:

  1. مبحث نهم چاپ سال 92
  2. آیین‌نامه 2800 ویرایش چهارم
  3. آیین‌نامه ACI
  4. سایت Computer and structures inc.US
  5. www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=377873

مقالات جذاب زیر را از دست ندهید!!

کنترل ترک خوردگی دیوار برشی در ایتبس

ضرایب ترک خوردگی دال

ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون

کنترل برش یک طرفه پی در safe و دستی: آموزش کاملا تصویری و گام به گام

همانطور که میدانید عملکرد برشی فونداسیون ها و دال ها به دو نوع برش یک طرفه و دو طرفه تقسیم می شود؛ یا بصورت دقیق تر:

  1. برش یک طرفه (کلی) یا «برش قیچی کننده» یا «برش قیچی» و یا «برش معمولی»
  2. برش دو طرفه یا «برش سوراخ کننده» یا «برش پانچ» و یا «پانچینگ»

ولی چرا این نام ها برای این دو نوع برش انتخاب شده است؟

فسلفه این نام گذاری ها در واقع از عملکرد برشی المان های فونداسیون یا دال نشات می گیرد. همان طور که در برش پانچ نیز اشاره شده است، در برش دوطرفه (پانچینگ) ستون مانند سوزن ِ یک سوراخ کن نیرو را در نوک آن متمرکز کرده و سبب می شود دال یا فونداسیون مانند یک کاغذ سوراخ شود. همین عملکرد سبب انتخاب «برش سوراخ کننده» برای برش دوطرفه گردیده است.

در برش یک طرفه نیز، عکس العمل برشی فونداسیون یا دال در برابر نیروهای وارده (نیروی Vu در شکل زیر)، به نحویست که منجر به بریده شدن فونداسیون یا دال می گردد. این عمل دقیقاً مشابه بریدن یک صغحه کاغذ به وسیله ی یک قیچی است.

 

برش یکطرفه

بیان مفاهیم و مرور آموخته ها:

در سالیان گذشته که عموماً تعداد طبقات ساختمان ها محدود و انگشت شمار بود، مهندسین محاسب ابعاد و ضخامت فونداسیون ها را بزرگتر را ابعاد مورد نیاز طراحی انتخاب می نمودند تا بتن فونداسیون توانایی تحمل برش وارده را داشته و نیازی به محاسبه و اجرای آرماتورهای برشی در فونداسیون نباشد.

پیشرفت تکنولوژیِ ساخت و ساز منجر به افزایش تعداد طبقات و وزن ساختمان ها گردید و از طرفی ظهور نرم افزارهای مهندسی نظیر Etabs و Safe سبب شد ادامه دادن این روند محاسبات، نه تنها صرفه اقتصادی نداشته باشد؛ بلکه منجر به دفن سرمایه های ملی نظیر بتن و میلگرد در دل خاک شود. لذا لازم بود روش دیگری مثل تعبیه آرماتور برشی برای جبران این ضعف مورد استفاده قرار گیرد.

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش 1392) در بند 9-15-17-2 به بیان مفاهیم برش یک طرفه و دو طرفه پرداخته است که برش دو طرفه (پانچینگ) پیش تر در مقاله «برش پانچ چیست و به چه علت ایجاد می شود؟» به طور مفصل بررسی شده است. در این مقاله به بررسی برش کلی (یک طرفه) خواهیم پرداخت و بندهای مبهم آیین نامه ای را شفاف سازی کرده و نکات و قلق های اجرایی و طراحی آن را بیان خواهیم نمود.

برش یک طرفه چیست و در کجا اتفاق می افتد؟

تا به اینجا به طور غیر مستقیم با مفهوم برش یک طرفه آشنا شدیم ولی با این حال سعی می کنیم این موضوع را بیشتر باز کرده تا ابهامی باقی نماند.

شاید شما هم با شنیدن کلمه «برش»، دیاگرام برش تیر دو سر مفصلی را که یک بار متمرکز به آن وارد می شود، در ذهنتان تصور می کنید. به جرات می توان گفت این تصویر ذهنی بی راه به محاسبات برش یک طرفه فونداسیون نیست. به طوری که می توان گفت مبدا تمامی مفاهیم برش یک طرفه در دال ها و شالوده ها همین مثال ساده است. آیین نامه نیز در بند 9-15-17-2-2 صراحتاً به این موضوع اشاره کرده است که در ادامه بیشتر به آن خواهیم پرداخت.

دیاگرام برش تیر دو سر ساده

حال که حرف از آیین نامه به میان آمد، بهتر است بند 9-15-17-2 که مربوط به کنترل برش یک طرفه در دال ها و شالوده هاست، بررسی کنیم و به تشریح روشن تر آن بپردازیم.

آیین نامه در این بند کنترل برش یک طرفه در محل بارهای متمرکز و تکیه گاه های با سطح محدود را لازم می داند.

منظور از «محل بارهای متمرکز و تکیه گاه های با سطح محدود» چیست؟

در جواب این سوال می توان گفت که منظور از «محل بارهای متمرکز» همان محل اتصال ستون به فونداسیون یا دال است که این نقاط همان محل هایی هستند که برش یک طرفه در نرم افزار برای این نقاط بایستی کنترل شود.

محل اتصال ستون به دال و فونداسیون

در مورد عبارت «تکیه گاه های با سطح محدود» می توان محل اتصال صفحه پای ستون (Base Plate) و محل اتصال ستونک های دستگاه پله به تیر زیرین جزء آن نقاط دانست.

 

صفحه ستون

اتصال ستونک های دستگاه پله به تیر زیرین

همانطور که در  کنترل برش پانچ نیز اشاره شده بود، کنترل برش یک طرفه و دو طرفه در همه مقاطع فونداسیون ضروری نمی باشد بلکه آیین نامه برحسب نوع برش، یک مقطع بحرانی معرفی می کند که برش در آن مقطع بیشترین مقدار خود را داراست و اگر فونداسیون توانایی تحمل برش در این مقاطع را داشته باشد، نیازی به کنترل آن در سایر مقاطع نیست.

در قسمت الف از همین بند، محل مقطع بحرانی برش یک طرفه معرفی گردیده است که کمی گنگ بیان شده است. اگر بخواهیم این بند را به صورت ساده و خلاصه بیان کنیم، می توان گفت «مقطع بحرانی برش یک طرفه، به فاصله ی d از محل مقطع بحرانی خمش قرار دارد که d عمق موثر فونداسیون یا دال است».

از درس بتن آرمه به خاطر داریم که

توضیح بیشتر

حتماً با خواندن جمله داخل گیومه با خود گفته اید که نه تنها مجهول مسئله(مقطع بحرانی برش یک طرفه) پیدا نشد، بلکه دو مجهول دیگر (مقطع بحرانی خمش و عمق موثر) به آن اضافه شد!

حقیقتاً هر یک از مباحث 8، 9 و 10 مقررات ملی بر حسب به نوع اسکلت سازه (بنایی، بتن آرمه و فولادی) محل های مختلفی را برای بحرانی ترین مقطع برش پیشنهاد می دهد که موجب سردرگمی مهندسین می شود. از همین رو می توان گفت کامل ترین جمله برای تعیین محل بحرانی برش یک طرفه همین جمله است که «مقطع بحرانی برش یک طرفه، به فاصله ی d از محل مقطع بحرانی خمش قرار دارد که d عمق موثر فونداسیون یا دال است». ساده تر بگوییم، اگر بخواهیم مقطع بحرانی برش یک طرفه را بیابیم، باید مقطع بحرانی خمش را پیدا کرده و از آن به اندازه d به سمت بیروت ستون از آن فاصله بگیریم.

پارامتر d نشان دهنده ی عمق موثر یک المان بتنی است. در واقع d برابر با ارتفاع کل مقطع منهای اندازه ی کاور و منهای نصف قطر آرماتور طولی می باشد.

حال سوال اینجاست که مقطع بحرانی خمش کجاست؟

محل این مقطع بر حسب نوع اسکلت سازه (بنایی، بتنی و فولادی) متفاوت است. برای به خاطرسپاری آسان تر این مقاطع، بهتر است محل آن ها را از شکل های زیر به خاطر بسپارید:

  • مقطع بحرانی خمش در ستون بتن آرمه:

مقطعی که درست در زیر وجه ستون (بَر ستون) قرار دارد. در بند 9-15-17-2 نیز به همین موضوع اشاره شده است.

مقطع بحرانی خمش در ستون بتن آرمه

 

  • مقطع بحرانی خمش در ستون فولادی

مقطعی از پی که به فاصله ی e/2 از وجه ستون قرار دارد که e طول لبه ی بیرون زده بیس پلیت است.

مقطع بحرانی خمش در ستون فولادی

  • مقطع بحرانی خمش در ستون بنایی (آجری)

مقطعی از پی که به فاصله ی a/4 از مرکز ستون قرار دارد که a طول ضلع ستون آجری می باشد.

مقطع بحرانی خمش در ستون بنایی

اکنون که محل مقاطع بحرانی خمش برای هر نوع ستون مشخص شد، می توان از این مقطع به اندازه ی d به سمت بیرونِ ستون حرکت کرد تا مقطع بحرانی برش یک طرفه حاصل شود. به عنوان مثال در ستون بتن آرمه برای تعیین محل مقطع بحرانی برش یک طرفه، از بَر ستون به اندازه ی d به سمت بیرون آن حرکت خواهیم کرد که مقدار برش حداکثر (Vu) در این مقطع اتفاق می افتد (مانند شکل زیر).

مقطع بحرانی برش یکطرفه

محاسبه آرماتورهای عرضی پی

تا به اینجای کار با مفاهیم اولیه برش یک طرفه آشنا شدیم و آموختیم که محاسبه برش یکطرفه در مقطع بحرانی برش یک طرفه صورت می گیرد. اکنون که توانایی محاسبه مقدار برش یک طرفه را پیدا کرده ایم، بایستی ببینیم که محاسبه آرماتور برشی برای آن چگونه و تحت چه شرایطی است. برای این کار بندهای زیر مد نظر قرار خواهیم داد:

همانطور در ابتدا نیز حدس زده بودیم، محاسبه میلگردهای برشی برای فونداسیون، دقیقاً مشابه محاسبه خاموت در تیرهای بتن آرمه است. در تیرهای بتن آرمه بخشی از برش وارده (Vu) توسط خود بتن و بخش دیگری توسط میلگردهای برشی (خاموت) تحمل می شد. در صورتی که بتن به تنهایی قادر به تحمل برش وارده بوده، نیازی به خاموت گذاری نبود و صرفاً خاموت حداقلی که در آیین نامه مشخص شده بود، در تیر استفاده می شد.

تعیین آرماتورهای برشی پی نیز مشابه همین روند است با این تفاوت که به جای خاموت حداقل، از میلگرد افت و حرارت که آیین نامه تعیین کرده است، باید استفاده کرد. سایر توضیحات این بند آیین نامه که مربوط محاسبات مقاومت برشی بتن و تعیین میلگرد برشی و … است، به کرّات در درس بتن آرمه توضیح داده شده است که مرور مجدد آن ها را به عهده مهندسین واگذار می کنیم.

کنترل برش یک طرفه در safe :

احتمالاً در مقالات پیشین که مربوط به کنترل خیز، کنترل تنش خاک زیر پی، کنترل صلبیت دیافراگم و … بود، متوجه شده اید که هرجا حرف «کنترل» به میان می آید، لازم است سازه (یا قسمتی از سازه) تحت یک یا چند ترکیب بار قرار گرفته و سازه تحت آن بارگذاری آنالیز شود.

یک پیشنهاد

همانطور که مطلع هستید، برای طراحی فونداسیون سه کنترل اصلی صورت می گیرد که عبارت اند از :

1-     کنترل برش دو طرفه (برش پانج)

2-     کنترل برش یک طرفه (برش قیچی کننده)

3-     کنترل تنش خاک زیر پی

تجربه طراحی نشان داده است که در بیشتر موارد برش پانچ بسیار تعیین کننده تر از برش یک طرفه است؛ به نحوی که اگر فونداسیون برای برش پانچ زیر ستون ها جواب دهد، به احتمال زیاد برای برش یک طرفه نیز جوابگوست.

از طرفی اگر که فونداسیون تحمل برش یک یا دو طرفه را نداشته باشد و برای جبران این ضعف ضخامت یا ابعاد فونداسیون افزایش داده شود؛ وزن کل فونداسیون افزایش یافته و تنش خاک زیر پی افزایش خواهد یافت.

با توجه به توضیحات ذکر شده، پیشنهاد می شود ترتیب انجام این کنترل ها، به همان ترتیب شماره گذاری شده انجام شود.

برای کنترل برش یک طرفه در پی، چه ترکیب باری را در نظر بگیریم؟

پاسخ این سوال را می توان از بند 2-2-17-15-9 مبحث نهم استخراج کرد. آیین نامه در این بند، کنترل برش یک طرفه در پی ها را مانند کنترل برش در تیرهای بتن آرمه بیان کرده است. لذا تلویحاً می توان گفت که برای کنترل برش یک طرفه پی ها می توان از ترکیبات بار طراحی پی (که همان ترکیبات طراحی بتنی است) استفاده نمود.

در ادامه مراحل کنترل برش یک طرفه و محاسبه آرماتور برشی را در نرم افزار Safe به صورت گام بندی شده بیان خواهم نمود:

گام1: معرفی ترکیبات بار کنترل برش یک طرفه

در این مرحله لازم است ترکیبات بار طراحی فونداسیون که در کنترل برش یک طرفه نیز کاربرد دارد، ساخته شود. در صورتی که سازه بتنی باشد، می توان این ترکیبات بار را از نرم افزار Etabs به نرم افزار Safe منتقل نمود ولی چنان که سازه فولادی باشد، لازم است ترکیبات بار طراحی فونداسیون در نرم افزار Safe مجدداً ساخته شود.

همین طور برای کنترل برش یک طرفه پی لازم است همانند کنترل تنش خاک زیر پی، ترکیب بار پوش ساخته شود. ( برای آموزش نحوه ساخت ترکیب بار پوش، به مقاله کنترل تنش خاک زیر پی مراجعه کنید.)

بیشتر بدانیم

چرا از ترکیب بار پوش استفاده می شود؟

در اکثر مواقعی که به دنبال محاسبه حداکثر مقدار یک پارامتر (بحرانی ترن مقدار پارامتر) هستیم، لازم است مقدار این پارامتر را برای تک تک ترکیبات بار قرائت کرد و در آخر مقدار حداکثر را از میان آن ها پیدا کنیم. حتماً متوجه شده اید که پیمودن این مراحل وقت گیر بوده و احتمال بروز خطا را افزایش می دهد.

در نرم افزار Safe از ورژن 2012 به بعد امکان معرفی و ساخت ترکیب باری به نام «ترکیب بار پوش» فراهم آمده است. در ساخت ترکیب بار پوش، همه ی ترکیبات بار با ضریب 1 در داخل این ترکیب بار پوش قرار گرفته و خود نرم افزار از میان آن ها بحرانی ترین ترکیب بار برای آن پارامتر را انتخاب کرده و نتایج را نمایش می دهد که در نتیجه نیازی به کنترل تنش برای تک تک ترکیبات بار نمی باشد.

سوال: در نسخه های 2008 این نرم افزار (Safe 8) که امکان ساخت ترکیب بار پوش میسر نبود، مهندسین برای این قبیل کنترل ها چه می کردند؟ مهندسین برحسب تجربه شخصی، اسکلت سازه و نوع سیستم های باربر جانبی سازه؛ ترکیبات بار بحرانی تر را از میان همه ترکیبات شناسایی کرده و کنترل ها را صرفاً برای این چند ترکیبات بار بحران تر انجام می دادند. (کمی رو این مسئله فکر کنید.)

گام2 : آنالیز پی و نمایش دیاگرام برش یک طرفه در هر راستا

توصیه می شود ساخت ترکیباب بار پوش برای کنترل تنش خاک زیر پی و کنترل برش یک طرفه و … قبل از آنالیز پی انجام داده شود تا مجبور به باز کردن قفل و آنالیز مجدد پی نباشید.

پس از ساخت ترکیب بار پوش کنترل برش یک طرفه پی، فونداسیون را آنالیز کرده و پس از اتمام آنالیز، از مسیر زیر برای نمایش برش یک طرفه تحت ترکیب بار پوش اقدام خواهیم نمود.

تنظیمات نمایش نیروها

پس از کلیک بر روی دکمه Apply ، دیاگرام برش یک طرفه برای لایه ی A (راستای x) به صورت زیر به نمایش در می آید. مشابه همین روال را می توان برای نمایش دیاگرام برش یک طرفه در راستای y را از طریق انتخاب لایه ی B میسر کرد.

در گوشه پنجره مقادیری تحت عنوان Max و Min به همراه مختصات آن ها نشان داده می شود که به مقادیر حداکثر و حداقل برش یک طرفه در کل فونداسیون می باشد که با حرکت دادن نشانگر موس روی این دیاگرام می توان مقدار برش سایر نقاط را قرائت کرد. دقت کنید که هر چند عدد مقابل Min یک عدد منفی است(چرا؟)، ولی در محاسبات دستی آرماتور برشی بایستی با صرف از علامت منفی، بزرگترین عدد را انتخاب نمود (در واقع برای محاسبات دستی آرماتور برشی بایستی قدرمطلق بزرگترین عدد را انتخاب نمود).

دیاگرام برش یکطرفه

همانطور که از شکل فوق نیز پیداست، مطابق بند 9-15-17-2-1 مبحث نهم حداکثر برش یک طرفه در حوالی بار متمرکز (محل اتصال ستون به فونداسیون) اتفاق افتاده است که همین موضوع حاکی از صحت دیاگرام های ترسیمی توسط نرم افزار می باشد.

گام3 : طراحی آرماتورهای برشی هر راستا توسط نرم افزار

پس از مشاهده دیاگرام های برش یک طرفه پی و اطمینان از صحت محاسبات نرم افزار، از مسیر زیر برای طراحی آرماتورهای برشی توسط نرم افزار در راستاهای x و y استفاده خواهیم نمود:

تنظیمات طراحی آرماتورهای برشی

پس از کلیک بر روی دکمه Apply ، آرماتورهای برشی برای لایه ی A (راستای x) به صورت زیر به نمایش در می آید. مشابه همین روال را می توان برای محاسبه آرماتورهای برشی در راستای y را از طریق انتخاب لایه ی B میسر کرد.

میزان آرماتور برشی طراحی شده توسط نرم افزار

در نقاطی که مقاومت برشی بتن فونداسیون برای تحمل برش ایجاد شده کافی نبوده است، نرم افزار آرماتور برشی را محاسبه کرده و مقدار آن را در این نقاط به صورت نسبت Av/s نمایش می دهد. (خطوط آبی رنگ محل آرماتور برشی و عدد نمایش داده شده، همان مقدار Av/S در زیر هر ستون است.) در صورتی که موس را روی سایر قسمت های نوار فونداسیون حرکت دهیم، مقدار صفر برای آن ها نمایش داده می شود. پس این سوال مطرح می شود که آیا برای نوارهایی که مقدار Av/S آن ها صفر گزارش شده است، نیازی به محاسبه آرماتور برشی نمی باشد؟ (کمی رو این موضوع فکر کنید و جواب را در آخر مقاله خواهیم گفت.)

از درس بتن آرمه 1 (بخش خاموت گذاری تیرها) به خاطر داریم که برای تبدیل نسبت  Av/S به سایز و فاصله ی آرماتور در زیر یک ستون مانند ستونی که در محل تقاطع آکس های D و 5 قرار دارد، لازم است به صورت زیر عمل کنیم:

  • برای مقطع فونداسیون زیر این ستون، مقطعی به صورت زیر را فرض می کنیم که یه خاموت بسته نمره 10 در آن تعبیه شده است.

  • با توجه به تصویر بالا فقط 2 ساق خاموت درگیر در برش خواهد بود و از این رو مقدار Av به صورت زیر محاسبه می شود:

Av=2x [(3.14 x 1 x 1 ) / 4] = 1.57 cm2

  • با توجه تصویر آرماتور برشی که در نرم افزار نمایش داده شده است، مقدار Av/s قرائت شده از نرم افزار برای این ستون، برابرcm2/cm 0.1536 می باشد.
  • از فرض انجام شده، مقدار Av=1.57 cm2 (یک خاموت نمره 10 با دو ساق درگیر در برش) به دست آمده است که فاصله این خاموت ها به صورت زیر محاسبه می شود:

عدد قرائت شده Av/S

0.1536=1.57/S  بنابراین S=10.22 cm

  • برای تهیه نقشه های اجرایی لازم است فاصله خاموت ها به 10cm تغییر کند تا هم حاشیه ایمنی افزایش یابد و هم آرماتورگذاری آن برای کارگران آسان تر شود.
کمی دقت

مبحث نهم برای آرماتورگذاری فونداسیون ها ضوابط نسبتاً پیچیده و سخت گیرانه ای دارد. گاهاً نقشه های اجرایی که مهندسین محاسب بدون توجه به این ضوابط ترسیم می کنند، تراکم میلگردهای فونداسیون را تا حد زیادی بالا می برد به طوری حتی عبور سنگدانه های بتن از آن میان میلگردها ممکن نیست!

برای حل مساله، می توان از روش های زیر برای کاهش تراکم میلگردهای برشی استفاده نمود:

–          استفاده از خاموت با نمره بالاتر (نمره 12 یا نهایتاً نمره 14)

–          افزایش تعداد ساق های درگیر در برش با استفاده از دو یا چند حلقه خاموت بسته

–          افزایش تعداد ساق های درگیر در برش با جایگذاری سنجاقی

–          افزایش ابعاد یا ضخامت فونداسیون

–          افزایش رده بتن مصرفی

  • مشابه همین محاسبات برای راستای y نیز قابل انجام است.

گام4 : محاسبه آرماتورهای عرضی قسمت هایی از نوار پی که Av/S آن ها صفر گزارش شده است

در سه گام قبل با محاسبه آرماتورهای برشی در نقاطی که مقاومت برشی بتن برای تحمل برش کافی نبود، آشنا شدیم. همین طور دیدیم که برای سایر قسمت های نوار پی نسبت Av/S برابر صفر گزارش شد که از نظر تئوریک به این معناست که آرماتور برشی برای این نواحی نیاز نمی باشد. ولی آیا در اجرا هم این گونه است؟

احتمالاً در کارگاه های ساختمانی یا عکس های اجرایی فونداسیون نواری دیده اید که اجرای آرماتورهای عرضی صرفاً به زیر ستون ها محدود نشده و آرماتورهای عرضی در کل نواحی پی اجرا می شود.

با مراجعه به بند 9-20-8-1 مبحث نهم می توان دریافت برای نواحی که مقدار Av/S آن ها برابر صفر است، بایستی از آرماتور افت و حرارت به عنوان آرماتور حداقل استفاده نمود. در اصل آیین نامه با توجه به رفتار ذاتی بتن و خاصیت پواسون مصالح، استفاده در این آرماتورها را ضروری می داند.

 

خلاصه و نتیجه گیری

  1. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان کنترل برش یک طرفه و دو طرفه را برای دال ها و شالوده ها ضروری دانسته است.
  2. در مقاله های پیشین با برش دوطرفه (پانچ) آشنا شده و نحوه کنترل آن را در نرم افزار آموختیم. در این مقاله به توضیح مفاهیم مربوط به برش یک طرفه و نحوه کنترل آن در نرم افزار Safe پرداخته شده است.
  3. برش یک طرفه در فونداسیون دقیقاً مشابه برشی است که در تیرهای بتن آرمه نیز رخ می دهد. آیین نامه نیز صراحتاً به این موضوع اشاره کرده است.
  4. با توجه به نحوه عملکرد این نوع برش، با نام های برش معمولی، برش قیچی کننده و … نیز شناخته می شود.
  5. محل کنترل این نوع برش عمدتاً محل بارهای متمرکز (محل اتصال ستون به دال یا فونداسیون) می باشد.
  6. در صورتی که بتن دال یا فونداسیون برای تحمل برش وارده جوابگو نباشد، بایستی آرماتور برشی برای آن محاسبه گردد.
  7. در قسمت هایی که مقاومت برشی بتن کفایت کافی را دارد و نیازی به محاسبه آرماتور برشی نیست، لازم است از آرماتور حرارتی به عنوان آرماتور عرضی استفاده شود.

منابع

  1. -مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
  2. -مبحث هشتم و دهم مقررات ملی ساختمان
  3. – What are one way shear and two way shear in footings? – promoted by Onshape – www.quora.com
  4. – What is the different between one way shear and two way shear? – promoted by Onshape – www.quora.com
  5. – One-Way Shear Strength of Thick Slabs and Wide Beams – Edward G. Sherwood, Adam S. Lubell, Evan C. Bentz, and Michael P. Collins

جانمایی دیوار برشی در پلان سازه : بیان نکات کاملا کاربردی در طراحی

شاید شما هم فیلم رایگان طراحی دستی دیوار برشی را دیده باشید و بصورت مفهومی با این موضوع آشنا شده باشید اما باید بدانید که بحث جانمایی دیوار برشی در ساختمان از دو جنبه حائز اهمیت است. یکی بحث معماری ساختمان است که نباید به دلیل وجود دیوارهای برشی تحت الشعاع قرار گیرد و دیگری بحث مهم سازه­ ای است. در بحث جانمایی دیوارهای برشی در ساختمان مباحث سازه­ ای بایست با دقت بسیاری مورد توجه قرار گیرند. بازوی دیوار برشی، بحث پارگی دیافراگم، تاثیرات جانمایی دیوار برشی بر وضعیت فونداسیون و اثرات پیچشی محتمل از این دست موارد می­ باشند. در ادامه به صورت تفصیلی هر یک از موارد فوق را بررسی می ­کنیم.

1- اثرات پیچشی

اگر چنانچه به هر دلیلی سازه دچار نامنظمی­ هایی چون نامنظمی پیچشی شود؛ آیین­ نامه طراح را ملزم به تامین ضوابط سخت گیرانه تری خواهد نمود. لذا طراح سازه بایست تا حد امکان سعی در حفظ منظمی سازه داشته باشد.

دیوارهای برشی به دلیل سختی بسیار بالای خود، اگر جاگیری مناسبی نداشته باشند، سازه را دچار نامنظمی پیچشی خواهند نمود. به همین دلیل توصیه می­ شود تا حد امکان جانمایی دیوارهای برشی به صورت متقارن باشد. در یک جمله کامل ­تر می­ توان گفت که تا حد امکان بین مرکز جرم و مرکز سختی فاصله نیفتد.

محل مرکز جرم و مرکز سختی در پلان

در تصویر زیر نمونه­ ای از جانمایی نامناسب دیوار برشی که سازه را دچار پیچش نموده است مشاهده می­ شود.

پیچش در سازه به دلیل جانمایی نادرست دیوار برشی

پیچش در سازه

بیایید تاثیر نامنظمی پیچشی را بر عملکرد سازه بصورت مرحله­ ای با دقت بیشتری بررسی نماییم:

  • به علت نامنظمی، سازه در یک جهت سختی بیشتری دارد.
  • با رخداد زلزله، در یک سمت از سازه، تمرکز نیرو بیشتر خواهد شد.
  • در اثر تمرکز نیرو در یک سمت، شاهد ترک خوردگی بیشتر و نتیجتاً کاهش سختی در آن قسمت خواهیم بود.
  • با کاهش سختی، مجدداً مرکز سختی از مرکز جرم دورتر خواهد شد. و درواقع برای زلزله­ های بعدی و پس لرزه­ ها وضعیت به مراتب خطرناک تر از قبل هم می­ شود.

*لازم به ذکر است که در زلزله اهر-ورزقان تجربه پس لرزه­ هایی با قدرت زلزله اصلی را داشته­ ایم. این مسئله خطر بالای نامنظمی پیچشی را گوشزد می­ کند.

2- بازوی دیوار برشی

همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید، برای جلوگیری از نامنظمی پیچشی دیوارها را به صورت متقارن در پلان قرار داده ایم. اما ضعفی که در طرح تصویر زیر وجود دارد این است که دیوارها فاصله کمی از هم داشته (بازوی مقاوم کم) باعث می شود که دیوارها لنگر مقاوم کمتری را داشته باشند.

فاصله کم بین دیوارهای برشی

برای حل این مشکل فاصله دیوارها را افزایش می دهیم تا طول بازوی مقاوم آنها افزایش پیدا کند. تصویر زیر این مورد را به خوبی نشان می دهد.

فاصله مناسب بین دیوارها در طراحی و جانمایی دیوار برشی

فاصله مناسب بین دیوارهای برشی

فاصله مناسب بین دیوارهای برشی (بازوی دیوار) موجب عملکرد بهتر سیستم باربر جانبی خواهد شد و اگر این فاصله کم باشد از مقاومت و عملکرد مناسب آن­ها کاسته خواهد شد. از طرفی اگر فاصله میان دو دیوار برشی خیلی زیاد هم باشد از اثر بخشی آن کم می­ کند. بنابراین برای رسیدن به طرحی بهینه باید از یک فاصله مناسب بین دیوارهای برشی استفاده نماییم. بر اساس مدل­ های عددی به نظر می­ رسد فاصله بیشتر از 25 متر بین دیوارهای برشی مناسب نبوده و اثر بخشی آن را کم می­ کند.

3- اثر جانمایی دیوار برشی بر فونداسیون

یکی از مشکلات وجود دیواربرشی در ساختمان بحث کنترل تنش­ در پی می­ باشد. در واقع با حضور دیوار برشی، ابعاد فونداسیون نسبت به حالت قاب خمشی بیشتر می­شود. در این شرایط اگر طراح به بحث جانمایی صحیح دیوار برشی توجه نداشته باشد، این مشکل دو چندان خواهد شد. به عنوان یک توصیه بسیار جدی برای کنترل UPLIFT در فونداسیون بهتر است دیوارهای برشی در دهانه­ های انتهایی ساختمان قرار نگیرند.

4- توجه به مسئله دیافراگم

نیروهای لرزه­ ای که در تمام ساختمان ایجاد می­ شوند از طریق اتصالات سازه با دیافراگم افقی به اجزای قائم باربر لرزه­ ای نظیر دیوار برشی منتقل می­ شوند. اگر در مسیر انتقال بار جانبی ناپیوستگی وجود داشته باشد، ساختمان حتی با وجود مقاومت برخی از اجزای خود قادر به تحمل نیروهای شدید لرزه­ ای نخواهد بود. بنابراین بهتر است تاحد امکان دیوارهای برشی متصل به دیافراگم کف اجرا شوند. بنابراین می توان گفت بهتر است از فضای اطراف راهپله برای جانمایی دیوار برشی استفاده نکنیم!

اصلی ترین نکات جانمایی دیوار برشی از نقطه نظر سازه­ ای بیان گردید، سایر موارد قابل ذکر عبارتند از:

  • اگر نیاز به چند دیوار در یک جهت داریم بهتر است دیوار برشی در دهانه­ های متوالی قرار گیرد.
  • قرار گیری دیوارهای برشی در دهانه ­های بلند نسبت به دهانه­ های کوچک ارجح است.
  • بهتر است دیوارهای برشی در بین ستون­ها قرار گیرد.

در بخش­های قبل بر روی مباحث سازه ­ای تمرکز داشتیم. در ادامه به بررسی جانمایی دیوار برشی از جنبه معماری خواهیم پرداخت.

5- مباحث معماری

تلاش معماران بر این است تا فضاهایی را ایجاد کنند که مطلوب کاربری ساختمان می­ باشد، همین طور تلاش مهندسین سازه، حفظ ایمنی ساختمان در هنگام رخداد زلزله می­ باشد. بنابراین بایست تعامل مناسبی میان این دو هدف برقرار کرد.

امروزه با شناخت رفتار لرز­ه ­ای و امکان اجرای دیوارهای برشی کوپله، دیگر معماران چندان در تامین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود. همان­طور که در شکل مشاهده می­ کنید در این دیوارها امکان تعبیه بازشو وجود دارد.

بازشو در دیوار برشی

در پایان پیشنهاد می کنم که اگر به مباحث طراحی دستی علاقه مند هستید به فیلم آموزشی رایگان طراحی دستی دیوار برشی مراجعه کنید.

نتیجه گیری

  1. در بحث جانمایی دیوارهای برشی در ساختمان مباحث سازه ­ای بایست با دقت بسیاری مورد توجه قرار گیرند. بازوی دیوار برشی، بحث پارگی دیافراگم، تاثیرات جانمایی دیوار برشی بر وضعیت فونداسیون و اثرات پیچشی محتمل از این دست موارد می­ باشند.
  2. امروزه با شناخت رفتار لرز­ه ­ای و امکان اجرای دیوارهای برشی کوپله، دیگر معماران چندان در تامین فضاهای معماری خود دچار مشکل نخواهند بود.