کنترل ترک خوردگی دیوار برشی

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 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

نحوه کنترل ترک خوردگی دیوار برشی به صورت گام به گام:

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 دیوارها 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=0.6Öfc= 0.6Ö30= 3.286 Mpa

سپس 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.

نتیجه‌گیری:

  • 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 سختی یکسانی با دیوارهای متصل به آن ها دارند.
  • کنترل ترک خوردگی دیوار بایستی با فرض ترک نخورده بودن دیوار انجام شود.

 

منابع:

– مبحث نهم چاپ سال 92

– آیین نامه ACI و commentary

– Control of Cracking in Concrete Structures Reported by ACI Committee 224

 

ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون

پیشگفتار

در سازه­ های بتن­ آرمه تحت بارهای وارده، شاهد رخداد ترک در بتن خواهیم بود، حضور این ترک­ها بایست به ­نحوی مناسب در مدلسازی اعمال شوند، چراکه رفتار عضو و نهایتاً کل سازه دراثر این ترک­ها با حالت بدون ترک متفاوت خواهد بود.

پس از مطالعه این مقاله چه خواهم آموخت؟

در این مقاله با بندهای آیین­ نامه­ ای مرتبط و نحوه اعمال این ضرایب در نرم­ افزارهای مهندسی رایج، آشنا خواهیم شد. همینطور خواهیم آموخت که چگونه در برخی موارد میتوان با اعمال صحیح این ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون به طرحی حتی سبک­تر دست یافت.

تحلیل بندهای آیین­ نامه­ های مرتبط با ضرایب اصلاح سختی، تحت اثر ترک­ خوردگی

دریک وضعیت ایده­ آل، سختی­ های EcI و GJ می­ توانند بیانگر میزان ترک­ خوردگی و رفتار غیرالاستیک هر عضو پیش از جاری شدن آن باشند. باتوجه به پیچیدگی­ های موجود در انتخاب سختی­ های متفاوت برای هریک اعضای یک سازه، فرضیات آسان­ تری برای تعریف سختی­ های خمشی و پیچشی مقرر گردیده شده­ اند تا با کمک آنها بتوانیم مدلسازی دقیقی از وضعیت رفتاری سازه پیش و پس از ترک­ خوردگی­ ها داشته باشیم.

ضرایب اصلاح سختی تیر و ستون تحت اثر ترک­ خوردگی را می­ توان به اختصار ضرایب ترک­ خوردگی تیر و ستون نیز نام­گذاری کرد. باتوجه به پاراگراف فوق و شناختی که از فلسفه اعمال ضرایب سختی کسب نمودیم اینک در نظر داریم تا با بندهای آیین­ نامه­ ای مرتبط با این موضوع بیشتر آشنا گردیم. مبحث نهم و آیین­ نامه بتن آمریکا (ACI) بدلیل اقبال عمده مهندسین طراح کشور، از جمله مراجعی است که بیشتر مورد استناد قرار خواهند گرفت.

مفهوم اعمال ضرایب ترک­ خوردگی تیر و ستون در مبحث نهم، در ذیل بندی بشرح زیر مورد اشاره قرارگرفته است:

در تحلیل سازه باید سختی خمشی و پیچشی اعضای ترک­ خورده به ­نحو مناسب محاسبه و منظور گردد. اثر ترک­ خوردگی با توجه به تغییر شکل­های محوری و خمشی و آثاردراز مدت باید محاسبه شود. درغیاب محاسبات دقیق برای منظور کردن اثر ترک خوردگی می­توان از ضرایب مندرج در بند مذکور که در ادامه به آن خواهیم پرداخت، استفاده نمود.

ازخلال بندهای مرتبط با ضرایب ترک­ خوردگی در مبحث ­نهم و استاندارد 2800، چنین برمی­ آید که دو مورد اساسی را بایست از یکدیگر تفکیک نمود:

  1. شناخت قاب­های مهارشده و قاب­های مهارنشده و اعمال ضرایب ترک­ خوردگی تیر و ستون بسته به وضعیت قاب.
  2. دقت در متمایز بودن ضرایب اصلاح در هنگام تحلیل و طراحی سازه با وضعیتی که می­خواهیم زمان تناوب سازه را تعیین نماییم.

درخصوص مهارشده یا مهارنشده بودن قاب، مبحث نهم ضرایب اصلاح متفاوتی را پیشنهاد می­ کند.

  • در قاب­ های مهارنشده سختی خمشی تیرها و ستون­ها را به ترتیب معادل 0.35 و 0.7 برابر سختی خمشی مقطع ترک­ نخورده آنها منظور می­ نماییم.
  • در قاب­ های مهارشده سختی خمشی تیرها و ستون­ها را به­ترتیب معادل 0.5 و 1 برابر سختی خمشی مقطع ترک­ نخورده آنها منظور می­ نماییم.

پرسش: اساساً دسته بندی مهارشده و مهارنشده برای قاب­ها بر اساس چه اصولی خواهد بود؟

تعریفی که استاندارد 2800 از طبقات مهارجانبی شده ارائه می­ دهد به­ شرح زیر است:

محاسبه شاخص پایداری طبقه جهت تعیین مهارشدگی طبقات

طبقات مهار شده جانبی

 

با بررسی آیین­ نامه بتن آمریکا مشاهده می­ شود که اصول اعمال ضرایب ترک­ خوردگی در هر دو آیین­ نامه بسیار مشابه با یکدیگر می­ باشد. همانطور که در مبحث نهم شاهد بودیم تعریف قاب مهارشده و قاب مهارنشده در ACI نیز مطرح است به علاوه ضرایب اعمالی نیز در هر دو آیین­ نامه با یکدیگر مشابه می­ باشند. در ادامه بخش هایی از آیین­ نامه بتن آمریکا برای مطالعه تطبیقی آورده شده است.

ضرایب سختی طبقات مهارشده طبق آیین نامه ACI

ضرایب سختی طبقات مهار نشده طبق آیین نامه ACI

ضرایب ترک خوردگی برای تیرها و ستون ها و دیوارها

دقت در متمایز بودن ضرایب اصلاح در هنگام تحلیل و طراحی سازه با وضعیتی که می­خواهیم زمان تناوب سازه را تعیین نماییم یا وضعیت سازه در زلزله بهره­ برداری را کنترل کنیم دومین موردی است که در این بخش به آن خواهیم پرداخت. پیش از ورود به بحث آیین­ نامه­ ای لازم است بار دیگر بصورت اجمالی فلسفه اعمال ضرایب را مرور کنیم.

به خاطر داریم این ضرایب تحت بارهای وارد بر سازه و به­ دلیل ترک­ خوردگی بتن اعمال می­ شوند. بدیهی­ است هرچه این بارهای وارده بزرگتر باشند اثر کاهندگی ضرایب اصلاحی نیز بایست بیشتر شود چرا که ترک خوردگی بیشتر خواهد شد. ضرایبی که تاکنون درمورد آنها صحبت شده تحت زلزله طرح بوده­ اند و از آنجایی­که در بین بارهای­ جانبی، زلزله طرح بیشترین مقدار را دارد بالطبع به نسبت سایر بارها اثر کاهندگی بیشتری نیز خواهند داشت.

اگر مدل سازه­ ای نرم­ افزاری برای تعیین ابعاد و آرماتورهای مقاطع بتن­ آرمه یا تعیین تغییرمکان جانبی نسبی طرح بکار­ می­ رود، بایست مطابق با آنچه تا به اینجای کار آموختیم ضرایب اصلاحی، بسته به مهارشده یا نشده بودن قاب اعمال شوند.

اما چنانچه هدف اعمال زلزله بهره­ برداری ­باشد، از آنجایی که میزان ترک خوردگی بطور قطع از زلزله طرح کمتر است، میتوان ضرایب اصلاحی را تا 1.5 برابر افزایش داد. همچنین استاندارد 2800 زلزله برای محاسبه زمان تناوب اصلی ساختمان­ های بتن­ آرمه، اثر ترک­ خوردگی اعضا، در سختی خمشی آنها را به­ ترتیب برای تیرها و ستون­ ها 0.5 و 1 برابر سختی خمشی مقطع ترک­ نخورده آنها منظور می­ نماید.

نحوه اعمال ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون در نرم افزار

اعمال ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون مطابق گام­ بندی تصویری زیر می­ باشد:

ستون­ها یا تیرها را بصورت جداگانه انتخاب و از منوی تصویر زیر به قسمت اصلاح مشخصات می­ رویم.

اصلاح ضرایب سختی

مطابق شکل زیر پس از کلیک برروی گزینه Property modifiers، پنجره­ای زیر نمایان می­ شود که در حالت پیش­فرض تمامی ضرایب یک می­ باشند.

حال کافیست با توجه به مطالبی که آموختیم بخش ­های مرتبط را اصلاح نماییم؛ برای نمونه در یک قاب مهار نشده ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون به ­فرم زیر خواهد بود.

ضرایب سختی ستون

ضرایب سختی تیر

براساس تصاویر فوق مشاهده می­­ شود که با توجه به خمش دو محوره ستون، اعمال ضرایب اصلاحی حول هر دو محور خمش صورت گرفته، در حالی­که برای تیرها صرفاً حول محور قوی (محور3) ضرایب اصلاحی اعمال می­ شوند.

اندکی بحث…

مهار­شده یا نشده درنظرگرفتن قاب­ها و نتیجتاً اعمال ضرایب اصلاحی نظیر، یکی از موضوعاتی است که طراحان سازه نظرات گوناگونی درباره آن دارند. اهمیت این بحث زمانی جدی­تر می­ شود که کنترل دریفت در سازه دشوار شود. در این­ حالت ضرایب سختی اهمیت بیشتری می­ یابند و طراحان سعی خواهند داشت با استفاده از ضرایب سختی قاب­های مهارشده، جابجایی سازه را کاهش دهند.

پرسش: اساساً اتخاذ چنین روشی تا چه اندازه می­ تواند صحیح باشد؟

عدم صراحت آیین­ نامه در این­ خصوص امکان پاسخی قاطع به این پرسش را صلب می­ نماید. با این­ حال برآیند نظر اساتید و کارشناسان مطرح عمدتاً استفاده از ضرایب اصلاح متناظر با قاب­های مهارنشده می­ باشد. (0.35 برای تیرها و 0.7 برای ستون ها) بکارگیری ضرایب اصلاح متناظر با قاب­های مهارشده را محدود به ساختمان­های کوتاه مرتبه با دیوارهای­ برشی بسیار سخت و کافی می دانند.

جمع بندی

  1. اثر ترک ­خوردگی بایست در آنالیز لرزه­ ای سازه­ ها مدنظر قرار گیرد تا از این طریق تغییرشکل­های واقعی اعضا در محدوده غیرخطی مشخص شوند. ولی از آنجایی که اعمال ضرایب متفاوت برای هر عضو در عمل چندان کارآمد نیست، آیین­ نامه­ های طرح ساختمان، روش­های ساده­ تری را در اختیار ما قرار داده­ اند.
  2. نحوه اصلاح سختی خمشی و پیچشی در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و آیین­ نامه بتن آمریکا عملاً مشابه با یکدیگر می­ باشند.
  3. درخصوص مهارشده یا مهارنشده درنظر گرفتن قاب­ها پیشنهاد می­ شود در جهت محافظه­ کاری بیشتر قاب­ها را مهارنشده درنظر بگیریم و از ضرایب کوچک­تر برای اصلاح سختی­ ها استفاده نماییم.

منابع

  1. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
  2. EFFECTIVE RIGIDITY OF REINFORCED CONCRETE ELEMENTS IN SEISMIC ANALYSIS AND DESIGN, J.R. Pique and M. Burgos
  3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  4. آیین­نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش4

پیشنهاد می کنم قسمت های بعدی این مقاله را از دست ندهید:

ضرایب ترک خوردگی دیوار

ضرایب ترک خوردگی دال

ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی

مقدمه:

در این مقاله، در مورد ضرایب ترک خوردگی دیوار بحث می شود. در ابتدا بندهای مربوطه از آیین‌نامه های ایران و ACI آورده شده است. سپس در مورد ضرایب وارده توضیحاتی داده شده 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 نیز صرفنظر کرد.

جدول از آیین‌نامه ACI:

ضرایب ترک خوردگی دیوار، ستون و تیر

تشریح آیین‌نامه:

  • 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 ترک‌خوردگی 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.

نحوه مدلسازی در ایتبس:

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

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 در ایتبس :

برای دیوار برشی دو حالت وجود دارد:

1-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

 

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

ضرایب ترک خوردگی دیوار

2- در دیوار خمش در هر دو صفحه وجود دارد (هم داخل صفحه دیوار هم عمود بر آن) 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: دیوارها معمولا برای خمش خارج از صفحه طراحی نمی شوند، (المان membrane) تا از میلگردهای طولی زیاد، جلوگیری شود. 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. برای اینکه خیلی دقیق و مفهومی تفاوت های بین دو المان Shell و Membrane را متوجه شوید به مقاله shell یا membrane مراجعه کنید.

منابع:

مبحث نهم چاپ سال 92

آیین‌نامه 2800 ویرایش چهارم

آیین‌نامه ACI

سایت Computer and structures inc.US

www.eng-tips.com/viewthread.cfm?qid=377873

پیشنهاد می کنم به قسمت های بعدی این مقاله مراجعه کنید:

ضرایب ترک خوردگی دال

ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون

ضرایب ترک خوردگی دال

ضرایب ترک خوردگی دال را در کمتر از چند دقیقه یاد بگیریم!

تحلیل و طراحی دقیق دال­های دو طرفه، مسئله­ای بسیار پیچیده ای می­ باشد که موجب نیاز جدی طراحان به نرم­ افزارهای رایانه­ ای است. نرم­ افزارهای مهندسی علیرغم سرعتی که به انجام امور می­ دهند دقتی فراتر را نیاز دارند تا نتایج تحلیل و طراحی ­به­ علت عدم ورود فرضیات مناسب حاوی خطا نباشد.

در این مقاله در گام نخست به­ صورت مفهومی با ضرایب ترک­ خوردگی و فرضیاتی که بایست در شرایط مختلف مدنظر قرار دهیم آشنا خواهیم شد، سپس با نحوه اعمال ضرایب و نکات نرم­ افزاری بحث را پی­ میگیریم. در انتها یک مثال از وضعیتی که اعمال ضرایب باعث ایجاد خطا در تحلیل و طراحی سازه می­ شود بحث را به پایان خواهیم رساند.

لازم به ذکر است در تحلیل و طراحی نرم­ افزاری برای دال­ها با دو نرم­ افزار مواجه هستیم؛ ETABS و SAFE که هریک نکات مخصوص به خود را دارند و مخاطب بایست در پروسه مطالعه این مقاله در هر مرحله دقت کافی را داشته باشد که در مورد کدام نرم­ افزار بحث می­ شود.

فلسفه اعمال ضرایب ترک­ خوردگی دال

در دال­های بتن­ آرمه تحت بارهای وارده، شاهد رخداد ترک در بتن خواهیم بود، حضور این ترک­ها بایست به­ نحوی مناسب در مدلسازی اعمال شوند، چراکه رفتار عضو دراثر این ترک­ها با حالت بدون ترک متفاوت خواهد بود. مواردی از قبیل سختی خمشی، خیز دال­ها، آرماتورهای موردنیاز و… در اثر ترک­ خوردگی دال دستخوش تغییر خواهند شد.

باتوجه به پیچیدگی­ های موجود در انتخاب سختی­ های متفاوت برای هریک از اعضا، مطابق با رویکرد کلی در علم مهندسی عمران به جهت تحلیل راحت­ تر مسائل، از ضرایب اصلاح سختی برای اعمال اثر ترک ­خوردگی استفاده می­ شود. آیین­ نامه بتن آمریکا در ذیل جدولی ضرایب اصلاح سختی خمشی را برای تیر، ستون، دیواربرشی و دال های بتن آرمه بیان می­ کند. مطابق با جدول مذکور برای دال­های بتن­ آرمه ضریب اصلاح سختی خمشی 0.25 خواهد بود.

ضرایب ترک خوردگی تیر، ستون، دیوار و دال

 

شناخت مفهومی عملکرد دال­ دوطرفه در سازه

تعریف دال دو طرفه بتن­ آرمه در نرم­ افزار، تاثیر بسیاری بر عملکرد و نتیجتاً ضرایب ترک­ خوردگی دال خواهد­ داشت. این بخش مهم از مقاله را با طرح پرسشی آغاز می­ کنیم:

پرسش1- اگر سیستم کف بتن­ آرمه باشد، تعریف نرم­ افزاری دال بایست Shell یا Membrane باشد؟

در نگاه اول شاید این پرسش اساساً ارتباطی با موضوع ما نداشته باشد اما بایست مجدداً تعاریف Shell و Membrane را مختصراً بررسی نماییم. همانطور که می­دانیم عملکرد Shell  به گونه ایست که هم سختی درون ­صفحه ای و هم سختی خمشی خارج از صفحه را برای مقطع مورد نظر فراهم می آورد این درحالی­ است که Membrane تنها سختی درون صفحه ای را دارا خواهد بود. زمانی­که در نرم­ افزار ETABS دال از نوع Shell مدل می­ شود، لبه­ های دال به­ صورت گیردار به تیرهای محیطی متصل خواهند شد و بنابراین همانند تیرها در تحمل نیروهای جانبی به قاب خمشی کمک خواهند کرد. این درحالی­ است که مطابق استاندارد 2800 زلزله، کف­ ها نبایست در باربری جانبی مشارکت داشته باشند. با این تفاسیر تعریف سقف در نرم­ افزار ETABS برای دال­های دو طرفه­ای که بر روی تیرها تکیه دارند بایست با تعریف Membrane باشد.

با کنار هم گذاشتن دو نکته مهم از پرسش و پاسخ فوق به نتیجه ذیل دست خواهیم یافت:

“تعریف دال دو طرفه بتن­ آرمه در نرم­ افزار ETABS بایست Membrane باشد و از آنجائیکه Membrane سختی خارج از صفحه ندارد لذا عملاً اعمال ضرایب اصلاح سختی خمشی دراین حالت بی­اثر خواهد بود.”

بحثی که تاکنون مطرح شد در نرم­افزار ETABS بود، بایست درنظر داشته باشیم که طراحی آرماتور­های دال اساساً در نرم ­افزار SAFE صورت می­ گیرد. برای طراحی دال در نرم­ افزار SAFE با انتقال اطلاعات (export) از ETABS به SAFE تعریف دال نیز به­ صورت اتوماتیک از Membrane به Shell تغییر می­ یابد. پس در این حالت ضرایب اصلاح سختی خمشی اثر گذار بوده و بایست مطابق آیین­ نامه برابر 0.25 در نظر گرفته شوند.

برای درک بهتر تفاوت های دو المان Shell و Membrane به مقاله Shell یا Membrane مراجعه کنید.

برای یک جمع ­بندی مناسب از مطالب مطرح شده نمودار درختی زیر می­تواند مفید باشد:     ­

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال

نحوه اعمال ضرایب ترک­ خوردگی دال در نرم افزار

اگر دال بتن­ آرمه متکی بر تیر باشد اعمال ضرایب اصلاح سختی دال­ها صرفاً درنرم­ افزار SAFE و مطابق با گام­ بندی تصویری زیر خواهد بود:

نرم­ افزار SAFE:

گام1. دال­ها را انتخاب و از منوی تصویر زیر به قسمت اصلاح مشخصات می­ رویم.

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال

گام2. مطابق شکل زیر پس از کلیک برروی گزینه Property modifiers، پنجره­ایی نمایان می­ شود که در حالت پیش­ فرض تمامی ضرایب آن یک می­ باشند.

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال

حال کافیست با توجه به مطالبی که آموختیم بخش­ های مرتبط با سختی خمشی را اصلاح نماییم، برای این منظور در خانه­ های مشخص شده در شکل فوق ضریب 0.25 وارد می­ نماییم.

پرسش2- در بین گزینه­ های موجود در پنجره Property modifiers چرا ضریب 0.25 فقط به دو آیتم خاص تعلق گرفت؟

با یادآوری این نکته که اثر ترک­ خوردگی دال با اعمال ضرایب کاهنده در سختی خمشی منظور می­ شود، به سادگی متوجه می­ شویم که ضرایب F11 و F22 و F12 که از جنس تنش­ های نرمال و برشی می­ باشند، نیاز به تغییر نخواهند داشت. تصویر زیر دید مناسبی در این­باره ایجاد می­ کند.

ضرایب کاهنده سختی خمشی

در شکل زیر نیز M11، M22 و M12 را مشاهده می کنیم که M12 عملکرد پیچشی داشته و بنابراین نیاز به اصلاح آن نیز نخواهد بود.

ضرایب کاهش سختی

واکاوی یک خطای شایع

مبحث نهم از مقررات ملی ساختمان در فصل هفدهم و درقالب موضوع تغییرشکل­ و ترک ­خوردگی، بیان می­دارد که در قطعات تحت خمش (نظیر دال­ها)، سختی قطعات باید به ­اندازه­ ای باشد که تغییرشکل ایجادشده شرایط مطلوب بهره­ برداری نظیر خیز دال را حفظ کند همچنین برای محاسبه سختی قطعات تحت خمش باید اثر ترک ­خوردگی بتن درنظرگرفته شود.

طراحان باتوجه به این بند اقدام به اعمال ضرایب ترک­ خوردگی در هنگام تعیین تغییرشکل­های دال می­ کنند. اما آیا این اقدام صحیح است؟

از جمله کاربردهای نرم­افزار SAFE در تحلیل و طراحی دال­ها، کنترل خیز دال می­باشد. بصورت عملی یک سازه را در ETABS مدل و به SAFE انتقال می ­دهیم، مطابق با آنچه آموختیم ضریب اصلاح سختی را در بخش­ های مربوطه وارد کرده و خیز حداکثر دال را بدست می­ آوریم.

نحوه محاسبه خیز دال به­ علت عدم ارتباط با موضوع مقاله درج نگردیده و صرفاً از نتایج بدست آمده از نرم ­افزار استفاده شده است.

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال در safe

خیز دال

 

خیز حداکثر دال

با مقایسه مقدار خیز حداکثر به ­دست آمده و خیز مجاز آیین ­نامه­ ای متوجه می­ شویم که خیز دال از حد مجاز تجاوز کرده و ضخامت دال ناکافی است. اتفاقی که نبایست رخ­ می­داد چرا که مطابق بند زیر از مبحث نهم ضخامت دال ما به ­اندازه­ ای بود که اساساً نیاز به کنترل خیز نداشته باشیم.

میرویم به سراغ مبحث نهم…

9-17-2-6-3 در سیستم های دال های دو طرفه که بر اساس فصل هجدهم مبحث نهم طراحی شده اند در صورتیکه ضخامت دال بیشتر از مقادیر مشخص شده در بندهای 9-17-2-6-4 و 9-17-2-6-5 باشد، کنترل تغییر شکل تحت بارهای متعارف الزامی نیست.

موردی که بررسی نمودیم خطایی شایع در کنترل خیز دال­ها بود. اما علت این خطا چیست؟

نرم­ افزار SAFE در کنترل خیز، آنالیز را بصورت غیرخطی انجام می­ دهد و در پروسه تحلیل خود اثر ترک­ها را منظور خواهد نمود، زمانی که ما به­ صورت دستی ضرایب اصلاح سختی را اعمال می­ کنیم گویی کاهش سختی دال در دو مرحله صورت گرفته و نتیجتاً خیز دال جوابگوی الزامات آیین­ نامه نخواهد بود.

بخش تکمیلی

کاربرد دال­های تخت در سال­های اخیر به­ علت مزایایی که فراهم آورده­ اند رو به افزایش بوده است. در مدلسازی دال­های تخت در نرم­افزار ETABS بر خلاف دال­های متکی بر تیر لازم است از تعریف Shell استفاده نماییم. درنتیجه اعمال ضریب اصلاح سختی دال در نرم­ افزار ETABS نیز لازم خواهد بود. توجه داشته باشیم که اعمال ضریب اصلاحی در نرم­ افزار SAFE همچنان به قوت خود باقی­است. برای این منظور گام ­بندی زیر برای اعمال ضریب مذکور ارائه می گردد:

گام1. دال­ها را انتخاب و از منوی تصویر زیر به قسمت اصلاح مشخصات می ­رویم.

اعمال ضرایب کاهش سختی

گام2. مطابق شکل زیر پس از کلیک برروی گزینه Stiffness modifiers، پنجره­ای نمایان می­ شود که در حالت پیش­فرض تمامی ضرایب آن یک می­ باشند.

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس

حال کافیست با توجه به مطالبی که آموختیم بخش­های مرتبط با سختی خمشی را اصلاح نماییم، برای این منظور در خانه­ های مشخص شده در شکل فوق ضریب 0.25 وارد می­ نماییم.

نتیجه­ گیری

  1. اثر ترک­ خوردگی بایست در تحلیل و طراحی دال­ های بتن­ آرمه مدنظر قرار گیرد، برای این منظور آیین­ نامه­ ها ضرایب ثابتی را ارائه می­ دهند.
  2. تعریف Shell یا Membrane دال در نرم­ افزار ETABS بر لزوم یا عدم لزوم اعمال ضرایب اصلاح سختی اثر گذار خواهد بود.
  3. در دال­های متکی بر تیرها، در نرم­ افزار ETABS اعمال ضریب اصلاح سختی لازم نبوده ولی در دال­های تخت بایست این عمل صورت گیرد.
  4. تحت هر وضعیتی از دال اعمال ضریب اصلاح سختی در نرم­ افزار SAFE برای تحلیل و طراحی الزامی است.
  5. دقت داشته باشیم که شیوه آنالیز نرم­ افزار SAFE در محاسبه خیز حداکثر غیر خطی می­ باشد در این وضعیت حتماً یک فایل کمکی ساخته و در آن بدون اعمال ضرایب کاهش سختی خیز را کنترل نماییم.

در نهایت می­ توان چنین بیان داشت که پس از مطالعه این مقاله مخاطب قادر خواهد بود با یک دید مهندسی در وضعیت­ های گوناگون متصور برای هر پروژه­ ای، اقدام به درنظر گرفتن اثر ترک ­خوردگی نماید، خاص آن که هم­ اکنون با یک خطای شایع در اعمال ضریب ترک­ خوردگی و محاسبه خیز دال نیز آشنا گردیده است.

منابع

  1. Building Code Requirements for Structural Concrete -ACI 318-14
  2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392
  3. آیین­ نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4

سایر قسمت های این مقاله را از دست ندهید:

ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی

ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون

نامنظمی مقاومت جانبی

همیشه وقتی صحبت از نامنظمی مقاومت جانبی یک سازه می شود اکثر مهندسین قادر به تمایز آسان مقاومت جانبی یک سازه با سختی جانبی آن نیستند. آیا این دو مفهوم معادلند؟! اگر نیستند چه تفاوت هایی با هم دارند؟ بهتر است قبل از شروع بحث مفهوم این دو پارامتر را بیشتر توضیح دهیم:

مقاومت و تفاوت آن با سختی:

مقاومت حداکثر میزان نیرو یا تنش است که یک عضو قبل از تسلیم یا شکست می تواند تحمل کند اما سختی بیانگر میزان تغییر شکل عضو تحت اثر نیروها و تنش های وارده است. به بیان دیگر عضوی با مقاومت بالا نیروی بیشتری را می تواند تحمل کند و عضوی با سختی زیاد تغییر شکل کمتری در اثر نیرو از خود نشان می دهد.

تفاوت سختی و مقاومت

 

در شکل فوق دو جسم با مقاومت ذاتی یکسان می بینیم که تحت اثر نحوه قرارگیری نسبت به بار وارده و سطح مقطع عرضی ، سختی متفاوتی از خود نشان داده و میزان نیرویی که تحمل می کنند نیز با یکدیگر متفاوت است.

مقاومت جانبی: به مجموع حداکثر نیروهای قابل تحمل هر عضو قبل از رسیدن به نقطه تسلیم(ظرفیت عضو) در برابر اعمال بار جانبی را مقاومت جانبی آن عضو گویند. مقاومت جانبی طبقه از مجموع مقاومت جانبی تک تک المان های مقاوم در آن طبقه حاصل می شود. مقاومت طبقه به عواملی همچون نوع الگوی بار وارده ، محل تسلیم سراسری طبقه و ظرفیت تسلیم تک تک اعضا بستگی دارد که آن نیز به نوبه خود تابعی از نوع و مشخصات مصالح بکار رفته و هندسه و سطح مقطع اعضا است.

دلایل ایجاد نامنظمی مقاومت جانبی :

وقوع طبقه ضعیف می تواند در هر ارتفاعی از سازه مشکل ساز باشد ولی به علت اینکه میزان بار جانبی در طبقه همکف سازه بیشترین مقدار است لذا اگر کوچکترین عدم پیوستگی در نوع واکنش (چه از نوع نیرویی یا جابجایی) نسبت به بارجانبی اعمال شده در طبقه همکف نسبت به طبقه بالای آن اتفاق بیفتد می تواند باعث بروز آسیب جدی بر سازه شود.

در واقع زمانی طبقه ضعیف نام می گیرد که مجموعا مقاومت کمتری نسبت به مقاومت مورد انتظار آن در برابر تنش های وارده از خود نشان داده باشد. حال باید از خود پرسید چرا در یک طبقه مقاومت اعضا در مقایسه با طبقات دیگر می تواند ناکافی باشد؟ بهتر است به این سوال اینگونه جواب دهیم که در نظر گرفتن برخی ملاحضات معماری ، ناکافی بودن المان های مقاوم و تجمع تنش در المان ها ممکن است همه دست به دست هم دهند و نیرویی بر المان های مقاوم جانبی اعمال کنند که فراتر از ظرفیت آنها باشد.

نمی توان از مفهوم طبقه ضعیف صحبت کرد و چشم بر مفهوم طبقه نرم بست. طبقه نرم اصطلاحا به طبقه ای گفته می شود که سختی کمتری داشته باشد و لذا چنین طبقه ای در برابر نیروهای وارده جابجایی نسبتا بیشتری از خود نشان می دهد که همین امر می تواند باعث بروز رفتار نامطلوب در سازه گردد. قبل از اینکه به ارتباط این دو مفهوم بپردازیم در ابتدا نگاهی به تعاریف طبقه ضعیف و طبقه نرم در استاندارد 2800 می اندازیم :

بند 1-7-2-ت) نامنظمی مقاومت جانبی: در مواردی که مقاومت جانبی طبقه از 80 درصد مقاومت جانبی طبقه روی خود کمتر باشد ، چنین طبقه ای اصطلاحا “طبقه ضعیف” نامیده می شود. در مواردی که مقدار فوق به 65 درصد کاهش یابد ، طبقه اصطلاحا “طبقه خیلی ضعیف” توصیف می شود.

بند 1-7-2-ث) نامنظمی سختی جانبی: در مواردی که سختی جانبی هر طبقه کمتر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود و یا کمتر از 80 درصد متوسط سختی های جانبی سه طبقه روی خودباشد ، چنین طبقه ای به اصطلاح “طبقه نرم” نامیده می شود. در مواردی که مقادیر فوق به 60 درصد و 70 درصد کاهش پیدا کند ، طبقه اصطلاحا “طبقه خیلی نرم” توصیف می شود..

همانطور که می دانیم در سازه و به شکل جزئی تر در هر طبقه نیروی مقاوم به نسبت سختی اعضا در سازه توزیع می شود. حال اگر سختی طبقه ای کمتر از حد مورد انتظار باشد چه اتفاقی می افتد؟ پاسخ اینست که در این صورت علاوه بر تغییر شکل زیادتر اعضا که باعث ایجاد تنش های دور از انتظار در آنها می شود نیروی مقاومی هم که در اعضا بایستی به وجود می آمد به دلیل سختی کمتر اعضا مقدار کمتری به خود اختصاص می دهد.

همین سه عامل تغییرشکل های دور از انتظار ، تنش های دور از انتظار و مقاومت کمتر از انتظار که ممکن است همه با هم رخ دهند می تواند باعث فروریزش کلی آن طبقه گردد. مواردی که می تواند باعث کاهش سختی و مقاومت طبقه شود را می توان در سه حالت زیر جستجو کرد :

الف) زمانی که ارتفاع طبقه پایین تر به نحو قابل ملاحظه ای زیادتر از ارتفاع طبقه بالاتر از خود باشد. در این حالت به علت کاهش چشمگیر در میزان سختی طبقه انتظار کاهش در مقاومت جانبی طبقه نیز می رود.

ارتفاع زیاد طبقه اول نسبت به طبقه بالای آن

ب) انقطاع در سیستم باربر ثقلی: این حالت زمانی رخ می دهد که برخی از المان های عمودی سازه تا طبقه پایین تر که معمولا طبقه همکف سازه است ادامه پیدا نکنند تا شاید بازشویی بنا به ملاحظات معماری ایجاد شود. در این حالت غیر مستقیم شدن مسیر انتقال بار باعث تغییرات ناگهانی در میزان سختی و مقاومت طبقه می شود.

انقطاع در سیستم باربر ثقلی

ج) وجود بازشو در سیستم مقاوم جانبی مخصوصا به هنگام استفاده از دیوار برشی. در این شرایط نیز مشخص است که وجود بازشو با اندازه غیرمتعارف در سیستم دیوار برشی در طبقات یا در طبقه همکف می تواند باعث کاهش سختی و البته مقاومت جانبی طبقه شود.

بازشو در دیوار برشی

برای محاسبه مقاومت طبقه بایستی تحلیل ما از نوع استاتیکی غیرخطی باشد تا اثرات تسلیم شدن اعضا تحت بارها در تحلیل سازه در نظر گرفته شود. تسلیم اعضای سازه ای طبقه به دلیل مقاومت ناکافی(طبقه ضعیف) و به تبع آن مکانیسم شدن کل طبقه می تواند در سه حالت رخ دهد:

3 مکانیزیم برای محاسبه مقاومت طبقه

مفاصل پلاستیک می تواند در تیرها ، مهاربند ها یا ستون های طبقه ایجاد شده و موجب ناپایداری کلی طبقه شود. در مورد سیستم قاب خمشی مقاومت طبقه برابر خواهد بود با کمینه مقدار مقاومت برشی هر ستون و مقاومت برشی ناشی از خمش در ستون ها که به صورت مجموع دو لنگر مثبت و منفی دو انتهای ستون تقسیم بر ارتفاع طبقه تعیین می شود.. مقاومت طبقه برابر مجموع مقادیر زیر برای تک تک ستون هاست.

(Vu =∑ Min(ΦVn/Φ , 2MC/h

در نرم افزار Etabs پس از طراحی اعضا با کلیک راست روی ستون ها و رفتن روی گزینه Shear داریم:

 

در مورد قاب مهاربندی همگرا مقاومت جانبی طبقه ناشی از مقاومت مهاربند هاست، لذا بایستی در ابتدا ظرفیت مهاربندهای کششی و فشاری تعیین شود. پس از تعیین ظرفیت مهاربند ها مجموع تصویر ظرفیت مهاربند ها در راستای افق برابر مقاومت آن طبقه خواهد بود:

Vu =∑ (FuC+FuT) CosΦ

Φ زاویه مهاربندها با راستای اعمال نیروی جانبی(افق) است.

در نرم افزار Etabs پس از طراحی اعضا با کلیک راست روی مهاربند ها و رفتن روی گزینه Details داریم:

در مورد تیرها نیز مقاومت طبقه برابر مجموع لنگر مثبت و منفی دو سر تیرها تقسیم بر ارتفاع طبقه خواهد بود. هرچند امکان تشکیل مفصل در ابتدا و انتهای تیرهای یک طبقه بدون از دست رفتن پیوستگی ستونهای بالا و پایین آن طبقه غیر ممکن است. مقاومت طبقه برابر مجموع کل مقاومت تیرها در تمامی دهانه هاست.

Vu =∑ (MB++MB)/h

در نرم افزار Etabs پس از طراحی اعضا با کلیک راست روی مهاربند ها و رفتن روی گزینه Details داریم:

جمع بندی

  • مقاومت حداکثر میزان نیرو یا تنش است که یک عضو قبل از تسلیم یا شکست می تواند تحمل کند اما سختی بیانگر میزان تغییر شکل عضو تحت اثر نیروها و تنش های وارده است
  • مقاومت جانبی طبقه از مجموع مقاومت جانبی تک تک المان های مقاوم در آن طبقه حاصل می شود
  • برخی ملاحضات معماری ، ناکافی بودن المان های مقاوم و تجمع تنش در المان ها از عوامل ایجاد طبقه ضعیف هستند.
  • بهترین روش برای پیشگیری از بروز طبقه ضعیف در صورتی که ملاحظات خاص معماری اجتناب ناپذیر باشد اینست که در ابتدا برآورد اولیه ای از مقاومت طبقه انجام گیرد و سپس در صورت ناکافی بودن آن تمهیدات خاص سازه ای برای افزایش مقاومت طبقه اندیشیده شود. از جمله افزایش المان های مقاوم ، تغییر آرایش المان ها نسبت به نیروی جانبی و افزایش سختی طبقه با افزودن یا جایگزین کردن المان های سخت تر.

 

منابع :

Fema 454-Designing for Earthquakes

Guide to the Seismic Load Provisions of ASCE 7-10

ده نکته کاربردی در مورد ستون گذاری که هر مهندس عمرانی بایستی بداند!

مقدمه:

همانطور که در بازی شطرنج انتخاب موقعیت مهره ها حائز اهمیت می باشد و برد یا باخت شما را تعیین می کند در طراحی ساختمان، انتخاب موقعیت ستون ها نیز می تواند تفاوت بارزی را بین شما و دیگر مهندسان ایجاد کند.

حتما می دانید که پیش از طراحی ستون های یک سازه بایستی به جایگذاری ستون های آن اقدام کرد. این کار نیز مانند دیگر قسمت های طراحی سازه، نیازمند رعایت الزامات و معیار هایی است. اگرچه می توان ستون ها را بدون اطلاعات کافی هم در سازه قرار داد، اما به احتمال زیاد اختلالاتی در ساختمان بوجود خواهد آمد که دیگر قابل ترفیع نمی باشند.
بنابرین اگر شما هم یک طراح سازه هستید توصیه میکنم با الزامات ستون گذاری آشنا باشید تا بتوانید:

  1. با انتخاب بهترین محل برای ستون ها، کاهش قابل توجهی را در هزینه های پروژه ایجاد کنید.
  2. سازه را به صورتی ایمن، زیبا و کارآمد طراحی کنید.
  3. پیش از طراحی ستون برخی از الزامات مربوط به آیین نامه ۲۸۰۰ را رعایت کنید.

در تعیین محل مناسب برای ستون ها بایستی به ضوابط معماری و سازه ای ساختمان توجه داشت.  به همین منظور نکاتی را برای شما گردآوری کرده ایم که امیدواریم مفید واقع شوند:

الف) ستون گذاری بر مبنای معماری ساختمان:

  1. وظیفه ستون انتقال بارهای ساختمان به پی می باشد. بنابرین انتخاب محل ستون ها و فاصله آن ها از یکدیگر اهمیت پیدا می کند. محل و فاصله ستون ها باید به گونه ای باشد که با حداقل تعداد ستون، کل بارهای ساختمان به زمین منتقل شود.
    structure

    نحوه انتقال بارها به ستون ها و سپس به پی و زمین

    اگر فاصله بین ستون ها کمتر از حد معمول باشد، کیفیت فضاها از نظر معماری کاهش می یابد و اگر این فاصله بیشتر از حد معمول باشد، مقاطع تیر و ستون افزایش می یابد که این مورد، نه تنها از نظر اقتصادی به صرفه نمی باشد، بلکه ایجاد آویز در تیرها را نیز به همراه خواهد داشت.

  2. محل ستون ها بایستی به نحوی باشد که از زیبایی ساختمان و ارتباط بین آن ها نکاهد. برای مثال در نمای ساختمان، ستون ها نباید به گونه ای قرار داده شوند که با بازشو ها تداخل داشته باشند.
  3. بهتر است ستون ها حتی الامکان درون دیوارها، جرز ها و کمد های دیواری مخفی شوند و داخل فضاها قرار نگیرند. گرچه در بعضی موارد این مورد اجتناب ناپذیر است.
  4. به هنگام ستون گذاری بایستی عرض مورد نیاز برای راه پله، آسانسور و سایر فضاهای این چنینی را تامین کرد. در بعضی موارد دیده شده ستون گذاری نامناسب، باعث از بین رفتن فضای مفید آسانسور و راه پله شده و مجبور به استفاده از آسانسوری با ظرفیت کمتر می شویم. برای زمین های بالای ۲۰۰ متر، ابعاد داخل به داخل باکس آسانسور ۱۶۰ در ۲۰۰ سانتیمتر و ابعاد داخل به داخل باکس راه پله ۲۴۰  در ۴۸۰ سانتیمتر می باشد.
  5. محل قرارگیری ستون ها در پارکینگ بایستی به گونه ای باشد که مانع حرکت ماشین ها نباشد و فضای پرت ایجاد نکند. فضای مورد نیاز برای پارک یک ماشین ( فاصله بین نازک کاری دو ستون مجاور ): ۵ در ۲٫۵ متر
    فضای مورد نیاز برای پارک دو ماشین در مجاورت یکدیگر: ۵ در ۴٫۵ متر

index_parking

ب) ستون گذاری بر مبنای ضوابط سازه ای:

  1. همانطور ک می دانید بهتر است قاب های باربر جانبی در هر راستا، نیروی زلزله همان راستا را تحمل کنند. از آنجایی که نیروی زلزله در دو جهت عمود بر هم x و y به سازه وارد میشود، جهت ستون گذاری نیز بایستی به نحوی باشد که قاب های موجود در سازه، عمود بر هم باشند. به عبارتی بایستی به بحث نامنظمی سیستم های غیر موازی در آیین نامه ۲۸۰۰ توجه نمود.شاید ویدئوی رایگان آموزشی تفسیر ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰ به کارتان آید. در قسمت دوم این مجموعه رایگان با انواع نامنظمی در پلان از جمله نامنظمی سیستم های غیر موازی آشنا می شوید.
    unhibited

    نامنظمی سیستم های غیر موازی

     

  2. در قسمت هایی از ساختمان که دارای پیش آمدگی می باشند (مثل بالکن)، لازم نیست حتماً چهار طرف آن، ستون تعبیه شود، بلکه می توان بالکن را به صورت طره مدل کرد.
    طبق آیین نامه ۲۸۰۰ بایستی از احداث طره های بزرگتر از ۱٫۵ متر حتی المقدور احراز شود.
  3. در چهار طرف اتاق پله بایستی ستون قرار داده شود. همچنین توصیه می شود در صورت امکان در چهار طرف آسانسور نیز ستون قرار گیرد.
  4. نحوه قرار دادن مناسب ستون در پلان اگر در هر سمت، از یک نوع سیستم باربر جانبی استفاده شده باشد به شرح زیر می باشد:
    نحوه جانمایی ستون ها در سازه ای که در یک امتداد دارای قاب خمشی و در امتداد دیگر دارای مهاربند می باشد.

    نحوه جانمایی ستون ها در سازه ای که در یک امتداد دارای قاب خمشی و در امتداد دیگر دارای مهاربند می باشد.

     

  5. اگر پلان دارای فرو رفتگی یا شکستگی بود، بایستی در محل تقاطع اضلاع آن از ستون استفاده شود. توجه کنید این پس رفتگی در پلان موجب ایجاد نامنظمی هندسی در پلان سازه نشود.

 

آیا می خواهید در این مورد بیشتر بدانید؟

در این مقاله تنها بخشی از اطلاعات لازم برای جانمایی ستون ها در پلان را ارائه داده ایم. در دوره ویدئویی ستون های فولادی در مورد نحوه ستون گذاری در پلان و همچنین نحوه قرار دادن مناسب آن بیشتر توضیح داده ایم.

 

خاموت پیچشی لرزه ای!

قبل از شروع می خواهیم به نکته ای اشاره کنیم که در مبحث نهم به آن اشاره ای نشده اما آیین نامه ACI318 و سایر مراجع معتبر به آن پرداخته اند.

در اعضایی که تحت پیچش خالص و قابل توجهی می گیرند استفاده از ۲ آرماتور U شکل به صورت وصله پوششی مطلوب نیست. دلیل این امر از بین رفتن پوشش بتن در پیچش های بزرگ می باشد که نهایتا منجر به گسیختگی پیچشی زودرس می شود. (R25.7.1.6) همانطور که ملاحظه می کنید مقطع زیر یک تیر کناری بوده که به دال متصل است و اثر پیچش در آن قابل ملاحظه می باشد.

تنگ بسته به صورت وصله پوششی

تنگ بسته به صورت وصله پوششی

اضافه می کنیم بنابر آیین نامه ACI استفاده از این شکل خاموت در سایر شرایط محدودیتی نداشته و فقط منظور اعضایی است که تحت پیچش قرار می گیرند (R25.7.1.7)

اما موردی که در اینجا می خواهیم به آن بپردازیم معمولا در مراجع فارسی کمتر به آن پرداخته می شود. در مقاطعی که تحت پیچش قابل توجهی قرار می گیرند، تنگ ویژه به چه صورت خواهد بود؟

تنگ ویژه خاموتی است بسته که در دو انتها به قلاب ویژه ختم می شود. قلاب ویژه نیز قلابی است با خم حداقل ۱۳۵ درجه. همچنین تنگی که بخواهد در برابر پیچش مقاومت کند حتما بایستی به صورت تنگ بسته باشد. البته بایستی به این نکته اشاره کنیم که منظور از تنگ بسته این نیست که آرماتورهای عرضی به صورت یکسره باشد، می توان از یک آرماتور U به همراه آرماتور تک شاخه استفاده کرد که در هریک از شرایط به توضیحات بیشتری می پردازیم.

در این مقطع مستطیلی با توجه به اینکه از هیچ طرفی محصور شدگی برقرار نیست بنابراین قلاب انتهایی از هر دو سمت بایستی به خم حداقل ۱۳۵ درجه منتهی شود.

تنگ بسته

در این مقطع با توجه به اینکه دال از سمت راست به محصور شدگی کمک می کند بنابراین خم این سمت را می توان ۹۰ درجه گرفت.

تیر محیطی که تحت پیچش قرار می گیرد.

تیر محیطی

با همین منطق می توان از خم ۹۰ درجه در هر دو انتها استفاده کرد و لزومی به استفاده از خم ۱۳۵ درجه نیست!

مقطع T شکل

مطالبی که گفته شد قسمتی از بخش چهارم مجموعه پشت پرده طراحی سازه های بتن آرمه بود.

دو نکته در مورد ضابطه تیر ضعیف – ستون قوی

قبل از هرچیزی باید بگوییم که در قاب های مفصلی یا ساده به دلیل اینکه تیرها ممان پذیر نیستند این بحث مطرح نبوده و فقط منظور قاب خمشی است. بنابراین از آنجایی که ما در سازه های بتنی قاب مفصلی نداریم پس لزوم رعایت ضابطه تیرضعیف-ستون قوی در سازه های بتنی بیشتر مورد توجه می باشد.

حتما تاکنون عبارت تیر ضعیف_ستون قوی به گوشتان خورده است. حال سوال اینجاست:

۱- چرا باید ضابطه تیر ضعیف_ستون قوی را رعایت کنیم؟

جواب این سوال بسیار واضح است. همانطور که می دانید در صورت خرابی یک تیر، در المان های مجاور باز توزیع نیروها رخ داده و سازه میتواند پایداری خود را حفظ کند. اما آیا در ستون ها هم این اتفاق خواهد افتاد؟ قطعا خیر! خرابی یک ستون می تواند موجب فروپاشی کل سازه شود. تمام آیین نامه های لرزه ای با در نظر گرفتن این موضوع بر لزوم رعایت اصل تیر ضعیف_ستون قوی تاکید می کنند.

خیلی خلاصه هدف این است که کاری کنیم تا مفصل پلاستیک در تیرها تشکیل شوند نه در ستون ها! به شکل زیر توجه کنید.

تشکیل مفصل پلاستیک در تیر و ستون

تیر ضعیف ستون قوی

بنابراین به زبان ساده باید کاری کنیم تا شکست در تیر اتفاق بیفتد. نه در ستون! و نه در چشمه اتصال! برای اینکه مفصل پلاستیک در تیر تشکیل شود بایستی ۲ اصل کلی مورد توجه قرار گیرد.

  1. ارضای ضابطه تیر ضعیف-ستون قوی
  2. مقاومت کافی در هسته اتصال
خرابی به دلیل تیر قوی و ستون ضعیف

خرابی به دلیل تیر قوی و ستون ضعیف

۲- آیین نامه ها برای در نظر گرفتن اصل تیرضعیف_ستون قوی چه ضوابطی را ارائه می کنند؟

شرایط شکل پذیری زیاد:

بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در ساختمان هایی با شکل پذیری زیاد بایستی مجموع مقاومت خمشی ستون ها حداقل ۲۰ درصد بیشتر از مقاومت خمشی تیرها باشد. (موضوع بند ۹-۲۳-۴-۲-۴)

لنگرهای مقاوم خمشی ستون ها باید برای نامساعدترین حالت بار محوری، در جهت بارگذاری جانبی مورد نظر، که کمترین مقدار لنگرها را به دست می دهد، محاسبه شوند. مجموع لنگرهای مقاوم خمشی تیرها بایستی چنان صورت گیرد که لنگرهای ستون ها در جهت مخالف لنگرهای تیرها قرار گیرند.

این رابطه بایستی در حالاتی که لنگرهای خمشی تیرها در دو جهت در صفحه قائم قاب، عمل نمایند برقرار باشد. به دو شکل زیر توجه کنید:

حداقل مقاومت خمشی ستون

حداقل مقاومت خمشی ستون

علاوه بر تامین حداقل مقاومت خمشی برای ستون ها، حداقل ابعاد ستون برای شرایط شکل پذیری زیاد نیز بایستی رعایت شود. (موضوع بند ۹-۲۳-۴-۲-۱) بر اساس این بند دو ضابطه بایستی رعایت شود.

الف- عرض مقطع ستون نباید کمتر از ۰٫۴ بعد دیگر ستون و ۳۰۰ میلیمتر باشد.

ب- نسبت عرض مقطع به طول آزاد آن از ۰٫۱ برای ستون های طره ای و ۱/۱۶ برای سایر سایر ستون ها کمتر باشد.

شرایط شکل پذیری متوسط:

در شرایط شکل پذیری متوسط نیز این دو ضابطه برای ابعاد مقطع بایستی تامین گردد.

الف- عرض مقطع نباید کمتر از ۰٫۳ بعد دیگر و ۲۵۰ میلیمتر باشد.

ب- نسبت عرض مقطع به طول آزاد آن از ۱/۲۵ کمتر باشد.

حداقل ابعاد ستون در قاب خمشی بتن آرمه

حداقل ابعاد ستون در قاب خمشی

 

رازهایی در مورد اثر پی – دلتا که اغلب طراحان نمی دانند! – بخش اول

در این مقاله می خواهیم مطالبی را در مورد اثر P – Δ و نحوه اعمال آن مطابق با پیوست سوم استاندارد ۲۸۰۰ ارائه کرده و در انتها نیز نکات مهمی را در مورد ترکیب بار اثر P – Δ ذکر کنیم، موردی که سوال بسیاری از شما دوستان بود! پس تا انتها همراه ما بمانید!

اجازه دهید از ابتدا شروع کنیم، اثر P – Δ چیست؟

بار ثقلی در ساختمانی که تغییر مکان جانبی داده، لنگر اضافه تری را ایجاد می کند که به این اثر P – Δ می گوییم. این لنگر اضافه تر، خود به مانند برش اضافه تری در طبقه بوده که این برش اضافه موجب ایجاد تغییر مکان بیشتری در سازه می شود. مجددا این تغییر مکان اضافه شده موجب افزایش لنگر و در نتیجه افزایش تغییر مکان خواهد شد. این روال به همین صورت ادامه داشته و در هرمرحله تغییر مکان اضافه می شود.

در واقع اثر P – Δ  یک اثر تخریبی پیش رونده است. استاندارد ۲۸۰۰ نیز به تبع آیین نامه های بین المللی برای درنظر گرفتن اثر P – Δ ، تغییر مکان نهایی سازه را ضریبی از تغییر مکان ابتدایی در نظر گرفته که این ضریب افزایشی تابعی از شاخص پایداری طبقه (θ) می باشد. روند اثبات رابطه را در این فیلم آموزشی کوتاه، کامل توضیح داده ایم.

اثر پی دلتا را چطور لحاظ کنیم؟

اثر پی دلتا

بنابراین برای محاسبه تغییر مکان جانبی طبقه ابتدا بایستی شاخص پایداری طبقه (θ) را محاسبه کنیم. در این ویدئو ثابت خواهیم کرد که شاخص پایداری طبقه برابر است با: θ = PΔ/VH

پس تا اینجا توانستیم تغییر مکان جانبی طبقه را با در نظر گرفتن اثر P – Δ محاسبه کنیم. در انتها نیز برای درنظر گرفتن اثرات غیرخطی، رابطه به دست آمده را در ضریب بزرگنمایی Cd (جدول ۳-۴ استاندارد۲۸۰۰) ضرب می کنیم.

مطابق با ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰ هرگاه شاخص پایداری طبقه θ کمتر از ۰٫۱ باشد، می توان از اثرات پی – دلتا صرف نظر کرد. به این معنی که تغییر مکان را افزایش نمی دهیم. اگر شاخص پایداری طبقه بیشتر از ۰٫۲۵ باشد، اثر پی – دلتا شدید بوده و باعث ناپایداری می شود. همچنین اگر این ضریب بین ۰٫۱ تا ۰٫۲۵ باشد، اثر پی – دلتا بایستی در طراحی مطابق با رابطه ۳-۱۳ استاندارد ۲۸۰۰ منظور شود.

اگر حال خواندن ندارید این ویدئو را مشاهده کنید!

اضافه می کنیم که روش ارائه شده در استاندارد ۲۸۰۰ یک روش تقریبی بوده اما روشی که نرم افزارهای آنالیز و طراحی مثل sap و etabs از آن استفاده می کنند یک روش دقیق می باشد. در واقع این نرم افزارها یک ماتریس سختی کاهش یافته تشکیل داده و اثر پی – دلتا را در تحلیل منظور می کنند. بنابراین تنها کافی است تیک گزینه آنالیز پی-دلتا در این برنامه زده شود.

اما سوال مهمی که می خواهیم در قسمت بعدی به طور صریح به آن پاسخ دهیم تعیین ترکیب بار پی دلتا در برنامه etabs می باشد.

برای یک ساختمان بتنی مطابق با ترکیب بارهای حدی نهایی مبحث ششم چه ترکیب باری را به عنوان ترکیب بار پی دلتا در برنامه Etabs وارد کنیم؟؟

در قسمت بعدی به طور کامل به آن خواهیم پرداخت…

نامنظمی که هیچگاه درمورد آن سخنی به میان نیامده است

در حین  بروز رسانی اطلاعاتم برای دوره طراحی ستون های فولادی، با تازه ترین مقالات روز دنیا به موضوع جالبی برخوردم و تصمیم گرفتم این مطلب جالب را با شما هم در میان بگذارم.
همانطور که میدانید در ابتدای آیین نامه ۲۸۰۰ درباره انواع نامنظمی توضیحاتی ارائه شده است. شاید برایتان جالب باشد، که آیین نامه ۲۸۰۰ در این میان یک نامنظمی را از قلم انداخته و هیچ سخنی از آن به میان نیاورده است.

انواع نامنظمی در ارتفاع در آیین نامه ۲۸۰۰

انواع نامنظمی در ارتفاع طبق استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهارم به آن پرداخته شده است ، میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

  1. نامنظمی هندسی
  2. نامنظمی جرمی
  3. نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی
  4. نامنظمی در سختی جانبی
  5. نامنظمی در مقاومت جانبی

راز پنهان نامنظمی ها

همانطور که گفتیم آیین نامه ۲۸۰۰ یکی از نامنظمی های در ارتفاع را جا انداحته و حالا زمان آشنایی با این نامنظمی فرا رسیده، این نامنظمی، نا منظمی خانه های دوبلکسی می باشد.

در این قسمت از فیلم رایگان تفسیر استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهارم با انواع نامنظمی در ارتفاع سازه بیشتر آشنا شوید : قسمت سوم تفسیر استاندارد ۲۸۰۰ – نامنظمی در ارتفاع

ساختمان های با اختلاف تراز چه ساختمان هایی می باشند؟

خودتان بهتر می دانید؛ ساختمان های دارای اختلاف تراز یا ساختمان های دوبلکسی، ساختمان هایی هستند که تراز کف آن ها به اندازه h∆ از یکدیگر فاصله دارند و میتوانند به دو نوع با فاصله (در ناحیه اتصال دو قسمت سازه، پله، آسانسور، نورگیر و… می تواند قرار گیرد. ) و یا بدون فاصله در کنار یکدیگر قرار بگیرند. که در شکل زیر نشان داده شده اند.

 

خانه دوبلکسی بدون فاصله

خانه دوبلکسی بدون فاصله

خانه دوبلکسی با فاصله

خانه دوبلکسی با فاصله

خانه دوبلکسی با فاصله

خانه دوبلکسی با فاصله

 

 

در هنگام زلزله ارتعاش غیر همفاز دو ساختمان در مجاورت یکدیگر، موجب ایجاد برخورد بین دو ساختمان می شود.
به عبارتی هرگونه نامنظمی و یا انقطاع در دیافراگم کف، باعث تمرکز تنش در محل اتصال آن  با ستون ها و به طور کل اجزای قائم می شود.
کف ها نیروی اینرسی ناشی از زلزله را به ستون ها منتقل می کنند و از آن جایی که سختی ستون های کوتاه بیشتر از ستون های مشابه خود می باشد، قسمت زیادی از این نیرو ها به ستون های کوتاه طبقه می رسند که در صورت عدم طراحی مناسب، هنگام زلزله دچار آسیب جدی می گردند.
در ساختمان های دوبلکسی بدون فاصله ممکن است کف تراز یک طبقه به ناحیه میانی ستون ساختمان مجاور برخورد کند و برش زیادی را در ستون ایجاد کند که این مورد خسارات جبران ناپذیری را می تواند به همراه داشته باشد.

به همین جهت، سازه های با اختلاف تراز طبقات، بارگذاری ویژه ای را می طلبند.

بنابرین با توجه به مطالب بالا، برش در ستونی که دو جزء سازه ی دوبلکسی را به هم متصل میکند نسبت به برش در ستون مشابه در سازه ی عادی بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ برابر بیشتر می باشد.

 

علت ایجاد ساختمان های با اختلاف تراز چه می باشد؟

این ساختمان ها عموما برای مرتفع ساختن نیاز های معماری نظیر قرار گیری پیلوت و یا واحدهای تجاری در طبقه ی همکف و یا جلوگیری از تجمع ورودی های مختلف در مجتمع های آپارتمانی و یا احداث ساختمان های ویلایی در زمین های شیبدار نظیر دامنه ی کوه ها و همچنین پارکینگ و یا رمپ ساخته می شوند.

چه عواملی احتمال تشکیل ستون کوتاه را در سازه های دوبلکسی بیشتر می کند؟

  1. تمرکز بادبند ها در یک جزء سازه دوبلکسی
  2. تغییر سیستم مقاومت لرزه ای دو جزء سازه دوبلکسی
  3. تمرکز دیوارهای برشی در یک جزء سازه دوبلکسی
  4. اختلاف سطح پلان در دو جزء سازه دوبلکسی
  5. اختلاف در کاربری هر یک از دو جزء سازه دوبلکسی
  6. اختلاف در بارگذاری هر یک از دو جزء سازه دوبلکسی
  7. عدم مقاومت اتصال دوبلکسی و نیز عدم رعایت شکل پذیری در آن

 

در این عکس یک خانه دارای اختلاف تراز نشان داده شده که در حد فاصل آن راه پله ایجاد شده است.ستون کوتاه به خوبی در این عکس دیده می شود.

ایجاد ستون کوتاه به علت اختلاف تراز

در این مقاله در مورد مراحل اجرای ستون ها بیشتر بخوانید: مراحل اجرای ستون ها

آیین نامه چه می گوید؟

با وجود همه مطالبی که گفته شد، آیین نامه ۲۸۰۰ ویرایش ۴ در بند ۷-۲-۴ در مورد اختلاف تراز صحبت کرده، اما آن را به عنوان نامنظمی تلقی نکرده است. طبق این بند در صورت وجود اختلاف تراز بیشتر از ۶۰ سانتی متر باید دیوار های حد فاصل دو قسمتی که اختلاف تراز دارند با کلاف اضافی مناسب تقویت شوند و یا اینکه دو قسمت ساختمان به وسیله درز انقطاع از یکدیگر جدا شوند.

ستون کوتاه کجاست؟

حال که با ستون کوتاه در خانه های دوبلکسی آشنا شدیم، شاید اشاره به دیگر مواردی که شامل ستون کوتاه می باشند، خالی از لطف نباشد:

  1. محدود شدن ستون و دیوار با عناصر غیر سازه‌ ای نظیر دیوار های آجری و بازشو ها( استفاده از نور گیر ها در زیر زمین ها
  2. ایجاد کف های با اختلاف تراز ( ساختمان های دوبلکسی)
  3. ساخت سازه در شیب
  4. اتصال نا مناسب سیستم پله به ستون
مقایسه ستون کوتاه و بلند از منظر جذب نیروهای وارده

مقایسه ستون کوتاه و بلند از منظر جذب نیروهای وارده

 

ساختمان های نامنظم هم می توانند ساخته شوند

در انتها نکته ای که باید مد نظر قرار داد اینست که همیشه نامنظمی به خودی خود خطرناک نیست، بلکه نحوه طراحی ساختمان ها در برابر نیروهای وارده و ایجاد شکل پذیری و مقاومت مطلوب در آن ها می باشد که میتواند از بروز خطرات جبران ناپذیر و تخریب در سازه جلوگیری کند.

۲۰۱۶-۰۷-۱۰_۱۱۴۱۰۶

تخریب ستون کوتاه در زلزله ۱۹۷۸ میاگی، ژاپن

 

مراجع:

  • آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد ۲۸۰۰، ویرایش چهارم
  • مقاله بررسی رفتار لرزه ای ساختمان های فولادی با اختلاف تراز، خیرالدین و میرنظامی
  • مقاله بررسی محل قرارگیری بادبند بر روی رفتار سازه های دوبلکسی ( با اختلاف تراز طبقات ) با توجه به پدیده ستون کوتاه، خیرالدین و امیری
  • بررسی رفتار لرزه ای ستون های کوتاه بتن آرمه ناشی از احداث سازه بر روی سطح شیبدار، خیرالدین،کارگران
  • Study of Short Column Behavior Originated from the Level Difference on Sloping Lots during Earthquake (Special Case: Reinforced Concrete Buildings) , ramin and mehrabpour
  • Behaviour of short columns subjected to cycle shear displacements, moreti and tassion