کنترل دریفت در ایتبس

در این مقاله می خواهیم به پاسخ این سوالات دست یابیم:

  1. تفاوت بین دریفت طبقه با نسبت دریفت در چیست؟
  2. دریفت مجاز هر طبقه چقدر است؟
  3. چگونه مقدار دریفت سازه خود را مشاهده کنیم؟
  4. مراحل کنترل دریفت در ایتبس به چه صورت است؟
  5. اگر در سازه نامنظمی پیچشی داشتیم دریفت را چطور کنترل کنیم؟

برخی دریفت را با نسبت دریفت اشتباه می گیرند در صورتیکه هر کدام از اینها کاملا با هم فرق می کنند! بنابراین قبل از اینکه به کنترل دریفت در ایتبس بپردازیم، اجازه دهید تا با چند تعریف آشنا شویم.

 

تفاوت دریفت با نسبت دریفت

دریفت Δ : تغییر مکان نسبی هر طبقه

نسبت دریفت Δ/h : نسبت تغییر مکان جانبی نسبی طبقه به ارتفاع طبقه

اگر سازه از لحاظ پیچشی منظم باشد کنترل دریفت بر اساس تغییر مکان های مراکز جرم صورت می گیرد اما اگر نامنظمی پیچشی داشته باشیم این کنترل بر اساس لبه های کناری ساختمان (مطابق تصویر بالا) صورت می گیرد.

تغییر مکان جانبی نسبی طبقه:

طبق بند 3-5-1 استاندارد 2800 تغییر مکان جانبی نسبی واقعی هر طبقه، که اختلاف بین تغییر مکان های جانبی واقعی مراکز جرم کف های بالا و پایین آن طبقه است با استفاده از تحلیل غیرخطی سازه قابل محاسبه است، ولی می توان آن را با تقریب خوبی از رابطه زیر به دست آورد:

ΔM = Cd * Δeu

که در این رابطه Cd ضریب بزرگنمایی تغییر مکان است که از جدول (3-4) آیین‌نامه و Δeu اختلاف بین تغییر مکان های جانبی در تحلیل های خطی است.

دریفت مجاز سازه:

طبق بند 3-5-2 حداکثر دریفت مجاز بدین صورت محاسبه می شود:

برای ساختمان های تا 5 طبقه:

Δa = 0.025h

در سایر ساختمان ها:

Δa = 0.02h

به عنوان مثال در ساختمان های تا 5 طبقه که ارتفاع هر طبقه 3 متر است هر طبقه حداکثر می تواند 7.5 سانتی متر جانبی نسبی داشته باشد. همینطور می توان نتیجه گرفت که برای ساختمان های بلندمرتبه تر که ارتفاع هر طبقه آنها 3 متر است، میزان دریفت مجاز 6 سانتی متر خواهد بود. چرا؟

دریفت مجاز و دریفت طبقه در سازه

 

طبق بند 3-5-2 آیین نامه 2800 در محاسبه تغییر مکان نسبی هر طبقه، مقدار برش پایه را می توان بدون منظور کردن محدودیت مربوط به زمان تناوب اصلی ساختمان T تعیین کرد. ولی در ساختمان های با اهمیت خیلی زیاد محدودیت آن بند در مورد زمان تناوب اصلی باید رعایت شود.

بنابراین می توان نتیجه گرفت که در کنترل دریفت :

ساختمان با اهمیت زیاد، متوسط، کم

تحلیلی T=T

ساختمان با اهمیت خیلی زیاد

min = تحلیلیT , تجربی1.25T

 

گام به گام مراحل کنترل دریفت در ایتبس :

  1. ساخت الگوهای بار زلزله دریفت
  2. محاسبه دریفت مجاز
  3. محاسبه دریفت طبقات
  4. مقایسه دریفت مجاز با دریفت طبقات و نتیجه گیری

 

گام1: ساخت الگوهای بار زلزله دریفت

همانطور که پیش تر گفته شد برای ساختمان های با اهمیت کم، متوسط و زیاد در کنترل دریفت می توان از زمان تناوب تحلیلی استفاده نمود. بنابراین طبق بند 3-3-3-3 ضرایب سختی ستون ها را 1 و تیرها را 0.5 وارد می کنیم.

ضرایب سختی ستون ها در تعیین زمان تناوب تحلیلی

 

ضرایب سختی تیرها در تعیین زمان تناوب تحلیلی

 

نکته: توصیه می شود که مراحل این گام را در پروژه ای دیگر به نام period انجام دهید.

سپس پروژه خود را آنالیز کرده و از مسیر display>choose tables را انتخاب کنید. بعد از این مرحله از طریق مسیر نشان داده شده در تصویر زیر modal participating mass ratios را انتخاب کنید.

تعیین زمان تناوب تحلیلی

حال می توانید زمان تناوب های تحلیلی خود را مشاهده کنید. همانطور که در تصویر زیر میبینید زمان تناوب سازه در جهت y برابر 0.905 ثانیه می باشد، زیرا بیشترین مشارکت (حدود 81%) را در ارتعاش کلی سازه دارد. با همین استدلال می توان نتیجه گرفت که زمان تناوب تحلیلی سازه در جهت x برابر 0.905 ثانیه می باشد.

زمان تناوب تحلیلی سازه در دو جهت x و y

سپس با استفاده از زمان تناوب های به دست آمده از مرحله قبل، ضریب بازتاب B را طبق بند 2-3 محاسبه کنید. از آنجایی که C=ABI/R بنابراین می توانید الگوهای بار زلزله دریفت خود را به راحتی کنترل کنید.

ساخت الگوهای بار زلزله دریفت

حال می توانید الگوهای بار زلزله دریفت خود را از طریق گزینه load pattern در ایتبس بسازید.

تعریف الگوی بار EXDRIFT در نرم افزار

فقط به این نکته توجه داشته باشید که نوع بار را از نوع seismic drift انتخاب کنید. با این کار ایتبس فقط در کنترل دریفت از این الگوهای بار استفاده خواهد کرد و در طراحی سازه از آنها استفاده نخواهد کرد.

تعریف الگوی بار EYDRIFT در نرم افزار

 

گام2: محاسبه دریفت مجاز

از آنجایی که در این مثال پروژه ما یک ساختمان 4 طبقه بوده و از 5 طبقه کمتر است بنابراین مقدار دریفت مجاز طبق بند 3-5-2 برابر 0.025h خواهد بود.

دریفت مجاز

نکته: اگر بخواهیم دقیق تر بگوییم ما در اینجا نسبت دریفت مجاز را کنترل کردیم!

گام3: محاسبه دریفت طبقات

کنترل تغییر مکان جانبی نسبی طبقات

 

نسبت نشان داده در شکل زیر نباید از 0.0055 بیشتر باشد. اگر این مقدار بیشتر از حد مجاز آن باشد به ناچار بایستی ابعاد مقاطع را افزایش دهیم تا جاییکه دریفت جوابگو باشد.

نحوه کنترل دریفت در ایتبس

نکته: اگر بخواهیم دقیق تر بگوییم ما در اینجا نسبت دریفت طبقات را مشاهده کردیم.

اگر در ساختمان نامنظمی پیچشی داشتیم؟؟

طبق بند 3-5-4 در ساختمان های نامنظم پیچشی و یا نامنظم شدید پیچشی، برای محاسبه تغییر مکان نسبی هر طبقه به جای تفاوت بین تغییر مکان های جانبی مراکز جرم کف ها، باید تفاوت بین تغییر مکان های جانبی کف های بالا و پایین آن طبقه در امتداد محورهای کناری ساختمان مدنظر قرار گیرد.

بنابراین اگر در سازه نامنظمی پیچشی وجود داشته باشد (ratio>1.2) بایستی از گزینه max drift برای کنترل دریفت طبقات خود استفاده کنیم.

نتیجه‌گیری:

  • از آنجایی که مقدار avg drift ایتبس تقریبا برابر با تغییر مکان جانبی مراکز جرم کف های بالا و پایین می باشد بنابراین می توان با تقریب خوبی از این گزینه استفاده کرد.
  • در صورتیکه نامنظمی پیچشی داشته باشیم کنترل دریفت بر اساس لبه های کناری ساختمان (که قطعا دریفت بیشتری دارند) صورت می گیرد. بنابراین تحت این شرایط بایستی از گزینه max drift استفاده کنیم.

همپایه سازی برش پایه

سلام به شما مهندسین عزیز!

امروز میخواهم در مورد همپایه سازی برش ها در تحلیل دینامیکی طیفی مطالب مفیدی را با شما به اشتراک بگذارم. اگر قصد دارید از تحلیل طیفی برای پروژه خود استفاده کنید بدون شک به این موضوع نیاز خواهید داشت. پس با دقت مطالب زیر را دنبال کنید.

قبل از هرچیزی به مراحل انجام تحلیل طیفی توجه کنید:

مراحل انجام تحلیل طیفی:

  • تعداد مدها –طبق بند3-4-1-2
  • تعیین ماکزیمم پاسخ هر مد
  • ترکیب آماری پاسخ ها – بند 3-4-1-3
  • اصلاح پاسخ ها – بند 3-4-1-4

همانطور که از اسم این مقاله پیداست ما در اینجا قصد داریم که تنها به گام چهارم تحلیل طیفی یعنی اصلاح پاسخ ها و یا همان همپایه سازی برش ها صحبت کنیم.

از آنجایی که برش پایه استاتیکی، نزدیکتر به برش واقعی وارد بر سازه به واسطه ­ی وزن سازه می­باشد و از طرفی برش حاصل از تحلیل دینامیکی، اغلب کمتر از برش حاصل از تحلیل استاتیکی می­ باشد؛ باید با ضرایبی این مورد را اصلاح کنیم تا در نهایت برش­های استاتیکی و دینامیکی برابر یا نزدیک به یکدیگر شوند. به عبارتی با این روش، تحلیل طیفی بر اساس نیروهای سازه مورد نظر کالیبره می­ شود. لازم به ذکر است در صورتی که برش حاصل از تحلیل دینامیکی بیشتر از تحلیل استاتیکی شود لازم نیست ضریبی اعمال شود. یعنی در واقع ضریب همپایگی ضریبی افزایشی است نه کاهشی!

برش پایه دینامیکی * ضریب همپایگی = برش پایه اصلاح شده

حال چطور برش ها را همپایه کنیم؟

در صورتی که برش پایه حاصل از تحلیل طیفی کمتر از برش پایه تحلیل استاتیکی باشد، مقدار برش پایه تحلیل طیفی باید به مقادیر زیر افزایش داده شده و بازتاب­های سازه متناسب با آنها اصلاح گردد.

  • در سازه های منظم، مقادیر بازتاب­ها باید در 85 درصد نسبت برش پایه استاتیکی به برش پایه بدست آمده از تحلیل دینامیکی طیفی ضرب شود.
  • در سازه­ های نامنظم که نامنظمی در آنها از نوع “طبقه خیلی ضعیف” یا ” طبقه خیلی نرم” یا “پیچشی شدید” نباشد، مقادیر بازتاب ­ها باید در 90 درصد نسبت برش پایه استاتیکی به برش پایه دینامیکی طیفی ضرب شوند. ولی در سازه­ های نامنظمی که نامنظمی آنها مشمول موارد ذکر شده باشد، مقادیر بازتاب­ها باید در نسبت برش استاتیکی به برش دینامیکی طیفی ضرب شود.

 

بنابراین به طور خلاصه ضریب همپایگی به این صورت محاسبه می شود.

 

مراحل همپایه سازی برش ها در نرم افزار

در این بخش به مثالی از روش همپایه سازی برش­ها در نرم ­افزار پرداخته شده که گام به گام مراحل آن را پی میگیریم.
برای شروع تحلیل طیفی ابتدا بایستی طیف استاندارد آیین نامه 2800 را برای خاک و منطقه خطرپذیری پروژه خود تعریف کنید.

معرفی طیف استاندارد 2800 به نرم افزار

 

پس از اینکه الگوهای بار طیفی را تعریف کردید مقدار Scale factor را وارد کنید. در این مثال، پروژه در منطقه ای با خطر لرزه خیزی زیاد و سیستم سازه ای قاب خمشی بتن آرمه متوسط + دیوار برشی بتن آرمه متوسط می باشد. بنابراین با توجه به استاندارد 2800:

scale factor = A*g*I / R = 0.3 * 9.81 * 1 /6 = 0.4905

سپس نیروهای طبقات را از طریق مسیر زیر مشاهده کنید.

display>show tables>Analysis>Results>Structure results>Story forces

 

از آنجایی که در این پروژه نامنظمی پیچشی شدید وجود داشته است، بنابراین ضریب همپایگی برابر است با:

Vstatic / Vdynamic = 177.2634 / 138.8145 = 1.28

از آنجایی که این ضریب بزرگتر از یک است بایستی مقدار Scale factor را اصلاح کنیم.

Scale factor = 0.4905 * 1.28 = 0.63

عملیات همپایه سازی در جهت y را نیز می توان به همین روش انجام داد.

نتیجه گیری:

  • از آنجایی که برش های به دست آمده از تحلیل استاتیکی معادل برآورد خوبی از نتایج است، بنابراین برش های حاصل از تحلیل طیفی نباید اختلاف زیادی با همین مقادیر در تحلیل استاتیکی داشته باشد.
  • ضریب همپایگی بیشتر از یک است. بنابراین اگر این ضریب کمتر از 1 به دست آمد نیازی به عملیات همپایه سازی نداریم و مقدار Scale factor تغییری نمی کند.

اگر حال خواندن ندارید، ویدئو زیر را مشاهده کنید:

تفاوت سیستم مهاربندی و قاب خمشی به زبان ساده

اصولا در بررسی و مقایسه سیستم های مختلف دو معیار عمومی زیر را باید مورد توجه قرار داد:

  1. سازه باید برای حفظ تغییر شکل ها تا حدی که خسارت زلزله های معمولی به صورت غیرسازه ای باشد دارای سختی کافی باشد.
  2. شکل پذیری سازه باید به اندازه ای باشد که در زلزله های شدید دچار تخریب سیستم سازه ای و انهدام عمومی نشود.

الف) سیستم مهاربندی:

سیستم مهاربندی مجموعه ای از اعضای قائم(ستون ها)، اعضای افقی(تیرها) و اعضای مورب (بادبندها) است که توسط اتصالات مفصلی به یکدیگر متصل شده اند. در این سیستم، مهاربند ها با ایجاد سختی در برابر نیروهای جانبی مقاومت کرده و مانع از خرابی سازه می شوند.

سیستم مهاربندی

سیستم مهاربندی

ب) اتصالات سیستم مهاربندی:

از آن جایی که مهاربندها در سیستم های مهاربندی سختی ایجاد می کنند نیاز به اتصالاتی دارند که اجازه ی حرکت آزادانه را به اعضا بدهند. تصور کنید که اتصالات نیز مثل مهاربندها سختی ایجاد کنند؛ چه اتفاقی رخ می دهد؟ مسلما تا حدی سازه در برابر نیروی جانبی مقاومت می کند ولی پس از افزایش نیرو به دلیل سختی بالا دچار خرابی شدیدی می شود. پس لازمه ی عملکرد بهینه سازه این است که سختی اعضای مهاربندی و شکل پذیری اتصالات آنها در کنار هم و به صورت مکمل در برابر بار جانبی وارد عمل شوند.

اتصال مفصلی

اتصال مفصلی

اتصال مفصلی اتصالی است که در برابر چرخش هر یک از اعضای متصل به آن هیچ مقاومتی از خود نشان نداده و فقط مانع جدا شدن اعضا از یکدیگر می­شود. درست مشابه کاری که مفصل زانوی انسان انجام می­دهد.

مفصل زانوی انسان

مفصل زانوی انسان

ج) مزایا و معایب سیستم مهاربندی:

سختی زیاد

کنترل تغییرمکان های جانبی

سادگی اجرا

اقتصادی بودن

محدودیت معماری در بازشوها

ارتعاش زیاد

عدم زیبایی نما بخاطر وجود مهاربند

عدم زیبایی نما بخاطر وجود مهاربند

الف) سیستم قاب خمشی:

سیستم قاب خمشی مجموعه ای از تیرها و ستون ها و اتصالات صلب را شامل می شود که به طور همزمان نیروهای جانبی و ثقلی را تحمل می کنند.

در این سیستم چون هیچ عضو اضافی(مثل مهاربند یا دیوار برشی) وجود ندارد که در برابر تغییرشکل های جانبی مقاومت کند، بنابراین سازه از شکل پذیری بالایی برخوردار است؛ به عبارتی در صورت وارد شدن نیروهای جانبی، قاب سازه مشابه موم در برابر این نیروها تغییرشکل داده و بدین ترتیب مانع از خرابی ساختمان می شود.

سیستم قاب خمشی

سیستم قاب خمشی

ب) اتصالات سیستم قاب خمشی:

ویژگی های سیستم قاب خمشی ما را ملزم می کند، اتصالات پیچیده و صلبی برای این سیستم در نظر بگیریم تا در هنگام وارد شدن بار جانبی، شکل پذیری این سیستم را کنترل کرده و از جدا شدن اعضا به دلیل تغییرشکل­های جانبی جلوگیری کند.

به بیان ساده اعضای سیستم قاب خمشی شکل پذیرند و اتصالات سخت می باشند در نتیجه عملکردهای مکملی را در برابر بارهای جانبی خواهند داشت.

اتصال صلب اتصالی است که علاوه بر مقاومت در برابر جدا شدن اعضا از یکدیگر، از چرخش اعضا نسبت به هم جلوگیری می­کند. در این نوع اتصالات زاویه اجزای متصل شونده قبل از بارگذاری ۹۰ درجه می باشد و بعد از بارگذاری نیز ثابت (یعنی همان ۹۰ درجه) باقی می­ماند.

اتصال صلب

اتصال صلب

ج) مزایا و معایب سیستم قاب خمشی:

آزادی عمل بالا در معماری

انعطاف پذیری مناسب

اتصالات سنگین و پیچیده

بالا رفتن وزن سازه

هزینه بالا

تغییرمکان های جانبی زیاد

زیبایی نما به خاطر عدم وجود مهاربند

زیبایی نما به خاطر عدم وجود مهاربند

برگرفته از آموزش تحلیل و طراحی مهاربندهای همگرا

آشنایی با مقاطع نوین مهاربندها

مقاطع ساختمانی توخالی نوعی پروفیل فولادی با ظاهر لوله ای هستند که با توجه به خواص ویژه و منحصر به فردشان به صورت شکل های مختلف مورد استفاده قرار می گرفته اند. یکی از برجسته ترین نمونه ها، پل «فُرس آو فِرس» است که در سال ۱۸۹۰ میلادی در اسکاتلند با استفاده از این مقاطع ساختمانی ساخته شده‌است. در سال های اخیر نیز استفاده از این مقاطع شاهد پیشرفت چشمگیری بوده است به طوری که مهندسان به خاطر خواص ویژه اش به آن لقب متریال قرن بیست و یک را داده اند.

پل «فُرس آو فِرس»

پل «فُرس آو فِرس»

ایده ساخت این نوع مقاطع برای نخستین بار از گیاه بامبو گرفته شد که ساقه ای توخالی و در عین حال مقاوم دارد. مقاطع HSS کارآمدترین شکل را برای تحمل بارهای محوری دارند به همین جهت برای ساخت اعضای کششی و فشاری مورد توجه قرار می گیرند. یکی از این اعضا مهاربند است که به وفور در ساخت سازه های فولادی استفاده می شود.

بامبو

بامبو

مهاربندهایی که با این مقاطع ساخته می شوند، عملکرد بسیار خوبی داشته و به راحتی به ورق گوشه(Gusset plate) متصل می شوند. در واقع دو انتهای این اعضا به گونه ای قالب ریزی شده که دارای شکاف می باشد و در هنگام اتصال، ورق گوشه داخل این شکاف قرار گرفته و نیاز به هیچ ورق مضاعف یا جوشی برای اتصال نمی باشد در نتیجه عضو و ورق اتصال، به صورت یکپارچه عمل می کنند و ضعف های اتصالات پیشین در آنها مرتفع می شود.

قسمت انتهایی مهاربند برای اتصال به ورق گوشه

قسمت انتهایی مهاربند

متاسفانه ثابت شده طراحی این مقاطع برای مقاومت در برابر زلزله های بسیار شدید دشوار است. اخیرا به علت عدم درک درست از رفتار این مهاربندها در زلزله های شدید، شکست های تردی از آنها مشاهده شده که مهندسان را ملزم می دارد تحقیقات و آزمایشات بیشتری در خصوص این مقاطع داشته باشند.

مقاطع توخالی برای مهاربند

مقاطع توخالی برای مهاربند

مقاطع توخالی برای مهاربند

مقاطع توخالی برای مهاربند

برگرفته از آموزش تحلیل و طراحی مهاربندهای همگرا

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.

 

از ضوابط لاغری تا تشدید لنگر در ستون های بتنی – منطبق بر مبحث نهم

در یکی دو هفته اخیر بالاخره فرصت کردم و در حال تولید بخش های بعدی محصول پرطرفدار طراحی مفهومی سازه های بتنی هستم، در این بین برخی موضوعات به چشمم جالب می رسد که ترجیح میدهم با شما در میان بگذارم، یکی ازین موضوعات همین ضوابط لاغری و … می باشد. در این مطلب می خواهیم مفهوم تشدید لنگر را به زبان ساده و روان یادآوری کرده و ضوابط آن را بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش ۹۲ ارائه کنیم.

ستونی به شکل زیر را در نظر بگیرید. همانطور که می بینید بار محوری p با خروج از مرکزیتی به اندازه e به ستون وارد شده که این خروج از مرکزیت لنگری به اندازه pe به در دو سر ستون ایجاد می کند. این لنگر باعث تغییر شکل ستون شده که این تغییر شکل باعث افزایش خروج از مرکزیت و در نتیجه افزایش لنگر می شود. در اینجا می توان گفت لنگر ثانویه ای به ستون وارد شده که با لنگر اولیه جمع شده و لنگر بزرگ تری را به ستون وارد می کند.

ستون لاغر و اثر لنگر ثانویه

ستون لاغر و اثر لنگر ثانویه

اگر ستون کوتاه باشد از اثرات تغییر شکل ها و لنگر ثانویه صرف نظر کرده و ستون را برای همان لنگر اولیه (pe) طراحی می کنیم. اما اگر ستون لاغر باشد نمی توان از اثرات لنگر ثانویه چشم پوشی کرد. این را هم اضافه کنیم که اگر ستون خیلی لاغر باشد، قبل از خرد شدن بتن کمانش موجب خرابی ستون شده که به آن شکست پایداری هم گفته می شود.

حال مرز بین ستون لاغر و کوتاه چیست و یا به عبارت دیگر در چه شرایطی بایستی اثرات لنگر ثانویه را در محاسبات وارد کنیم؟؟

برای در نظر گرفتن اثرات لنگر ثانویه در تحلیل مرتبه اول آیین نامه ها لنگر نهایی را به عنوان ضریبی از لنگر اولیه در نظر گرفتن که مقدار این ضریب با توجه به اینکه ستون دریک قاب مهارشده و یا مهار نشده باشد از روابط مختلفی محاسبه می شود.

مبحث نهم در بند ۹-۱۶-۳-۱ مرز بین طبقه مهارشده و مهار نشده به عنوان ضریب پایداری طبقه معرفی کرده و قید می کند در صورتیکه این ضریب کمتر از ۰٫۰۵ باشد طبقه مهار شده خواهد بود.

حال که طبقه مهارشده و مهار نشده برایمان مشخص شد می توانیم لنگر خود را در هر یک از این دو حالات تعیین کنیم.

اگر ستون عضوی از قاب مهارشده بود، لنگر خمشی تشدید شده ضریبی از بزرگترین لنگر دو انتهای ستون خواهد شد. ضریب تشدید لنگر از بند ۹-۱۶-۸-۲ محاسبه شده که این ضریب تابعی از بارکمانشی و بار محوری ضریبدار وارد بر ستون می باشد.

تشدید لنگر در مواردی که ستون در یک طبقه مهار نشده باشد تا حدودی متفاوت با حالت قبلی است. دراین حالت آیین نامه ها لنگری که تغییر مکان جانبی قابل ملاحظه ای را ایجاد می کند از لنگری که تغییر مکان جانبی قابل ملاحظه ای ایجاد نمی کند تفکیک کرده و تنها لنگری را تشدید می کند که تغییر مکان جانبی قابل ملاحظه ای (بارهای جانبی) ایجاد می کند. برای تشدید لنگر یک ستون مهار نشده به بند ۹-۱۶-۸-۳ مراجعه کنید.

 

اگر حال خواندن ندارید ویدئو زیر را تماشا کنید!

 ویدئویی که مشاهده کردید پیشنمایشی از فیلم آموزش مفهومی طراحی سازه های بتن آرمه – بخش دوم بود. برای دریافت این مجموعه از لینک داده شده استفاده کنید.

طراحی لرزه ای خاموت ستون را بیاموزیم!

در مطلب قبلی فولاد عرضی مقطعی ۵۰۰*۵۰۰ میلی متر را طراحی کردیم.

به این مورد توجه داشته باشید که ضوابط مبحث نهم شرایط شکل پذیری کم (مناسب برای مناطقی با خطر لرزه خیزی کم و متوسط) را تامین می کند، اما برای طراحی در مناطقی با خطر لرزه خیزی زیاد و خیلی زیاد (ساختمان هایی با شکل پذیری متوسط و زیاد) بایستی ضوابط خاصی را در نظر بگیریم که این ضوابط خاص در فصل ۲۳ ام مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و به طور دقیق تر در قسمت های ۹-۲۳-۳ تا ۹-۲۳-۴ این مبحث تعیین شده اند.

به منظور طراحی لرزه ای فولادهای عرضی همه ی آیین نامه ها ناحیه ای بحرانی به طول l0 در دو سر ستون را مشخص کرده و ما را موظف می کنند که در این فاصله خاموت ها را فشرده تر قرار دهیم. (ناحیه بحرانی ناحیه ای است که درآن مفصل پلاستیک تشکیل می شود، یعنی در واقع مقطع تحمل لنگر بیشتر ندارد)

به عنوان مثال طول ناحیه بحرانی ساختمان هایی با شکل پذیری زیاد در بند ۹-۲۳-۴-۲-۳-۱تعیین شده و مطابق این بند طول این ناحیه نباید از مقادیر زیر کمتر باشد.

الف) یک ششم ارتفاع یا دهانه آزاد عضو

با فرض ارتفاع ۳ متر برای ستون، طول ناحیه بحرانی ۰٫۵ متر می شود.

ب) ضلع بزرگتر مقطع مستطیلی شکل یا قطر مقطع دایره ای شکل

بنابراین با توجه به ابعاد مقطع ۰٫۵ متر می شود.

ج) ۴۵۰ میلی متر

با توجه به این سه مورد در فاصله ۰٫۵ متر از بالا و پایین مقطع بایستی خاموت ها را با فاصله نزدیک تری نسبت به هم قرار دهیم. اما چقدر؟

این فاصله مطابق با بند ۹-۲۳-۴-۲-۳-۴ نباید کمتر از یک ششم ضلع کوچکتر مقطع ستون، شش برابر کوچکترین قطر میلگرد طولی و ۱۲۵ میلیمتر کمتر باشد.

بنابراین با توجه به این مقادیر فاصله خاموت ها را در ناحیه بحرانی ۱۲۰ میلیمتر در نظر می گیریم. این در حالی است که در طول عادی ستون این فاصله را ۲۴۰ میلی متر در نظر گرفتیم (به جلسه گذشته مراجعه کنید.)

بنابراین تا اینجا طول ناحیه بحرانی و فاصله خاموت ها در این ناحیه را تعیین کردیم. تمام؟؟

خیر، علاوه بر اینها در سطح مقطع کل تنگ های ویژه در هر امتداد نباید از دو مقدار بدست آمده از روابط (۹-۲۳-۳) و (۹-۲۳-۴) کمتر باشد.

برای تامین کردن این شرط آیین نامه دو راه وجود دارد.

  • با اضافه کردن سنجاقی (تک شاخه) یا رکابی (دو شاخه) سطح مقطع آرماتور مورد نیاز را تامین کنیم که با توجه به اینکه در این مثال در امتداد افقی ما تنها ۳ ردیف آرماتور طولی داریم این راه ممکن نیست!
  • می توانیم میلگرد بزرگتری را برای این ناحیه در مقایسه با ناحیه ستون در نظر گرفته و همچنین تا حد امکان خاموت ها را فشرده تر قرار دهیم تا سطح مقطع کمتری مورد نیاز باشد، که در این مثال ما هم مجبوریم همینکارو کنیم!
طراحی خاموت لرزه ای

تنگ بسته

اگر حال خواندن ندارید ویدئو زیر را تماشا کنید!

ویدئویی که مشاهده کردید پیشنمایشی از فیلم آموزش مفهومی طراحی سازه های بتن آرمه – بخش دوم بود. برای دریافت این مجموعه از لینک داده شده استفاده کنید.

نحوه طراحی خاموت ستون را بیاموزیم!

در این مطلب قصد داریم گام به گام مراحل طراحی خاموت ستون را مطابق با مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش ۹۲ شرح دهیم.

طراحی خاموت در ستون ها بسیار سریع و ساده می باشد که برای طراحی آن ها بایستی دو پارامتر را تعیین کنیم. سایز آرماتور و فاصله دو خاموت متوالی از یکدیگر. با فرض اینکه ابعاد مقطع ستون ۵۰*۵۰ سانتی متر و ۱۲ عدد آرماتور طولی به قطر ۲۰ داشته باشیم به طراحی خاموت ستون می پردازیم.

مبحث نهم را باز کرده مطابق با بند ۹-۱۵-۱۲-۲، قطر خاموت ها نباید کمتر از ۱/۳ قطر بزرگترین میلگرد طولی با قطر حداکثر ۳۰ میلی متر و ۱۰ میلیمتر برای میلگردهای طولی با قطر بیش از ۳۰ میلی متر باشد. بنابراین قطر آرماتور خاموت را ۱۰ انتخاب می کنیم.

در گام بعدی بایستی فاصله دو خاموت متوالی را تعیین کنیم. مطابق با بند ۹-۱۵-۱۲-۴ فاصبه هر دو خاموت متوالی از هم نباید کمتر از مقادیر زیر باشد.

الف) ۱۲ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی

ب) ۳۶ برابر قطر میلگرد خاموت

پ) کوچکترین بعد عضو فشاری

ت) ۲۵۰ میلی متر

بنابراین فاصله دو خاموت متوالی ۵۰۰ میلیمتر (کوچکترین بعد عضو فشاری) خواهد شد.

بنابراین تا اینجا سایز آرماتور خاموت و فاصله دو خاموت متوالی را از هم تعیین کردیم. حال می خواهیم نحوه آرایش خاموت در مقطع را مشخص کنیم.

مطابق با بند ۹-۱۵-۱۲-۲-۵ این آرماتورها بایستی به نحوی مناسب مهار شوند.

الف) هر میلگردی که در گوشه های عضو واقع شود.

بنابراین خاموتی بسته که ۴ میلگرد گوشه را مهار کند در مقطع در نظر می گیریم.

ب) هر میلگرد غیر گوشه ای به صورت حداکثر یک در میان.

این شرط آیین نامه در جهت عمودی برقرار بوده اما در جهت افقی بایستی آرماتور طولی وسط را با قلاب تک شاخه مهار کرده و یا از رکابی استفاده کنیم. (همانطور که میبینید ما از تک شاخه (سنجاقی) استفاده کردیم.)

ج) هر میلگردی که فاصله آزاد آن تا میلگرد نگهداری شده مجاور بیشتر از ۱۵۰ میلیمتر باشد.

از آنجایی که فاصله مرکز تا مرکز آرماتورهای طولی در جهت قائم بیشتر از ۱۵۰ میلیمتر است برای برقرار نمودن این بند از یک تک شاخه (سنجاقی) در جهت افقی استفاده می کنیم.

در نهایت مقطع ستون ما چنین شکلی خواهد داشت.

در مطلب بعدی همین مقطع را برای مناطق زلزله خیز طراحی خواهیم کرد.

طراحی خاموت ستون

طراحی خاموت ستون

اگر حال خواندن ندارید ویدئو زیر را تماشا کنید!

ویدئویی که مشاهده کردید پیشنمایشی از فیلم آموزش مفهومی طراحی سازه های بتن آرمه – بخش دوم بود. برای دریافت این مجموعه از لینک داده شده استفاده کنید.

همه چیز در مورد بار معادل تیغه بندی

با توجه به سوالات متعددی که دانشجویان و مهندسین عزیز در مورد مفهوم بار معادل تیغه بندی و نحوه محاسبه آن مطرح کردند در این مطلب قصد داریم با ذکر یک مثال کاربردی این مسئله را به طور کامل تشریح کرده تا ابهامی باقی نماند.

ادامه مطلب …

محاسبه سریع و تقریبی وزن سازه

به طور تقریبی میتوان وزن یک سازه فولادی را میتوان اینگونه تخمین زد :

وزن آهن آلات مصرفی یک سازه با اسکلت فولادی با مهاربندی هم مرکز بدون وزن آرماتور سقف ۵۰-۷۰ کیلوگرم بر مترمربع ، با مهاربندی غیر هم مرکز ۵۰-۷۵ کیلوگرم بر مترمربع، با قاب خمشی معمولی و متوسط ۷۰-۱۰۰ کیلوگرم بر مترمربع و قاب خمشی ویژه را ۷۰-۱۲۰ کیلوگرم بر مترمربع در نظر گیرید.

همچنین وزن اسکلت یک سازه بتنی را میتوان اینگونه تقریب زد:

وزن آهن آلات مصرفی در سازه ای با قاب خمشی به همراه دیوار برشی بدون وزن آرماتور سقف ۳۰-۶۵ کیلوگرم بر مترمربع و قاب خمشی متوسط ۴۰-۵۵ کیلوگرم بر مترمربع و قاب خمشی ویژه را ۴۵-۷۰ کیلوگرم بر مترمربع در نظر گیرید.

در خصوص وزن آرماتور سقف ها، برای سقف های کامپوزیت  ۸-۱۲ تیرچه بلوک را ۵-۷ و دال بتنی را ۱۰-۱۶ کیلوگرم بر مترمربع در نظر بگیرید.

ادامه مطلب …