برش پانچ در سیف : آموزش تصویری گام به گام و محاسبه دستی + رفع مشکل و بیان راهکار

برش پانچ چیست ؟

شاید اگر برش پانچ دال (سقف و فونداسیون) را یکی از مهم ترین دغدغه های هر مهندس طراح بدانیم، بیراه نباشد؛ زیرا که یکی از دو عامل اصلی تعیین ضخامت دال، همین کنترل برش پانچ است. بطوریکه در کنار سایر کنترل ها در مورد فونداسیون، مثل کنترل برش یک طرفه (برش قیچی کننده) و کنترل تنش خاک زیر پی، این مورد معمولا وضعیت بحرانی تری دارد.

وزن سقف قرار گرفته روی ستون ها سبب ایجاد تنش های برشی در دال آن می شود. تمرکز این تنش ها در یک مساحت کوچک، نیروی متمرکزی بسیار زیادی را در محل اتصال ستون به دال به وجود می آورد. در صورتی که تدابیر مناسبی (مثل تعبیه آرماتورهای برشی تقویتی) برای مهار و کاهش این تنش ها در دال به کار برده نشده باشد، دال توسط ستون سوراخ شده و سقف بر سر ساکنین آن آوار خواهد شد. به این پدیده «برش پانچ» یا «برش سوراخ کننده(منگنه ای) یا برش دو طرفه» گفته می شود.

این موضوع در دال های تخت که فاقد تیرهای میانی هستند، از حساسیت فوق العاده ای برخوردار است. مشابه همین اتفاق در نقاط اتصال ستون با فونداسیون نیز ممکن است رخ دهد به طوری که وزن طبقاتِ روی یک ستون، باعث تمرکز نیرو در یک ناحیه کوچک از فونداسیون می گردد.

برای درک بهتر این اتفاق، سوراخ کردن کاغذ به وسیله ی یک سوراخ کن را تصور کنید که نیروی وارده با تمرکز در نوک سوزن سبب سوراخ شدن کاغذ می شود که دقیقاً مشابه کاریست که ستون با دال می کند. همین شباهت عملکردی منجر شده است که نام این دو پدیده یکسان باشد.

بتن ریزی

بدیهی است که هر چه مقدار نیروی عکس العمل وارده از طرف ستون به دال، بیشتر و محیط و ضخامت ناحیه ی اعمال این نیروی متمرکز کوچکتر باشد؛ وضعیت بحرانی تری حاکم خواهد بود. لذا اکثر روش هایی که برای کنترل و کاهش برش پانچ ارائه می گردد، برپایه همین دو موضوع پایه ریزی شده اند. که در پایان این مقاله، نمونه های اجرایی از روش های پیشنهادی برای کاهش برش پانچ ارائه گردیده است.

حالا که با مفهوم برش پانچ آشنا شدیم، در ادامه قصد داریم نحوه کنترل برش پانچ در safe و همچنین محاسبات دستی این کنترل را به شما آموزش دهیم.

قبل از شروع کنترل برش پانچ در Safe لازم است به موارد زیر توجه کنید:

  • همان طور که مطّلع هستید برای طراحی فونداسیون و سقف های بتن آرمه از نرم افزار Safe استفاده می شود. البته در ورژن جدید (2016) نرم افزار Etabs امکان کنترل برش پانچ دال نیز افزوده شده است. از آنجایی که اکثر مهندسین طراح مسائل مربوط به کنترل و طراحی سقف های دال بتنی و فونداسیون را در نرم افزار Safe انجام می دهند، ما نیز در این یادداشت بر این روند پایند بوده و از آن استفاده خواهیم نمود.

 

  • کنترل تامین مقاومت در برابر برش پانچ معمولاً اولین مرحله پس از تحلیل فونداسیون را به خود اختصاص می دهد. زیرا این کنترل از مهم ترین مواردی است که ضخامت فونداسیون را تحت تاثیر خود قرار می دهد. از همین رو توصیه می شود محاسبه آرماتورهای اصلی (خمشی) فونداسیون و ترسیم نقشه های سازه ای بعد از انجام این کنترل صورت گیرد.

 

  • نرم افزار Safe برای نمایش برش پانچ پای ستون ها به جای نمایش مستقیم مقدار برش پانچ؛ این مقدار را بر مقاومت برشی پانچینگ دال تقسیم کرده و حاصل این کسر را به صورت یک عدد نشان می دهد (که اصطلاحاً به آن رِشیو (Ratio) گفته می شود).
این مطلب را از دست ندهید :  تنش خاک زیر پی : آموزش ساخت ترکیب بارها ونحوه کنترل درسیف بصورت گام به گام

 

  • برای حالتی که رشیو برابر 1 باشد، مقدار برش مقاوم در برابر پانچینگ با برش پانچ ایجاد شده در آن نقطه برابر بوده و پی در آستانه سوراخ شدن است. لذا طراح بایستی با اعمال تغییراتی (که در ادامه خواهیم خواند) در فونداسیون تلاش کند مقدار آن را به کمتر از 1 برساند.

 

  • از آنجایی که معمولاً برش پانچ در گوشه های فونداسیون به نسبت سایر نقاط آن بحرانی تر است (چرا؟ جواب را در یادآوری زیر بیابید)، برخی از کنترلرهای سازمان نظام مهندسی در شهرهای مختلف، رشیوهایی که 5% الی 10% بزرگتر از یک باشند (یعنی اعدادی بین 1 تا 1.05 و یا 1 تا 1.1) را نیز برای برش پانچ این نقاط قابل قبول می دانند.

 

  • یکی از پارامترهای مهم در محاسبه مقاومت برشی فونداسیون، تعیین محیط پانچ هر ستون است. تعیین این پارامتر کاملاً به موقعیت قرارگیری ستون در فونداسیون وابسته است. (چرا؟ جواب را در یادآوری زیر بیابید) از آنجایی که ورژن های مختلف نرم افزار Safe گاهاً (و نه همیشه) در تشخیص موقعیت ستون ها (گوشه، کناری و میانی) دچار خطا می شوند؛ لذا بایستی موقعیت ستون ها را به صورت دستی به نرم افزار معرفی گردد.

تعیین موقعیت ستون ها

کنترل برش پانچ در فونداسیون در سیف :

حال برای شروع کنترل برش پانچ نرم افزار Safe، بایستی نوع هر ستون را بر حسب موقعیت آن در فونداسیون (گوشه، کناری و میانی) مشخص شده و به آن ستون اختصاص داده شود. به عنوان مثال ستونی که در محل تلاقی آکس های F و 1 قرار دارد انتخاب و مطابق مسیر زیر پیش می رویم. بنابراین:

  • گام اول- تعیین موقعیت ستون ها :

پس از ظاهر شدن پنجره در  قسمت Location Type می توان نوع ستون انتخابی را از نظر موقعیت آن به نرم افزار معرفی کرد. برای این کار با باز کردن منوی آبشاری ِ مقابل Location Type لیستی از موقعیت های قابل اختصاص به ستون مورد نظر نمایان خواهد شد.

تعیین موقعیت ستون ها در safe

تعیین موقعیت ستون ها در safe

سوالی که مطرح می شود این است که هر از یک از گزینه های Interior (ستون میانی)، Edge (ستون کناری) و Corner (ستون گوشه) معرّف چه موقعیت هایی هستند؟ یا اینکه هر یک از اعداد 1 تا 4 جلوی هر یک موقعیت ها قرار دارد، بیانگر چیست؟ برای پاسخ به این سوالات می توان موقعیت هر ستون را براساس شکل زیر مشخص و در برنامه معرفی نمود:

راهنمای تعیین موقعیت ستون ها در safe

راهنمای تعیین موقعیت ستون ها در safe

 

براساس همین شکل که از راهنمای نرم افزار استخراج شده است، اگر شکل کلّی فونداسیون را به صورت مستطیل خاکستری بالا متصور شویم، می توان موارد زیر را از آن استنباط نمود:

  • منظور از Corner ستون هایی هستند که در چهار گوشه فونداسیون قرار می گیرند که دو وجه از این ستون ها بر دو ضلع از فوندسیون منطبق است. ( این ستون ها معمولاً از یک طرف به زمین همسایه و از طرف دیگر به خیابان یا همسایه دیگر مماس هستند.)
  • منظور از Edge ستون هایی هستند که در لبه های فونداسیون قرار داشته به طوری یک وجه این ستون ها بر یک وجه فونداسیون منطبق است. (این قبیل ستون ها معمولاً در امتداد زمین همسایه اجرا می شوند.)
  • در نهایت Interior به ستون هایی اطلاق می شود که همه وجود ستون در داخل فونداسیون قرار داشته و هیچ وجهی از آن بر هیچ یک از  اضلاع فونداسیون منطبق نیست.
  • هر چند که در قسمت پایین شکل عنوان شده است که هر یک از اعداد 1 تا 4 براساس محور محلی ستون ها مشخص می شوند؛ ولی برای راحتی کار می توان این گونه عنوان کرد که شماره گذاری را از گوشه ی پایین ِ سمت چپ فونداسیون شروع کرده و با چرخش در جهت مثلثاتی (پادساعتگرد) اعداد را افزایش می دهیم.
این مطلب را از دست ندهید :  کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس 2015: آموزش جامع تصویری گام به گام

حال که با فلسفله نام گذاری هر ستون بر اساس موقعیت آن آشنا شدیم، برای ستون روی آکس F و 1 (همان ستون انتخابی در عکس) بایستی نوع آن را Corner1 در نظر گرفت. مطابق همین روال، نام گذاری را برای سایر ستون های فونداسیون انجام می دهیم.

چرا با انتخاب گزینه ی Auto در منوی آبشاری، انتخاب موقعیت ستون ها را به خود نرم افزار محوّل نکنیم؟

همان طور که قبلاً هم اشاره شد، ورژن های مختلف نرم افزار Safe در بعضی حالات (نظیر ترسیم پی نواری با ایجاد دستور Opening ، اختصاص بازشوی دستگاه راه پله و چاهک آسانسور در پی، وارد کردن ابعاد صفحات پای ستون و …) دچار خطا در موقعیت یابی ستون ها می شوند و همین موضوع سبب گزارش مقادیر اشتباه در رشیو توسط نرم افزار می شود.

  • گام دوم- محاسبه عمق موثر در زیر هر ستون بصورت دستی و اعمال آن به نرم افزار:

پس از تعیین موقعیت ستون ها که نقش مهمی در محاسبه محیط پانچ آن داشت، اکنون نوبت به محاسبه ضخامت موثر در زیر هر ستون رسیده است. برای این کار کافیست مقدار کاور فونداسیون و نصف قطر میلگردهای خمشی تحتانی را از ضخامت کل فونداسیون کم کنیم. به عنوان مثال اگر ضخامت فونداسیون 100 سانتی متر در نظر گرفته باشیم و مقدار کاور (با توجه به شرایط محیطی) برابر 6 سانتی تر باشد و از میلگرد نمره 20 به عنوان آرماتور خمشی استفاده شده باشد؛ مقدار ضخامت موثر در پانچ برابر می شود با:

سانتی متر 93= 1 – 6 – 100

تعیین عمق موثر پی

 

برای وارد کردن مقدار محاسبه شده، با انتخاب Punching Check Overwrite از منوی Desing، پنجره ای ظاهر خواهد شد که منوی آبشاری مقابل Effective Depth را باز کرده و گزینه ی Specified را انتخاب می کنیم. با انتخاب این گزینه، سلول زیر آن فعال شده که مقدار عمق موثر محاسبه شده در مرحله قبل را در آن سلول وارد خواهیم نمود.

وارد کردن عمق موثر پی در نرم افزار

بعد از اینکه مقدار عمق موثر هر یک از ستون ها اختصاص داده شد، برای مشاهده ی رشیوی پانچینگ هر ستون، بایستی ابتدا فونداسیون را آنالیز کنیم. بر همین اساس پس از اطمینان از موقعیت دهی و تعیین عمق موثر پانچینگ هر یک از ستون ها، دکمه ی آنالیز پی را می زنیم. این کار بسته به قدرت سیستم و مقدار پیچیدگی طراحی، کمی زمانبر خواهد خواهد بود.

آنالیز پی در سیف

  • گام سوم- مشاهده ی مقادیر رشیوی پانچینگ

پس از اتمام آنالیز پی، برای مشاهده ی مقادیر رشیوی پانچینگ هر ستون از طریق مسیر زیر اقدام خواهیم کرد. به عنوان روش میانبر، همین کار را می توان با زدن دکمه ی F10 نیز انجام داد.

نمایش نسبت تنش ها در کنترل برش پانچ

با انتخاب گزینه ی Show Punching Shear Design (یا زدن دکمه F10) مقدار رشیو هر یک از ستون های در کنار آن به نمایش درخواهد آمد. به عنوان مثال، همان طور که در شکل زیر دیده می شود همگی ستون ها برای برش پانچ جوابگو هستند. (مقدار رشیوی ستون قرار گرفته در محل تقاطع آکس D و 3 را توجه به ارقام معنی دار نرم افزار Safe می توان قابل قبول دانست).

این مطلب را از دست ندهید :  کنترل برش یک طرفه پی در safe و دستی: آموزش کاملا تصویری و گام به گام

اگر برای تعدادی از ستون ها مقدار رشیو بزرگتر از 1 می بود، می بایست با اعمال تغییراتی در فونداسیون این رشیو را به زیر 1 برسانیم.

مشاهده ratio

رفع مشکل جواب ندادن برش پانچ (کاهش رشیوی پانچ در safe):

قبلاً در ابتدای مقاله اشاره شد که اکثر روش هایی که برای افزایش مقاومت برشی پانچ فونداسیون یا دال بتنی، ارائه می شود، بر دو پایه استوار است:

  1. افزایش محیط پانچینگ
  2. افزایش ضخامت ناحیه وقوع پانچ

مواردی پیشنهادی توسط آیین نامه ها و همچنین تجربه مهندسین طراح برای کاهش برش پانچ را می توان به دو دسته تغییرات کلّی و  تغییرات موضعی تقسیم کرد. بدین معنی که بعضی روش ها صرفاً قابل اعمال به کل (یا قسمت اعظمی از) فونداسیون هستند. (نظیر افزایش عرض در فونداسیون نواری) و برخی دیگر به صورت موضعی و صرفاً در ناحیه پانچینگ قابل اعمال اند. ( مثل تعریف دراپ یا طراحی آرماتورهای صلیبی).

همان طور که حدس زده اید، اعمال روش های کلی در نرم افزار سریع تر ولی در اجرا هزینه بر تر است. (همین طور موجب دفنِ غیر ضروری سرمایه های ملی مثل بتن و میلگرد در خاک می شود!) و استفاده از روش های موضعی کمی زمان بر ولی در عوض صرفه ی اقتصادی قابل توجهی (به خصوص در پروژه های بزرگ) به همراه خواهد داشت.

روش های کلی کاهش رشیو پانچ:

در صورتی که تعدادی زیادی از ستون های فونداسیون رشیوهای بزرگتر از 1 داشته باشد، بهتر است روش های زیر اعمال گردد:

  • افزایش عرض در پی های نواری
  • افزایش عمق فونداسیون

روش های موضعی:

در صورتی که صرفاً تعداد محدودی از ستون های فونداسیون دارای رشیوهای بزرگتر از 1 باشند؛ استفاده از روش های زیر به صرفه تر است:

  • افزایش مقاومت بتن مصرفی (fc)
  • پخ کردن (مایل و قائم) محل اتصال ستون به فونداسیون

پخ کردن محل اتصال ستون به فونداسیون

پخ کردن محل اتصال ستون به فونداسیون

  • تعبیه دراپ پانل (کتبیه) و سرستون
استفاده از کتیبه برای مقابله با برش دوطرفه

کتیبه

  • تعبیه میلگرد های برشی تقویتی (خاموت یا اتکا)
آرماتورهای برشی برای کنترل برش پانچ

آرماتورهای برشی برای کنترل برش پانچ

آرماتورهای برشی برای کنترل برش پانچ

 

  • اجرای کلاهک برشی از جنس بتن آرمه و فولاد

کلاهک برشی

 

اجرای کلاهک برشی در سقف یوبوت بمنظور رفع مشکل جواب ندادن برش پانچ

اجرای کلاهک برشی در سقف یوبوت

 

 

  • استفاده از برشگیر (اِستاد گذاری) و میلگردگذاری خاص (نظیر آرماتورهای صلیبی)

فیلم آموزشی

در صورتی که به مباحث تئوریک مربوط به برش پانچ و آشنایی سایر روش های کاهش برش پانچ علاقه مند هستید، می توانید از این فیلم استفاده کنید:

فیلم 1

نتیجه گیری:

  • احتمال وقوع برش پانچ در دال ها از رایج ترین چالش های طراحی آن هاست، به طوری که می توان گفت علاوه بر کنترل خیز دال، کنترل برش پانچ نیز در تعیین ضخامت دال نقش مهمی ایفا می کند.
  • کنترل کفایت دال برای برش پانچ معمولاً در نرم افزار Safe انجام می گیرد که این نرم افزار مقدار برش پانچ به مقاومت برشی دال را نمایش می دهد (رشیوی پانچینگ) که بایستی این مقدار همواره کوچکتر مساوی 1 باشد.
  • در صورتی مقدار خروجی نرم افزار برای برش پانچ (رشیو) از 1 تجاوز کند، می توان با اعمال تغییراتی (نظیر افزایش عمق، افزایش عرض، تعبیه کتبیه، افزودن میلگرد برشی تقویتی و …) نسبت به کاهش آن اقدام نمود.

منابع:

  1. American Concrete Institute (ACI). (2014). Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14) and Commentary (ACI 318R-14). Farmington Hills, MI.
  2. Punching-shear FAQ – by WiliCsi
  3. Punching Reinforcement in SAFE  – by Rana Waseem . – February 11, 2015
  4. How to Design Concrete Structures to Eurocode 2– by MPA The Concrete Centre
  5. Punching strength of reinforced concrete flat slabs without shear reinforcement – by P. V. P. Sacramento; M. P. Ferreira; D. R. C. Oliveira; G. S. S. A. Melo
  6. Punching Shear – Design – by risa.com

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *