ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس و سیف : آموزش مفهومی و دقیق + رفع خطاهای رایج

روند اعمال “ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون “و همچنین” دیوار برشی در ETABS ” ، در مقالات مربوطه بحث شد. در این مقاله در گام نخست به­ صورت مفهومی با ضرایب ترک­ خوردگی دال و فرضیاتی که بایست در شرایط مختلف مدنظر قرار دهیم آشنا خواهیم شد. سپس با نحوه اعمالِ ضرایب ترک خوردگی دال در etabs و نکات نرم­ افزاری مربوطه، بحث را پی­ می گیریم. در انتها با یک مثال از وضعیتی که اعمال ضرایب ترک خوردگی دال باعث خطا در تحلیل و طراحی سازه می­ شود؛ و بحث تکمیلی در مورد دال های تخت، مطلب را به پایان خواهیم رساند. لازم به ذکر است در تحلیل و طراحی نرم­ افزاری برای دال­ ها، 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 دال­ های بتن­ آرمه، همانند بحثِ ترک خوردگی در تیر و ستون ، دیوارهای برشی و… تحت بارهای وارده، شاهد چنین رخدادی خواهیم بود. حضور این ترک­ ها بایست به­ نحوی مناسب در مدلسازی اعمال شوند. چرا که رفتار عضو دراثر این ترک­ ها با حالت بدون ترک متفاوت خواهد بود. و مواردی از قبیل سختی خمشی، خیز دال ­ها، آرماتورهای موردنیاز دال 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 جهت تحلیل راحت­ تر مسائل، از ضرایب اصلاح سختی برای اعمال اثر ترک ­خوردگی استفاده می­ شود.

آیین­ نامه بتن آمریکا، در جدولی ضرایب اصلاح سختی خمشی را برای تیر، ستون، دیوار برشی و دال های بتن آرمه بیان می­ کند. مطابق با جدول مذکور برای دال­ های بتن­ آرمه ضریب اصلاح سختی خمشی 0.25 خواهد بود.

ضرایب ترک خوردگی تیر، ستون، دیوار و دال

 

ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس :

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:

اگر سیستم کف بتن­ آرمه باشد، تعریف نرم­ افزاری دال بایستی طبق کدامیک ازتعاریف  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، هنگام مش بندی فراهم می آورد. این درحالی­ است که Membrane تنها سختی درون صفحه ای را دارا خواهد بود.

این مطلب را از دست ندهید :  ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون در ایتبس : تفسیرآیین نامه + راهنمای رایگان گام به گام

زمانی­که در نرم­ افزار ETABS دال از نوع Shell مدل می­ شود، لبه­ های دال به­ صورت گیردار به تیرهای محیطی متصل خواهند شد. 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 دال­ های دو طرفه­ ای 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 بی­ اثر خواهد بود.”

بحثی که تاکنون مطرح شد در نرم ­افزار 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 پیشنهاد می کنیم 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

 ضرایب ترک­ خوردگی دال در سیف :

اگر دال بتن­ آرمه متکی بر تیر باشد اعمال ضرایب ترک خوردگی دال­ ها صرفاً درنرم­ افزار SAFE (چرا؟) و مطابق با گام­ بندی تصویری زیر قابل انجام خواهد بود:

  • گام اول- انتخاب دال ها

دال­ ها را انتخاب و از منوی تصویر زیر به قسمت اصلاح مشخصات می­ رویم.

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال

  • گام دوم- اعمال ضرایب ترک خوردگی دال

مطابق شکل زیر پس از کلیک برروی گزینه Property modifiers، پنجره­ ای 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.

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 درمورد خیز دال ها :

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

این مطلب را از دست ندهید :  ضریب اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی

طراحان با توجه به این بند اقدام به اعمال ضرایب ترک­ خوردگی در هنگام تعیین تغییرشکل­ های دال می­ کنند. اما آیا این اقدام صحیح است؟

از جمله کاربردهای نرم­ افزار SAFE در تحلیل و طراحی دال­ها، کنترل خیز دال در این نرم افزار می­ باشد. 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.

اگر به این موضوع علاقه مند هستید پیشنهاد می کنیم دو مقاله ی جذاب و مفهومی :

” خیز مجاز تیر و دال ”

” کنترل خیز دال در safe ”

را حتما ببینید.

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؟

این مطلب را از دست ندهید :  ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی : توضیحات آیین‌ نامه ای + اعمال در etabs

نرم­ افزار SAFE در کنترل خیز، آنالیز را بصورت غیرخطی انجام می­ دهد و در پروسه تحلیل خود اثر ترک­ ها 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 درمورد مدلسازی دالهای تخت :

کاربرد دال های تخت (فاقد تیر) در سال ­های اخیر به­ علت مزایایی که فراهم آورده­ اند رو به افزایش بوده است. در مدل سازی دال ­های تخت در نرم­ افزار ETABS بر خلاف دال­ های متکی بر تیر لازم است از تعریف Shell استفاده نماییم.(چرا؟) درنتیجه اعمال ضرایب ترک خوردگی دال در نرم­ افزار ETABS نیز لازم و اثر گذار خواهد بود. توجه داشته باشیم که اعمال ضریب اصلاحی در نرم­ افزار SAFE همچنان به قوت خود باقی­ است.

برای این منظور گام ­بندی زیر برای اعمال ضریب مذکور ارائه می گردد:

  • گام اول- دال­ ها را انتخاب و از منوی تصویر زیر به قسمت اصلاح مشخصات می ­رویم.

اعمال ضرایب کاهش سختی

  • گام دوم- مطابق شکل زیر پس از کلیک برروی گزینه Stiffness modifiers، پنجره­ ای نمایان می­ شود که در حالت پیش ­فرض تمامی ضرایب آن یک می­ باشند.

اعمال ضرایب ترک خوردگی دال در ایتبس

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.

 

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 دال غیر خطی می­ باشد. در این وضعیت حتماً یک فایل کمکی ساخته و در آن بدون اعمال ضرایب کاهش سختی خیز را کنترل نماییم.

پس از مطالعه این مقاله شما قادر خواهد بود با یک دید مهندسی در وضعیت­ های گوناگون متصور برای هر پروژه­ ای، اقدام به درنظر گرفتن اثر ضرایب ترک ­خوردگی دال ها نمایید.

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 تیر و ستون

ضرایب اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی

ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی

کنترل ترک خوردگی دیوار برشی در ایتبس

 

7 پاسخ
  1. سجاد
    سجاد گفته:

    باسلام
    نظام مهندسی تهران تاکید دارد در دالهای تخت ضریب ترک خوردگی دال ۰٫۰۱ باشد نه ۰٫۲۵٫ این موضوع در دفترچه راهنمای نظام هم امده. نظری دارید؟

    پاسخ دادن
    • پشتیبانی سبزسازه
      پشتیبانی سبزسازه گفته:

      با سلام. وقتی دال درتحمل نیروی زلزله (درکنار تیر و ستون) نقش داشته باشد طبق ACI ضریب ترک خوردگی آن ۰٫۲۵ خواهد بود. واگر لرزه بر نباشد برحسب نیاز ممکن است ضریب آن را۰٫۰۱(یعنی یک عدد ناچیز) وارد کنیم.

      پاسخ دادن

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 *