نوشته‌ها

عملکرد دیوار برشی : بررسی اندرکنش قاب و دیوار برشی

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

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

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

تحلیل اقتصادی کاربرد دیوار برشی در سازه :

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

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

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

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

عملکرد برشی و خمشی دیوار برشی :

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

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

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

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

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

4 حالت شکست دیوار برشی

4 حالت شکست دیوار برشی

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

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

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

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

بررسی اندرکنش عملکرد دیوار برشی و قاب :

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

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

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

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

تغییر مکان حداکثر تیر کنسول تحت بار متمرکز

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

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

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

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

برای این منظور به صورت زیر عمل می­ نماییم:

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

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

نیروی طبقات در ایتبس

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

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

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

مدلسازی تیر در دیوار برشی :

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

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

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

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

چالش دیگری نیز در این زمینه مطرح می شود؛ و آن بی نیاز کردن طراح از طراحی جمع کننده های دیافراگم است، که توضیحات بیشتر در این زمینه را می توانید در مقاله ” طراحی جمع کننده های دیافراگم ” مشاهده نمایید.

دیوار برشی در بهسازی سازه ها :

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

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

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

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

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

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

مقاوم سازی با دیوار برشی

مقاوم سازی با دیوار برشی

نتیجه گیری :

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

 

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

منابع :

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

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

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

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

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

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

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

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

سازه مدل شده با دیوار برشی در ایتبس

سازه مدل شده با دیوار برشی در ایتبس

 

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

پنجره Display Design Info در ایتبس

  1. میلگرد های عرضی دیوار برشی :

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

نمایش مقدار میلگرد های عرضی دیوار برشی در ایتبس

نمایش مقدار میلگرد های عرضی دیوار برشی در ایتبس

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

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

0.5*750*0.2=75mm^2

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

نحوه جای گیری آرماتورهای افقی در دیوار برشی

نحوه جای گیری آرماتورهای افقی در دیوار برشی

حداقل آرماتور دیوار برشی :

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

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

 

  1. آرماتورهای طولی دیوار برشی

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

آرماتورهای طولی دیوار برشی در ایتبس

پنجره Display Design Info در ایتبس

حداقل آرماتور دیوار برشی :

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

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

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

  1. خاموت­ ها و سنجاقی ­ها در دیوار برشی

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

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

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

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

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

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

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

محصور کردن آرماتورهای قائم با خاموت و سنجاق

مبحث نهم مقررات ملی ساختمان

آیین نامه بتن آمریکا

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

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

 

توصیه کاربردی در آرماتور گذاری دیوار برشی :

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

یادآوری و تکمیل

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

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

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

تاثیر ابعاد بازشو ها در تعیین عملکرد دیوار برشی

دیوار برشی همبسته

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

برچسب گذاری دیوار و تیر همبند

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

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

برچسب گذاری دیوار و تیر همبند

برچسب گذازی دیوار

برچسب گذاری تیر همبند

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

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

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

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

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

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

peir و spandrel

طراحی تیرهای همبند در ایتبس:

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

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

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

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

آرماتور گذاری قطری تیر همبند

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

  • حالت1. اگر  Ls/hs ≥4:

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

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

  • حالت2. اگر  Ls/hs<2و Vu≥2Acv Vc:

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

در رابطه فوق؛

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

Vu براساس بحرانی­ ترین ترکیب بار بدست می ­آید.

fydمقاومت محاسباتی فولاد می­باشد که برابر است با φsfy .

Avd سطح مقطع میلگردهای قطری برحسب میلی­متر مربع.

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

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

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

بخشی از این گزارش در تصویر بعد آورده شده است:

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

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

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

Vc =0.17*√fc

آرماتورگذاری تیر همبند:

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

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

آرماتورگذاری تیر همبند

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

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

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

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

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

آرماتورگذاری تیر همبند

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

سایر الزامات آرماتورگذاری تیر همبند به شرح زیر می­ باشد:

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

    آرماتورگذاری قطری ومعمولی تیر همبند

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

مثال عددی:

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

سطح مقطع آرماتور قطری تیر همبند گزارش شده از نرم افزار

Adiag(max)=2970mm^2→4∅32

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

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

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

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

ترک خوردگی در دیوار برشی کوپله

ضریب ترک خوردگی تیر همبند:

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

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

نتیجه گیری:

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

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

 منابع:

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

کنترل ترک خوردگی دیوار برشی درایتبس 2015 + فیلم آموزشی رایگان

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

دیوارهای ترک نخورده 0.7Ig

دیوارهای ترک خورده 0.35Ig

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

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

  • گام1: فرض ترک نخوردن دیوار :

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

دیوار ترک نخورده

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

ستون ترک نخورده

  • گام2: تعیین ترکیب بار بحرانی:

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

حال کدام ترکیب بار در کشش بحرانی تر است؟

1- 1.4D

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

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

4- 1.2D + L + 0.2S + E

5- 0.9D + E

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

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

ساخت ترکیب بار بحرانی جهت کنترل ترک خوردگی دیوار

ساخت ترکیب بار بحرانی

  • گام3: مشاهده تنش های دیوار:

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

تنظیمات مشاهده تنش های دیوار

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

Fr=0.6*√fc= 0.6*√30= 3.286 Mpa

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

مشاهده تنش های دیوار

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

جمع بندی:

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

فیلم آموزشی کنترل ترک خوردگی دیوار برشی در etabs :

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

 

 

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

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

توضیحات آیین‌نامه ها در مورد ضرایب ترک‌خوردگی :

متن مبحث نهم سال92 در مورد ترک‌خوردگی:

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

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

متن آیین‌نامه 2800 ویرایش 4:

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

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

جدول از آیین‌نامه ACI:

ضرایب ترک خوردگی دیوار، ستون و تیر

ترک خوردگی دیوار برشی :

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

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

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

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

نیروها و لنگرهای ایجاد شده در المان های صفحه ای

 

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

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

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

تیر همبند و ستون های اطراف دیوار

جهت نیرو ها در تیر همبند و ستون های اطراف دیوار

تیر همبند و ستون های اطراف دیوار

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

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

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

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

F22=1 و f11=f12=m11=m22=0.35

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

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

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

اعمال ضرایب ترک‌خوردگی دیوار برشی در etabs :

برای دیوار برشی دو حالت وجود دارد:

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

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

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

اعمال ضرایب ترک‌خوردگی پوسته:

پس از انتخاب دیوار برشی مطابق شکل عمل می‌کنیم:

اعمال ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی به منظور اصلاح سختی

اعمال ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی

 

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

ترک خورده یا ترک نخوده؟ معیار چیست؟

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

ضرایب ترک خوردگی دیوار

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

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

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

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

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

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

اعمال ضرایب ترک‌خوردگی ستون کناری:

اعمال ضرایب ترک خوردگی ستون های اطراف دیوار

ضرایب ترک خوردگی ستون های اطراف دیوار

 

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

نتیجه‌گیری:

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

ACI318-14

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

نرم افزار Etabs:

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

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

منابع:

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

مقالات جذاب زیر را از دست ندهید!!

کنترل ترک خوردگی دیوار برشی در ایتبس

ضرایب ترک خوردگی دال

ضرایب ترک خوردگی تیر و ستون

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

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

1- اثرات پیچشی

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

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

محل مرکز جرم و مرکز سختی در پلان

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

پیچش در سازه به دلیل جانمایی نادرست دیوار برشی

پیچش در سازه

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

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

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

2- بازوی دیوار برشی

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

فاصله کم بین دیوارهای برشی

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

فاصله مناسب بین دیوارها در طراحی و جانمایی دیوار برشی

فاصله مناسب بین دیوارهای برشی

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

3- اثر جانمایی دیوار برشی بر فونداسیون

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

4- توجه به مسئله دیافراگم

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

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

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

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

5- مباحث معماری

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

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

بازشو در دیوار برشی

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

نتیجه گیری

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

مش بندی دال ها و دیوارهای برشی در ایتبس : راهنمای تصویری رایگان + نکات کاربردی

بررسی مفاهیم مرتبط با مش­ بندی دال­ ها و دیوارهای برشی

پیشگفتار

تمایز مفاهیم و فرضیات مرتبط با تعاریف Shell و Membrane به­ قدری تاثیر­گذار و پر اهمیت است که در هر کجا شاهد بحث پیرامون تحلیل و طراحی دال­ ها و دیوارهای برشی هستیم، این دو خود نمایی می­ کنند. در حوزه مش بندی دال­ ها و دیوار­های بتن­ آرمه نیز بایست به این تفاوت توجه ویژه داشت.

در این مقاله خواهیم آموخت که:

  • چرا دال ها و دیوارها را مش بندی می کنیم؟
  • چگونه در نرم افزار مش بندی کنیم؟
  • ابعاد مناسب برای مش بندی چگونه باشد؟
  • فرق بین مش بندی دستی با اتوماتیک در چیست و تحت هر شرایط بهتر است از کدام استفاده کنیم؟

یادآوری و تکمیل

همانطور که قبلا در مقاله shell یا membrane گفته شد، در تعریف نرم­ افزاری Membrane، انتقال بار از روی تمام طول لبه­ های المان صورت می­ گیرد. این درحالی ­است که انتقال بارها در shell صرفاً از طریق گره­ ها صورت می­ گیرد. بنابراین مطابق شکل زیر اگر تعریف دال از نوع shell باشد، کل بار در چهار گره گوشه دال توزیع شده و عملاً تمام بار به ستون­ ها وارد می­ شود و تیرها سهمی از بار را احساس نخواهند کرد. ولی چنانچه تعریف دال از نوع membrane باشد به علت انتقال بار از روی تمام طول لبه چنین مشکلی نخواهیم داشت.

دال بدون مش بندی

دال بدون مش بندی

مثال ساده فوق بیانگر وضعیتی است که اگر تعریف دال از نوع shell باشد، لازم است تا سطح دال به تعداد مشخصی المان کوچک­تر تقسیم شود تا گوشه­ های هر یک از این المان­­ ها انتقال دهنده بار باشند. از این طریق تیر و ستون هر دو از بار سهم خواهند داشت. به این عمل اصطلاحاً مش ­بندی گفته می­ شود. برای درک بهتر به تصویر زیر توجه نمایید.

دال مش بندی شده

دال مش بندی شده

 

تذکر! می­ توان برای افزایش دقت هرچه بیشتر، تعداد چهار ضلعی­ ها را افزایش داد. ولی بایست توجه داشت که این عمل سرعت تحلیل را تا حد زیادی کاهش می­ دهد. در ادامه بحث مفصلی در خصوص ابعاد مش بندی ارائه خواهد شد.

با استدلالی مشابه برای دیوارهای برشی بتن­ آرمه نیز تنها در حالتی که تعریف دیوار از نوع shell می­ باشد نیاز به مش بندی خواهیم داشت.

نحوه مش بندی دال و دیوار برشی در نرم­ افزار ایتبس :

در نسخه­ های پیشین نرم­ افزار ETABS، همچون نسخه 9.7.4، مش بندی بایست به­ صورت دستی انجام می­ گرفت. امروزه با ورود نسخه­ های جدیدتری چون 15 و 16، قابلیت مش بندی اتوماتیک به نرم­ افزار افزوده شده است. با این حال مش بندی دستی در بسیاری از مواقع هم­چنان نیاز خواهد بود. و طراح برای دیوارهای برشی و برخی دال­ های بتن­ آرمه خاص بایست از مش بندی دستی استفاده نماید. به همین منظور در این بخش نحوه مش بندی دستی را به­ صورت گام بندی شده بیان خواهیم کرد:

  • گام اول- دال یا دیوار برشی را که به­ صورت Shell تعریف شده است را انتخاب می­ کنیم.

انتخاب سطوح و مش بندی

  • گام دوم- در کادر مشخص شده از تصویر زیر، بسته به ابعادی که برای المان­ های کوچک مدنظر داریم عددگذاری خواهیم کرد. به­ طور مثال عددهای 2 و 3 در کادر زیر به معنای آن­ است که المان اصلی در راستای x به 3 قسمت و در راستای Y به دو قسمت تقسیم خواهد شد.

تعیین ابعاد مش ها

بعد از اعمال تغییرات دال به شکل زیر در خواهد آمد:

دال مش بندی شده

نحوه مش بندی دیوارهای برشی نیز دقیقاً مشابه با آن­ چیزی است که برای دال­ ها بحث کردیم و به همین دلیل از تکرار روند آن پرهیز می­ نماییم.

یک مورد رایج…

گاهاً شاهد هستیم که برخی از مهندسین دیوارهای برشی با تعریف membrane را در جهت طولی مش­ بندی می­ کنند. بحث راجع به اینکه اساساً کاربرد membrane تا چه اندازه برای دیوارهای برشی مناسب است بسیار مفصل بوده و خارج از بحث این مقاله است. در این خصوص به شما پیشنهاد می کنیم تا مقاله shell یا membrane را مطالعه کنید. ولی در هر حال نظر اساتید بر آن است که دیوارهای برشی با تعریف membrane اساساً نیازی به مش­ بندی نخواهند داشت.

آیا  می توان ابعاد مشخصی برای مش بندی مناسب ارائه داد؟

 

در انتخاب ابعاد مش ها همواره 2 اصل دقت و سرعت تحلیل در نرم افزار از اهمیت ویژه ای برخوردار است. با توجه به این 2 اصل، نکات زیر می تواند دید مهندسی خوبی در تعیین ابعاد مش بندی به شما مهندسین عزیز منتقل کند.

  1. تعداد تقسیم بندی را به نحوی در راستای طولی و عرضی انجام دهیم که ابعاد تقسیمات انجام شده حداکثر 0.5 متر شود. همچنین بین مهندسین طراح سازه یک قانون نانوشته­ ای عرف است که برای دیوار برشی بهتر است سایز مش بندی یک چهارم تا یک ششم طول دیوار برشی باشد.
  2. در بخش­ هایی که تغییرات تنش­ ها در آن بزرگ است، بایست ابعاد به­ گونه­ ای انتخاب شوند که المان­ ها کوچک بوده و گره­ های آن بسیار نزدیک به هم باشند. دلیل این موضوع این است که تشخیص نواحی با تغییرات تنش زیاد پیش از تحلیل سازه دشوار می­ باشد.

مش بندی دستی و اتوماتیک

علی رغم افزودن قابلیت مش بندی اتوماتیک در نسخه ­های به­ روزتر نرم ­افزار، هم چنان در دیوارهای برشی و نیز دیوارهای حائل مش­ بندی بایست به­ صورت دستی انجام گیرد. ولی در دال­ ها تا حد بسیار زیادی می­ توان بر مش بندی اتوماتیک نرم­ افزار اطمینان داشت.

آیا در نسخه­ های به ­روز­تر نرم­ افزار ETABS می­ توان کلیه عملیات مش بندی دال­ ها را به گزینه اتوماتیک نرم­ افزار سپرد؟

 

پاسخ به­ طور قاطع خیر خواهد بود. به­ عنوان یک مثال می­ توان به دال­های مجوف تخت اشاره داشت که با نام­ هایی تجاری چون کوبیاکس ، یوبوت و… امروزه کاربرد وسیعی یافته­ اند. در این دال­ها توپ­ های پلاستیکی خاصی جایگزین بخشی از بتن سقف می­ شوند.

با انجام این کار سقف بسیار سبک ­تر از معمول خواهد بود ولی درعین­ حال، مقاومت آن در برابر برش یک­ طرفه و دو­ طرفه ( برش پانچ ) کاهش می­ یابد. به­ همین علت در مجاورت ستون­ ها که اثر برش پانچ بسیار شدید است طراح ملزم خواهد بود از به­ کاربردن گوی­ های پلاستیکی خودداری کند. این تفاوت در توزیع گوی­ ها و تغییراتی که در مقاومت دال پدید می­ آید، نیاز به مش بندی دستی دال را ایجاب می­ کند.

از طریق قابلیت مش بندی ­دستی، طراح، بسته به وضعیت مقاومت دال و مباحث اجرایی، اقدام به مش بندی خواهد کرد. بدیهی است تشخیص این موارد از دامنه توانایی مش بندی اتوماتیک نرم­ افزار خارج می­ باشد. علاوه بر این، عملیات دستی، همواره به­ خودی­ خود دید بهتری برای طراح ایجاد می­ کند که نبایست از آن غافل شد.

نتیجه­ گیری:

  1. در تعریف نرم­ افزاری Membrane، انتقال بار از روی تمام طول لبه­ های المان صورت می­ گیرد، این درحالی ­است که انتقال بارها در shell صرفاً از طریق گره­ ها صورت می­ گیرد. بنابراین لازم خواهد بود در مواقعی که با shell سروکار داریم حتماً از مش بندی استفاده نماییم.
  2. می­ توان برای افزایش دقت هرچه بیشتر، تعداد ­المان­ های کوچک را افزایش داد ولی بایست توجه داشت که این عمل سرعت تحلیل را تا حد زیادی کاهش می دهد. به­ بیان دیگر، دقیق بودن تحلیل و زمان لازم برای تحلیل، دو پارامتری خواهند بود که بایست در تعداد و ابعاد مش ­بندی مدنظر قرار گیرند.
  3. در نسخه­ های پیشین نرم­ افزار ETABS، مش ­بندی بایست به­ صورت دستی انجام می­ گرفت. امروزه با ورود نسخه­ های جدیدتری چون 15 و 16، قابلیت مش ­بندی اتوماتیک به نرم­ افزار افزوده شده است.
  4. علی رغم وجود قابلیت مش­ بندی اتوماتیک، طراح همچنان برای مش­ بندی دیوارهای بتن­ آرمه و برخی دال­ های خاص نیاز جدی به استفاده از مش­ دستی خواهد داشت.

منابع

  1. CSI analysis reference manual, ETABS 2015
  2. Cobiax Engineering manual issue 2010
  3. جزوه راهنمای طراحی ساختمان­های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین­ زاده­ اصل­

سبزگپ دوم – دیوار برشی بتنی

بسیاری از طراحان و محاسبین جوان با اینکه بر طراحی انواع سازه های متعارف تسلط دارند ؛ ولی گاهاَ در طراحی برخی از المانهای سازه با مشکل مواجه می شوند. طراحی دیوارهای برشی یکی از همین المانهای دردسر ساز است. به تجربه دیده شده است که اکثر مهندسان محاسب جوان و تازه کار در طراحی انواع دیوارهای برشی دارای ابهامات و اشکالات بسیاری هستند. همیشه همه مهندسان محاسب طراح سازه های بتنی بدلیل عدم مشاهده سازه های واقعی و بیشتر تمرکز بر روی موارد تئوری اشکالات اجرایی در طراحی هایشان وجود دارد ، از طرفی دانشجویان و تازه فارغ التحصیلان رشته عمران نیز با انجام یک پروژه بتنی در دانشگاه آنچنان که باید حرفه ای نمی شوند و نکات طراحی واقعی را یاد نمی گیرند ، چرا که کسی نیست که اطلاعات درست را به آنها دهد و همواره همان چیزهای تئوری را چه درست و چه غلط یاد میگیرند ، در این پادکست کوتاه به مهم ترین و متداول ترین سوالات در مورد دیوار برشی بتنی مهندس آتیلا امینی پاسخ خواهند داد و شما را با تازه ترین های این موضوع آشنا خواهند کرد.

  • تعریف دیوار برشی چیست و تفاوت ساختاری آن در سازه های بتنی با سایر سازه ها چگونه است؟
  • آیا میتوان فهمید که برای هر ساختمان در هر جهت چه مقدار دیوار برشی نیاز داریم؟
  • چرا برخی میگویند علاوه بر دیوار برشی ما بایستی ستون های دوطرف دیوار را هم انتخاب کرده و برای طراحی به SD section ببریم؟
  • چرا موقع مش بندی کردن دیوار برشی گاهی ایتبس ارور میدهد؟
  • آیا باید دیوار را shell مدل کرد یا membrane?
  • چرا اکثرا دیوار برشی را کنار راه پله طراحی میکنند ؟ این امر مشکلی را برای زلزله به وجود نمی آورد؟
  • خروجی های ایتبس تا چقدر قابل استناد است؟
  • تیر وسط دیوارهای برشی بایستی مدل سازی شود؟

پاسخ همه این پرسش ها در دومین سبزگپ…

پادکست دیوار برشی بتنی

مهندس آتیلا امینی

محصولات مرتبط :

فیلم آموزش مفهومی طراحی سازه های بتن آرمه

به همراه حل و بررسی دقیق سوالات آزمون های کارشناسی ارشد و محاسبات نظام مهندسی سال های اخیر

دیوار برشی فولادی

همانطور که می دانید بر اساس آیین نامه ۲۸۰۰ سه نوع سیستم سازه ای مقاوم در برابر بارهای جانبی داریم. سیستم قاب خمشی که در آن اتصالات به صورت صلب و گیردار هستند و وظیفه مقاومت در برابر بارهای جانبی به ستون ها سپرده می شود. نوع دیگر سیستم قاب ساده یا مفصلی است که در آن اتصالات تیر به ستون گیردار نبوده و قابلیت دوران دارند و در این سیستم وظیفه مقابله با بارهای جانبی به بادبندها و دیوارهای برشی سپرده می شود. و نوع آخر سیستم دوگانه است که از قاب خمشی به همراه دیواربرشی و مهاربندها تشکیل شده، توجه کنید که از این سیستم در سازه های بلندمرتبه استفاده می شود.

برای آشنایی بیشتر با سیستم های مقاوم در برابر نیروی جانبی به مقاله ” مهاربندها و دیوارهای برشی ” مراجعه کنید.

دیوار برشی فولادی :

همیشه از دیوار برشی بتنی استفاده می شده ولی در دهه های اخیر استفاده از دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم باربر جانبی در سازه مورد توجه قرار گرفته است. نتایج یک مقایسه نشان داده که استفاده از سیستم دیوار برشی فولادی نسبت به قاب خمشی فولادی میزان مصرف فولاد را به نصف می رساند.

دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی

 

دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی

 

این سیستم از لحاظ اجرایی بسیار ساده بوده و دقت انجام کار در حد سایر سازه های فولادی می باشد. و همچنین با توجه به اینکه قطعات این سیستم پیش ساخته بوده سرعت بالایی در اجرا خواهد داشت.

توجه کنید که دیوار برشی فولادی هم در سازه های فولادی و هم در سازه های بتن آرمه اجرایی هستند و نسبت به دیوار برشی بتنی تمیزتر، سریعتر و ایمن تر خواهند بود. از لحاظ سختی برشی هم که مقایسه کنیم این سیستم از سخت ترین سیستم های مهار بندی X شکل هم سخت تر بوده و همچنین رفتار سیستم در حالت رفتار الاستیک و میزان جذب انرژی آن نسبت به سیستم های مهار بندی بهتر است.

دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی

 

اتصال تیر به ستون در دیوار برشی فولادی

در این سیستم ، اتصال بین تیر و ستون می تواند ساده یا صلب باشد و برخلاف تیر ورق ها که در انها ضعف بال ها باعث شده که نقش خاصی در تحمل نیروهای برشی ندارند در این سیستم به علت قوی بودن ستون ها این اجزا می توانند نقش قابل ملاحظه ای در باربری ایفا کنند.

تا سال ۱۹۸۰ طراحی دیوار های برشی فولادی بر مبنای جلوگیری از کمانش خارج از صفحه ورق پانل صورت می گرفت . اگرچه استفاده از سخت کننده ها در پانل های برشی فولادی باعث افزایش میزان جذب انرژی در آنها می شود ولی در عین حال این مسئله باعث افزایش هزینه ساخت آنها می گردد. برای جلوگیری از کمانش ورق فولادی بخصوص در ناحیه الاستیک ، می توان ورق فولادی را به کمک سخت کننده های افقی و قائم تقویت نمود. همانطور که می دانید کمانش در ورق ها به معنای پایان باربری آنها نبوده و پس از آن مقاومت پسا کمانشی قابل ملاحظه ای در پانل های برشی بدون تقویت ، با شکل گیری میدان کشش قطری به وجود می آید.
در نقطه حدی کمانش الاستیک ، مکانیزم تحمل بار از برش داخل صفحه به میدان کشش قطری تغییر می یابد و سپس تا تسلیم ورق فولادی، مقدار قابل ملاحظه ای انرژی در بارهای دوره ای جذب می شود.

مقایسه ی مقاومت دیوار برشی فولادی در برابر زلزله با سایر روش ها

سیستم دیوار برشی فولادی نسبت به سایر روش های طراحی سازه به دلایلی که نامبرده خواهد شد در مقابل زلزله مقاومت بیشتری دارد:

  • شکل پذیری و انعطاف پذیری بالا در برابر نیرو های جانبی و در نتیجه کارایی بهتر
  • سختی بالای و در نتیجه کم کردن جابجایی نسبی
  • وزن کم سازه بار کمتری را به ستون ها و پی ها وارد می کند. همچنین هرچه جرم سازه کمتری باشد نیروی زلزله کاهش خواهد یافت.
  • یکپارچکی و گستردگی مصالح مصرفی که باعث ایجاد اتصالات بهتر و همچنین رفتار مناسب تر سازه می گردد.
دیوار برشی فولادی

دیوار برشی فولادی

 

عناصر مقاوم در برابر زلزله – مهاربندها و دیوارهای برشی

عناصر مقاوم در برابر زلزله:

-قاب خمشی به همراه دیوار برشی

-قاب خمشی به همراه بادبند

 

روش‌های مقاوم‌سازی دیوارهای برشی:

-افزایش ضخامت دیوار با روش شاتکریت
-پر کردن بازشوها با بتن مسلح
-احداث و اضافه کردن دیوار برشی جدید در مجاورت دیوار قبلی
-استفاده از المان‌های مهارکننده فولادی برای دیوار
-استفاده از ورق‌های فولادی مهار شده
-استفاده از مصالح کامپوزیت
با توجه به خصوصیات برتر مکانیکی و راحتی حمل ‌و ‌نقل به‌عنوان روشی،جایگزین روش‌های متداول قبلی جهت تقویت برشی مطرح شده است.

معایب استفاده از ورق‌های فولادی مهار شده:

-از بین بردن زیبایی نمای خارجی و یا داخلی ساختمان
-کاهش سطح و فضای قابل استفاده و مفید ساختمان
-افزایش قابل ملاحظه وزن ساختمان و در نتیجه افزایش نیروهای وارده بر آن

 

مهاربند

مهار بند یا بادبند یک عضو سخت کننده سازه در برابر نیروهای جانبی همانند باد یا نیروی زلزله می باشد.به دلیل اجرای سریع نسبت به دیوار برشی عمومیت خاصی بین عامه پیدا کرده،اما اجرای ناصحیح نه تنها سبب پایداری بلکه سبب پیچش می گردد.

انواع باد بند:

مطابق پیوست ۲ آینن نامه ۲۸۰۰ انواع مهاربندها به صورت زیر می باشد:

۱-مهاربند ضربدری:این نوع مهاربند که به همکاربند همگرا نیز معروف می باشد،حالتی است که دو عضو مهاربند به صورت قطری زوایای متقابل یک دهانه را به هم متصل نمایند.

۲-مهاربند قطری:حالتی که فقط یک قطر داخل چشمه وجود داشته باشد.

۳-مهاربند ٧ و ٨ :در این نوع مهاربندها،دو عضو مهاربند بر روی یک گره در رو و یا زیر تیر با یکدیگر متقارب باشند.

۴-مهاربند K :در این نوع مهاربند،یک جفت مهاربند در یک طرف ستون قرار می گیرند و یکدیگر را در نقطه ای بر روی ستون قطع می نمایند.

مزایای بادبند ها:

-سختی زیاد
-اجرای آسان
-ارزان

معایب بادبندها:

تجربه زلزله های اخیر بیانگر ضعف بادبندها در برابر نیروهای جانبی زلزله می باشند. بادبندها به علت عدم قابلیت پذیرش تغییرشکل های زیاد در فشار بر اثر نیروهای فشاری وارده تا حد توان مقاومت کرده و ناگهان کمانه می کنند که بر اثر کمانش توان خود را در جذب بالای انرژی از راه ورود مصالح به ناحیه پلاستیک از دست می دهند.
در سیستم بادبندی هم محور(CBF) طراحی تیرها در دهانه های بادبندی همانند دیگر تیرهای معمولی وتحت بارهای ثقلی انجام می پذیرد و در ترکیب بار زلزله نیروی قابل توجهی در این تیرها ایجاد نمیشود .
اما در سیستم برون محور(EBF) علاوه بر برش و لنگرهای بارهای ثقلی ، در ترکیب بار زلزله و در اثر نیروهای محوری ایجاد شده در بادبندها یک سری لنگر و برش اضافی در این تیرها ایجاد می شود و باعث بحرانی شدن ترکیب بار زلزله برای طراحی این تیرها می شود . معمولاً محل بحرانی در این تیرها محل اتصال بادبند به تیر می باشد و در این محل عموما احتیاج به ورق تقویتی بال بالا و پایین می باشد.این ناحیه از تیر پیوند نام دارد.

معایب سیستم مهاربندی هم محور (CBF):

-محدودیت معماری در مورد درب ها و پنجره ها
-شکل پذیری و ظرفیت اتلاف انرژی کم آن به دلیل کمانش بادبند ها،معمول ترین نوع مهار های هم محور، مهار های قطری ،K ، ضربدری ، ۷ و۸ می باشند.

معایب سیستم مهاربندی خارج محور (EBF):

-جهت فعال کردن تیرهای پیوند، نیاز به اتصالات صلب در قاب می باشد
-اعوجاج بیش از حد سقف در اثر تغییر شکل های زیاد تیرهای پیوند