صفحه اصلی  »  طراحی سازه های ساختمانی و صنعتی  »  کف ستون؛ طراحی گام به گام بیس پلیت به همراه تعیین ابعاد صفحه ستون (آپدیت 1402)

کف ستون؛ طراحی گام به گام بیس پلیت به همراه تعیین ابعاد صفحه ستون (آپدیت 1402)

کف ستون چیست؟

قطعا شما هم می دانید که حساس ترین بخش طراحی یک سازه، طراحی فونداسیون آن می باشد اما اتصال ستون به بیس پلیت به چه صورتی است؟ نحوه محاسبه طول بولت صفحه ستون را می دانید؟

در این مقاله جامع به طراحی بیس پلیت خواهیم پرداخت و با حل یک مثال طراحی صفحه ستون، بولت ها و سخت کننده ها را به شما آموزش خواهیم داد.

⌛ آخرین به روز رسانی: 24 فروردین 1402

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401

 

با مطالعه این مقاله چه می‌آموزیم؟

 

دریافت رایگان 3 ایبوک طراحی سازه بتنی 
نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.
close-link

 

1. علائم و تعاریف

در این بخش علائم اختصاری و تعاریف اصطلاحات استفاده شده در این مقاله را با هم بررسی و تعریف می‌کنیم.

 

علامت تعریف واحد
L بار زنده طراحی کاهش یافته در هر متر مربع، تحمل شده توسط عضو کیلونیوتن بر مترمربع
Lo بار زنده طراحی کاهش نیافته در هر متر مربع، تحمل شده توسط عضو کیلونیوتن بر مترمربع
KLL ضریب عضو برای بار زنده
AT سطح بارگیر مترمربع

2. معرفی صفحه ستون و عملکرد اجزای آن

بارهای وارد به ساختمان در نهایت از پای ستون به فونداسیون و پس از آن به زمین منتقل می شود؛ لذا اتصال ستون به فونداسیون در طراحی سازه های فولادی یکی از بخش های حساس طراحی است. در طراحی بیس پلیت (Base Plate) هدف این است که کلیه بارهای موجود در ستون بتوانند با اطمینان کافی به پی منتقل شوند.

بیس پلیت علاوه بر انتقال بار، باعث کاهش تنش وارده به فونداسیون نیز می شود؛ زیرا صفحه ستون سطح بزرگتری نسبت به سطح مقطع خود ستون دارد، پس طبق رابطه، هرچه سطح بزرگتر شود تنش کمتر می شود. در واقع تنش وارده بایستی به قدری کاهش یابد که فونداسیون تحمل تنش های کاهش یافته را داشته باشد؛ پس مساحت ورق صفحه ستون باید به اندازه ای باشد که تنش فشاری حاصل از نیروی ستون، با اطمینان کافی به پی منتفل شود.

لازم به ذکر است که نیروی کششی حاصل از خمش و برش توسط میل مهارها (بولت کف ستون) به فونداسیون منتقل می‌ شوند و صفحه ستون نقشی در انتقال این نیرو ها ندارد. در شکل زیر اتصال ستون به بیس پلیت که تحت بار فشاری بدون خروج از مرکزیت قرار دارد، نشان داده شده است.

 

نحوه اتصال ستون به بیس پلیت

شکل 1: جزییات اتصال ستون به فونداسیون

 

1.2. سخت کننده های صفحه ستون

همانطور که در شکل بالا مشخص است اتصال پای ستون غیر از صفحه کف ستون شامل سخت کننده ها (Stiffener) و میل مهار یا بولت ها (Bolt) نیز می شود که به اختصار به نقش و عملکرد هر یک می پردازیم.

موضوع مهمی که در رابطه با بیس پلیت مطرح است، لزوم استفاده از سخت کننده ها می باشد. اگر ستونی که تنها حامل بار محوری فشاری است بر یک صفحه ستون با ضخامت کم قرار گیرد و هیچ ورق تقویتی در اطراف آن استفاده نشود، بار ستون تحت زاویه ای روی صفحه ستون پخش می شود و به سمت وجه پایینی ورق حرکت می کند و بار در تمام سطح ورق توزیع نمی شود. قسمت هایی از ورق تغییر شکل داده و اطراف آن بالا می آید.

اما در طراحی ها­ی متداول فرض بر این است که ورق صفحه ستون صلب است. پس باید این صلبیت به نحوی تأمین شود. یک راه حل، افزایش ضخامت ورق است که البته غیر اقتصادی است و باید دنبال راهی برای استفاده از تمامی ظرفیت ورق موجود بود. استفاده از ورق های تقویتی عمود بر ورق کف ستون، به عنوان یک راه حل اقتصادی مورد توجه قرار می گیرد. این ورق های تقویتی معمولاً در امتداد ورق های تشکیل دهنده مقطع ستون قرار می گیرند و عملکرد آنها به این صورت است که بار محوری ستون، پیش از رسیدن به ورق بیس پلیت شروع به پخش شدن می کند در نتیجه وقتی بار به سطح بالایی بیس پلیت می رسد، در سطح وسیع تری نیز پخش شده و دارای شدت کمتری است. بدین ترتیب، تنش فشاری وارد بر پی، تقریباً به طور یکنواخت بر سطح ورق پخش می شود. شکل زیر توزیع بار در کف ستون را در دو حالت با سخت کننده و بدون سخت کننده را نشان می دهد.

 

توزیع تنش زیر صفحه ستون با سخت کننده و بدون سخت کننده

شکل 2: توزیع بار در کف ستون در دو حالت با و بدون سخت کننده

2.2. میل مهارها

از اجزای دیگر اتصال پای ستون میل مهارها یا بولت ها (Bolt) هستند. کار اتصال صفحه ستون با بتن به وسیله میل مهار صورت می گیرد و برای ایجاد اتصال، انتهای آن را خم می کنیم. در ستون هایی که تحت بار محوری خالص از نوع فشاری قرار دارند، میل مهارها فقط در هنگام اجرای ستون نقش ایفا کرده و مانع از افتادن ستون می شوند. اما در ستون هایی که تحت لنگر خمشی و برش نیز می باشند میل مهار ها نقش باربری پیدا می کنند و باید تعداد و طول مهاری آنها از طریق محاسبات تعیین شود.
هرچند حداقل تعداد میل مهارهایی نیز برای صفحه ستون در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال قطر میل مهارها معمولاً حداقل 20 میلیمتر (همان میلگرد نمره 20) در نظر گرفته می شود و طول دندانه شده انتهای میل مهارها معمولاً بین 10 تا 15 سانتی متر در نظر گرفته می شود و بستگی به بزرگی نیروهای وارده دارد. همچنین توصیه می شود فاصله بین مرکز میل مهارها تا ورق های سخت کننده و مرکز تا مرکز میل مهارها حداقل معادل 1.5 برابر قطر میل مهار باشد تا فضای کافی برای بستن و تنظیم کردن مهره های بولت ها وجود داشته باشد.

3. نحوه اجرای کف ستون

کف ستون را به دو روش می­توان اجرا کرد :

1.3. اتصال ورق و ستون در کارخانه

در این روش ورق و کف ستون به وسیله جوش نفوذی کاملاً به یکدیگر متصل می شوند. ستون به همراه کف ستونِ جوش شده به آن، از کارخانه به سایت (کارگاه) حمل شده و سپس قبل از بتن ریزی فونداسیون، میلگرد (بولت)هایی در محل کف ستون ها کار گذاشته می شود و سپس بتن ریزی می شود و در نهایت مجموعه ی ستون و کف ستون به آن ها متصل می شوند. در شکل زیر نمونه ای از اجرای کف ستون با این روش نشان داده شده است.

 

اتصال اتصال ستون به بیس پلیت در کارخانه

شکل 3: اتصال ورق و ستون در کارخانه

 

2.3. اتصال ورق و کف ستون در محل کارگاه

در این روش قبل از بتن ریزی فونداسیون، کف ستون همراه با میل مهارها (حداقل چهار میل مهار به قطر 20 میلیمتر در چهار گوشه ورق) در جای خود ثابت و بعد بتن ریزی انجام می شود. سپس ستون علم شده و با جوش به کف ستون متصل می شود. نکته مهم هنگام نصب کف ستون، به عنوان صفحه تقسیم فشار، این است که انتهای ستون سنگ خورده و صاف باشد تا تمام نقاط مقطع ستون بر روی صفحه ستون بنشیند و عمل انتقال نیرو به خوبی انجام پذیرد. شکل زیر نحوه اجرای ورق کف ستون در محل اجرا را نشان می‌دهد.

 

اجرای بیس پلیت در محل کارگاه

شکل 4: اتصال ورق و ستون در کارگاه (سایت)

4. حالت‌ های مختلف تنش وارد بر صفحه ستون و موثر بر طراحی

برای طراحی اتصال ستون به فونداسیون، روش ­ها و نظریات مختلفی وجود دارد و چیزی که باعث این گستردگی و تفاوت می­ شود، وجود معیار ها و فرضیات مختلف است. به عنوان مثال فرض صلب بودن یا انعطاف پذیر بودن، همچنین معیار کنترل تنش ها که بر اساس حالت حدی (LRFD) یا بر مبنای روش تنش مجاز (ASD) انجام شود. همین معیار ها و فرضیات هستند که اساس روش ­های مختلف تحلیل و طراحی کف ستون می­ باشند. در روشی که در اینجا گفته می­ شود، فرض بر این است که توزیع تنش زیر کف ستون به صورت خطی و رفتار کف ستون الاستیک باشد.

در سازه­ های متداول، در پای ستون معمولاً نیرو های محوری (فشاری و کششی)، خمش، برش و در بعضی حالات خاص پیچش نیز ایجاد می­ شود. نیروی محوری کششی، برش و پیچش که توسط بولت ها تحمل می­ شود و ابعاد هندسی صفحه ستون و آرایش پیچ ها از مقدار این نیرو ها مستقل است. اما نیروی محوری فشاری و خمش باعث ایجاد تنش بین صفحه ستون و فونداسیون می­ شود که بسته به میزان بار و ممان و یا خروج از مرکزیت بار، سه حالت توریع تنش زیر صفحه ستون ایجاد شود:

  1. در حالت اول ستون تنها حامل بار محوری فشاری در مرکز سطح خود می­ باشد که در این صورت توزیع تنش به صورت فشاری و یکنواخت خواهد بود (حالت الف در شکل).
  2. اگر بار محوری خروج از مرکزیت داشته باشد یا لنگری بر ستون اثر کند، توزیع تنش به صورت ذوزنقه­ ای می شود (حالت ب در شکل).
  3. اگر میزان این خروج از مرکزیت از حد مشخصی افزایش یابد، قسمتی از صفحه ستون تحت کشش قرار گرفته و از روی پی بلند می­ شود که در این حالت میل مهار ها وارد عمل شده و با تحمل نیروی کششی مانع از بلند شدگی صفحه ستون می­ شوند. در این حالت توزیع تنش فقط در قسمتی از صفحه ستون و به صورت مثلثی می­ باشد(حالت پ در شکل).

 

توزیع تنش بین صفحه ستون و پی

شکل 5: توزیع تنش تماسی بین ورق کف ستون و پی

 

از توضیحات فوق این چنین بر می آید که بایستی خروج از مرکزیتی را که باعث ایجاد تنش فشاری صفر در یک سمت بیس پلیت می­ شود، به دست آوریم تا بتوانیم تقسیم بندی مناسبی برای حالات مختلف تحلیل و طراحی کف ستون ها داشته باشیم.

اگر ستون تحت بار محوری و لنگر خمشی باشد و ورق صفحه ستون دارای ابعاد B*D باشد، تنش fp در محل تماس ورق کف ستون و پی در نقطه ای با فاصله ی x از مرکز ستون، از رابطه زیر به دست می­ آید:

طراحی بیس پلیت

که در آن x فاصله نقطه مورد نظر از مرکز ستون می­ باشد. اگر محور خمش عمود بر ضلع B بیس پلیت و توزیع تنش در ضلع B مدنظر باشد، x=B/2 تنش در نقطه انتهایی را به دست می­ دهد. اگر مقدار تنش را مساوی صفر قرار دهیم، نسبت M/P یا همان خروج از مرکزیت (e) متناظر به دست می­ آید. که به این معنی است که اگر مقدار خروج از مرکزیت از این حد بیشتر شود، قسمتی از بیس پلیت تحت کشش قرار می­ گیرد و این همان نقطه مرزی برای تقسیم بندی حالات مختلف است.

طراحی کف ستون

پس حالات توریع تنش زیر صفحه ستون هنگامی که تحت نیروی محوری و خمش یک محوره است، به سه دسته تقسیم می شود که در شکل نشان داده شده است.

حال که توزیع نیروهای زیر کف ستون مشخص شد، به تشریح روند طراحی اجزاء مختلف کف ستون در هر یک از این حالات می­ پردازیم. لازم به ذکر است که در اینجا معیار ها­ی طراحی دو روش LRFD و ASD گفته می­ شود. اما معیار LRFD به دلیل اینکه حالت نهایی مقاومت را در طراحی در نظر می گیرد، روش اقتصادی تری برای طراحی می باشد. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 نیز بر اساس طراحی به روش حالات حدی می باشد.

5.طراحی ابعاد ورق کف ستون

برای طراحی و کنترل ابعاد صفحه ستون باید تنش تماسی زیر صفحه (fp) از تنش تماسی طراحی ( ØcFp در روش LRFD ) و ( Fp/Ωc در روش ASD ) کمتر باشد. Øc ضریب کاهش مقاومت است که مقدار آن برابر 0.65 و Ωc ضریب اطمینان است که مقدار آن برابر 2.31 در نظر گرفته می­ شود.

 

گام به گام طراحی بیس پلیت

 

که در آن، fup و fap نشان­ دهنده تنش زیر کف ستون هستند که به ترتیب از بارهای ضریب دار و بدون ضریب به دست آمده ­اند. مقدار Fp برابر است با:

 

بررسی انواع روش های طراحی کف ستون

 

که در آن:

fc= مقاومت مشخصه­ ی فشاری بتن بر روی نمونه­ ی استوانه ­ای استاندارد

A1= سطح ورق کف ستون در تماس با پی

A2= حداکثر سطحی از شالوده هم مرکز و متشابه با ورق بیس پلیت که در پلان شالوده محدود می­ شود. (در کف ستون­ هایی که حداقل یکی از لبه ها­ی آن منطبق بر پی است، مانند ستون های گوشه و کناری،  A1=A2 می­ باشد.)

اما محاسبه مقدار fp در هر حالت متفاوت است که در ادامه به توضیح هریک از حالات خواهیم پرداخت.

1.5. حالت نیروی محوری تنها یا نیروی محوری و لنگرخمشی با شرط  e = M/p ≤ B/6

 

گام به گام طراحی بیس پلیت با نیروی محوری

 

در این حالت مقدار B و D از رابطه (5) به دست می­ آید. در عمل ابتدا می­توان با توجه به ابعاد ستون و در نظر گرفتن فضای کافی برای ایجاد سوراخ در کف ستون، مقادیر B و D را تعیین کرد و با استفاده از رابطه (5) کفایت این ابعاد را کنترل نمود.

2.5. حالت نیروی محوری و لنگر خمشی با شرط  e = M/p > B/6

در اینجا به دلیل اینکه قسمتی از بیس پلیت تحت کشش قرار می­ گیرد رفتار آن کاملا متفاوت می­ شود و دیگر نمی توان از رابطه (5) استفاده کرد. چون بیس پلیت قادر به تحمل نیرو های کششی نیست؛ نیروی کششی، تنها توسط بولت ها تحمل می­ شود و توزیع تنش زیر ناحیه فشاری کف ستون به صورت فشاری خواهد بود. همانگونه که در شکل (۶) هم نشان داده شده است مقدار x،که طول محدوده توزیع نیروی فشاری است، مجهول می­ باشد و تنها با استفاده از معادلات تعادل استاتیکی نمی توان کلیه مجهولات را تعیین کرد و نیاز به معادلات همسازی (سازگاری تغییر شکل ها) می­ باشد.

 

بررسی توزیع تنش زیر بیس پلیت (گام به گام طراحی بیس پلیت)

شکل 6: توزیع تنش تماسی در صفحه کف ستون در حالت e = M/p > B/6

 

با توجه به شکل بالا، معادلات تعادل به صورت زیر نوشته می­ شوند:

 

طراحی بیس پلیت

 

از این دو معادله، تنش تماسی fp به دست می­ آید که x در آن مجهول است.

مرحله به مرحله طراحی base plate

همانطور که گفته شد برای تعیین مقدار x به معادلات همسازی نیاز است.

 

گاام به گام طراحی کف ستون

 

که در آن:

Es = مدول الاستیسیته ­ی فولاد میل مهار های تحت کشش

Ec= مدول الاستیسیته­ ی بتن

As= مساحت میل مهارهای تحت کشش.

اگر سه معادله (6)، (7) و (9) را به صورت همزمان حل کنیم یک معادله ی درجه 3 برحسب x به دست می­ آید: ( با فرض Es/Ec=n و e=M/p )

 

طراحی صفحه ستون

که در آن:

 

طراحی کف ستون به صورت مرحله به مرحله

 

برای به دست آوردن مقدار x، با توجه به ابعاد ستون یک مقدار اولیه برای B و D و سطح مقطع میلگرد ها (As) و محل قرار گیری آن ها (f) در نظر می گیریم تا بتوانیم معادله درجه 3 را حل کنیم. پس از تعیین x و جایگزینی در رابطه (8)، مقدار تنش تماسی به دست می آید که با همان رابطه (3) که در ابتدا گفته شد مقایسه و کنترل می شود.

 

6. طراحی ضخامت ورق کف ستون (در حالت با و بدون سخت کننده)

برای به دست آوردن ضخامت ورق صفحه ستون باید لنگر ایجاد شده در مقطع بحرانی کف ستون با لنگر طراحی مقایسه شود.

 

طراحی ضخامت کف ستون

 

که در آن،Mu و Ma  لنگر ایجاد شده در مقطع بحرانی بیس پلیت هستند که به ترتیب از بارهای ضریب دار و بدون ضریب به دست می­ آیند.

Z: اساس مقطع پلاستیک است که مقدار آن برای مقطع مستطیلی به عرض D و ضخامت tp تحت خمش حول محور ضعیف مقطع برابر است با  Z = Dtp 2 / 4 .

Fy: تنش تسلیم مصالح ورق کف ستون است.

b∅: ضریب کاهش مقاومت خمشی است که مقدار آن برابر با 0.9= b∅ می باشد.

Ω: ضریب اطمینان است که مقدار آن برابر با Ω=1.67 می باشد.

با جایگذاری مقدار Z=Dtp2/4 در رابطه (14)، رابطه زیر برای طراحی ضخامت صفحه ستون به دست می­ آید.

 

طراحی ضخامت کف ستون

 

از آن جا که صلبیت ستون نسبت به ورق صفحه ستون بسیار بیشتر است؛ می­ توان آن را به عنوان یک تکیه گاه صلب برای ورق بیس پلیت در نظر گرفت که در نتیجه محور خمش کف ستون به بَر ستون انتقال می­ یابد. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش پنجم)، مقاطع بحرانی ورق کف ستون را برای ستون­ های H شکل و قوطی به صورت نشان داده شده در شکل زیر پیشنهاد می­ کند.

 

طراحی صفحه ستون

شکل 7: مقاطع بحرانی خمش در کف ستون

 

با مشخص بودن مقطع بحرانی صفحه ستون و با توجه به چگونگی توزیع تنش فشاری زیر بیس پلیت، مقدار خمش در مقطع بحرانی محاسبه می­ شود. در صورتی که ضخامت مورد نیاز به دست آمده بر اساس رابطه (14) بزرگتر از حد معمول (تقریباً 20 میلی متر) و غیر اقتصادی باشد، باید تعبیه ی سخت کننده ها نسبت به کاهش ضخامت ورق بیس پلیت اقدام کرد. استفاده از سخت کننده باعث می شود که صلبیت ورق کف ستون به اندازه قابل توجهی افزایش یابد که منجر به این می­ شود که توزیع تنش فشاری زیر ورق صفحه ستون به توزیع یکنواخت نزدیک شود. مبحث دهم مقرارت ملی ساختمان (ویرایش 1401) مقدار تنش فشاری زیر ورق کف ستون را به صورت زیر پیشنهاد می­ دهد.

 

 

که در آن، A col مساحت مقطع ستون را نشان می­ دهد و Fcr حداکثر تنش فشاری قابل تحمل توسط ستون است. (برای اطلاعات بیشتر در مورد روش محاسبه Fcr، به مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401، بند 10-2-4 رجوع کنید). همانطور که در شکل زیر نشان داده است کنترل خمش در ورق کف ستونِ دارای سخت کننده شامل دو بخش است. یک بخش آن مربوط به کنترل خمش در مقطع بحرانی (مقطع 1-1 یا 2-2 در شکل زیر) است که روند آن در قسمت قبل توضیح داده شد (رابطه (14)). با این تفاوت که مقطع مورد نظر برای محاسبه اساس مقطع پلاستیک، شامل ورق بیس پلیت و سخت کننده­ های روی آن می­ باشد. بخش دوم هم کنترل خمش در هر یک از نواحی ایجاد شده روی ورق بیس پلیت می باشد؛ زیرا به دلیل سخت کننده ها ورق صفحه ستون به بخش های مجزا تقسیم شده و در هر یک از نواحی به صورت جداگانه باید خمش کنترل شود.

 

صفحه ستون با سخت کننده

شکل 8: نمونه ای از یک ورق کف ستون به همراه سخت کننده

 

به طور کلی برای محاسبه اساس مقطع پلاستیک یک مقطع دلخواه ابتدا باید محل تار خنثی پلاستیک مقطع را به دست آورد. تار خنثی پلاستیک در محلی واقع می­ شود که مساحت مقطع قسمت بالا و پایین آن با هم برابر باشد. پس از تعیین محل تار خنثی پلاستیک، با استفاده از رابطه زیر می­ توان اساس مقطع پلاستیک مقطع را محاسبه کرد.

 

طراحی ضخامت ورق کف ستون به همراه سخت کننده

که در آن، A c و A t به ترتیب مساحت قسمت­ های فشاری و کششی مقطع می­ باشند. Y c و Y t به ترتیب نشان دهنده­ ی فاصله مرکز ناحیه­ ی فشاری و کششی از تار خنثی پلاستیک هستند. در صورتی که کنترل خمش در مقطع بحرانی جوابگو نبود، می­ توان با افزایش تعداد سخت کننده ها و یا افزایش ارتفاع آن­ها مقاومت خمشی مقطع را افزایش داد؛ زیرا با افزودن سخت کننده ها ممان اینرسی مقطع افزایش می یابد و هرچه ممان اینرسی افزایش یابد مقاومت خمشی مقطع بیشر می شود و مقطع می تواند لنگر بیشتری را تحمل کند. طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401، جدول 10-2-2-3، برای کنترل فشردگی مقطع، نسبت ارتفاع به ضخامت سخت کننده باید در رابطه زیر صدق کند.

 

طراحی ضخامت صفحه ستون با سخت کننده

 

همانطور که در شکل (۸) نشان داده شده است، سخت کننده ها ورق صفحه ستون را بسته به موقعیت، به نواحی چهار طرف متکی، سه طرف متکی، دو طرف متکی و یک طرف متکی تقسیم می­کنند. هر کدام از این نواحی را می ­توان به عنوان یک صفحه خمشی در نظر گرفت که تحت اثر بار گسترده عمود بر صفحه خود (q) قرار گرفته است. علاوه بر کنترل خمش در مقطع بحرانی، در هریک از نواحی ایجاد شده روی ورق کف ستون نیز باید کنترل خمش صورت گیرد. زیرا سخت کننده ها صفحه همانند تکیه گاه عمل کرده و صفحه ستون را به چند قسمت که هر یک از آن ها به صورت مجزا عمل می کنند، تقسیم می کنند. پس در هر ناحیه به صورت مجزا باید خمش کنترل شود. برای محاسبه خمش حداکثر ایجاد شده در هریک از نواحی می توان از تئوری ورق­ های خمشی استفاده کرد که بر اساس آن مقدار خمش حداکثر در هر ناحیه از روابط زیر محاسبه می­ شود.

 

همانگونه که در شکل مشخص است کنترل خمش درناحیه یک طرف متکی همان کنترل خمش در مقطع بحرانی می باشد و در قسمت قبل گفته شد.

در روابط بالا پارامترهای h ،c ،b و s در شکل (۸) نشان داده شده اند. ضرائب α 1 و α 2  نیز بر اساس جداول زیر تعیین می­ شوند.

 

تعیین ضخامت کف ستون

 

خمش­ های به دست آمده از روابط (18)– (19) بر روی مقطع مستطیلی به عرض واحد و ضخامت tp اثر می­ کنند؛ پس اگر بخواهیم از رابطه (14) برای کنترل خمش استفاده کنیم توجه کنید مقدارD را در رابطه عرض مقطعی قرار دهید که خمش را در آن حساب می کنید.در واقع لنگر خمشی را در کل مقطع محاسبه نمی کنیم، بلکه با استفاده از این روابط، لنگر ایجاد شده درمقطعی به عرض واحد و ضخامت tp را به دست می آوریم. بنابراین برای کنترل خمش در هر ناحیه می توان از رابطه (14) استفاده کرد که در آن D=1 در نظر گرفته می­ شود. در رابطه (20) لنگر را در مقطعی به عرض خط چین نشان داده در شکل و ضخامت tp محاسبه می کنیم؛ پس مقدار D را باید عرض مشخص شده در شکل قرار دهید.

 

7. طراحی میل مهارها

همانطور که در قسمت های قبل توضیح داده شد، در حالت e=0 و e≤B/6 در بولت ها هیچ گونه کششی ایجاد نمی­ شود و تنها نیروی موثر در آن­ ها، نیروی برشی می­ باشد. برای کنترل برش در میل مهارها از رابطه­ ی زیر استفاده می­ شود.

 

کنترل برش میل مهار برای طراحی بولت صفحه ستون

 

که در آن، Vu و Va نیروی برشی ایجاد شده در پای ستون هستند که به ترتیب از بارهای ضریب دار و بدون ضریب به دست آمده اند. As سطح مقطع تمامی میل مهارهای موجود در بیس پلیت است Fnv تنش برشی اسمی است که مقدار آن بر اساس جدول 10-2-9-9 از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401 تعیین می شود.

 

تنش اسمی پیچ (مرحله به مرحله نحوه محاسبه بولت)

 

در حالتی که e>B/6 باشد نیروی کششی در میل‌مهارها ایجاد می­ شود که مقدار آن از رابطه­ ی زیر به دست می آید.

طراحی بولت های کف ستون

تمامی پارامتر‌های موجود در رابطه­‌ی بالا در قسمت های قبل تعریف شده است. در این حالت کنترل کشش و برش در میل مهار ها به وسیله روابط زیر انجام می شود. همانطور که قبلا گفته شد در این حالت میل مهار ها تحت کشش ناشی از خمش قرار می گیرند و میل مهار ها باید تحت اثر همزمان کشش و برش (که اثر کاهنده بر روی برش قابل تحمل میل‌مهارها دارد) طراحی شوند که روابط آن به صورت زیر است:

  • کنترل برش:

 

طراحی میل مهار های کف ستون

 

  • کنترل کشش:

 

کنترل کشش بولت برای طراحی بولت صفحه ستون

 

توجه شود که در رابطه بالا، Ast سطح مقطع تمام بولت هایی است که تحت کشش قرار می­ گیرند. Fnt تنش کششی اسمی است که از جدول 10-2-9-9 محاسبه می­ شود.

8. تعیین نیرو های طراحی کف ستون در نرم افزار ایتبس

حال که مراحل طراحی کف ستون گفته شد لازم است که بدانیم برای چه نیروهایی باید کف ستون را طراحی کنیم. در مبحث 10 مقررات ملی ساختمان، بند 10-3-2-14، الزاماتی برای تعیین نیروهای طراحی کف ستون در نظر گرفته شده است.

 

بررسی الزامات طراحی لرزه ای بیس پلیت

 

هدف از در نظر گرفتن دو ضابطه فوق در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، داشتن حداقل مقاومت محوری کف­ ستون، به ­گونه ­ای که قبل از خرابی یا خسارت در صفحه ­ستون، ستون به حداکثر باربری محوری خود تحت فشار رسیده و دچار تسلیم فشاری یا کمانش غیرالاستیک شده باشد. به بیان ساده ­تر مقاومت محوری (فشاری) کف­ ستون بزرگتر یا مساوی مقاومت فشاری نهایی ستون و مؤلفه قائم عضو مهاربندی (در صورت وجود) باشد. در روش طراحی که به روش طراحی براساس ظرفیت معروف است، باعث می­شود تا سازه عملکرد لرزه­ای مناسبی تحت بارهای لرزه­ای داشته باشد. به این صورت می­توان از حداکثر ظرفیت محوری ستون­ها و مهاربند­ها استفاده کرد بدون اینکه صفحه­ ستون دچار خرابی یا خسارت شود.

در مورد بند شماره (1) نیروی محوری طراحی کف ستون بر اساس حداکثر نیروی ایجاد شده در آن تحت ترکیبات بارگذاری تشدید یافته بدون در نظر گرفتن اثر لنگرهای خمشی و نیروهای برشی مختلف تعیین می شود. در بند (2) با استفاده از طراحی براساس ظرفیت، نیروی محوری طراحی کف­ ستون، از مقاومت نهایی محوری ستون و مؤلفه قائم مهاربند (در صورت وجود) به دست می­آید تا حداقل مقاومت محوری کف­ ستون برابر مجموع مقاومت محوری ستون و مؤلفه قائم مهاربند باشد.

 

 

برای تفسیر ضوابط خمشی طراحی کف­ ستون به سراغ تفسیر آیین ­نامه AISC 341-16 رفته تا آن را نیز بررسی کنیم:

 

 

تفسیر آیین ­نامه AISC 341-16 بیان می­دارد که مقاومت خمشی صفحه­ ستون به­ گونه ­ای باشد که قبل از خرابی یا خسارت در صفحه­ ستون، ستون در محل اتصال به صفحه­ ستون به مقاومت خمشی نهایی پلاستیک مورد انتظار خود رسیده و مفصل پلاستیک در ستون تشکیل شود. بدین ترتیب می­توان گفت هدف آیین ­نامه استفاده حداکثری از ظرفیت خمشی ستون، بدون خرابی در کف­ ستون است تا بتوان از ظرفیت شکل­ پذیری سازه استفاده کرد.

 

 

در مورد مقاومت برشی مورد نیاز کف­ ستون مبحث دهم ویرایش 1401، بیان می­دارد که هم برش نهایی پلاستیک ستون و هم مؤلفه افقی مقاومت مورد نیاز اتصال مهاربند (مؤلفه افقی مقاومت نهایی گاست پلیت) در نظر گرفته شود. مقاومت برشی طراحی کف­ ستون نباید کمتر از  باشد. برای تفسیر این بند دوباره به تفسیر AISC 341-16 مراجعه می­کنیم:

 

تفسیر آیین­ نامه AISC 341-16 هم دقیقا مانند مبحث دهم ویرایش 1401، بیان می­ دارد که مقاومت برشی صفحه­ ستون به­ گونه­ ای باشد که امکان تشکیل مفصل پلاستیک خمشی در بالا و پایین در ستون طبقه همکف وجود داشته و علاوه برآن قادر به تحمل مؤلفه افقی نیروی اتصال مهاربندی (در صورت وجود) را داشته باشد. باز هم هدف آیین­ نامه سالم ماندن صفحه ­ستون در صورت رسیدن ستون به آن به ظرفیت نهایی برشی ستون و گاست پلیت (در صورت وجود) باشد. یعنی مقاومت برشی کف­ ستون حداقل برابر مجموع ظرفیت برشی نهایی ستون و مؤلفه افقی مقاومت نهایی گاست پلیت باشد. (طراحی براساس ظرفیت)

همانطور که ملاحظه می شود نیرو های طراحی کف­ ستون بر اساس ظرفیت نهایی اجزاء متصل به آن (ستون، مهاربند) تعیین می­شود که برای آشنایی بیشتر با روش محاسبه آن­­ها می­ توان به کتاب­ های مرجع طراحی لرزه ­ای سازه­ های فولادی مراجعه کرد.

ابتدا ترکیب بار بحرانی کف ­ستون را با استفاده از داده­ های نرم افزار ETABS که تحت ترکیب بارهای با بار زلزله عادی آنالیز و طراحی شده است را بررسی می­کنیم. به منظور تعیین این نیروها می­توان از خروجی­ های نرم افزار ETABS استفاده کرد که در ادامه روند انجام این کار توضیح داده می­شود. به عنوان نمونه، ساختمان فولادی زیر را که در نرم افزار ETABS2016 مدل سازی شده است در نظر بگیرید.

 

 

 پلان ستون گذاری ساختمان فولادی در ETABS

شکل 9: مدل سه بعدی به همراه پلان ستون گذاری

 

پس از انجام بارگذاری و تحلیل سازه، برای تعیین عکس العمل های تکیه گاهی ابتدا تکیه گاه مورد نظر را (A-2) انتخاب می کنیم و بعد به صورت زیر عمل می کنیم.

مرحله 1: از منوی Display گزینه Show Tables را انتخاب می کنیم.

مرحله 2: به مسیر Analysis > Results > Reactions  می رویم و گزینه Base Reactions را انتخاب می کنیم.

بدست آوردن نیرو های طراحی بیس پلیت در ایتبس

 

پس از زدن کلید OK جدولی به شکل زیر نمایش داده می شود که در آن مقادیر عکس العمل های تکیه گاهی برای ترکیب بارهای مختلف نشان داده شده است.

 

برداشت نیرو های طراحی بیس پلیت در ایتبس

 

ترکیب بار بحرانی برای طراحی ابعاد صفحه ستون ترکیب باری است که بیشترین تنش فشاری را زیر بیس پلیت ایجاد کند که باید از بین ترکیب بارهای زیر انتخاب شود.

  • ترکیب باری که بیشترین نیروی فشاری را در پای ستون ایجاد می کند.
  • ترکیب باری که بیشترین لنگر خمشی را در پای ستون ایجاد می کند.
  • ترکیب باری که مقدار نیروی فشاری و لنگر خمشی قابل توجهی در پای ستون ایجاد می کند.

همچنین برای طراحی میل‌مهارها ترکیب بار بحرانی از بین ترکیب بارهای زیر انتخاب می شود.

  • ترکیب باری که بیشترین برش را در پای ستون ایجاد می کند.
  • ترکیب باری که بیشترین نیروی کششی را در پای ستون ایجاد می کند.

برای تعیین ترکیب بار بحرانی قبل از هر کار لازم است که اطلاعات جدول بالا به نرم افزار EXCEL منتقل شود تا بتوانیم ترکیب بارها را بر اساس بیشترین نیروی مورد نظر مرتب کنیم. در ادامه به عنوان مثال برای تعیین ترکیب بار متناظر با بیشترین نیروی فشاری به صورت زیر عمل می کنیم.

 

گام به گام طراحی بولت ها و کف ستون

 

 

با توجه به ستون مشخص شده در اکسل، مشاهده می شود که بیشترین نیروی فشاری وارده به صفحه ستون برابر 125.46 تن می باشد. اما همانطور که گفته شد برای طراحی لرزه ای لازم است که بیس پلیت برای بارهای ناشی از زلزله تشدید یافته هم طراحی شود. برای به دست آوردن بیشترین نیرو های صفحه ستون در حالت تشدید یافته کافیست در ترکیبات بارهایی که شامل نیروی زلزله می شود نیروی زلزله در ضریب Ω (ضریب اضافه مقاومت) ضرب شوند و سازه مجددا آنالیز شود و به همان صورتی که برای ترکیب بارهای عادی گفته شد، در این حالت هم ترکیب بار بحرانی انتخاب شود. اما در نرم افزار ETABS نیازی به وارد کردن دستی این ترکیب بارهای تشدید یافته نیست و کافیست در تنظیمات آیین نامه مربوطه ضریب Ω  به صورت زیر اعمال شود. در ادامه نحوه اعمال این ضریب در ایتبس نشان داده شده است.

 

اعمال ضریب اضافه مقاومت در ایتبس (گام به گام طراحی بیس پلیت)

 

تا به اینجای کار طراحی صفحه ستون‌هایی گفته شد که ستون در مرکز آن ها قرار داشت ولی در غالب پروژه ها به دلیل استفاده بهینه از مساحت مفید ساختمان، ستون های کناری و گوشه ی سازه، در مرکز صفحه ستون اجرا نمی شوند بلکه به ترتیب در کناره (لبه) و گوشه ی صفحه ستون نصب می گردند. در این حالات به ترتیب یک  و دو لنگر اضافیِ ناشی از خروج از مرکزیت بار محوری ستون در صفحه ستون به وجود می آید که باید در مرحله بارگذاری و تحلیل مورد توجه قرارگیرد. مابقی مراحل طراحی این بیس پلیت‌ها همانند طراحی بیس پلیت ‌های داخلی می باشد که پیش تر به صورت کامل توضیح داده شد و در ادامه مثالی از آن حل می شود.

9. طراحی کف ستون با حل یک مثال عددی

به عنوان یک مثال عددی کف ستون یکی از ستون های سازه ای که مدل سه بعدی و پلان آن در شکل (۹) نشان داده شده است را طراحی می کنیم. به همان شیوه گفته شده در بالا برای ستون مورد نظر ترکیب بار بحرانی را تعیین می کنیم که مربوط به ترکیب بار DSTLS13 می باشد. نیرو های ایجاد شده در اثر این ترکیب بار به صورت زیر هستند:

P=125t

Mx=25.8t.m

My=0

V=10t

مقطع ستون Box 30×30×1 می باشد و فونداسیون سازه، یک پی نواری به عرض 1 متر طراحی شده است. برای طراحی کف ستون روال معمول اینگونه است که ابتدا با توجه به ابعاد ستون و اندازه بارهای وارده، برای ضخامت و ابعاد صفحه ستون و همچنین تعداد و قطر بولت ها مقادیری فرض می شود و در ادامه این فرضیات کنترل می شوند. در این مثال فرضیات به این قرار می باشند:

  • بولت ها به قطر 25 میلیمتر و تعداد 3 عدد در هر جهت انتخاب می شوند.
  • B=D=60cm

در شکل زیر جانمایی ستون و بولت ها روی صفحه ستون نشان داده شده است.

 

جانمایی ستون و بولت ها روی بیس پلیت

شکل 10: جانمایی ستون و بولت ها روی کف ستون

 

طبق روند گفته شده در بخش قبلی طراحی قسمت های مختلف صفحه ستون به صورت زیر می باشد: (با توجه به اینکه در این مثال ستون تحت بارهای ناشی از ترکیبات بارگذاری در حالت مقاومت مجاز قرار داشته است از معیار ها و روابط گفته شده برای روش مقاومت مجاز استفاده می شود.)

 

ابعاد بیس پلیت :

گام 1- مقایسه مقدار خروج از مرکزیت (e) با مقدار B/6 و تعیین حالت بارگذاری

مثال عددی طراحی بیس پلیت

 

 

 

گام 2- محاسبه طول ناحیه فشاری برای تعیین fp :

ضرایب معادله درجه 3 طبق روابط(11) –(13) محاسبه می شود.

طراحی ابعاد بیس پلیت

 

 

 

 

 

 

گام 3- محاسبه fp  و مقایسه با تنش فشاری طراحی Fp /Ω:

با جایگذاری در رابطه (8) داریم:

گام به گام طراحی صفحه ستون و بولت ها با استفاده از یک مثال عددی

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ضخامت ورق کف ستون:

برای به دست آوردن ضخامت کف ستون طبق رابطه (14) باید خمش در مقطع بحرانی را به دست بیاوریم. دیاگرام نیروی فشاری زیر کف ستون و مقطع بحرانی در شکل زیر نشان داده شده است.

 

دیاگرام نیروی فشاری و مقطع بحرانی خمش در کف ستون

شکل 11: دیاگرام نیروی فشاری و مقطع بحرانی خمش در ورق کف ستون

 

محاسبه ممان ایجاد شده در مقطع بحرانی :

محاسبه ممان اینرسی (گام به گام طراحی بیس پلیت) 

 

 

 

 

 

 

 

 

طراحی سخت کننده :

ورق هایی به ابعاد  ts=1cm , bs=10cm به عنوان سخت کننده در نظر می گیریم که جانمایی آن ها روی ورق کف ستون به صورت زیر است.

 

جانمایی سخت کننده ها در کف ستون

شکل 12: جانمایی سخت کننده ها در ورق کف ستون

 

در همین ابتدا که ابعاد سخت کننده را فرض می کنیم رابطه (17) را برای ابعاد آن کنترل می کنیم:

 

طراحی سخت کننده کف ستون

 

 

 

همانطور که قبلاً گفته شد وقتی که سخت کننده داریم توزیع نیروهای زیر کف ستون به صورت یکنواخت فرض می شود و مقدار آن از رابطه (15) به صورت زیر به دست می آید:

طراحی سخت کننده های بیس پلیت

 

 

 

چون سخت کننده قرار دادیم پس می توانیم ضخامت بیس پلیت را کمتر از چیزی که در حالت بدون سخت کننده به دست آوردیم قرار دهیم. پس ضخامت را 2 سانتی متر در نظر می گیریم و رابطه (14) را کنترل می کنیم. قبل از هر چیز لازم است مدول پلاستیک مقطع بحرانی را محاسبه کنیم:

مقطع بحرانی صفحه ستون

شکل 13: مقطع بحرانی کف ستون

 

در حالت پلاستیک ارتفاع تار خنثی در جایی است که مساحت تحت کشش و فشار با یکدیگر برابر هستند. پس مقدار y برابر است با:

 

گام به گام طراحی بیس پلیت

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

همان­ گونه که مشاهده می­ شود مقاومت خمشی به دست آمده از روش LRFD بیشتر بوده و این روش اقتصادی­ تر است.

همان­ طور که گفته شد غیر از کنترل خمش در مقطع بحرانی، خمش در نواحی ایجاد شده بین سخت­ کننده ­ها نیز باید کنترل شود.

لنگر در ناحیه های چهار طرف متکی و سه طرف متکی طبق روابط (18) و (19) به صورت زیر می باشند:

 

M11qb2=0.048×38.2×282=1437 kg.cm

M22qc2=0.06×38.2×152=515.7 kg.cm

 

این مقادیر لنگر در واحد طول، (یعنی برای مقطعی به عرض واحد و ضخامت tp) محاسبه شده اند. بنابراین اساس مقطع پلاستیک همین مقطع را باید در رابطه (14) قرار دهیم و رابطه را کنترل کنیم:

 

Z=(1×t2p)/4 = 1 cm3    ⇒     max( M1 , M2 ) ≤ (1×2400)/1.67   ⇒   1437 ≤ 1437.12    O.K

Z=(1×t2p)/4 = 1 cm3    ⇒     max( M1 , M2 ) ≤ 0.9×1×2400   ⇒   1437 ≤ 2160    O.K

 

اما رابطه (20) مقدار لنگر در ناحیه دو طرف متکی را در تمام عرض مقطع مشخص شده در شکل (۸) محاسبه می کند و اساس مقطع پلاستیک هم مربوط به همان مقطع است.

مقدار s در رابطه (20) با استفاده از اصول ساده هندسه به دست می آید:

 

s=7.12 cm

 

مقطعی که حول آن خمش صورت می گیرد مقطعی به طول 21.21cm و ضخامت 1cm می باشد پس اساس مقطع پلاستیک آن عبارتست از:

 

Z=(21.21×t2p)/4 = 21.21 cm3

 

و در نهایت محاسبه لنگر در مقطع و کنترل آن:

 

M=q× (c×h) /2 ×s = 38.2× (15×15)/2 ×7.01 = 30082.5 kg.cm   ⇒   30082.5 ≤ (2400×21.21)/1.67  =30481.4   O.K

M=q× (c×h) /2 ×s = 38.2× (15×15)/2 ×7.01 = 30082.5 kg.cm   ⇒   30082.5 ≤ 0.9×21.21×2400  =45813.6   O.K

 

بدین ترتیب با کنترل تمامی لنگرهای ایجاد شده، ورقی به ضخامت 2 سانتی متر به شرط وجود سخت کننده هایی با این ابعاد و آرایش برای این ستون مناسب است.

 

طراحی میل مهار ها (طراحی بولت کف ستون):

میل مهارها از نوع میلگرد رزوه شده با تنش نهایی Fu=4000 kg/cm2 می باشند که سطح برش از قسمت دندانه شده آن ها می گذرد. بنابراین طبق جدول ۱۰-۲-۹-۱۰ تنش های مجاز اسمی برشی و کششی برابر با مقادیر زیر می باشند.

Fnv = 0.45×Fu = 1800 kg/cm2

 Fnt = 0.75×Fu = 3000 kg/cm2

ابتدا تنش های برشی و کششی ایجاد شده در میل مهارها را محاسبه می کنیم.

-تنش برشی:

 

As=8×π/4×(2.5)2 = 39.26 cm2   →  fav= Va / 2As = 10000/ (2×39.26) = 127.33 kg/cm2

-تنش کششی:

مقدار نیروی کششی ایجاد شده در میل مهارها طبق رابطه (22) به صورت زیر به دست می آید.

طراحی بولت صفحه ستون

 

 

 

 

با توجه به موقعیت تار خنثی، از بین ۸ میل مهار موجود در کف ستون تنها سه عدد از آن ها تحت کشش قرار می گیرد. بنابراین:

 

Ast=3×π/4×(2.5)2 = 14.72 cm2   → fat= Ta / Ast = 8429.5/ 14.72 = 572.65 kg/cm2

 

کنترل برش: طبق رابطه (۲۳-الف) کنترل تنش برشی در میل مهارها به صورت زیر انجام می شود.

 

کنترا برش در طراحی بولت ها

 

 

 

 

کنترل کشش: کنترل کشش در میل مهارها طبق رابطه (۲۳-ب) انجام می شود.

کنترل کشش در طراحی میل مهار های بیس پلیت

 

 

 

 

در نهایت مشخصات کف ستون و سخت کننده ها به صورت زیر می باشد:

  • کف ستون ورقی به ابعاد 2×60×60 سانتی متر
  • سخت کننده ها تعداد 8 ورق به ابعاد 2×10 سانتی متر که به صورت نشان داده شده در شکل (12) روی کف ستون قرار گرفته اند.
  • به عنوان میل مهارها از میلگرد Ø25 و در هر جهت 3 میلگرد به صورت نشان داده شده در شکل (12) استفاده شده است.

10. پرسش و پاسخ

در چه نقاطی از سازه امکان دارد میل مهارهای بیشتری استفاده شود؟
در کف­ ستون­ هایی که به المان­ های مرزی دیوارهای برشی یا در دهانه ­های مهاربندی قرار دارند. دیوارهای برشی و دهانه­ های مهاربندی به دلیل سختی جانبی بالا، نیروی به مراتب بیشتری را حین زلزله جذب می­کنند. در نتیجه به ستون­ های مهاربندی و المان­ های مرزی دیوار برشی نیروهای کششی و فشاری بالایی وارد می­ شود. میل­ مهارها در تحمل فشار که کارایی ندارند ولی نیروی کششی زیادی که از طریق ستون­ های دهانه مهاربندی و المان­ های مرزی دیوار برشی به صفحه­ ستون­ ها وارد می­شود سبب افزایش سطح مقطع موردنیاز میل­ مهارها در این نقاط می­شود.
چرا باید مقاومت صفحه ستون از مقاومت های ستون و مهاربند متصل به آن بیشتر باشد؟
صفحه­ ستون­ها باید مقاومت محوری، برشی و خمشی بیشتری از ستون­ ها و مهاربندها داشته باشند تا ستون­ ها و مهاربندها به ظرفیت نهایی خودشان برسند، بدون اینکه صفحه­ ستون دچار خرابی شود. به این ترتیب نهایت استفاده از ظرفیت مقاومتی و شکل­ پذیری اعضای سازه ­ای شود.

نتیجه گیری

کف ستون ها یکی از اجزای کلیدی در سازه های فولادی است زیرا کل نیروهای روسازه را به زیرسازه ( فونداسیون) منتقل می کند. در صورت عدم عملکرد مناسب این عضو، ارتباط بین روسازه و زیرسازه دچار اختلال شده و در نتیجه رفتار کلی سازه نامناسب بوده و حتی احتمال فروریزش سازه حین ساخت یا زمان بهره برداری وجود دارد. به عبارتی حتی درصورت طراحی و اجرا مناسب اسکلت سازه، اگر کف ستون نتواند این نیروها را به نحو مناسبی به فونداسیون انتقال دهد، عملکرد سازه مناسب و ایمن نخواهد بود.

روند کلی طراحی صفحه ستون در سه مرحله است:

 تعیین ضخامت صفحه ستون
 طراحی سخت کننده ها در صورت زیاد شدن ضخامت به دست آمده در مرحله قبل
 طراحی میل مهارها

همچنین باید به خاطر داشت که ابعاد صفحه ستون بایستی به گونه ای انتخاب شود که تنش منتقل شده به فونداسیون از مقاومت فشاری نهایی بتن بیشتر نشود تا فونداسیون نیز بدون خرابی و خسارت نیروها را به زمین انتقال دهد.

 

منابع

  1. دکتر مجتبی ازهری، دکتر سید رسول میرقادری، ” طراحی سازه های فولادی به روش حالات حدی و مقاومت مجاز”، جلد ششم.
  2. دکتر مجتبی ازهری، دکتر سید رسول میرقادری، ” طراحی سازه های فولادی به روش حالات حدی و مقاومت مجاز”، جلد پنجم.
  3. H. Gaylord, C. N., Gaylord and J. E. Stallmeyer, “Design of Steel Structures”, McGraw- Hill, New York, 1992
  4. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401

 

 

خرید لينک هاي دانلود

با عضویت بدون وارد کردن اطلاعات رایگان دریافت کنید.

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع و رایگان

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 37,298 نفر

تفاوت خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه‌ها، نوآورانه و بروز بودن آن است. فقط تخفیف‌ها، جشنواره‌ها، تازه‌ترین‌های آموزشی و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیلتان ارسال می‌کنیم.

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل‌های تبلیغاتی متنفریم و خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
با ارسال 101اُمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. alireza

    با سلام، مثال حل شده ی فوق یکی از پر اشتباه ترین محاسبات سایته. مقادیر s در فرمول ۲۰، مقدار q، مقدار yt، و… همگی ایراد دارن. تصحیح بفرمایید.

    پاسخ دهید

  2. حمید توانایی

    سلام
    وقت بخیر
    ممنون بابت زحمات دوستان که این متن رو جمع کردن که بتونیم راجع بهش بحث کنیم
    چند تا سوال داشتم که ممنون میشم پاسخ بدید:
    ۱-در قسمت خروجی گرفتن از گزینه base reaction استفاده شده که به نظر میبایست گزینه join reaction انتخاب شود!
    ۲-در مثال از ظرفیت خمشی ستون صرفنظر شده(شاید به این دلیل که اتصال مفصلی است)، سوال اینست چطور میشود با اتصال استیفنرها همچنان اتصال را مفصلی فرض کرد؟

    پاسخ دهید

  3. مهندس علیرضا آران (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    ۱- بله صحبت شما صحیح است و این مورد اصلاح خواهد شد. به صورت کلی برای اینکه عکس العمل تکیه گاهی هر گره را برداشت کنید باید از قسمت joint Reaction اقدام نمایید. در واقع Base Reaction مجموع joint Reaction ها تحت حالت بار یا ترکیب بار مربوطه می باشد.

    ۲- درصورتیکه در یک جهت لنگر انتقالی به پای ستون‌ها ناچیز باشد، بایستی اتصال بصورت مفصلی باشد و نیازی به استفاده از استیفنر نیست. در این حالت مهندسان به استفاده از نبشی‌های نگهدارنده بسنده می‌کنند. آنچه در اتصال مفصلی ستون به کف‌ستون اهمیت دارد، قابلیت دوران ستون در جهتی است که اتصال مفصلی است.

    پاسخ دهید

  4. محمد تقی زاده

    سلام
    تو مثال حل شده امکانش هست بگین As کششی برای مقدار a2 رو چطور حساب کردین

    پاسخ دهید

  5. مهندس علیرضا آران (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام دوست عزیز
    مقدار لحاظ شده بدین صورت می‌باشد که: تعداد بولت‌ها ۳ عدد بوده که قطر هر یک ۲۵ میلیمتر است و مساحت بولت‌ها از رابطه (تعداد×عدد پی×قطر×قطر×۰٫۲۵) بدست می‌آید.

    پاسخ دهید

  6. بهنام صفی نیا

    سلام و روز بخیر
    در بند ۱۰-۳-۲-۱۴ مبحث دهم عنوان شده که در طراحی صفحه ستون باید مقاومت های مورد نیاز برای نیروی محوری، لنگر و برش میباست به طور “همزمان” در نظر گرفته شوند (در ویرایش قبلی مبحث دهم این مورد وجود نداشت) که این موضوع باعث غیر اقتصادی شدن طراحی میگردد. من AISC رو هم گشتم ولی چیزی در این رابطه پیدا نکردم. میتونید کمک کنین ؟

    پاسخ دهید

  7. مهندس علی پابخش (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با سلام و وقت بخیر
    ممنون از نکته ای که فرمودید.
    به نظر میرسد این قسمت اشتباه نگارشی بوده است و هر کدام از بندها باید به صورت جداگانه بررسی شوند.

    پاسخ دهید

  8. جواد رجبی

    باسلام وخسته نباشیددر خصوص محل فاصله سوراخ ها از لبه کف ستون ونسبت به هم از جدول صفحه ۱۶۱ استفاده میشودیا ازروش دیگری مد نظر است .؟ممنون

    پاسخ دهید

  9. علیرضا عبدل زاده فخار

    درود وقت بخیر

    من در چند قسمت از طراحی مشکل دارم:

    ۱: در قسمت طراحی ضخامت صفحه ستون اومدین و لنگر ایجاد شده در مقطع بحرانی رو بدست اوردین . مقدار ۲/۳ رو نمدونم از کجا اوردین!!!

    ۲:در مقاله گفته شده مقدار تنش fp در فاصله x از مرکز ستون وارد می شود. میخام بدونم مقدار حداقل و حداکثر x چقدر باید باشه؟!

    ۳: مقدار B رو ذکر کردین ۶۰ سانت هستش در صورتیکه در بعضی از قسمت های حل ۳۰ سانت نوشته شده !!!!!

    پاسخ دهید

  10. مهندس علی پابخش (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با سلام وقت بخیر

    ۱٫ منظور شما از عدد ۲٫۳ رو دقیق متوجه نشدم که در کجای مقاله رو میفرمایید، اما اگر شما به عدد ۲٫۳۱ که ضریب اطمینان است اشاره دارید، این عدد از بند ۱۰-۲-۹-۸ مبحث دهم مقررات ملی برای ضریب اطمینان درج شده است.

    ۲٫ در قسمت ۵٫۲ از مقاله به طور کامل در رابطه با نحوه به دست آوردن x توضیح داده شده است که با استفاده از یک معادله درجه سوم این فاصله به دست می آید.

    ۳٫ ممنون از دقت شما، در قسمت اول حل مثال به اشتباه B سی سانتیمتر در نظر گرفته شده است، که اصلاح می شود اما باز در ادامه ۶۰ سانتی متر در نظر گرفته شده و تاثیر بر صحت مراحل انجام شده ندارد.

    پاسخ دهید

  11. زارعی

    با سلام و وقت بخیر و تشکر بابت سایت و مطالب مفیدتون
    ۱-میل مهارهای در صفحه هایی که مهاربند به آنها متصل.ند برای کشش ناشی از نیروی قائم اتصال مهاربند و برای برش ناشی از نیروی افقی مهاربند و با توجه به روابط آیین نامه طراحی میشوند ؟
    نیروها در حالت تشدید یافته و همزمان خواهد بود یا در این حالت در صورتیکه خروج از مرکزیت و لنگری نباشد ، تمام بولتها همزمان برای کشش و برش و برای نیروهای تشدید یافته طراحی میشوند؟
    ۲-در مثال جای مناقشه نیست اما Fu میل.مهارها که معمولا از میلگرد AIII هستند ۶۰۰MPa هست که در مثال ۴۰۰MPa ذکر شده
    ۳- در میل مهارهایی که بدون خم انتهایی و با پلیت انتهایی اجرا میشوند ، طول مهاری میل مهار و ابعاد پلیت انتهایی ( مدفون در بتن ) به چه صورت محاسبه میشود ؟
    با تشکر

    پاسخ دهید

  12. زارعی

    با سلام و وقت بخیر
    در مواردی که مهاربند به ستون متصل است در خروجی نرام افزار نیروی کششی با علامت منفی گزارش میشود ، در این حالت برای طراحی بولتها سه نیرو می توانیم داشته باشیم :
    ۱-نیروی کششی گزارش شده ناشی از ترکیب بار عادی و تشدید یافته
    ۲-نیروی کششی ناشی از مولفه قائم مورد استفاده در طراحی گاست پلیت مطابق روابط مبحث ده
    ۳-در صورت خروج از مرکزیت زیاد یا لنگر پای ستون ، نیروی کشش ناشی از خروجی از مرکزیت با استفاده از روابط تعادل استاتیکی نیز داریم .
    سوال :
    ۱-در این شرایط برای طراحی بولتها از کدام نیروها باید استفاده کرد ؟
    ۲-آیا ضابطه حداکثر و حداقل فاصله پیچها مطابق مبحث ۱۰ ، در مورد بولتهای صفحه ستون نیز صادق است ؟
    ۳-آیا بولتها در صفحه ستون اصطکاکی طراحی می شوند یا اتکایی و گروت ریزی در زیر صفحه تاثیری در این مورد دارد ؟
    ۴-قطر طراحی بولت ( رزوه شده ) با سایز بولت چند میلیمتر باید اختلاف داشته باشد ؟
    با تشکر

    پاسخ دهید

  13. حسین رفیعی

    ایتبس زلزله تشدید یافته را در طراحی اعضا بکار می برد و در تحلیل اعضا از زلزله تشدید یافته استفاده نمی کند در نتیجه نیروهایی که شما از قسمت تحلیل ایتبس استخراج کرده اید اشتباه می باشد و زلزله تشدید یافته اعمال نشده است .

    پاسخ دهید

  14. حسین رفیعی

    باید اومگای هر جهت را در ضریب زلزله ی همان جهت در قسمت تعریف بار زلزله (استاتیکی یا دینامیکی) ضرب کرده و سپس مقادیر را از طریقی که بیان کردید برداشت کنید.

    پاسخ دهید

  15. مهندس علی پابخش (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    ممنون از دقتی که داشتید. این مورد اصلاح خواهد شد.

    پاسخ دهید

  16. محمد باقری

    روشی که برای توزیع تنش زیر کف ستون ارائه کردید، روش قدیمی و پایه ای مورد استفاده در ASD است. طبق AISC Design Giude 1 توزیع تنش در حالت طراحی به روش LRFD به روش دیگه ای انجام میشه و تقریبا چیزی شبیه بلوک ویتنی در طراحی مقطع بتنی است (مشابه آن و نه دقیقا همون بلوک). این توزیع تنش بر اساس مقاله Drake و Elkin ارائه شده و مقادیر واقعی تری رو برای توزیع تنش زیر کف ستون ارائه میده.

    پاسخ دهید

  17. مهندس علی پابخش (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام جناب مهندس ممنون از نظرتون، به زودی این مقاله طبق ویرایش جدید مبحث ۱۰ (۱۴۰۱) بروزرسانی میشه و این مورد بررسی در نظر گرفته می‌شود.

    پاسخ دهید

  18. علی کرمی

    با سلام و احترام

    قسمت دوم رابطه 15 با استناد به کدام بند مبحث دهم یا آیین نامه AISC آورده شده است و اگر از DESIGN GUIDE های AISC استفاده شده است ممنون میشم لینکش رو بفرستید

    با تشکر

    پاسخ دهید

  19. فاطمه آقایی

    سلام. بند۱۰_۲_۹_۸ مبحث دهم

    پاسخ دهید

  20. mhd.kavian@gmail.com

    کدوم قسمت از بند ۱۰-۲-۹-۸ بیانگر این رابطه هست. ضمنن به نظر میرسه که در همین رابطه ماکزیمم دو حالت باید مدنظر قرار بگیره نه مینیمم.

    پاسخ دهید

  21. مهندس علی پابخش (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس عزیز
    ممنون از توجه و انتقاد سازنده شما
    این رابطه یک رابطه اقتباس شده از رابطه ۱۰-۲-۹-۲۲ هست که به زودی با توجه به انتشار نسخه جدید مبحث دهم این مقاله اصلاح و ویرایش میشود.

    پاسخ دهید

1 2 3 5

در کمتر از یک دقیقه صاحب 3 ایبوک پرطرفدار سبزسازه شوید!

هم‌اکنون این پک را دانلود کنید و هر زمان فرصت داشتید، باحوصله آن‌ها را مطالعه کنید.
دریافت رایگان 3 ایبوک طراحی بتنی
close-link

دریافت رایگان 3 ایبوک طراحی سازه بتنی 
نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.
close-link
آخرین تخفیفات برروی تعرفه فعلی محصولات
تا 50% تخفیف در جشنواره بهاری!!!
کمتر از 72 ساعت مانده
اینجا کلیک کنید
question