آموزش تیپ بندی اعضای سازه فولادی و بتنی در نرم‌افزار ایتبس

در تهیه نقشه‌های ساختمان، برای افزایش دقت و سرعت انجام کار و صرفه­ جویی در هزینه ­های اجرا و مصالح، ارائه پلان تیپ‌بندی ضروری است. جهت پیشگیری از اشتباهات، برای تیپ بندی اعضای سازه فولادی و بتنی از نرم افزار ایتبس استفاده می­کنیم. اما آیا می­توان برای تیپ­ بندی تمامی اعضای ساختمان از نرم افزار ایتبس استفاده کرد؟

نکته قابل‌توجه در تیپ بندی اعضای سازه ای مانند ستون­ ها و تیرهای بتنی و فولادی، مهاربند، اتصالات و دیوارهای برشی، رعایت تقارن در پلان سازه است. اما علت این کار چیست؟ چرا باید برای اعضای فولادی و بتنی پلان تیپ ­بندی ارائه دهیم؟

در این مقاله، به بررسی جزئیات و نکات کلیدی تیپ‌بندی المان های سازه فولادی و بتنی می‌پردازیم و به تمامی سؤالات مرتبط با این فرآیند پاسخ می‌دهیم. با ما همراه باشید تا گام‌به‌گام با تکنیک‌های تیپ‌بندی آشنا شوید.

⌛ آخرین به روز رسانی: 31 مرداد 1403

📕 تغییرات به روز رسانی: اضافه شدن تکنیک های تیپ بندی در نرم افزار ایتبس

 1. تیپ بندی چیست؟

تیپ بندی به زبان ساده به این صورت تعریف می‌شود: شبیه به هم کردن چند موضوع و یا چند شئ. در طراحی سازه، به شبیه هم کردن مقاطع مورد استفاده در بخش‌های مختلف، تیپ‌بندی گفته می‌شود که این امر سبب می‌گردد در برخی از اعضا، مجبور به استفاده از مقاطعی قوی‌تر از حد نیاز شویم.

با تیپ‌بندیِ مقاطع می‌توان به نیروهای فنی و اجرایی و همچنین مهندسین ناظر، در جهت سهولت و افزایش دقت، کمک شایانی نمود. تیپ‌ بندی سبب می‌گردد، خطاهای اجرایی (ناشی از ساخت و نصب) و همچنین میزان پرت مصالح در کارخانه و کارگاه، کاهش چشم‌گیری یابند. تیپ‌ بندی مقاطع، معمولاً به‌ صورت مجموعه‌ای از ضوابط عرفی بین طراحان می‌باشد، البته تجربه و سلیقه‌ی طراح هم در این فرآیند مؤثر است.

هدف از تیپ بندی عبارت است از:

1) نظم در طراحی

2) استفاده از مقاطع با تنوع کمتر که سبب می‌شود تهیه‌ی مقاطع ساده‌تر شود

3) پایین آمدن پرت مصالح

4) کاهش اشتباهات در ساخت و نصب

5) کاهش هزینه ساخت و نصب

6) افزایش سرعت اجرا

اگر در طراحی‌ ها بتوانیم تعدادی از مقاطع تیرها، ستون‌ها، ورق‌ های وصله و یا تیرهای فرعی و … را در طبقات مختلف شبیه به هم (تیپ‌ بندی) کنیم، در این صورت در زمان خرید مجبور به خرید تعداد زیادی مقطع با ابعاد مختلف نخواهیم بود، که این کاهش تنوع خود سبب کاهش هزینه‌ ها می‌شود. پس در نتیجه با توضیحاتی که در ادامه ارائه خواهند شد، می‌توان به افزایش دقت و سرعت اجرای پروژه و همچنین کاهش هزینه‌ ها کمک شایانی نمود.

1.1. تفاوت طراحی و تیپ بندی مقاطع

همان‌ طور که می‌ دانیم طراحی سازه، بر اساس مقاومت یا تغییر شکل مجاز اعضا انجام شده و در پایان این فرآیند، بهینه‌ ترین مقطع انتخاب می‌شود، به‌ طوری که تمام الزامات آیین‌ نامه‌ای ارضا شوند، این در حالی است که تیپ‌ بندی در اکثر اوقات با توجه به بحث‌های اجرایی و اقتصادی و بر پایه‌ ی تجربه و همچنین شرایط هر پروژه صورت می‌گیرد و نکات آیین‌ نامه‌ ای کمتر در این رابطه تأثیرگذار می‌باشد.

زمانی که صحبت از تیپ‌ بندی مقاطع در سازه‌ ها می‌شود در بسیاری از اوقات تمایز نکات مربوط به طراحی و تیپ‌ بندی از یکدیگر مشکل می‌ باشد. فرآیند تیپ‌ بندی به‌ طور سنتی در پایان بخش طراحی و پس از نهایی شدن مقاطع در سازه شروع می‌شود، اما دانستن نکات مربوط به تیپ‌ بندی سبب می‌شود که در هنگام طراحی مقطع، انتخاب هر مقطع به‌ صورت آگاهانه انجام شده تا در انتها، نیاز به اعمال تغییرات کمتری داشته باشیم. معمولاً پس از طراحی چندین سازه‌ ی مختلف و با بالا رفتن تجربه‌ ی طراح، فرآیند طراحی و تیپ بندی توسط طراح تا حد زیادی به‌ صورت همزمان انجام شده و در پایان طراحی، تغییرات خیلی زیادی برای تیپ بندی مقاطع صورت نمی‌گیرد.

به‌ عبارت‌ دیگر می‌توان گفت، نکات طراحی و تیپ بندی اعضای سازه در بسیاری از اوقات شباهت‌ های زیادی با یکدیگر دارند و در این مقاله سعی شده به نکاتی اشاره شود که تا حدود زیادی هر دوی این مراحل را پوشش دهند.

2. تیپ بندی ستون‌های فولادی و بتنی

اولین گام برای ترسیم پلان تیپ­ بندی ستون­ ها، استفاده از نقشه معماری برای تعیین موقعیت ستون­ها می­باشد که اصطلاحاً پلان آکس­بندی گفته می­شود.  به همین دلیل است که معمولاً تیپ‌بندی ستون بر روی پلان صورت‌گرفته و هر تیپ ستون، نشان‌دهنده مقطع ستون از بالا تا پایین خواهد بود. به ‌عنوان نمونه در شکل زیر مشاهده می‌شود که سه نوع تیپ برای ستون‌های پلان نشان داده شده در نظر گرفته‌ شده است که تیپ C1، C2 و C3 نام دارند. همواره سعی بر آن است که در سازه‌های معمول، مقطع ستون‌ها از 4 الی 5 تیپ بیشتر نشوند تا فرآیند ساخت راحت‌تر انجام شود. به‌عبارت‌دیگر در هر یک از این سه تیپ، مقطع ستون از طبقه اول تا طبقه آخر کاملاً مشابه هستند.

شکل1 – پلان تیپ‌بندی ستون‌ها به‌صورت متقارن

نکته: تیپ‌بندی ستون‌ها به روش گفته شده سبب ساده شدن فرآیند ساخت می­شود. این امر، احتمال خطا را کاهش داده و فرآیند ساخت را سریع‌تر و کم‌هزینه‌تر می­کند.

بعد از این مرحله، نکته‌ای که در تیپ‌بندی ستون‌های فولادی و بتنی باید به آن اشاره نمود در رابطه با نحوه اجرای ستون‌ها در پروژه می‌باشد. در ادامه به تفسیر هر یک پرداخته می­شود.

1.2. تیپ بندی ستون های فولادی

اولین نکته‌ ای که در تیپ بندی ستون‌ ها باید به آن اشاره نمود در رابطه با نحوه‌ی اجرای ستون‌ ها در پروژه می‌ باشد. همان‌ طور که در شکل زیر هم مشاهده می‌شود، ستون معمولاً اولین عضوی از اسکلت سازه است که اجرا شده و شرایط اجرای آن دارای پیچیدگی‌ های خاصی می‌ باشد که سبب می‌شود امکان جوش‌ کاری گسترده‌ ی ستون در ارتفاع وجود نداشته باشد؛ در نتیجه معمولاً سعی بر آن است که کل مقطع ستون از بالا تا پایین‌، بر روی زمین در محل کارگاه یا کارخانه ساخته‌ شده و جوش‌ کاری‌ های مورد نیاز انجام شوند و در زمان برپا سازی ستون‌ ها، جوشکاری تنها در محل اتصال با صفحه‌ ستون و همچنین وصله ستون انجام می‌گیرد.

شکل 2- برپاسازی ستون‌ها به‌عنوان اولین گام در اجرای اسکلت یک پروژه فولادی

 به‌ عنوان یک نکته‌ ی طراحی که در تیپ بندی مقاطع هم تأثیرگذار می‌باشد، بهتر است ستون‌ ها حتی‌ الامکان در پلان متقارن باشند (مانند پلان ستون گذاری بالا)، تا توزیع نیرو به‌ طور مساوی بین ستون‌ها صورت گیرد.در صورتی که در گوشه‌ ای از سازه ابعاد ستون بزرگ باشد و ابعاد سمت دیگر کوچکتر در نظر گرفته شود، در این صورت نیروهای جانبی بیشتر توسط ستون‌های قوی‌ تر تحمل شده و این امر گاهی سبب به وجود آمدن پدیده‌ی بلند شدگی یا همان آپلیفت (Uplift) می‌شود.

 نکته‌ی دیگری هم که باید در مورد تیپ بندی ستون‌ های فلزی به آن بپردازیم این است که، گاهی به دلیل تعداد کم طبقات و یا مساحت کم سازه، در طراحی به این نتیجه می‌رسیم که برای مقاطع تیر و ستون از مقاطع نورد شده استفاده نماییم (به جای استفاده از مقاطع ساخت شده از ورق مانند قوطی، صلیبی و …) که به صورت شاخه های 12 متری ساخته می شوند.

شکل3- نمونه‌ای از پروفیل‌های نورد شده

اما خوب است بدانید که مقاطع نورد شده در کارخانه تولید شده و به محل کارگاه انتقال داده می‌شوند تا عملیات مونتاژ، برش‌کاری، جوشکاری و نصب در محل انجام شود. در چنین شرایطی باید فضای کافی برای عملیات تخلیه و مونتاژ قطعات وجود داشته باشد. در حالتی که تمام مقاطع در محل پروژه، جهت عملیات مونتاژ و نصب تخلیه ‌شود، ممکن است تمایز پروفیل‌ها با ابعاد نزدیک به هم از یکدیگر دشوار باشد. از این ‌رو معمولاً پیشنهاد می‌شود مقاطعی که در پروژه استفاده می‌شوند از دو شماره متوالی نباشند تا تشخیص ابعاد و شماره‌ها به‌صورت چشمی امکان‌پذیر باشد. به‌عبارت‌دیگر، بهتر است به‌جای استفاده از  IPE200 و IPE220 به‌صورت هم‌زمان در یک پروژه، از IPE200 و IPE240 در طراحی استفاده گردد.

در ادامه، یک سازه فولادی 6 طبقه که ارتفاع هر طبقه 3 متر است برای بررسی انتخاب شده است، در این آکس ­بندی که از حروف انگلیسی برای نام­گذاری در قسمت افقی بالایی و از اعداد در قسمت عمودی کناری استفاده شده است، ستون‌های روی یک اکس از پلان فرضاً آکس (A1) را در نظر بگیرید. پلان ستون‌گذاری سازه‌ی مذکور در شکل زیر مشاهده می‌شود.

شکل 4- پلان ستون گذاری سازه فولادی

پروفیل‌های طراحی شده توسط طراح برای مقاطع تیر از نوع IPE و مقاطع ستون از دوبل IPE با ورق تقویت بال در نظر گرفته‌شده‌اند.

شکل5- ستون‌های دوبل IPE با ورق تقویت بال

مقاطع در نظر گرفته شده برای ستون‌های اکس A1 در تمام طبقات، در انتهای فرآیند طراحی، در شکل 6 مشاهده می‌شوند.

شکل6- مقاطع ستون‌های آکس A1 در طبقات در سازه‌ی 6 طبقه

با توجه به شکل 6 مشاهده می‌شود که، در طبقات سوم، چهارم و پنجم مقطع ستون 2IPE220 می‌باشد، مجموع ارتفاع این سه طبقه 9 متر است. همان‌ طور که اشاره شد، طول هر شاخه پروفیل‌ ساخته‌شده در کارخانه 12 متر می‌باشد، در نتیجه پس از برشکاری شاخه‌ی 12 متری، برای ساخت ستون طبقات سوم تا پنجم، دو عدد پروفیل IPE220، هر یک به طول 3 متر اضافه خواهد آمد، که ممکن است امکان استفاده از این پروفیل‌ها در سایر بخش‌ها وجود نداشته باشد، در این صورت دو راهکار وجود خواهد داشت:

▪️ راهکار اول: همانطور که گفته شد، در صورتی که مقاطع نشان داده شده در شکل 6 عیناً اجرا شوند، جوشکار باید برای ساخت ستون 9 متری، در ابتدا 3 متر از شاخه‌ی 12 متری IPE220 را برش دهد. در این حالت پروفیل 3 متری حاصل، ممکن است در محل دیگری قابل استفاده نباشد. در صورتی هم که این پروفیل قابل استفاده باشد احتمالاً باید به یک مقطع دیگر با استفاده از وصله، جوش داده شود تا طول مورد نیاز تأمین گردد.

لازم به ذکر است که با این کار (جوشکاری و وصله‌ی پروفیلِ اضافه به سایر پروفیل‌ها) احتمال ایجاد خطای جوشکاری بالا رفته و ممکن است جوش خوب و با کیفیتی حاصل نگردد که در این حالت علاوه بر اینکه از ظرفیت واقعی مقطع استفاده نمی‌شود، هزینه‌های ناشی از برشکاری، جوشکاری، خرید ورق وصله، الکترود، دستمزد جوشکار و … هم افزایش می‌ یابند. در کنار این موارد، مدت زمان نسبتاً زیادی را در حین اجرا از دست خواهیم داد.

▪️ راهکار دوم: این راهکار که معمولاً بیشتر مد نظر قرار می‌گیرد، این است که در طبقه‌ی ششم هم به جای استفاده از 2IPE200 مشابه با سه طبقه‌ی زیرین از 2IP220 استفاده شود تا یک شاخه‌ی 12 متری کامل برای ساخت ستون‌های طبقات 3 تا 6، بدون نیاز به هیچ برشکاری استفاده گردد. اگرچه این راهکار سبب می‌شود که ستون‌ های طبقه‌ی ششم نسبت به مقطع طراحی شده اندکی دست بالا اجرا شوند، اما در این حالت از به وجود آمدن مشکلات ذکر شده در راهکار اول، جلوگیری خواهد شد که در مجموع سبب افزایش بهره‌ وری در ساخت می‌شود.

❓ همانطور که مشاهده کردیم تمامی ستون های آکس A1 مشابه هم می باشند اما این موضوع را در نقشه های اجرایی چگونه باید به مجری طرح گفت؟

با توجه به بحثی که در ابتدای این بخش در رابطه با تیپ‌ بندی ستون‌ ها صورت گرفت، در مثال فوق می‌ توان مشاهده کرد که مقطع تمام ستون‌ های آکس A1  از طبقه‌ ی اول تا طبقه ششم مشابه می‌ باشند، در نتیجه با توجه به توضیحات ذکر شده، همه‌ ی ستون‌ های این آکس یک تیپ محسوب می‌ شوند که می‌ توان به همه‌ی آنها یک نام مشترک مانند C1 اختصاص داده شود اینگونه مهندس مجری متوجه خواهد شد تمامی ستون ها در این آکس نحوه اجرای یکسانی دارند.

❓در صورتی که در یک طبقه، دریفت ستون جوابگو نباشد، اولین اقدامی که برای تقویت مقطع باید انجام شود چیست؟

پاسخِ طراحان با تجربه‌ تر در مقایسه با طراحان تازه‌کار  به این سؤال احتمالاً متفاوت می‌باشد. در صورتی که یک ستون جوابگو نباشد، اولین اقدامی که طراح تازه‌ کار ممکن است انجام دهد، افزایش ابعاد مقطع می‌باشد، به‌ طوری که مقطع 2IPE240 را به 2IPE260 و یا BOX20x20x1 را به BOX25x25x1 تبدیل می‌ نماید. اما یک طراح با تجربه پیش از اینکه ابعاد مقطع را افزایش دهد در ابتدا سعی بر افزایش ظرفیت مقطع با استفاده از ورق‌ های تقویتی و همچنین افزایش ضخامت ورق‌ ها می‌نماید، این رویکرد در بسیاری مواقع جوابگو بوده و سبب می‌شود که در طبقات مختلف ستون‌ ها دارای ابعاد متفاوتی نباشند، که این کار اجرای آنها بر روی یکدیگر را ساده‌ تر می‌ نماید.

❓ اگر مجبور به تغییر مقطع ستون در ارتفاع باشد سازه باشیم چه باید کرد؟

توصیه‌ی مهم در این موارد این است که تغییر ابعاد ستون در ارتفاع به گونه‌ای باشد که اجرای ستون‌ها بر روی یکدگیر میسر باشد، بدین منظور پیشنهاد می‌شود تغییر ابعاد مقطع در ارتفاع حداکثر 2 نمره در نظر گرفته شود، تا در زمان وصله‌ی ستون‌ها در محل تغییر ابعاد، وصله را بتوان بر روی لقمه (ورق‌های پرکننده) نصب نمود.

در شکل زیر یک نمونه وصله‌ی ستون در حالتی که تغییر ابعاد در ارتفاع وجود دارد نشان داده شده است، همان‌طور که مشاهده می‌شود، به دلیل کم بودن تغییر ابعاد، اتصال به کمک لقمه‌هایی انجام شده است.

شکل7- نحوه‌ی اجرای ورق وصله‌ی دو ستون

اگر تغییر مقطع از ستونی به ستون دیگر با اختلاف زیادی همراه باشد (یعنی یک مقطع بزرگ به یک مقطع خیلی کوچک به‌صورت ناگهانی تغییر یابد)، اجرای آن ممکن است بسیار دشوار شود. تغییر مقطع‌های زیاد سبب نیاز به استفاده از ورق‌های وصله و لقمه (ورق‌های پرکننده) با ضخامت‌های بالا می‌شود که در این صورت هزینه‌ی زیادی بابت خرید این ورق‌ ها و همچنین برشکاری و جوشکاری آن‌ها به کارفرما تحمیل خواهد شد. به‌ عنوان مثال تغییر مقطع از دوبل IPE270 به دوبل IPE200 می‌تواند چنین شرایط بحرانی را برای سازه ایجاد کند. نکته دیگری که باید به آن اشاره کرد این است که جوش دادن وصله‌ با ضخامت زیاد به ستون‌ها ممکن است باعث ذوب شدن بخش‌ هایی از بال یا جان پروفیل شود و در ستون ضعف ایجاد نماید. در صورتی که تفاوت ابعاد ستون تحتانی و فوقانی زیاد باشد، امکان استفاده از لقمه نبوده و باید از سایر روش‌ها برای اتصال دو ستون استفاده نمود که این روش‌ها هزینه‌ی به مراتب بیشتری از روش فوق خواهند داشت.

 هدف از تیپ بندی مقاطع، افزایش بهره وری به خصوص در بحث‌های اجرایی پروژه می‌باشد، این بدین معناست که برخی حالت‌ها ممکن است از نظر طراحی در نرم افزار مشکلی ایجاد نکنند، اما از نظر اجرایی قابل قبول نباشد، یکی از این موارد، استفاده از یک ستون قوی بر روی یک ستونی ضعیف‌تر با ابعاد کوچک‌تر می‌باشد که اصلاً ایده‌ی مناسبی نیست.

2.2. تیپ بندی ستون های بتنی

همان‌طور که در قسمت تیپ­بندی ستون­ های فولادی گفته شد، ستون معمولاً اولین عضوی از اسکلت سازه است که بسته به نوع فلزی یا بتنی آن شرایط خاص طراحی و اجرایی دارد. به‌طورکلی در سازه­ها، معمار پروژه وظیفه مشخص‌کردن جای ستون و مهندس سازه وظیفه طراحی ابعاد ستون و جزئیات اجرایی آن را بر عهده دارد. نکته ­ای که وجود دارد، محل قرارگیری ستون است. محل مناسب جهت قرارگیری ستون، ابتدا و انتهای بنا، اطراف باکس سرویس پله و آسانسور، اطراف رمپ در صورت وجود، اطراف بازشوها یا نورگیرهای بزرگ یعنی هر محلی که حجم یا فضای خالی داشته باشیم، است. برای انتقال بارهای سقف به فونداسیون ستون­ گذاری انجام می­دهیم مگر اینکه فضا به‌قدری کوچک باشد که بتوان با یک تیر کمکی یا یک تیر فرعی، یک کنسول یا دستک کوچک از نزدیک­ترین ستون، سقف را اجرا کرد.

در ادامه، یک سازه بتنی 3 طبقه که ارتفاع هر طبقه 3 متر و 24 سانتی­متر است برای بررسی انتخاب شده است. پلان ستون‌گذاری سازه‌ی مذکور در شکل زیر مشاهده می‌شود.

شکل 8- پلان ستون گذاری سازه بتنی

همان‌طور که در تصویر بالا مشاهده می­شود، در نام­گذاری خطوط آکس از حروف انگلیسی از قسمت افقی بالایی و از اعداد در قسمت عمودی کناری استفاده شده است. دلیل این کار مشخص‌کردن آدرس هر ستون می­باشد که بتوان ستون موردنظر را به‌راحتی مشخص کرد؛ بنابراین اولین گام در تیپ­ بندی ستون­ های فولادی و بتنی با استفاده از نقشه­ های معماری، مشخص‌کردن محل ستون­ها است. بعد از طراحی پلان و تأیید آن همان­طور که پیش­تر بیان شد، ستون معمولاً اولین عضوی از اسکلت سازه است که اجرا می­ شود. اجرای ستون­ بتنی دارای سه مرحله است:

1. آرماتوربندی: اجرای آرماتورهای طولی ستون و قراردادن خاموت­ های عرضی دور آن­ها در فواصل مناسب
2. قالب­ بندی: روغن­ کاری، نصب و محکم کردن قالب­ ها دور ستون
3. بتن­ ریزی: اجرای بتن­ ریزی به همراه ویبره ­زنی در ستو­ن­ها

شکل 9- برپا سازی ستون‌‌ها به‌ عنوان اولین گام در اجرای اسکلت یک پروژه بتنی

طول هر شاخه میلگرد‌ ساخته‌شده در کارخانه 12 متر است و طول موردنیاز برای هر طبقه سازه بتنی برابر است با:

(طول ستون + ضخامت سقف + خم انتهایی یا اورلب موجود در نقشه)

بنابراین، بعد از برش طول موردنیاز در نهایت میلگردهای کوتاهی که بصورت پِرت بر جای می­ مانند، باعث هدررفت هزینه­ می­شود. برای جلوگیری از هزینه‌های اضافی، از این میلگردها می­توان در قسمت­های مختلف مثل خاموت­ ها یا به‌عنوان رامکا در قالب‌بندی ستون­ ها استفاده کرد. رامکا برای حفظ هم­ راستا بودن ستون­ ها و ایجاد فاصله مناسب بین میلگردهای طولی و قالب جهت تشکیل کاور بتنی به کار می­رود.

❓در صورت محدودیت فضای پارکینگ، برای جلوگیری از ایجاد فضای پرت، ستون ­گذاری به چه صورت خواهد بود؟

برای جلوگیری از ایجاد فضاهای کوچک و بلااستفاده در پارکینگ، باید به ضوابط ستون­گذاری اعم از محل مناسب قرارگیری ستون، فاصله مناسب ستون ­ها، محل قرارگیری دستگاه پله، داکت، آسانسور و نورگیر و عوامل تأثیرگذار دیگر توجه نمود. حتی‌الامکان ستون­ ها در داخل دیوار جانمایی می­شوند و حداقل و حداکثر فاصله ستون­ ها به ترتیب 4 و 7 متر در نظر گرفته می­شود.

3. تیپ بندی تیرهای فولادی و بتنی

پلان تیرریزی نوع پوشش سقف، جزئیات تیرها و فاصله و جهت تیرریزی آن­ها را مشخص می­کند، به همین دلیل جنبه محاسباتی دارد. در سازه­ های فولادی و بتنی نیروهایی که سقف تحمل می­کند، شامل نیروهای مرده و زنده اعم از نیروهای وزن خود و بارهایی مانند بار برف در بام است. نیروهای سقف از طریق ستون به فونداسیون و در نتیجه به زمین منتقل می­شوند.

از آنجایی که معمولاً در یک پروژه‌ تعداد تیرها زیاد است، احتمال به‌دست‌آوردن مقاطع متنوع برای تیرها وجود دارد. این امر سبب غیراقتصادی شدن پروژه خواهد شد و ممکن است سبب افزایش زمان لازم برای اجرای سازه‌ها شود. در نتیجه بهتر است با تیپ­ بندی منطقی تیرهای فولادی و بتنی سعی بر کاهش تنوع مقاطع تیرها نماییم. با رعایت برخی نکات پایه‌ای در طراحی و انتخاب مقاطع تیرها، می‌توان تا حد زیادی به ارائه یک طرح اجرایی و اقتصادی کمک نمود. در ادامه، به برخی از این نکات اشاره می‌شود.

1.3. تیپ بندی تیرهای فولادی

از آنجایی که معمولاً در پروژه‌ها تعداد تیرها زیاد می‌باشد، احتمال بدست آوردن مقاطع متنوعی برای تیرهای یک پروژه وجود دارد که با توجه به توضیحاتی که در بخش‌های گذشته هم داده شد، این امر سبب غیر اجرایی و غیر اقتصادی شدن پروژه خواهد شد و ممکن است سبب افزایش زمان لازم برای اجرای سازه شود. در نتیجه بهتر است که با یک تیپ بندی منطقی سعی بر کاهش تنوع مقاطع تیرها نماییم. با رعایت برخی نکات پایه‌ای در طراحی و انتخاب مقاطع تیرها، می‌توان تا حد زیادی به ارائه‌ ی یک طرح اجرایی و اقتصادی کمک نمود. در ادامه، به برخی از این نکات اشاره می‌شود:

• همان‌ طور که می‌دانیم در سازه‌ های مهاربندی، با توجه به اینکه اتصال تیر به ستون به‌ صورت مفصلی می‌باشد، تیرها تنها نیروی ثقلی را تحمل کرده و هیچ گونه نیروی جانبی به آنها اعمال نمی‌شود. از این رو، با توجه به اینکه معمولاً در اکثر سازه‌ ها بار ثقلی طبقات (بار مرده و زنده) تقریباً مشابه می‌ باشد (به جز طبقه‌ی بام و پارکینگ)، در نتیجه می‌ توان گفت که احتمالاً تیرهای قاب‌ های ساده در اکثر طبقات دارای مقاطع مشابهی خواهند بود. به این معنا که مقطع تیر یک دهانه در طبقه‌ی اول، با مقطع همان تیر در طبقه‌ی دهم احتمالاً برابر خواهد بود. این نکته کمک شایانی به تیپ بندی مقاطع قاب ساده در طبقات می‌نماید.

• در سازه‌ هایی که در یک جهت سیستم باربر جانبی به‌ صورت قاب خمشی و در طرف دیگر به‌ صورت مهاربندی می‌باشد، از آنجایی که تیرهای قاب خمشی فولادی نیروی جانبی را هم تحمل می‌کنند، در نتیجه عکس‌ العمل‌ های بیشتری را به ستون وارد می‌نمایند و نیاز به اتصال‌ های قوی‌ تری خواهند داشت، در نتیجه در این سازه‌ ها در صورتی که ستون‌ ها از نوع مقاطع I شکل تک یا جفت باشند، بهتر است تیرهای قاب خمشی به بال ستون متصل شده و تیرهای قاب ساده به جان ستون. دلیل این امر این است که ضخامت جان در مقایسه با بال کمتر بوده و جوش دادن اتصالات قوی به جان ستون عملاً ممکن نمی‌باشد.
  دلیل دیگر برای این توصیه (اتصال تیرهای قاب خمشی به بال ستون) این است که، سختی قاب خمشی در مقایسه با قاب مهاربندی کمتر می‌باشد، در نتیجه همواره سعی بر آن است که محور قوی ستون‌ها در راستای عمود بر قاب خمشی قرار گیرد تا ممان اینرسی در جهت قاب خمشی (حول محور قوی) افزایش یافته تا دریفت سازه راحت‌تر جواب گو شود. و زمانی که دریفت جواب دهد مجبور به تغییر مقطع یا تقویت مضاعف تیر نخواهیم بود و در نتیجه تیپ بندی تیر ساده تر خواهد شد.

شکل 10- جهت مناسب برای اتصال تیرهای قاب خمشی و قاب ساده به ستون

• در تیرهای قاب خمشی به دلیل اینکه اتصال خمشی اساساً احتیاج به جوشکاری و اجرای جزییات نسبتاً زیادی دارد، پیش از انتخاب مقطع نهایی برای تیر، حتماً باید کنترل شود که عرض تیر در محل اتصال، به اندازه‌ی کافی کمتر از عرض ستون باشد تا امکان اجرای جوش‌های لازم وجود داشته باشد.
• در محل اتصال تیرهای قاب خمشی به ستون، در محل چشمه‌ی اتصال در داخل ستون معمولاً نیاز به اجرای ورق پیوستگی می‌باشد که در شکل زیر هم مشاهده می‌شود. از آن‌ جایی که ورق پیوستگی باید در راستای بال تیرها باشد، در صورتی که ارتفاع تیرها در دو طرف ستون متفاوت باشند، ورق پیوستگی باید به‌ صورت مورب اجرا شود که چندان مطلوب مجری نبوده و سبب افزایش هزینه‌ها می‌شود. در نتیجه بهتر است تا حد امکان از تغییر ارتفاع تیرها در دو سمت ستون جلوگیری شود.

به‌ طور کلی معمولاً توصیه می‌شود تا حد امکان ارتفاع تیرهای یک طبقه برابر باشند تا روند اجرای سقف ساده‌تر شود. در این حالت در صورت نیاز به تقویت تیرها، به جای افزایش ارتفاع آن‌ها می‌توان از ورق‌های تقویت استفاده نمود.

شکل11- ورق‌های پیوستگی در ستون

•  به‌ عنوان یک نکته‌ی طراحی که در تیپ بندی مقاطع هم تأثیرگذار است باید اشاره کرد که امروزه استفاده از تیرهای لانه زنبوری چندان مورد تأیید مهندسین نمی‌باشد. لازم به ذکر است که استفاده از تیرهای لانه زنبوری در قاب خمشی و همچنین تیر دهانه‌ی مهاربندی شده، از نظر آیین‌نامه‌های طراحی مانند مبحث دهم مقررات ملی ایران مجاز نمی‌باشد.

2.3. تیپ‌بندی تیرهای بتنی

انواع تیرهایی که در سقف اجرا می شوند، می تواند از نوع اصلی و یا فرعی باشند. در سقف‌های بتنی به تیرهای اصلی پوتر گفته می شود و تیرهای فرعی، تیرچه نامیده می شوند.

شکل 11- سقف تیرچه بلوک

نکته مهمی که در پلان تیرریزی وجود دارد، استفاده از شناژ مخفی در مواقعی است که آیین نامه مشخص کرده است. در سقف های تیرچه بلوک برای توزیع یکنواخت بار روی سقف و همچنین در محل هایی که بار منفرد باشد، شناژ مخفی یا همان کلاف میانی بتنی اجرا می شود. طبق مبحث آیین‌نامه‌ای، در سقف مذکور، برای بار زنده  350 کیلوگرم بر متر مربع و طول دهانه بزرگ‌تر از 4 متر، یک شناژ مخفی باید در وسط سقف ایجاد کنیم، این شناژ در پلان زیر با خط تیره ترسیم شده  است.

شکل 12- پلان تیرریزی بتنی

همان‌طور که در شکل فوق مشاهده می شود، تیرهای اصلی یا پوترها با حرف B و تیرهای فرعی یا تیرچه ها را با حرف J نمایش داده شده اند. اندیس متفاوت حروف نشان دهنده مشخصات مانند طول میلگردها، قطر میلگردها، طول خم آن ها و اندازه آن ها می باشد که در پلان طراحی در جدول مربوطه مشخصات تیرچه ها نمایش داده می شود. در این پلان از یک نوع تیرچه J4 استفاده شده است.

برای توزیع بهتر نیرو و سرعت در انجام کار همچنین صرفه‌جویی در هزینهT در طراحی سقف بهتر است ابعاد مقطع ثابت مانده و در صورت لزوم تعداد میلگرد یا نمره میلگرد داخل تیر تغییر داده شود. برای نمونه در شکل 12، ابعاد مقاطع ثابت هستند اما تعداد و نمره میلگردها متفاوت است.

❓چه زمانی پلان تیپ بندی تیرهای بتنی در طبقات متفاوت خواهد بود؟

عوامل مختلفی مانند پیش آمدگی سازه، تورفتگی، داکت ها و حتی بارگذاری وجود دارد که باعث می شود پلان تیپ بندی در طبقات بعدی متفاوت باشد. در این صورت ابتدا سعی بر این است که تعداد یا نمره آرماتورها کاهش پیدا کند؛ ولی اگر مجبور به تغییر ابعاد مقطع تیر باشیمT باید متناسب و قابل‌اجرا باشد. همچنین درصورتی‌که نظر مهندس محاسب بر این باشد که جهت تیرریزی در سقف ها متفاوت باشد، باید این پلان برای طبقات جداگانه ترسیم شود.

4. تیپ‌بندی پله‌ها

یکی از اجزای غیرسازه‌ای در ساختمان ها، راه پله ها هستند که دارای ضوابط سازه ای و معماری مهمی می باشند. این ضوابط می تواند مربوط به تیپ بندی شیب و طول رمپ، استاندارد میلگردگذاری و تعداد پله ها باشد.

همان طور که در ابتدای این مقاله توضیح داده شد، تیپ بندی به معنای مشابه بودن و عدم تغییر ابعاد و ایجاد تنوع در طبقات می باشد که این کار موجب اجرای راحت تر و جلوگیری از هزینه های اضافی می شود. تیپ بندی پله ها در ساختمان ها نیز به این دلیل انجام می شود و از تغییر ابعاد در طبقات مختلف و ایجاد تنوع جلوگیری به عمل می آید. در ادامه به برخی از ضوابط آیین‌نامه مبحث 4 مقررات ملی اشاره می شود.

در این بند آیین‌نامه در مورد کف پله و ارتفاع پله ضوابطی را شرح می دهد. تصویر زیر برای درک بهتر بند 4-5-1-7-1 آوده شده است.

شکل 13- مشخصات پله ها

در بند 4-5-1-7-3 در آیین نامه مبحث 4 ذکر شده است که باید حداقل عرض راه پله 1.1 متر باشد و حداقل قفسه پله هایی که دارای پاگرد هستند 2.4 متر باشد و در این جا منظور طول پاگرد می باشد. طبق بند 4-5-1-7-4 حداقل عرض یا شعاع پاگرد نیز مساوی عرض پله می باشد. یعنی اگر طبق تصویر زیر عرض پله a باشد، حداقل عرض شعاع یا عرض پاگرد نیز باید a باشد.

شکل 14- حداقل عرض پله و پاگرد

علاوه بر رعایت ضوابط اشاره شده، باید توجه داشت که در گروه ساختمان های مختلف ارتفاع طبقات متفاوت است. برای مثال ارتفاع پیلوت معمولا 2.8 متر در نظر گرفته می شود. این در صورتی است که در طبقات بعدی معمولا ارتفاع بیشتر از 3 متر است.

در این شرایط شاید این طور به نظر برسد که ناچار به تغییر ابعاد دستگاه پله  هستیم. اما جواب این است که لزومی برای تغییر ابعاد دستگاه پله وجود ندارد. می توان با تغییر برخی از عوامل مانند تعداد پله، طول و شیب رمپ و میلگردگذاری اختلاف حاصل از تغییر ارتفاع را برطرف نمود. طبق آیین‌نامه مبحث چهارم مقررات ملی، حداکثر تعداد پله ها بین دو پاگرد 12 پله است. اگر تعداد پله ها را افزایش دهیم، باید تعداد گَردش را تغییر می دهیم (زوج گردش یا فرد گردش).

در برخی ساختمان ها برای ارتباط بین طبقات و استفاده بهینه از فضا و زیبایی داخلی ساختمان از پله های داخلی دوبلکس استفاده می شود. این نوع پله ها از لحاظ ابعاد بازشوی سقف و نوع مصالح در تمامی طبقات تیپ بوده و مشابه هم اجرا می شود.

5. تیپ‌بندی تیرچه‌های سقف

در دنیای ساختمان دو تیپ کلی اسکلت بتنی و اسکلت فولادی وجود دارند و انواع سقف های مختلف در این دو تیپ قرار می گیرند و بارهایی را که به آن ها وارد می شوند، توزیع می کنند. از جمله این نمونه ها که به تازگی در ساخت و ساز رواج پیدا کرده است، سقف های کامپوزیت و عرشه فولادی می باشند. هر کدام از این سقف ها خود دارای چند نوع مختلف می باشند.

انواع سقف های کامپوزیت که در سازه ها مورد استفاده قرار می گیرند:

• کامپوزیت معمولی
• سقف تیرچه بلوک
• سقف تیرچه کرومیت
• کامپوزیت پلیمری
• کامپوزیت طاق ضربی

سقف های عرشه فولادی نیز شامل دو گروه است:

• سقف های عرشه فولادی قوس دار
• عرشه فولادی روفیکس

سقف های کامپوزیت جدا از اسکلت اصلی ساختمان اعضایی که دارند، تیرهای فرعی، برشگیرها، بتن و آرماتور است. تیرهای فرعی در سقف کامپوزیت به صورت لانه زنبوری یا پروفیل های استاندارد به کار می رود و روی این تیرچه ها یک دال بتنی اجرا می شود. قبل از اجرای تیرهای فرعی برشگیرها روی آن جوش داده می شود.
به طور کلی برشگیرها در طول تیرچه به جهت انسجام تیرها با دال بتنی مورد استفاده است. برشگیر در سقف کامپوزیت از نوع ناودانی یا نبشی و در سقف عرشه فولادی از نوع گل میخ است و برای اتصال ورق های پوششی به تیرچه ها استفاده می شود. معمولا برش گیرها در سقف کامپوزیت از نوع ناودانی نمره 6 انتخاب می شود و حداقل ضخامت پوشش بتنی بر روی برشگیر 2.5 در نظر گرفته می شود. در سقف پارکینگ به دلیل شدت بار بیشتر ضخامت بتنی تا 3.5 سانتی متر بیشتر در نظر گرفته می شود.

شکل 15- شمایی از سقف عرشه فولادی

از جمله مزایای سقف کامپوزیت، بتن ریزی چند سقف به طور هم زمان است که منجر به سرعت در اجرای ساخت می شود. مزیت دیگری که دارد، کاهش وزن ساختمان است که در نتیجه بار روی فونداسیون نیز کاهش پیدا می کند. مورد مهم دیگری که وجود دارد بحث اجرای تأسیسات است که در این نوع سازه با سهولت بیشتری انجام می شود.

شکل 16- سقف کامپوزیت

در طراحی و اجرای سقف های کامپوزیت ممکن است ارتفاع سقف ها یا تیرچه های سقف به دلیل تفاوت در بارهای وارده، با یکدیگر متفاوت باشد. برای مثال در سقف تیرچه بلوک، گاهی به دلایل مختلف از جمله وجود بار متمرکز و بار دینامیکی، وجود نیروی برشی زیاد و یا به دلیل دهانه بزرگ سقف، از تیرچه-های دوبل استفاده می شود. در این نوع ساختمان ها دو تیپ سقف خواهیم داشت.

شکل 17-سقف تیرچه دوبل

از دیگر اجزای موجود در این سقف ها که باتوجه‌ به تفاوت در بارگذاری ثقلی نیاز به تیپ بندی خواهند داشت، اجزایی مانند گل میخ های برشگیر در سقف های عرشه فولادی و ناودانی های جوش شده در بال فوقانی تیرهای اصلی و فرعی است.

شکل 18- جوش کاری گل میخ

نکته: اجرای روف‌گاردن یا طراحی استخر یکی از عوامل اصلی ایجاد تغییر در تیپ‌بندی سقف‌ها است.

6. تیپ بندی کف ستون ها

در سازه های فولادی، کف ستون وظیفه انتقال بار به فونداسیون را بر عهده دارد. کف‌ستون باتوجه ‌به اینکه نسبت به ستون دارای سطح بیشتری است، از واردکردن تنش ستون به فونداسیون جلوگیری می کند و وزن و بار ستون را با اطمینان بیشتری به فونداسیون انتقال می دهد. باتوجه‌به اینکه ورق‌ها در کارخانه به طول 6 متر و عرض‌ 1.5 متر و یا 2 متر تولید می‌شوند؛ در نتیجه بهتر است در هنگام انتخاب ابعاد ورق کف ستون، ابعادی در نظر گرفته شود که تا حد امکان برشکاری به حداقل رسیده و مقدار پرتی ورق‌ ها هم کمتر شود.

در سازه‌هایی که تعداد ستون‌های آن زیاد است، درصورتی‌که از چندین تیپ ورق، با ابعاد و ضخامت متفاوت برای کف ستون‌ها استفاده شود احتمال اشتباه عوامل اجرایی در هنگام جانمایی ورق کف ستون افزایش می‌یابد. در این حالت بهتر است از تعداد محدودی تیپ ابعادی با ابعاد و ضخامت یکسان استفاده شود در این صورت اشتباهات احتمالی که ممکن است در اجرا رخ دهد کاهش می‌یابند.

شکل 19- اجرای کف ستون و سخت کننده‌های آن

نکته بعدی که باید در تیپ‌بندی کف ستون به آن توجه شود انتخاب ابعاد و ضخامت ورق‌های سخت‌کننده است. باتوجه‌به اینکه تعداد این ورق‌های سخت‌کننده معمولاً زیاد بوده و همان‌ طور که در شکل هم مشاهده می‌شود به علت زاویه‌دار بودن ورق‌ها، برش‌دادن آن‌ها با زاویه‌ها و ابعاد مختلف، بسیار سخت و زمان‌ بر است. به همین دلیل معمولاً سعی می‌شود تا جایی که ممکن است تیپ‌های یکسانی برای ورق‌های کف‌ ستون و سخت‌کننده در نظر گرفته شود تا علاوه بر کاهش خطاهای انسانی، میزان پرتی ورق‌ها، ناشی از برش‌کاری هم کاهش یابد.

اما ستون ها در نقشه های اجرایی، شامل ستون های گوشه، ستون های کناری و ستون های میانی است که سطح بارگیر هر کدام متفاوت است. برای ستون های گوشه، سطح باربری از یک‌جهت، برای ستون‌های کناری سطح باربری از دو جهت و برای ستون های میانی سطح باربری از هر چهار جهت خواهیم داشت. برای درک بهتر به شکل زیر توجه کنید. در این پلان سطح باربری ستون های گوشه، میانی و کناری با هاشور قرمز نشان‌داده‌شده است.

شکل 20- سطح باربری ستون ها

ستون های میانی به دلیل اینکه بار بیشتری را تحمل می کنند، ابعاد بزرگ‌تری دارند. از نظر تحمل بار بعد از ستون های میانی به ترتیب، ستون های کناری سپس ستون های گوشه دارای سطح بارگیری بیشتری هستند. ستون ها وزن سقف را توسط کف ستون به پی انتقال می دهند. بنابراین کف ستون و اتصالات آن باید به‌تنهایی قادر به تحمل این نیروها باشد. بنابراین تیپ بندی کف ستون متناسب با نیروهای وارد بر ستون طراحی می شود.
کف ستون‌ها از نظر نوع نصبشان به چند گروه تقسیم‌بندی می شوند:

1.6. اتصال گیردار کف‌ستون

در اتصال گیردار، کف ستون به‌صورت صلب عمل می کند و ستون و کف ستون هر دو در هیچ یک از جهات X,Y,Z جابه‌جایی نخواهد داشت. در اتصال گیردار، کف ستون با ضخامت بالاتر انتخاب می شود و باید انتخاب ارتفاع انکربولت ها (میل‌مهارها) به‌گونه‌ای باشد که کف ستون توانایی چرخش نداشته باشد. در این اتصال گاهی برای کاهش ضخامت کف ستون، از ورق های سخت کننده ذوزنقه ای یا مثلثی استفاده می شود. این نوع از اتصال کف ستون علاوه بر نیروهای محوری و برشی باید لنگر خمشی را نیز به فونداسیون منتقل کند.

شکل 21- اتصال گیردار کف ستون

2.6. اتصال مفصلی کف‌ستون

کارایی اتصال مفصلی بیشتر برای ساختمان های چندطبقه است و توانایی تحمل خمش را ندارد و فقط می تواند بارمحوری و برش تحمل کند. فونداسیون در ساختمان، نیروی کششی موجود بین بتن و بیس پلیت را کمتر می کند، بنابراین در روی فونداسیون می‌توان از اتصال مفصلی کف ستون استفاده کرد. این نوع اتصال با استفاده از جوش زنی انجام می شود.

شکل 22- اتصال مفصلی کف ستون

7. تیپ‌بندی نوارهای فونداسیون

برای تسریع در روند ترسیم و اجرای فونداسیون، ابتدا پلان آکس بندی را ترسیم کرده و محل ستون ها را مشخص می کنند سپس به طراحی پلان فونداسیون پرداخته می شود. ابعاد پی های نواری را مهندس محاسب مشخص می کند. وقتی بار وارد از طرف سازه کم باشد و احتمال نشست غیریکنواخت زمین وجود نداشته باشد، از این فونداسیون در سازه های اسکلت بتنی و اسکلت فولادی استفاده می شود. طبق آیین نامه مبحث 7 مقررات ملی، دو روش برای طراحی فونداسیون نواری وجود دارد که عبارت اند از: روش تنش مجاز و ضرایب بار و مقاومت.

در هر دو روش نیروهایی که از سازه به فونداسیون و از فونداسیون به خاک وارد می شود، باعث ایجاد تنش های ماکزیمم در خاک می شود که این تنش باید از میزان ظرفیت باربری خاک کمتر باشد. برای این منظور باید ابعاد پی طوری انتخاب شود که بتواند این تنش های ماکزیمم را تحمل کند. نکته مهمی که وجود دارد، در پی های نواری حداقل آرماتور خمشی که شالوده نیاز دارد قرار داده می شود و هر جایی مقدار لنگری که به فونداسیون می رسد بیشتر از حد تحمل باشد، تقویتی قرار می دهند.

اگر مقدار آرماتورهای تقویتی بیشتر از حد نیاز و باعث شلوغ‌شدن فونداسیون و عدم رعایت ضوابط آیین‌نامه‌ای باشد، در این قسمت مقدار بیشتری آرماتور قرار می دهند تا استفاده از تعداد میلگردهای تقویتی کاهش پیدا کند.

در طراحی فونداسیون، باید محور ستون های مجاور در مرکز پی نواری قرار بگیرد و پی های نواری طوری ترسیم می شوند که عرض آن ها از دو قسمت مجاور نسبت به محوربندی ستون ها یکسان باشد. ساختمان مجاور باعث محدودشدن ابعاد پی در کناره ها می شود به همین دلیل عرض فونداسیون کناری با عرض فونداسیون میانی متفاوت بوده و لبه فونداسیون کناری بر لبه محدوده ساختمان مجاور منطبق می شود.

در طراحی فونداسیون بعد از اتمام مراحل ترسیم، نوبت به تیپ بندی نوارهای فونداسیون، نام گذاری و تکمیل اندازه‌گذاری می رسد. در این مرحله اندازه بین آکس ها و اندازه طولی و عرضی پلان مشخص شده و کدهای ارتفاعی سطوح غیرهم‌سطح در محل مناسب خود مشخص می شوند.

شکل 23- پلان فونداسیون نواری

طراحی و محاسبه آرماتورهای فونداسیون نواری باید با توجه به الزامات ارائه شده در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان انجام گیرد.

در تعیین نمره میلگرد و تعداد و فاصله آرماتورهای مورد نیاز اولین نکته این است که باید حتی الامکان از آرماتورهای طولی یکسان استفاده کرد. چرا که در مراحل اجرایی تشخیص سایز میلگردهای مصرفی برای ناظرین و مجریان دشوار بوده و امکان خطا وجود دارد. دومین نکته مربوط به موضوع اقتصادی پروژه است. در این مرحله مهندس محاسب با تکیه بر تجربه خود ضمن رعایت ضوابط آیین نامه ای، از حداقل آرماتور مصرفی به جهت کاهش وزن و هزینه برای اجرا و طراحی پروژه استفاده می کند.

8. تیپ‌بندی مهاربندها

همان‌طور که در بخش‌های مربوط به تیپ‌بندی ستون‌ها و تیرها هم گفته شد، نکات مربوط به تیپ‌بندی و طراحیِ مهاربندها هم بسیار به یکدیگر شباهت دارند و توجه هم‌زمان به تمام نکات، در زمان انتخاب مقاطع، ضروری است که چند مهم را در اینجا بیان می‌کنیم:

• برای افزایش سرعت و همچنین کاهش خطا در هنگام اجرا، سایز مهاربندهای موجود در هر طبقه باید یکسان انتخاب شود.
• اگر سایز مهاربند در یک‌طبقه یکسان انتخاب نشد؛ مقاطع مهاربند به‌صورت متقارن تیپ‌بندی می شود.

❓علت تیپ‌بندی متقارن در مقاطع مهاربندها چیست؟

اگر مقاطع مهاربندها متقارن صورت گیرد پخش نیروها هم به‌صورت متقارن و مساوی بین دهانه‌های مهاربندی انجام می‌شود. اگر برای مهاربندهای دهانه‌های یک سمت، مقاطع بزرگ‌تری در نظر گرفته شود، در این صورت سهم بزرگ‌تری از نیروهای جانبی توسط مقاطع بزرگ‌تر (به علت سختی بالاتر) تحمل خواهد شد که در چنین شرایطی علاوه بر احتمال وقوع نامنظمی پیچشی در سازه، ممکن است با پدیده آپ لیفت یا همان بلندشدگی فونداسیون مواجه شویم که این امر طراحی فونداسیون را با مشکلاتی روبه‌رو خواهد کرد.

❓اگر سایز مهاربند ها در یک دهانه متفاوت باشد چه اتفاقی خواهد افتاد؟

مقاطع انتخاب شده برای مهاربندهای یک دهانه معمولاً دارای ابعاد مشابه هستند و درصورتی‌که در یک دهانه از مقاطع متفاوت استفاده شود (به‌عنوان‌مثال یک قطر مهاربند UNP120 و قطر دیگر آنUNP140، این امر سبب می‌شود تا نیروهای جانبی، بیشتر توسط قطر سخت‌تر تحمل شود که سبب بالارفتن احتمال خرابی و کمانش مهاربند قوی‌تر می‌شود، این در حالی است که اگر در یک دهانه از مقاطع یکسان استفاده شود در این صورت توزیع نیروها تقریباً به‌ طور مساوی بین دو عضو انجام خواهد شد، رعایت این امر در مهاربندهای ضربدری و شورون از اهمیت بیشتری برخوردار است.

❓باتوجه‌به اینکه برش پایه در سازه‌ها از بالابه‌پایین افزایش می‌یابد پس آیا باید مهاربندها را در طبقات تحتانی قوی‌تر کنیم؟

لازم به ذکر است در برخی سازه‌ها به دلیل افزایش برش پایه در طبقات تحتانی، طراح به‌عنوان یک راهکارِ مقابله با نیروی جانبی، تعداد دهانه‌های مهاربندی شده را افزایش می‌دهد. در این حالت ممکن است نکته گفته شده صادق نبوده و به دلیل افزایش تعداد دهانه‌های مهاربندی شده در طبقات پایین‌تر، مقاطع مهاربندها هم نسبت به طبقات فوقانی کوچک‌تر در نظر گرفته شود.

به‌طورکلی توصیه می‌شود:

þ مقاطع مهاربندها حتی‌الامکان در هر طبقه یکسان باشند.
þ مقاطع مهاربندها در دهانه‌های روبروی مشابه یکدیگر باشند تا هر دهانه به یک اندازه از نیروی جانبی سهم ببرد.
þ مقطع مهاربندها در هر دو یا سه‌طبقه تیپ شوند.

شکل 24- اجرای مهاربند در سازه‌ی فولادی

9. تیپ‌بندی اتصالات

وظیفه اتصال انتقال نیرو از یک عضو سازه به عضو دیگر یا به تکیه گاه است و باعث یکپارچگی سازه و پیوستگی در عملکرد سازه می شود. سازه های فولادی از نظر اتصالات به چندین گروه تقسیم می شوند که هر کدام می تواند جزئیات مختلفی داشته باشد. برای راحتی کار و کاهش خطاهای احتمالی اتصالات سازه فولادی را از نظر فن اتصال جوشی و پیچی و همچنین نوع صلبیت تیپ بندی می کنیم. جوش های شیاری، گوشه، انگشتانه و کام از جوش های مورد استفاده در اتصالات فولادی هستند که طبق آیین‌نامه بسته به نوع طرح مورداستفاده قرار می گیرد. از مهم ترین اتصالات در سازه های فلزی، اتصال تیر به ستون و اتصالات مربوط به بادبند است.
انواع اتصالات فولادی بر حسب نوع صلبیت به سه گروه تقسیم می شود:

• صلب (گیردار)
• نیمه صلب
• مفصلی

در اتصال تیر به ستون، اگر اتصال بتواند بیش از 90 درصد ظرفیت خمشی تیر را به ستون انتقال دهد، اتصال صلب می باشد و دوران در این نوع اتصال تقریبا صفر است. و اتصالی که کمتر از 10 درصد ظرفیت تیر به ستون را بتواند منتقل کند اتصال مفصلی است، همچنین اتصالی که بخشی از ظرفیت خمشی را انتقال دهد و دوران داشته باشد، اتصال نیمه صلب است. از جمله اتصال رایج تیر به ستون بصورت مفصلی(ساده)، اتصال نبشی جان یا ورق قاب شده در جان یا نبشی یا ورق زیرسری که با و یا بدون سخت کننده استفاده می‌شود، می توان نام برد.

در اتصالات تیر به ستون و یا تیر به تیر، اتصال نبشی جان یکی از روش های معمول و ساده است که توسط پیچ یا جوش انجام می شود.

شکل 25- انواع اتصال بر حسب نوع صلبیت

معمولاً در اتصالات بادبند به اجزای سازه ای از یک صفحه کمکی مانند گاست پلیت استفاده شده و محل اتصال به‌صورت ساده یا مفصلی اجرا می شود. همچنین صفحات اتصال مهاربندها به‌صورت کامل در آکس تیر و ستون نصب می شود. در غیر این صورت به دلیل نیروی بسیار زیادی که در مهاربندها وجود دارد، باعث ایجاد پیچش در ستون ها می شود. برای سهولت در جوشکاری، باید گاست پلیت مهاربندها هم امتداد با تیر و ستون نصب شوند؛ زیرا پیچش صفحات اتصال باعث عدم امکان جوشکاری مناسب در تیر می شود.

شکل 26- اتصال مهاربند به تیر و ستون

برای اجرای بادبندها در سازه های فولادی، صفحات اتصال در آکس تیر و ستون‌ها قرار گرفته و توسط جوش گوشه به آن‌ها اتصال داده می‌شود. در صورت تغییر در آکس، نیروی بسیار زیاد مهاربند باعث ایجاد پیچش در ستون ها می شود.

10. تیپ‌بندی دیوارهای برشی

در ساختمان ها استفاده از دیوار برشی مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی را افزایش می دهد. اجرای دیوار برشی باعث کاهش مقطع ستون و در نتیجه افزایش فضای مفید طبقات و کاهش وزن سازه خواهد شد. دیوارهای برشی از نظر شکل ساختاری و ابعاد تیپ بندی می شوند. موقعیت و شکل دیوار برشی در رفتار کلی سازه مهم و بسیار تأثیرگذار است. درصورتی که سازه متقارن باشد اگر ساختمان را به دو قسمت تقسیم کنیم بهترین موقعیت قرارگیری دیوار برشی جهت جلوگیری از نامنظمی پیچشی سازه، در مرکز نیمه هر قسمت به‌صورت متقارن است.

دیوارهای برشی مستقیماً به فونداسیون متصل می شود و بارهای جانبی را به فونداسیون منتقل می کند. هنگامی که اثرات دینامیکی قابل‌توجهی وجود نداشته باشد، می توان این دیوارها را به ستون ها متصل کرد. دیوارهای برشی که در سازه به کار می رود، بیشتر به شکل و اندازه ساختمان بستگی دارد.

دیوار برشی در ساختمان هایی با تعداد طبقات بیشتر اجرا می شود و از روی فونداسیون تا آخرین طبقه ادامه پیدا می کند. در طبقات مختلف یک ساختمان ممکن است ضخامت دیوار متفاوت باشد. اما برای جلوگیری از اشتباه کارگران یا اکیپ اجرایی معمولا ضخامت دیوار ثابت نگه داشته می شود و فقط آرماتورهای داخل دیوار تغییر می کنند. برخی از انواع دیوار برشی از لحاظ شکل مقطع می توانند به‌صورت T شکل، L شکل، U شکل، مستطیلی، W شکل و I شکل نام گذاری شوند.

شکل 27- مقاطع دیوار برشی

طراحی و اجرای دیوار برشی باید به‌گونه‌ای باشد که از لحاظ اقتصادی به صرفه باشد و مرکز جرم و مرکز سختی بافاصله نزدیک به هم کار کنند. دیوار U شکل بیشتر اطراف دستگاه پله اجرا می شود. طبق آیین‌نامه مبحث نهم، حداقل ضخامت دیوار برشی 150 میلی متر است.

شکل 28- دیواربرشی U شکل و I شکل متقارن در یک سازه بتنی

شکل 29- دیواربرشی U شکل متقارن اطراف دستگاه پله

باتوجه‌به اینکه مقاطع بال‌دار نیروهای جانبی را بهتر جذب می کنند و در درگیر بودن بال با تیر عملکرد بهتری از خود نشان می دهد، به همین دلیل در سازه-ها بیشتر از مقاطع دیوار مستطیلی کاربرد دارد. به‌عبارت‌دیگر استفاده از مقطع مستطیلی در سازه علاوه بر ایجاد سختی بیشتر در سازه، باعث ایجاد هزینه های بیشتر می شود. به همین دلیل این مقطع را با شکل های L، I، T، معادل می کنند.

شکل 30- دیوارهای برشی U و L شکل

11. تیپ بندی اعضای سازه ای در نرم‌افزار ایتبس

تیپ بندی اجزای سازه ای مانند تیر، ستون و مهاربند به دلیل اختصاص مقاطع در ایتبس انجام می شود. اما اجزایی مانند کف ستون و اتصالات به‌صورت سنتی و دستی انجام می شود. نرم افزار ایتبس به‌صورت اتوماتیک این اجزا را تیپ بندی و ترسیم می کند. این کار باعث می شود وقتی نیاز هست بارها یا خصوصیاتی را به المان های مشابه اختصاص دهیم، این کار خیلی راحت انجام شود.

برای تیپ بندی این اجزای سازه ای، باید مقاطع واقعی را به المان های ستون سازه اختصاص داد. در تعریف مقاطع باید از گزینه Reinforcement to be Checked استفاده کرد. پس از انتخاب مقاطع مورد نیاز با استفاده از auto select list، این مقاطع را به کلیه المان ها اعم از ستون و تیر و مهاربند که قبلا تعریف کردیم، اختصاص می دهیم. این مراحل در تصاویر زیر قابل‌مشاهده است.

شکل 31- مراحل ایجاد مقاطع

در نهایت مقاطع در صفحه زیر قابل‌مشاهده است.

شکل 32- مقاطع فولادی جهت اختصاص دادن به اجزای سازه

در مرحله بعدی برای المان ها Group اختصاص می دهیم. باتوجه‌به نقشه اجرایی ستون ها را تیپ بندی می کنیم تا اختصاص مقاطع راحت باشد. مثلا ستون های طبقه اول و دوم یکسان می باشد. بعد از انتخاب ستون های موردنظر، مراحل زیر را انجام می دهیم.

شکل 33- مراحل ایجاد Group

بعد از ایجاد گروه برای المان ها، مقاطع موردنظر به هر گروه از المان ها اختصاص داده می شود. برای تیپ بندی ستون ها، تیرها و بادبندها مراحل بالا را انجام می دهیم و مقاطع هر یک را به گروه خود اختصاص می دهیم. تیپ بندی اعضا در ایتبس به‌منظور ایجاد راحتی در کار و جلوگیری از اشتباه در طراحی انجام می شود.

پرسش‌وپاسخ

نتیجه‌گیری 

به‌عنوان نکته آخر، همان‌ طور که در ابتدای این بحث هم به آن اشاره شد، توصیه می‌شود که همواره سازه از ابتدا، با درنظرگرفتن نکات اجرایی به‌صورت بهینه طراحی شده تا موجب سهولت در کار و جلوگیری از هزینه های اضافی شود.

نکته بسیار مهم این است که طراح نباید در هنگام تیپ‌بندی وزن کلی سازه را دچار تغییرات شدیدی نماید که طبیعتاً این امر از لحاظ اقتصادی منطقی نیست. باید علاوه بر رعایت الزامات آیین نامه ای، از حداقل مقاطع مورد نیاز در جهت کاهش هزینه های اضافی استفاده کرد. این مقاطع باید تمامی ضوابط مرتبط موجود در آیین نامه را شامل شود. فرآیند طراحی باید با درنظرداشتن نکات تیپ‌بندی به‌صورت هدفمند انجام شود. معمولاً درصورتی‌که طراحی سازه به‌صورت حرفه‌ای انجام شود در انتها، فقط با تغییر چند مقطع می‌توان یک سازه تیپ‌بندی شده و بهینه داشته باشیم.

منابع

1. مبحث چهارم مقررات ملی ساختمان(ویرایش 1396)
2. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان(ویرایش 1400)
3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان(ویرایش 1399)
4. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان(ویرایش 1401)
5. کتاب نرم افزار ایتبس2016، محمد حبیب­نیا، 1397

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا