ترم تابستان سبزسازه را با تخفیف ویژه ثبت نام کنید. شرکت در ترم تابستان
صفحه اصلی  »  مقالات  »  طراحی سازه های بتنی  »  تیر همبند در دیوار برشی کوپله : راهنمای رایگان طراحی دستی و نرم افزاری (ایتبس)

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

شاید برایتان پیش آمده باشد که به دلیل شرایط خاص پروژه برای جانمایی دیوارهای برشی با مشکل مواجه شده باشید. علت این مشکل عمدتاً تداخل دیوار برشی با فضا های 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.

دو دیوار برشی مجزا را که به دلیل بازشو از یکدیگر جدا شده­ اند، می­ توان 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 هم بسته گویند. همچنین اعضای رابط، تیر همبند یا تیر کوپله نامیده می­ شوند.

در پایان قادر خواهیم بود پاسخ پرسش­ های زیر را به ­دست آوریم:

  1. عملکرد تیر کوپله در سازه به چه صورت می­ باشد؟
  2. تیپ­ های مختلف آرماتور گذاری این نوع تیر چگونه است؟
  3. ضوابط آیین­ نامه برای طراحی و آرماتور گذاری تیر های همبند چیست؟
  4. چه فرضیاتی را برای مدل سازی اتصال تیر های همبند به دیوار برشی می­ توان در نظر گرفت؟
  5. بررسی ضریب ترک خوردگی تیرهای اسپندرال (spandrel)

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 درب­ ها و پنجره ­هاست. به همین دلیل اگر ابعاد بازشو بسیار کوچک بود، با اطمینان نسبتاً زیادی می­ توان از وجود آن صرف نظر کرد.

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

تاثیر ابعاد بازشو ها در تعیین عملکرد دیوار برشی همبسته

دیوار برشی همبسته

 

به خاطر داریم که باید برای دیوار برشی مش­ بندی در ایتبس انجام می شد. پس از مش­ بندی، دیوار به اجزای کوچک تری تقسیم می­ شود و در نتیجه نرم­ افزار قادر به تشخیص حدود دیوار برشی ما نخواهد بود. در این شرایط با بر چسب گذاری، وضعیت را برای نرم­ افزار مشخص می­ کنیم. 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 Spandrel و Pier در دیواربرشی همبسته

برچسب گذاری Spandrel و Pier در دیواربرشی همبسته

 

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

برای این منظور پس از مش ­بندی، المان­ های کوچک مورد نظر را انتخاب و آن ها را به شکل زیر برچسب گذاری می­ کنیم:

برچسب گذاری دیوار و تیر همبند در ایتبس

برچسب گذاری دیوار ها و تیر های همبند

 

 

برچسب گذاری Pier

برچسب گذاری Pier

 

 

برچسب گذاری تیر همبند در ایتبس

برچسب گذاری Spandrel

 

تا به این جای کار مطالب ساده و صرفاً یادآوری بودند. 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.

تذکر :

  • در دیوار های برشی کوپله رفتار تیر های رابط، مشابه با تیر های عمیق می­ باشد. به همین دلیل آن ها را با عنوان Spandrel نام­گذاری کردیم.
  • 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.
برچسب گذاری صحیح Pier ها در دیواربرشی همبسته

برچسب گذاری صحیح Pier

 

  • در صورتی که 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.

 

زمانی که در دیوار تیر وجود داشته باشد، تیر را نیز باید برچسب گذاری کرد.

جدا سازی تیر جهت برچسب گذاری

 

 

جداسازی تیرهای داخل دیوار برشی به منظور برچسب گذاری آنها

جداسازی تیرها

 

 

یکپارچه کردن تیرها پس از برچسب گذاری آنها

یکپارچه کردن تیرها

 

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

 

برچسب گذاری تیر داخل دیوار برشی

برچسب گذاری تیر داخل دیوار برشی

 

برچسب گذاری تیر داخل دیوار برشی

برچسب گذاری تیر داخل دیوار برشی

 

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.

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

peir و spandrel

طراحی تیر 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 کوپله یا Spandrel نقش مهمی در نحوه آرماتورگذاری آن خواهند داشت؛ بطوری که اگر مطابق شکل زیر  Ls/hs≥4 باشد، نیازی به استفاده از فولاد گذاری قطری در تیر های کوپله نخواهد بود و فولادگذاری آن ، تابعِ ضوابط خمشی در قاب­ های ویژه می­ شود.

 

اگر Ls/hs≥4 باشد، نیازی به استفاده از فولاد گذاری قطری در تیر های کوپله نیست.

تیر همبند

 

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

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

آرماتور گذاری قطری تیر کوپله

 

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

  • حالت 1 : 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:

 

طراحی تیر همبند در ایتبس

طراحی تیر همبند در ایتبس

 

تنظیمات اختصاصی طراحی تیر همبند در ایتبس

تنظیمات اختصاصی طراحی تیر همبند در ایتبس

 

  • حالت 2 :  Ls/hs<2 و  Vu≥2Acv.Vc

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

ضوابط مربوط به ارماتور گذاری قطری تیر همبند در مبحث نهم

سطح مقطع آرماتور قطری در تیر همبند

در رابطه فوق؛

  • α زاویه بین میلگرد قطری و محور طولی تیر می­ باشد.
  • Vu براساس بحرانی­ ترین ترکیب بار بدست می ­آید.
  • fyd مقاومت محاسباتی فولاد می­باشد که برابر است با φsfy .
  • Avd سطح مقطع میلگردهای قطری برحسب میلی­متر مربع است .

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

 

طراحی تیر همبند در ایتبس

طراحی تیر همبند در ایتبس

 

تنظیمات میلگردگذاری تیر همبند درایتبس

تنظیمات آرماتورگذاری تیر همبند

 

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

 

آرماتورگذاری قطری تیر کوپله

نمایش آرماتورهای قطری گزارش شده توسط نرم افزار

 

با انتخاب گزینه spandrel diagonal shear reinforcing، اعدادی برروی المان­ های مختلف نمایش داده می­ شود که بیانگر سطح مقطع میلگرد های قطری لازم آن ها می­ باشد. در این مرحله کافیست با کلیک راست بر روی هر المان،گزارش ایتبس از وضعیت نیروها، سطح مقطع میلگرد لازم و … را به دست آوریم.

بخشی از این گزارش در تصویر بعد آورده شده است:

جزئیات گزارش شده در مورد طراحی تیرهای همبند

آرماتور قطری و برش طراحی تیرهای کوپله

در گزارش فوق با وجود این که  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 تیر های 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.

بررسی لزوم استفاده از آرماتورگذاری قطری در تیر همبند

بررسی لزوم استفاده از آرماتورگذاری قطری در تیر همبند

 

توجه داشته باشید که  Acv مطابق 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 Vc عبارت است از مقاومت برشی بتن، که از رابطه زیر محاسبه می شود:

Vc =0.17*√fc

آرماتوربندی تیر همبند:

بر اساس آزمایش­ های صورت گرفته، آرماتور­ های قطری تنها زمانی تاثیر گذار خواهند بود که میلگردها با شیب نسبتاً زیادی قرار داده شوند. به همین علت، صرفاً تیر های 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 می­ باشد. توجه داشته باشید که برای جلوگیری از شلوغ شدن شکل، تنها بخشی از آرماتور های لازم که در یک سمت خط تقارن قرار گرفته­ اند نمایش داده شده است.

 

آرماتورگذاری تیر همبند

آرماتورگذاری تیر های همبند

 

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

با توجه به اینکه اجرای آرماتورگذاری قطری در تیر کوپله 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 کوپله، 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 کوپله 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 کوپله

آرماتورگذاری تیر کوپله

 

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 به صورت شماتیک در تصویر زیر نشان داده شده است.
    آرماتورگذاری قطری ومعمولی تیر همبند

    آرماتورگذاری قطری و معمولی تیر کوپله

     

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

مثال عددی:

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

سطح مقطع آرماتور قطری تیر همبند گزارش شده از ایتبس

سطح مقطع آرماتور قطری تیر کوپله گزارش شده از ایتبس

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 های 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 صورتی که 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

ترک خوردگی در دیوار برشی کوپله

ضریب ترک خوردگی تیر های همبند:

شکل فوق دید مناسبی از نحوه ترک خوردگی در تیر های 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 خوردگی 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.

برای اعمال ترک خوردگی تیر همبند f11 را باید تغییر دهیم.

ضریب ترک خوردگی تیرکوپله در f11 اعمال میشود.

بررسی محورهای محلی دیوار جهت تشخیص اینکه ضرایب ترک خوردگی را باید در چه پارامتری اعمال کنیم

المان دیوار و محورهای محلی آن

نتیجه گیری:

  1. تیرهای همبند که دیوارهای سازه­ا را به یکدیگر متصل می­ کنند، قادر هستند سختی سازه و توانایی استهلاک انرژی آن­ را بالا ببرند.
  2. اگر Ls/hs≥4 باشد، نیازی به استفاده از فولاد گذاری قطری در تیر های همبند نخواهد بود. در این حالت فولادگذاری تیر های همبند تابع ضوابط خمشی در قاب­ های 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 میلگرد های 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 میلگرد های عرضی به صورت دورپیچ یا تنگ با قطر حداقل 8 میلی­متر محصور شوند.
  6. تیر های همبند ترک می­ خورند، پس باید با ضریب 0.35 سختی آن­را اصلاح کنیم.

با گسترش دانش مهندسی، امروزه مهندسین سازه قادر هستند تا ضمن تامین ایمنی کافی، فضا های مد نظر 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 خواهبد 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 ساختمان­ های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین­ زاده­ اصل­
مقالات مشابه
ارسال نظرات
نظرات کاربران
  1. محمد اعتمادی

    با سلام
    در قسمت طراحی تیرهای همبند در ایتبس؛اگر بازشو رو فقط توی یک طبقه از دیوار داشته باشیم و در طبقه بالای اون بازشو توی دیوار نداشته باشیم؛اونوقت Ls/hs رو چطوری باید حساب کنیم یعنی منظورم اینه که hs رو چند در نظر میگیریم وقتی ک بالای اون دیگه بازشو نباشه؟
    ممنونم

    پاسخ دهید

  2. محمد اعتمادی

    ببخشید یه سوال دیگه این بازشو توی دیوار میتونه گوشه دیوار بغل ستون باشه؟یا حتما باید وسط دیوار باشه که دو طرف اون peir بشه؟ و ضریب های ترک خوردگی f11 و s11 رو اگه توضیح بدید ممنون میشم ک کجا باید وارد کنیم ؟

    پاسخ دهید

  3. مرضیه موثقی

    سلام من فکر میکنم در مورد تیر همبند در تنظیمات ایتبز آنجا که consider vcرا yesگذاشتید اشتباه هست چون طبق صفحه ۳۳۷ مبحث نهم دقیقا گفته شده مقاومت برشی تیر همبند باید « کلا» به وسیله آرموتور قطری تامین شود .پس باید گزینه no بزنیم

    پاسخ دهید

  4. علی زارع

    با سلام. بله حق با شماست، ممنون از توجهتون

    پاسخ دهید

  5. دانیال دانیالی

    با سلام
    لطفا در مورد کولکتورها و جانمایی آنها هم مقاله بگذارید
    باتشکر

    پاسخ دهید

کمتر از 5 دقیقه تا دریافت پکیج افزایش سرعت فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت پکیج افزایش سرعت فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت پکیج افزایش سرعت فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا شرکت در آزمون  فاصله دارید!
برای شرکت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link

دریافت آموزشهای منحصر به فرد طراحی سازه ها

یاد بگیرید که چطور سازه های اقتصادی و باکیفیت طراحی کنید، این نکات را ما به صورت هفتگی تنها به اعضای خبرنامه سبزسازه ارسال می کنیم!
عضویت سریع
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این ده نکته فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این پکیج فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link

Warning: call_user_func_array() expects parameter 1 to be a valid callback, function 'header_scripts' not found or invalid function name in /home/sabzsaze/public_html/wp-includes/class-wp-hook.php on line 286