صفحه اصلی  »  مقالات  »  استاندارد 2800  »  جمع کننده ها در دیافراگم : طرح لرزه ای و آرماتورگذاری بصورت گام به گام درایتبس 2015

جمع کننده ها در دیافراگم : طرح لرزه ای و آرماتورگذاری بصورت گام به گام درایتبس 2015

قبلا در مقاله “طرح لرزه ای دیافراگم” گفته شد که یکی از مهم ترین اجزای دیافراگم ها، جمع کننده ها هستند، که به دلیل حساسیت در طراحی شان، در این مقاله به طور جداگانه مورد بحث قرار می گیرند. بر خلاف تصور عمده مهندسین محاسب، بحث کنترل دیافراگم بسیار حیاتی است و باید لزوم استفاده، کنترل و طراحی جمع کننده ها در دیافراگم، علی الخصوص در طرح لرزه ای دیافراگم های بتنی مورد توجه قرار گیرد. و در این راستا آرماتور گذاری های لرزه ای خاص در طراحی جمع کننده ها در دیافراگم در نظر گرفته شوند. اهمیت زیاد این موضوع به این دلیل است که، دیافراگم ها نقش مهمی را در انتقال نیروهای زلزله به اعضای باربر جانبی قائم ایفا می کنند؛ ممکن است در سازه ای که طراحی نموده ایم، اعضای باربر جانبی قائم برای نیروهای زلزله ی طرح به خوبی طراحی شده باشند، اما به خاطر بی توجهی به نحوه توزیع و انتقال نیروهای جانبی در داخل دیافراگم، عملکرد سازه در هنگام زلزله فاجعه بار باشد.

کنترل نیاز به وجود جمع کننده در دیافراگم و طراحی آن در تشکیل مسیر انتقال نیروی مطمئن بسیار تاثیر گذار خواهد بود.

در قدم اول باید توجه داشته باشیم که اساساً جمع کننده زمانی موضوعیت دارد که دیافراگم سقف به طور مستقیم به اعضای باربر جانبی متصل باشد. به عبارت دیگر سقف مستقیماً در انتقال نیرو نقش داشته باشد. نقش حیاتی دیافراگم سقف در انتقال نیرو ایجاب می کند که با دقت نیاز سقف به وجود جمع کننده کنترل گردد. در این مقاله خواهیم آموخت که:

  1. جمع کننده چیست و چه نقشی در سازه دارد؟
  2. در چه سازه هایی طراحی جمع کننده لازم خواهد بود؟
  3. مبانی آیین نامه ای برای طراحی جمع کننده ها چیست؟
  4. مکانیزم انتقال برش در دیافراگم به چه صورت است؟
  5. نحوه کنترل نرم افزاری جمع کننده ها به چه شکل است؟
  6. اعمال زلزله تشدید یافته در طراحی جمع کننده ها چگونه صورت می گیرد؟

ابتدا با یک یادآوری کوچک بحث را شروع می کنیم:

یادآوری و تکمیل

می دانیم نیروی افقی زلزله به جرم سازه اثر می کند، و برای راحتی کار فرض می نماییم که کل جرم هر طبقه در مرکز جرم متمرکز شده است. با این ساده سازی می توان چنین گفت که توزیع نیروی زلزله در طبقات به مرکز جرم آن طبقه وارد می شود. در این مرحله سقف با عملکرد دیافراگمی خود، نیروی افقی زلزله را بین اعضای باربر توزیع می کند. اعضای باربر می توانند قاب خمشی، دیوارهای برشی، قاب های مهاربندی و سیستم های ترکیبی باشند.

مطالب فوق را این بار از نگاهی دیگر بررسی می کنیم. با وارد شدن نیروی زلزله به یک سازه، شاهد تغییر مکان در سقف طبقات خواهیم بود که ناشی از نیروهای اینرسی زلزله می باشد. در چنین وضعیتی نقش اعضای باربر جانبی، جلوگیری از این تغییر مکان یا محدود کردن آن است. نتیجه چنین اندرکنشی میان سقف و اعضای باربر به وجود آمدن نیروهایی در محل اتصال این دو خواهد بود. در این مقاله قصد داریم با استخراج این نیروها، کنترل نماییم که آیا دیافراگم سقف به جمع کننده نیاز دارد یا خیر؟

پرسش. اساساً جمع کننده چیست و چه نقشی در سازه دارد؟

برای پاسخ به این پرسش باید کمی بیشتر در مورد دیافراگم و عملکرد آن با هم صحبت کنیم و به یادآوری از مقاله “طرح لرزه ای دیافراگم” بپردازیم. همانطور که گفته شد دیافراگم ها دارای اجزای مختلفی هستند که هرکدام از این اجزا باید در تعیین مقاومت و رفتار دیافراگم مدنظر قرار گیرند. این اجزا شامل عرشه (deck)، یال ها (chords) و جمع کننده ها (collectors) می باشند.

1. عرشه عبارت است از بدنه اصلی دیافراگم که معمولاً از دال بتنی یا دال مختلط و یا سقف های انعطاف پذیر تشکیل شده است.

2. یال ها اجزایی هستند که برای مقاومت در برابر نیروهای کششی یا فشاری ناشی از لنگرهای داخل صفحه دیافراگم به کار می روند. تصویر زیر مدل ساده ای از عملکرد داخل صفحه ای دیافراگم را در برابر بار جانبی وارده نشان می دهد. نیروی اینرسی زلزله به صورت یک فلش در بالای دیافراگم نشان داده شده است.

یال ها (chords) در دیافراگم

یال ها (chords) در دیافراگم

این تعاریف صرفاً برای آشنایی بیشتر بود تا اجزای مختلف دیافراگم را با یکدیگر اشتباه نگیریم. مجدداً به سراغ موضوع اصلی خودمان بر می گردیم.

3. جمع کننده ها اجزایی هستند که در برابر نیروهای افقی دیافراگم مقاومت کرده و وظیفه انتقال این نیروها به اعضای باربر قائم جانبی را بر عهده دارند. جمع کننده ها برای نیروهای برشی داخل صفحه دیافراگم و محوری طرح می شوند. جمع کننده ها می توانند به صورت تیر و یا ناحیه ای از دال با آرماتور باشند. تصویر زیر تمام مطالب بیان شده را به صورت شماتیک بیان می کند.

جمع کننده ها (collectors)

جمع کننده ها (collectors)

پرسش. در چه سازه هایی طراحی جمع کننده لازم خواهد بود؟

در ابتدای مقاله بیان شد که جمع کننده زمانی موضوعیت دارد که دیافراگم سقف به طور مستقیم به اعضای باربر جانبی متصل باشد. منظور از اتصال مستقیم را در قالب مثال هایی بیان می کنیم.

مثال1. در یک سازه فولادی مهاربندی شده، سقف مستقیماً به مهاربندها متصل نیست. در واقع سقف به قاب ساده فولادی متصل است. در چنین شرایطی با وارد شدن نیروی زلزله به سازه، سقف باعث تغییر مکان در قاب فولادی می شود و قاب هم در پانل مهاربند دوران ایجاد می کند. همانطور که از مثال بر می آید اینجا بحث جمع کننده موضوعیت نخواهد داشت.

اگر بخواهیم علمی تر جمله فوق را بیان کنیم:

سقف به گره های سازه ای قاب فولادی متصل است. نیروی زلزله سقف را جابه جا می کند و سقف این تغییر مکان را به قاب انتقال می دهد. نهایتاً قاب فولادی در پانل مهاربند دوران و تغییر شکل را ایجاد می کند. چون انتقال مستقیم نیرو از دیافراگم سقف به سیستم باربر جانبی وجود ندارد نیازی به بررسی جمع کننده نیست.

مثال2. در یک سازه بتنی با سیستم ترکیبی قاب خمشی و دیوار برشی، دو وضعیت مختلف وجود دارد:

  • حالت1. چنانچه دیوار برشی درون قاب خمشی محصور و درگیر باشد، یعنی اطراف دیوار برشی تیر و ستون وجود داشته باشد مجدداً سقف مستقیما به دیوار برشی متصل نیست. پس طراحی جمع کننده موضوعیت ندارد. توجه داشته باشید که در این حالت، تیر پیرامون دیوار برشی باید ضخامتی بیش از سقف متصل به آن داشته باشد.
  • حالت2. چنانچه تیر درون دیوار حذف گردد، دیوار برشی مستقیما به سقف متصل خواهد شد. در این حالت چون وظیفه ایجاد تغییر شکل در دیواربرشی مستقیما بر عهده سقف قرار می گیرد پس نیاز به طراحی جمع کننده خواهیم داشت.

در حالت2 از این مثال دیدیم که دیوار برشی فاقد تیر باعث می شود که نیاز به طراحی جمع کننده داشته باشیم. پرسشی که به وجود می آید این است که:

چرا تیر درون دیوار را حذف کنیم، که نیاز به طراحی جمع کننده باشد؟

برخی از مهندسین بر این باور هستند که به علت سختی بالای دیوار برشی عملاً وجود تیر در آن بی نتیجه است. به همین دلیل از مدلسازی و اجرای آن خودداری می کنند. اما وجود تیر درون دیوار از چند جنبه مهم حائز اهمیت است. یکی از این موارد عدم نیاز به طراحی جمع کننده ها می باشد. موارد دیگری از تاثیرات مثبت وجود تیر در دیوار برشی در مقاله ” بررسی عملکرد دیوارهای برشی در ساختمان ” بررسی شده است.

نظر آیین نامه در خصوص جمع کننده های دیافراگم

با مطالعه مثال هایی که در بخش قبل بیان شد زمینه کافی برای درک مطالب آیین نامه ای به وجود آمده است. در این قسمت بندهای آیین نامه و تفسیری از آن ها را با هم یاد خواهیم گرفت. مطابق تعریف استاندارد 2800 :

تعریف جمع کننده در استاندارد 2800

اولین نکته مهم این است که جمع کننده صرفاً در دیافراگم تعریف می شود. نکته بعدی، کنترل نیروی برشی است که باید در دیافراگم صورت گیرد. یعنی ما برای تشخیص نیاز یا عدم نیاز به وجود جمع کننده بایست کنترل نیروی برشی دیافراگم را انجام دهیم. مراحل این کنترل را در بخش بعد به صورت گام بندی شده یاد خواهیم گرفت. بد نیست مروری هم بر تعریف استاندارد 2800 از دیافراگم داشته باشیم.

تعریف دیافراگم در استاندارد 2800

شناخت عملکرد دیافراگمی سقف و نحوه توزیع نیروها، درک مطالب این مقاله را آسان تر می کند. مقاله  ” دیافراگم صلب چیست” این موضوعات را به خوبی شرح داده است.

لزوم استفاده از زلزله تشدید یافته در طراحی جمع کننده ها

بحث های جامعی در مورد” ضریب اضافه مقاومت(Ω0) ” و ” زلزله تشدید یافته ” بصورت جداگانه در مقالات مربوطه مطرح گردیده است که توصیه می شود قبل از ادامه ی بحث حتما مطالعه شوند؛ هرچند در ادامه ی بحث، هرجا که نیاز باشد توضیحات مربوطه ارائه می گردد.

ضریب اضافه مقاومت(Ω0) به شرح زیر در استاندارد 2800 بیان شده است.

بطور کلی بحث اصلی، نیروی افقی زلزله است که به مرکز جرم طبقه وارد شده و با عملکرد دیافراگم کف به دیوارهای برشی منتقل می شود. نیروهای برشی زلزله در طبقات توسط دیوارهای برشی دریافت شده و باید به فونداسیون و زمین منتقل شوند. در مواردی که این انتقال نیرو از سازه به زمین به طور منظم و بدون مشکل انجام شود، خیالمان راحت است. اما اگر در اجزایی که انتقال نیرو را بر عهده دارند مشکلی ایجاد شود، به این مفهوم است که در مسیر انتقال نیرو از طبقات سازه به پی و زمین نامنظمی رخ داده است. در صورت وجود نامنظمی در هر کجای مسیر انتقال نیرو، باید کنترل ها بر اساس زلزله تشدید یافته باشد.

یکی از بخش های مسیر انتقال نیرو، محل تماس دیوار برشی و دیافراگم است. آیین نامه در بند فوق بیان می کند، اگر چنانچه این محل تماس برای انتقال نیروها مناسب نباشد و ما نیاز به تعبیه جمع کننده داشته باشیم؛ برای منظور کردن اثر نامنظمی به وجود آمده در مسیر انتقال نیرو، بایست طراحی جمع کننده ها و اتصالاتشان برای زلزله تشدید یافته انجام شود.

اما اساساً طراحی برای زلزله تشدید یافته چگونه خواهد بود؟ با مطالعه بخش های بعدی این مقاله، پاسخ این پرسش مهم را خواهیم آموخت.

اگر کنترل لازم را انجام دادیم و متوجه شدیم که دیافراگم ما نیاز به جمع کننده دارد؛ همچنین سازه مشمول یکی از نامنظمی های مندرج در بند فوق نیز باشد؛ یکبار باید نیروها رو با Ω0 تشدید کنیم سپس مجددا 0.25% نیز به مقدار به دست آمده بیافزاییم. روند کار در بخش های بعدی به تفصیل بیان خواهد شد.

مکانیزم انتقال برش در دیافراگم

در بخش قبل آموختیم که برای تشخیص نیاز یا عدم نیاز به وجود جمع کننده بایست کنترل نیروی برشی دیافراگم را انجام دهیم. در این قسمت با مکانیزم انتقال برش در دیافراگم آشنا خواهیم شد.

مکانیزم انتقال برش در دیافراگم

مکانیزم انتقال برش در دیافراگم

به شکل فوق دقت کنید. بخشی از انتقال برش در دیافراگم از طریق محل اتصال دیوار و جمع کننده ها صورت می گیرد. این بخش با علامت V1 در تصویر قابل مشاهده است. بخش دیگر نیز از طریق مکانیزم برش اصطکاک در محل تماس دیافراگم و دیوار برشی انتقال داده می شود. در شکل با علامت V2 نشان داده شده است.

یک جمع بندی ساده!

تا به اینجای کار فهمیدیم که با یک فرض معقول، زلزله به مرکز جرم سازه ما اثر می کند. چون عمده وزن سازه در کف ها متمرکز است در واقع نیرو به دیافراگم کف وارد می شود. تحت این نیرو دیافراگم شروع به تغییر مکان خواهد کرد. ولی سیستم باربر جانبی چنین اجازه ای را به آن نخواهد داد. در مواردی که دیافراگم مستقیماً به اعضای باربر متصل باشد وضعیت بحرانی خواهد بود. نتیجه چنین اندرکنشی به وجود آمدن نیروهای برشی در محل تماس دیافراگم و دیوار برشی شده و باید کنترل هایی را انجام دهیم. کنترل هایی که لزوم استفاده از جمع کننده ها در دیافراگم را تایید یا رد کنند.

نحوه کنترل نرم افزاری جمع کننده ها در دیافراگم با ایتبس :

در قالب یک مثال، نیاز یا عدم نیاز به جمع کننده را در دیافراگم سقف سازه ی زیر بررسی می کنیم. در این مثال سیستم سازه ای، قاب ساختمانی و سیستم کف دال تخت توپر می باشد، و فاقد تیر پیرامونی است.

سازه ی مدل شده برای کنترل نیاز به جمع کننده

گام1. کلیه دیافراگم ها را به وضعیت نیمه صلب تبدیل می کنیم.

در غیر این صورت به دلیل صلب بودن دیافراگم، نرم افزار نیرویی را در آن محاسبه نخواهد کرد.

خارج کردن دیافراگم ها از حالت صلب

گام2.  پس از آنالیز سازه، از مسیر زیر نیروهای به وجود آمده در دیافراگم قابل استخراج می باشد.

مسیر استخراج نیروی دیافراگم های نیمه صلب

گام3. در پنجره باز شده می توان تحت بارهای مختلف نیروهایی که دیافراگم ایجاد شده اند را مشاهده نمود.

هدف ما تعیین نیروهای برشی برای طراحی جمع کننده می باشد. به همین دلیل در پنجره زیر گزینه F12 را انتخاب می کنیم.

استخراج نیروی برشی دیافراگم

گام4. در این مرحله می توان تنش های موجود در دیافراگم را مشاهده نمود. و روی آن بحث مهندسی کرد.

مطابق طیف رنگی که در پایین تصویر قرار داده شده در بخش های آبی و بنفش، مقدار نیروی برشی بیشتر است. همانطور که قبلاً هم اشاره شد، مقدار نیروی برشی در محل تماس مستقیم دیافراگم و دیوار برشی بحرانی است.

تنش های برشی موجود در دیافراگم

تنش های برشی موجود در دیافراگم

گام5. در این مرحله محاسبات عددی را برای طراحی جمع کننده انجام خواهیم داد.

تا به اینجای کار با انتخاب زلزله جهت Y و انجام مراحل مختلف، نیروی برشی موجود بین دیوار برشی و دیافراگم را به دست آوردیم. این نیرو همان V2 است که در بخش مکانیزم انتقال نیروی برشی آن را تعریف کردیم.

حداکثر نیروی برشی موجود در محل تماس دیوار برشی و دیافراگم برابر با 20.27KN/m  به دست آمد. بدین ترتیب مقدار میلگرد برشی مورد نیاز در محل تماس دیوار برشی و دیافراگم مطابق با روابط زیر تعیین می شود.

تذکر بسیار جدی. از بخش نکات آیین نامه ای به خاطر داریم که مقدار نیروی طراحی جمع کننده در ضریب اضافه مقاومت Ω0 تشدید خواهد شد. مقدار این ضریب بر اساس جدول 3-4 استاندارد 2800 برای سیستم های سازه ای مختلف متفاوت می باشد. در مثالی که بررسی نمودیم مقدار ضریب اضافه مقاومت برابر با 2.5 می باشد. به همین دلیل مقدار نیروی برشی موجود را در 2.5 ضرب می کنیم.

0.2025N/mm2=2.5*0.081

ضریب اضافه مقاومت (Ω0) در آیین نامه

ضریب اضافه مقاومت (Ω0) در آیین نامه

 

چون 0.6375>0.2025، یعنی مقاومت برشی بتن دال برای انتقال برش کافیست. در نتیجه نیازی به جمع کننده وجود ندارد. برای اینکه مثال جامعی حل کرده باشیم بیایید فرض کنیم که مقاومت برشی بتن دال به اندازه 0.2N/mm2 از برش تشدید یافته موجود در محل تماس دیافراگم و دیوار برشی کمتر است. بدیهی است در این وضعیت بتن به تنهایی قادر به تحمل برش نیست. ما به عنوان طراح باید آرماتورهایی را در محل اتصال قرار دهیم که به بتن در انتقال برش کمک نماید.

 

محاسبات مربوط به آرماتورهای لازم به شرح زیر است:

نحوه چینش آرماتورها برای کنترل برش به وجود آمده در تصویر زیر نشان داده شده است.

چینش آرماتورها برای کنترل برش

چینش آرماتورها برای کنترل برش

مثالی که حل شد صرفاً کنترل نیاز به جمع کننده در محل تماس یک دیوار برشی با دیافراگم بود. بایست این کنترل برای سایر محل های اتصال در تمامی طبقات و تحت نیروهای زلزله مختلف بررسی شود. که این بخش از عملیات را بر عهده خود شما قرار می دهیم.

توجه داشته باشید که کنترل دیافراگم سقف صرفاً محدود به جمع کننده ها نمی شود. شما بایست خود دیافراگم را نیز از نظر میزان صلبیت کنترل نمایید. صلبیت سقف تاثیر بسیاری در عملکرد کلی سازه دارد که در مقاله ” کنترل صلبیت دیافراگم” به آن پرداخته شده است.

کنترل نیاز دیافراگم به جمع کننده نسبتاً پیچیده و زمان بر می باشد. اگر در سازه ای که بررسی کردیم تیر در محل تماس دیافراگم و دیوار برشی وجود داشت دیگر نیروی برشی در سقف ایجاد نمی شود. چون سقف مستقیماً به دیوار متصل نبود. بنابراین توصیه می شود، تیر را به دلایلی که بیان کردیم در محل اتصال قرار دهیم تا از وجود برش خلاص شویم.

نتیجه گیری:

  1.  ممکن است در سازه ای که طراحی نموده ایم، اعضای باربر جانبی برای نیروهای زلزله به خوبی طرح شده باشند. اما به خاطر بی توجهی به نحوه توزیع و انتقال نیروهای جانبی در داخل دیافراگم عملکرد سازه در هنگام زلزله فاجعه بار باشد.
  2. جمع کننده زمانی موضوعیت دارد که دیافراگم سقف به طور مستقیم به اعضای باربر جانبی متصل باشد. به عبارت دیگر سقف مستقیماً در انتقال نیرو نقش داشته باشد.
  3. برخی از مهندسین بر این باور هستند که به علت سختی بالای دیوار برشی عملاً وجود تیر در آن بی نتیجه است. به همین دلیل از مدلسازی و اجرای آن خودداری می کنند. اما وجود تیر درون دیوار از چند جنبه مهم حائز اهمیت است. یکی از این موارد عدم نیاز به طراحی جمع کننده ها می باشد.
  4. اگر در اجزایی که انتقال نیرو را بر عهده دارند مشکلی ایجاد شود، به این مفهوم است که در مسیر انتقال نیرو از طبقات سازه به پی و زمین نامنظمی رخ داده است. در صورت وجود نامنظمی در هر کجای مسیر انتقال نیرو، باید کنترل ها بر اساس زلزله تشدید یافته باشد.
  5. هنگام کنترل نرم افزاری باید کلیه دیافراگم ها را به وضعیت نیمه صلب تبدیل کنیم. در غیر این صورت به دلیل صلب بودن دیافراگم، نرم افزار نیرویی را در آن محاسبه نخواهد کرد.

این مقاله را شاید بتوان جز معدود مواردی دانست که مباحث آیین نامه ای، کنترل نرم افزاری و محاسبات دستی کنترل جمع کننده در دیافراگم را در قالب یک یادداشت خلاصه شده بیان می دارد. شما با مطالعه این متن قادر خواهید بود با یک دید مهندسی نیاز دیافراگم را به جمع کننده را کنترل نمایید. همچنین نکات طراحی و آرماتورگذاری مورد نیاز نیز برای شما شرح داده شده است.

منابع :

  1. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  2. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4.
  3. اباذر اصغری، شاهرخ شعیبی، “بررسی رفتار و عملکرد لرزه ای دیافراگم ها در سیستم های سازه ای”، سمینار مباحثی در مهندسی زلزله، زمستان 1391.

 

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 11,561 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

ارسال نظرات

فقط کافیست ایمیلتان را وارد کنید

در کمتر از 5 ثانیه اطلاعاتتان را وارد کنید و 3 ایبوک طراحی سازه بتنی در ایتبس را به همراه هدیه ویژه آن در ایمیلتان دریافت کنید
برایم ایمیل شود
نگران نباشید ایمیل های مزاحم نمی فرستیم
close-link