صفحه اصلی  »  اعضای ویژه  »  طراحی چشمه اتصال؛ مدلسازی ورق پیوستگی و مضاعف به همراه آموزش در ایتبس

طراحی چشمه اتصال؛ مدلسازی ورق پیوستگی و مضاعف به همراه آموزش در ایتبس

  • تعداد صفحات: 41
  • آخرین ویرایش: سال 1397
  • ناشر: دپارتمان تحقیقات و توسعه گروه صنعتی سبزسازه
  • تولید کنندگان محتوا:
تولید کنندگان آموزش

هنگام وقوع زلزله در ساختمان‌های اسکلت فولادی، اگر سیستم باربر جانبی ساختمان قاب خمشی باشد، این تیرها و ستون‌ها هستند که با تغییرشکل‌هایشان نیروی زلزله را مستهلک می کنند؛ اما این عمل نیازمند یک اتصال قوی بین تیر و ستون می باشد که باید در طراحی سازه های فولادی مدنظر قرار بگیرد.
ناحیه‌ای که از اتصال تیر و ستون به وجود آمده است در معرض تنش‌های خمشی و برشی زیادی قرار دارد. این ناحیه را ناحیه حساس قاب خمشی تلقی می کنند زیرا بیشترین تنش‌های قاب در این ناحیه اتفاق می افتد و این ناحیه کار خود را به درستی انجام ندهد انتقال نیرو بین تیر و ستون به درستی انجام نمی شود و سازه آسیب جدی خواهد دید.
آیین‌نامه‌های معتبر جهان ضوابط خاصی را برای این ناحیه در نظر گرفته‌اند و آن را چشمه اتصال (panel zone) می نامند؛ با توجه به اهمیت چشمه اتصال لازم است که هر مهندس محاسب شناخت کافی از مدلسازی و طراحی چشمه اتصال داشته باشد.

در این مقاله چشمه اتصال کاملا معرفی شده است و ضوابط طراحی و کنترل آن به صورت دستی و در نرم افزار ایتبس مورد بررسی قرار گرفته است.

این صفحه تنها بخش کوتاهی از این ایبوک جامع می باشد متن اصلی ایبوک را منطبق بر فهرست مطالب، دانلود کنید.

 

چشمه اتصال تیر و ستون یک قاب خمشی چشمه اتصال تیر و ستون یک قاب خمشی

شکل 1 (نمایش تیر و ستون یک قاب خمشی در محل اتصال آن‌ها که چشمه اتصال نام دارد)

 

مقایسه چشمه اتصال صحیح و نادرست

شکل 6 (مقایسه عملکرد چشمه اتصال با جزییات مناسب و عملکرد خوب با چشمه اتصال نامناسب)

 

دید اجرایی ورق پیوستگی، مضاعف و سخت‌کننده قطری در چشمه اتصال

چنانچه پس از محاسبه ظرفیت برشی چشمه اتصال و مقاومت برشی موردنیاز طراحی چشمه اتصال طبق بند 10-2-9-10-6 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ببینیم که ضخامت جان ستون جوابگوی تقاضای برش چشمه اتصال نیست، باید به اندازه اختلاف ضخامت موردنیاز (ضخامتی که از نیروی برشی وارده به چشمه اتصال به دست می‌آید) و ضخامت موجود جان ستون (ضخامت جان ستون طراحی شده) از ورق‌های مضاعف به طور متقارن و موازی جان و در دو طرف جان یا یک جفت سخت‌کننده قطری (شکل 10) که مستقیماً به ورق‌های پیوستگی (شکل 11) و بال ستون جوش می‌شوند، استفاده کرد.

در واقع ورق‌های مضاعف و یا قطری برای تحمل نیروی برشی مازاد بر ظرفیت برشی چشمه اتصال، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

 

نمایش ورق مضاعف و پیوستگی و سخت‌کننده قطری در چشمه اتصال

شکل 10 (نمایش ورق مضاعف و پیوستگی و سخت‌کننده قطری در چشمه اتصال)

 

برای حل این مشکل (متفاوت بودن مسیر انتقال بار به دلیل تفاوت عمق تیرهای طرفین چشمه اتصال) دو راهکار زیر پیشنهاد می‌شود:

  1. برای تیرها از تیرورق‌های یکسان ولی با عرض بال متفاوت استفاده کرد که در این صورت با تنظیم عرض بال می‌توان ممان اینرسی مقطع موردنیاز را تأمین کرد.
  2. می‌توان عمق تیر را فقط در ناحیه اتصال زیاد کرد (نه در همه طول تیر مثل شکل 15) در این صورت هم تیرورق اقتصادی‌تر می‌شود و هم اینکه مشکل ورق‌های پیوستگی حل می‌گردد.

 

کاهش عمق تیر در خارج از ناحیه چشمه اتصال

شکل 15 (کاهش عمق تیر در خارج از ناحیه چشمه اتصال)


برای تثبیت بهتر مطالب گفته شده و آشنایی با نحوه به کار بردن فرمول‌ها و ضوابط آیین‌نامه‌ای، مثالی را حل می‌کنیم. در شکل 14 قابی تحت اثر نیروی ثقلی و نیروی جانبی زلزله قرار گرفته است.

در این مثال از تحلیل و طراحی تیر و ستون فاکتور گرفته شده و هدف، تعیین ورق‌های پیوستگی و مضاعف لازم برای طراحی چشمه اتصال می‌باشد.

نتایج طراحی تیر و ستون:
مقطع ستون H شکل
عرض بال ستون:   bfc = 35 cm

ضخامت جان ستون: tfc = 1 cm

عمق جان ستون:  d= 40 cm

عرض بال تیر : bfb =35 cm

ضخامت بال تیر: tfb = 3 cm

عمق جان تیر: d= 40 cm

ستون  Pu=150 ton

 

مثال طراحی چشمه اتصال

شکل 18

طراحی ورق پیوستگی

جوش‌های اتصال ورق‌های پیوستگی به بال ستون باید قادر به انتقال نیروی کششی و فشاری ایجاد شده در بر ستون برابر ME/db که در آن ME حداکثر لنگر ایجاد شده در بر ستون و dعمق تیر است، باشد.

بنابراین نیروی قابل انتقال توسط ورق‌های پیوستگی برابر با:
 نیروی قابل انتقال توسط ورق‌های پیوستگیدر این مثال از تحلیل قاب مقدار حداکثر لنگر ایجاد شده در بر ستون برابر 114.76 t.m محاسبه شده است.
و همچنین عمق تیر متصل به ستون 46 سانتی‌متر طراحی شده است؛ بنابراین:

 نیروی قابل انتقال توسط ورق‌های پیوستگی
برای طراحی ورق پیوستگی چون ورق در حالت کششی قرار دارد طبق بند 10-2-3-4 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان همان‌طور که در زیر آورده شده داریم:

 

طراحی ورق پیوستگی طبق مبحث 10

 

طراحی ورق پیوستگی طبق مبحث 10 برای طراحی چشمه اتصال

 


با فرض استفاده از فولاد ST37 برای ورق پیوستگی خواهیم داشت:

الزامات ورق پیوستگی برای مدلسازی چشمه اتصال
با فرض آنکه عرض ورق پیوستگی تمام عرض بال ستون را در بر بگیرد داریم:

همان‌طور که قبلاً در قسمت الزامات ورق پیوستگی گفتیم باید:

بنابراین:

در نتیجه:

همان‌طور که قبلاً در قسمت الزامات ورق پیوستگی گفتیم باید:

الزامات ورق پیوستگی برای مدلسازی چشمه اتصال
بنابراین:

طراحی ورق پیوستگی برای مدلسازی چشمه اتصال

کنترل نسبت عرض به ضخامت ورق پیوستگی:

طراحی ورق پیوستگی برای مدلسازی چشمه اتصال

بنابراین:

طراحی ورق پیوستگی برای مدلسازی چشمه اتصال

طول ورق پیوستگی باید با ارتفاع جان ستون برابر باشد. ستون طراحی شده دارای جان به عمق 40 سانتی‌متر می‌باشد؛ بنابراین از دو ورق به ابعاد 40×16.5×3.5 cm در امتداد دو بال تیر و در بین دو بال ستون استفاده کرد.

نحوه مدلسازی و طراحی چشمه اتصال در نرم افزار ایتبس و طراحی ورق پیوستگی و مضاعف

در نرم‌افزار ایتبس 2016 این امکان فراهم شده است که چشمه اتصال را در محل تیر و ستون‌ها در قاب‌های خمشی سازه‌های اسکلت فلزی تعریف و مدل‌سازی کنیم.

در حقیقت برای آنکه رفتار دقیق‌تری از وضعیت سازه‌ی مدل شده‌ی ما در نرم‌افزار ETABS داشته باشیم، بهتر است چشمه اتصال را در ایتبس مدل‌سازی کنیم و ضوابط آیین‌نامه در مورد طراحی چشمه اتصال با نتایج خروجی نرم‌افزار کنترل شود تا در صورت نیاز ورق پیوستگی و مضاعف به چشمه اتصال اضافه کنیم.

 

نحوه مدلسازی و طراحی چشمه اتصال در نرم افزار ایتبس

 

سؤال: ضخامت ورق مضاعف چشمه اتصال در ETABS از کجا به دست می‌آید؟
باید به این نکته توجه داشت که ضخامت ورق مضاعف در چشمه اتصال در ابتدای معرفی چشمه اتصال به ایتبس باید صفر در نظر گرفته شود (زیرا ما هنوز ضخامت ورق مضاعف را نداریم و ضخامت ورق مضاعف پس از آنالیز سازه و محاسبات دستی که در ادامه خواهیم دید، به دست می‌آید)

پس از اعمال چشمه اتصال به سازه و تحلیل و طراحی قاب باید از نتایج حاصل از طراحی تیر و ستون متصل به چشمه، طبق بند 10-2-9-10-6 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ظرفیت برشی چشمه اتصال را محاسبه کنیم .
درصورتی‌که نیروی برشی وارد بر چشمه اتصال (خروجی ETABS) از ظرفیت محاسبه شده بیشتر بود، باید ضخامت ورق مضاعف لازمه را به‌صورت دستی محاسبه کنیم.

سپس می‌توانیم در آنالیز و طراحی بعدی سازه در ایتبس این بار از ضخامت محاسبه شده در قسمت Doubler Plate Tickness استفاده کنیم و قاب را یک بار دیگر مورد آنالیز قرار دهیم. در واقع به نوعی عملیات سعی و خطا باید صورت گیرد.

 

تاثیر چشمه اتصال در دریفت طبقات

 

 

مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 17,260 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!

با ارسال پنجمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. مهدی سلیمانی

    ضمن عرض سلام و خسته نباشید
    بنده یک سازه ۱۰ طبقه با در نظر گرفتن panel zone مدل و تحلیل کردم، اما وقتی نتایج تحلیل رو با مدل مشابه همون نمونه تنها بدون در نظر گرفتن panel zone مقایسه کردم، لنگر انتهایی تیر ها و ستون های مدلی که با در نظر گرفتن اثر panel zone تعریف شده بود بیشتر شده بود و مقدار افزایشش هم قابل توجه بود. خواستم ببینم اشتباه کارم کجا بوده ، چون تغییر شکل ها مشکلی نداشتن ولی همین لنگر…

    پاسخ دهید

  2. مهندس آرزو محمدی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام
    با توجه به اینکه بدون لحاظ چشمه اتصال ناحیه اتصال صلب فرض می شود (البته در این مقاله صحبتی از rigid zone factor نشده )و ممکنه شما مقداری که برای این مولفه در نظر گرفته باشید که بر نتایج حالت لحاظ چشمه اتصال اثر داشته باشه…
    اگر این فرض رد شود در مدل سازی چشمه اتصال این اتصال با معادلسازی یک فنر پیچشی جایگزین میشود ۱۰۰درصد نسبت به حالت اول آزادی عمل و تغییرشکل در چشمه اتصال خواهیم داشت و به دنبال آن تغییرمکان ها ببیشتر و لنگرها کمتر خواهد شد حالا اینکه مدل شما عکس این حالت شده ممکنه درتنظیمات نمودار سختی فنر برای معادل کردن چشمه اتصال اشتباه کرده باشین

    پاسخ دهید

  3. hani25

    من خرید کردم.اما ارور میده و دانلود نمیشه

    پاسخ دهید

  4. مهندس مرضیه صبور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس
    نگران نباشید، اگر هنوز هم موفق به دانلود این ایبوک نشدید حتما با پشتیبان فنی سبزسازه، مهندس شیخ زاده تماس بگیرید مشکلتون رو برطرف میکنند.
    شماره تماس: ۰۵۶۳۲۰۴۴۴۴۰

    پاسخ دهید

؟ شهرزاد صادقی | مشاور شما :

پاسخ سوالات متداول غیر علمی خود را با کلیک روی علامت سوال بدون اتلاف زمان پیدا کنید.

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