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

طراحی چشمه اتصال؛ مدلسازی ورق پیوستگی و مضاعف در ایتبس

  • تعداد صفحات: 118
  • آخرین ویرایش: 1403
  • شابک: 1-06-7589-622-978
  • تولید کنندگان محتوا:
تولید کنندگان آموزش

طراحی چشمه‌ های اتصال در سازه های فولادی و بتنی از اهمیت ویژه‌ای برخوردارند، زیرا این نقاط، مکان‌هایی هستند که اجزای مختلف سازه به یکدیگر متصل می‌شوند و بارهای وارده را منتقل می‌کنند. طراحی صحیح و اجرای دقیق این چشمه‌ها می‌تواند تأثیر مستقیمی بر عملکرد کلی سازه، پایداری و ایمنی آن داشته باشد. یکی از چالش‌های اصلی در طراحی چشمه اتصال، تأمین مقاومت کافی در برابر نیروهای دینامیکی و استاتیکی است. این نیروها ممکن است ناشی از بارهای زنده، بارهای مرده، باد، زلزله و سایر عوامل محیطی باشند. با توجه به چالش‌ها و نیازهای روزافزون صنعت ساخت‌وساز، توجه به آموزش در این زمینه امری ضروری است.

در این ایبوک جامع به بررسی ضوابط آیین نامه­ ای، مدل­سازی، چالش­ های نرم افزاری و طراحی چشمه اتصال (panel zone) پرداخته می‌شود.

⌛ آخرین به روز رسانی: 15 بهمن 1403

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت براساس ویرایش 1401 مبحث 10 و نگارش براساس ویرایش 1399 مبحث 9

 

تعریف چشمه اتصال و بررسی تغییرشکل های آن

چشمه­ ی اتصال (Panel Zone)به ناحیه­ ی مشترک تلاقی تیرها و ستون­ ها در یک اتصال سازه­ ای اطلاق می­شود. درواقع چشمه اتصال قسمتی از ستون بوده که شامل ناحیه اتصال تیر به ستون است. به دلیل زوایای قائم بین اعضای قائم و افقی، شکل ظاهری این ناحیه معمولاً به ­صورت مربع یا مستطیل است. در اثر نیروهای جانبی زلزله در این ناحیه تغییر شکل‌های برشی در امتداد قطر داخلی چشمه ایجاد می­گردند که شکل این ناحیه را به‌صورت متوازی‌الاضلاع تغییر می­دهند. این مفهوم هم در سازه بتنی و هم سازه فولادی مطرح هست. در یک سازه سه نوع چشمه اتصال، شامل چشمه اتصال میانی، چشمه اتصال گوشه (کنج) و چشمه اتصال کناری وجود دارد.

 

چشمه اتصال در سازه های بتنی و فولادی

چشمه اتصال در سازه های بتنی و فولادی

 

حالت های مختلف چشمه اتصال

حالت های مختلف چشمه اتصال در سازه ها

در سازه‌های بتنی عدم محصورشدگی کافی و کمبود آرماتور برشی ممکن است در زمان حوادث لرزه ای منجر به گسیختگی ترد بشود. در تحلیل لرزه ای سیستم های لرزه ای خمشی اتصالات معمولاً صلب در نظر گرفته می شوند. این فرض حاکی از این هست که المان‌های سازه ای حتی پس از تغییر شکل های برشی شدید، بدون تغییر باقی می مانند. سازه های بتن مسلح موجود که قبل از آیین‌نامه‌های ساخته شده‌اند و یا حتی بعد از تدوین آیین‌نامه‌های لرزه ای به دلیل ضعف اجرایی ممکن است دارای آرماتورگذاری و دیتیلینگ ضعیف در ناحیه اتصال باشند.

این ضعف می تواند منجر به تغییر شکل برشی و گسیختگی برشی محلی در اتصال قبل از اینکه سایر المان‌های خمشی به حد ظرفیتی خود برسند. در ارزیابی لرزه ای این سازه ها، خرابی ناحیه اتصال ممکن است تأثیرات مهمی بر دریفت طبقه و تغییر شکل کلی سازه شود. تغییر شکل در چشمه اتصال در سازه‌های بتنی به دو دلیل:

  1. تغییر شکل برشی در هسته اتصال به دلیل انتقال تنش برشی
  2. لغزش آرماتورهای طولی عبوری از هسته به دلیل گسیختگی چسبندگی

در شکل 3 نمونه های خرابی چشمه اتصال در سازه‌های بتنی در زلزله سال 2023 ترکیه را مشاهده می کنید. در سازه فولادی مگر اینکه ناحیه چشمه اتصال ضخامت کمی داشته باشد که در عمل غیرمعمول است، خود ناحیه چشمه اتصال ضعیف، از بین نمی‌روند. در عوض رفتار منعطف ناحیه چشمه اتصال ضعیف باعث خرابی یک جزء دیگر در اتصال تیر به ستون می‌شود. تغییر شکل چشمه اتصال منجر تغییر شکل و چرخش وجوه جانبی اتصال تیر و ستون می شود. این چرخش تابعی از زاویه چرخش هسته اتصال و ابعاد اتصال می باشد.

آسیب در اتصالات تیر به ستون سازه های بتنی

آسیب در اتصالات تیر به ستون در سازه های بتنی (زلزله2023 ترکیه)

چشمه اتصال در سازه‌های فولادی

تغییر شکل غیرالاستیک چشمه اتصال در سازه­ های فولادی شکل‌پذیر است، اما می‌تواند باعث خم‌شدن بال ستون موضعی در گوشه‌های ناحیه پانل شود که به آن تاب خوردگی می‌گویند و کرنش‌های زیاد بین بال تیر و ستون ایجاد می‌کند. همان‌طور که پس از زلزله نورثریج مشاهده شد، تقاضای کرنش موضعی بالا، می‌تواند باعث شکستگی اتصال جوش شده بین بال‌های تیر و ستون شود. شکل 4 خرابی‌های چشمه اتصال در سازه­ های فولادی در آزمایشگاه و زلزله را نشان می­دهد. به‌طورکلی 9 نوع خرابی در چشمه اتصال می‌توان تصور کرد که در شکل 5 و جدول 1 آورده شده است.

 

کنترل برش چشمه اتصال در سازه فولادی

چشمه اتصال در سازه­ های فولادی

 

 همان‌طور که در بالا هم ذکر شد چشمه اتصال در سازه­ های فولادی یک جز شکل‌پذیر می­باشد که می­تواند برای ایجاد تغییر شکل غیرالاستیک و پاسخ هیسترزیس پایدار تحت بارگذاری سیکلی مورداستفاده قرار گیرد.

 

جدول 1- خرابی های رایج در ناحیه اتصال سازه ­های فولادی

خرابیتوضیح
1گسیختگی، کمانش و یا تسلیم ورق پیوستگی
2گسیختگی در جوش ورق پیوستگی
3تسلیم یا تغییر شکل جان
4شکست جوش ورق مضاعف
5گسیختگی جزئی در ورق مضاعف
6گسیختگی جزئی در جان ستون
7گسیختگی کامل یا نزدیک به کامل در جان یا ورق مضاعف
8کمانش جان
9گسیختگی کامل ستون

 

خرابی های چشمه اتصال در سازه­ های فولادی

خرابی های چشمه اتصال در سازه­ های فولادی

 

✅ برای جلوگیری از این تغییر شکل نامطلوب، چند راه­کار وجود دارد که در متن اصلی ایبوک به طور مفصل بررسی شده است.

 

کنترل مقاومت برشی چشمه اتصال

همان‌طور که قبلاً اشاره کردیم در تحلیل قاب‌های خمشی معمولاً از اثر چشمه اتصال صرف‌نظر می‌کنند. ما در مباحث قبل اثر چشمه اتصال را موردبررسی قرار دادیم. طبق بند 10-2-9-10-6 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، برش در چشمه اتصال در دو حالت که در حالت اول تأثیر تغییرشکل چشمه اتصال در تحلیل سازه منظور نگردیده و در حالت دوم این اثر در نظر گرفته‌شده است، مقادیر مختلفی دارد که در ادامه آورده شده است. بدیهی است که برای یک مهندس محاسب باید حالت دوم حائز اهمیت باشد؛ زیرا با مدل کردن چشمه اتصال در نرم‌افزارهای تحلیل و طراحی نتایج دقیق‌تر و درعین‌حال به واقعیت نزدیک‌تری به ما می‌دهد.

نکته: در اغلب موارد، نرم­ افزارهای تحلیل خطی سازه (Etabs)، تغییرشکل­ های چشمه­ ی اتصال را در نظر نمی­گیرند. به همین دلیل آیین­ نامه برای تعیین ظرفیت برشی چشمه­ ی ­اتصال روابط محافظه­ کارانه ­تری نسبت به موارد استفاده از تحلیل­ های غیرخطی با لحاظ اثر تغییرشکل­ های چشمه­ ی اتصال، ارائه داده است.

نکته: وجود نیروی محوری زیاد روی ستون، به دلیل اندرکنش نیروی برشی و محوری باعث کاهش ظرفیت برشی ستون می­شود و اجازه نمی­دهد از کل ظرفیت برشی مقطع استفاده شود. در این حالت به دلیل افزایش تغییرشکل­ های سازه، روابط محافظه­ کارانه ­تری ارائه‌شده است.

 

کنترل مقاومت برشی در چشمه اتصال

کنترل برش چشمه اتصال

 

✅ ادامه توضیحات این بخش در متن اصلی ایبوک به طور مفصل بررسی شده است.

دید اجرایی ورق پیوستگی، مضاعف و سخت‌کننده قطری برای انواع تیر و ستون

همان­طور که گفتیم چنانچه پس از محاسبه ظرفیت برشی چشمه اتصال و مقاومت برشی موردنیاز 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 طراحی‌شده) از ورق‌های مضاعف به ­طور متقارن و موازی جان و در دو طرف جان یا یک جفت سخت‌کننده قطری که مستقیماً به ورق‌های پیوستگی و بال ستون جوش می‌شوند، استفاده کرد. درواقع ورق‌های مضاعف و یا قطری برای تحمل نیروی برشی مازاد بر ظرفیت برشی چشمه اتصال، مورداستفاده قرار می‌گیرند.

 

نمایش ورق مضاعف و پیوستگی و سخت‌کننده قطری در چشمه اتصال

نمایش ورق مضاعف و پیوستگی و سخت‌کننده قطری در چشمه اتصال

 

 

ورق پیوستگی در چشمه اتصال به‌صورت سه‌بعدی

نمایش ورق پیوستگی در چشمه اتصال به‌صورت سه‌بعدی

 

✅ ادامه توضیحات این بخش در متن اصلی ایبوک به طور مفصل بررسی شده است.

طراحی دستی ورق پیوستگی و مضاعف طبق ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

کنترل ضخامت ورق جان در چشمه اتصال

ازآنجایی‌که وظیفه­ ی تحمل بخش اعظم برش مقطع، بر عهده‌ی جان است، در محدوده ­ی چشمه­ ی اتصال نیز باید ضخامت این اجزا جوابگوی برش موجود باشند. کنترل ضخامت ورق­ های واقع در چشمه­ ی اتصال شامل موارد زیر است:

  1. کنترل ضخامت جان ستون
  2. کنترل ضخامت ورق ­های مضاعف

آیین­ نامه یک رابطه برای کنترل ضخامت جان هریک از اجزای واقع در چشمه­ ی اتصال ارائه نموده است که باید برای هر ورق، به‌طور جداگانه بررسی شود.

رابطه برای کنترل ضخامت جان هریک از اجزای واقع در چشمه­ ی اتصال

استثنا: درصورتی‌که ورق مضاعف با استفاده از جوش انگشتانه ­ی کافی به جان ستون وصل شده باشد، در رابطه­ ی فوق، به‌جای tz، می­توان مجموع ضخامت جان ستون و ورق مضاعف را قرار داد.

 

برش چشمه ی اتصال

شکل 33- عمق و پهنای داخلی چشمه ی اتصال

 

طراحی دستی ورق پیوستگی و مضاعف

 

✅ ادامه توضیحات این بخش در متن اصلی ایبوک به طور مفصل بررسی شده است.

حل مثال های کاربردی

برای تثبیت بهتر مطالب گفته‌شده و آشنایی با نحوه استفاده از فرمول‌ها و ضوابط آیین‌نامه‌ای، در ادامه یک مثال را باهم حل می‌کنیم. حل مثال های بیشتر در متن اصلی ایبوک آورده شده است.

در شکل زیر قابی تحت اثر نیروی ثقلی و نیروی جانبی زلزله قرارگرفته است. در این مثال جهت صرفه­ جویی در زمان، تحلیل و طراحی تیر و ستون ارائه نشده است و هدف، طراحی ورق‌های پیوستگی و مضاعف لازم برای چشمه اتصال می‌باشد. فرض کنید در تحلیل سازه اثر تغییرشکل چشمه اتصال در نظر گرفته‌شده است.

 

مثال طراحی چشمه اتصال

قاب خمشی تحت بارگذاری ثقلی و جانبی

 

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

گام اول: طراحی ورق پیوستگی

جوش‌های اتصال ورق‌های پیوستگی به بال ستون باید قادر به انتقال نیروی کششی و فشاری ایجادشده در بر ستون برابر ME/db که در آن ME حداکثر لنگر ایجادشده در بر ستون و db عمق تیر است، باشد. بنابراین نیروی قابل‌انتقال توسط ورق‌های پیوستگی برابر با:

Fu=ME/db

در این مثال از تحلیل قاب مقدار حداکثر لنگر ایجادشده در بر ستون برابر 114.76t.m محاسبه‌شده است.
و همچنین عمق تیر متصل به ستون 46 سانتی‌متر طراحی‌شده است؛ بنابراین:

Fu=ME/db =114.76/0.46=249.48 ton

برای طراحی ورق پیوستگی چون ورق در حالت کششی قرار دارد طبق بند 10-2-3-4 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (ویرایش 1401) همان‌طور که در زیر آورده شده داریم:

 

طراحی ورق پیوستگی طبق مبحث 10

 

Pn=Fy Ag , ∅t=0.9 , Pu=∅t Pn

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

Pu=249.48×103=0.9×2400×Ag → Ag=115.5 cm2

با فرض آنکه عرض ورق پیوستگی تمام عرض بال ستون را در بر بگیرد، داریم:

bs/2=(bfc/2)-twc=(35/2)-1=16.5 cm → bs=33 cm

همان‌طور که قبلاً در قسمت الزامات ورق پیوستگی گفتیم باید:

bs+1/2 twc≥1/3 bf or 1/3 b(cover palte)

بنابراین:

bs+1/2 twc=(33+1/2×1)≥1/3×35 →33.5 >11.67 → ok

در نتیجه:

Ag=115.5 cm2=33×ts→ ts=115.5/33≅3.5 cm

همان‌طور که قبلاً در قسمت الزامات ورق پیوستگی گفتیم باید:

ts≥(tf or t(cover palte) ,1/16 bs)

بنابراین:

ts=3.5 cm≥(tf=3cm ,1/16×33=2.06 cm ) → ok

کنترل نسبت عرض به ضخامت ورق پیوستگی برای یک لبه متکی:

bs/ts <0.55√(E/Fy)

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 40×16.5×3.5cm در امتداد دو بال تیر و در بین دو بال ستون استفاده کرد.

گام دوم: طراحی ورق مضاعف

ابتدا باید کنترل کنیم که آیا چشمه اتصال جوابگوی نیروی برشی اعمالی به جان ستون می‌باشد یا خیر؟

بنابراین باید ظرفیت برشی چشمه را محاسبه کنیم. پس:

Vup=Mu1/db1 +Mu2/db2 -Vu

در قاب موردبررسی ما لنگر تنها در یک بر ستون وجود دارد زیرا چشمه اتصال تنها از یک سمت به تیر متصل می‌باشد؛ و همچنین نیروی برشی بالای ستون نیز به دلیل یک طبقه بودن قاب برابر صفر می‌باشد. بنابراین:

Vup=Mu1/db1 +Mu2/db2 -Vu=ME/db +0-0=114.76/0.46=249.48 ton

با فرض اینکه اثر تغییرشکل چشمه اتصال در تحلیل سازه در نظر گرفته شود، داریم:

Pu/Pc =Pu/(Ag Fy)

Ag=(2×3×35)+(40×2)=290 cm2 ستون مقطع مساحت

در این مثال از فولاد ST52 برای طراحی ستون استفاده شده است، بنابراین:

 

طراحی ورق مضاعف در چشمه اتصال

 

بنابراین چشمه اتصال جوابگو نمی‌باشد؛ درواقع جان ستون جوابگوی برش نیست و نیاز به ورق مضاعف داریم؛ بنابراین با فرض اینکه مجموع ضخامت ورق مضاعف و جان ستون برابر ´twc باشد داریم:

 

طراحی چشمه اتصال

بنابراین از دو ورق مضاعف به ضخامت 1 سانتی‌متر (به دلیل اینکه در بازار ورق‌ها به ضخامت‌های مضرب 2 و یا 5 وجود دارد) از جنس ST52 در طرفین جان ستون استفاده می‌کنیم.

گام سوم: کنترل پایداری چشمه اتصال

tz=1>(dz+dw)/90=(40+40)/90=0.89 → ok

 

✅ برای مطالعه مثال های بیشتر به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

چشمه اتصال در سازه‌های بتنی

در بخش دوم به مبانی و مفاهیم طراحی چشمه اتصال می­ پردازیم. عملکرد چشمه اتصال در سازه­ های بتن ­آرمه به دلیل رفتار ترد بتن تحت تنش ­های برشی از اهمیت ویژه ­ای برخوردار است. از طرفی افزایش مقدار آرماتورهای برشی در این ناحیه امکان بتن­ ریزی را با مشکل مواجه می­کند. در ادامه بیشتر به این موضوع پرداخته خواهد شد.

مفاهیم پایه‌ای برای برش در چشمه اتصال سازه‌های بتنی

همان‌طور که در ابتدای مقاله هم اشاره شد یکی از اهداف اصلی طراحی نواحی اتصال این هست، در حالی که در اعضای مجاور آن مفصل­ های پلاستیک تشکیل شده باشد، این ناحیه الاستیک (ارتجاعی) باقی بماند. اتصال تیر و ستون­ ها به منظور عملکرد صحیح برای بارهای ثقلی، بارهای جانبی، و ترکیب این دو بسیار حائز اهمیت است. به صورت کلی بارهای جانبی (زلزله) بیشترین نیازها را روی ناحیه اتصال تیر و ستون ایجاد می­کنند. بارهای یکنواخت ثقلی همانند شکل زیر سبب ایجاد لنگر می­شوند. این لنگرها در اتصالات داخلی به طور کامل یا نسبی به تعادل می­رسند.

بنابراین نقش اصلی ناحیه اتصال داخلی، انتقال نیروی محوری ستون و نیروهای کششی و فشاری ناشی از خمش در تیر است. در اتصالات خارجی معمولا لنگر تیر از طریق ناحیه اتصال به ستون­ های مجاور انتقال می­ یابد. به طور کلی تحت بارهای بهره‌برداری ترک‌خوردگی ناحیه اتصال از لحاظ عملکردی مهم‌ترین نکته می­ باشد. در مقابل بارهای جانبی شکل زیر سبب ایجاد لنگرهایی می­شود که انتقال این لنگرها می­تواند تنش ­های برشی بسیار بزرگی را در اتصالات تیر به ستون ایجاد کند.

در تحلیل یک قاب در محدوده پاسخ­ های ارتجاعی خطی، تلاش ­های عضو در نواحی اتصال را می­توان توسط روش­ های متداول تحلیل سازه خطی محاسبه نمود. در محدوده پاسخ غیرارتجاعی که در بارگذاری لرزه ­ای اتفاق می­افتد، نیازهای ناحیه اتصال را می­توان توسط روش­ های تحلیل حدی تعیین نمود. به طور معمول قاب­ های مقاوم در برابر زلزله طراحی به گونه ­ای است که تسلیم در تیرها حاکم بشود. در چنین حالتی نیاز ناحیه اتصال توسط مقاومت خمشی تیر تعریف می­شود.

 

برش در چشمه اتصال سازه‌های بتنی

دیاگرام لنگر و نیروهای داخلی برای قاب خمشی تحت (الف) بارگذاری ثقلی، (ب) بارگذاری ثقلی همراه با بارهای جانبی

 

✅ ادامه توضیحات این بخش را در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید.

 

دسته‌بندی نواحی اتصال

نواحی اتصال با توجه به هندسه اتصال، نوع بارگذاری و میلگرد­گذاری ناحیه اتصال تقسیم‌بندی می­شوند.

هندسه اتصال

تقسیم‌بندی بر اساس هندسه اتصال همانند شکل زیر می ­باشد. در ASCE41، ACI 318 و َACI 352 از اسامی متفاوتی برای تعیین مقاومت و الزامات طراحی ناحیه اتصال استفاده می­شود. با توجه به اسن که مبحث نهم مقررات ملی ساختمان برا اساس ACI 318-19 می­باشد روابط و ضوابط نیز بر اساس همین آیین نامه می­باشد.

 

چشمه اتصال تیر و ستون

هندسه اتصال تیر به ستون

 

نوع بارگذاری

رفتار ناحیه اتصال به نوع بارگذاری مرتبط است. مطابق طبقه‌بندی ACI 352 اتصال نوع اول برای تحمل بارگذاری ­های بدون تغییر شکل غیرارتجاعی قابل‌توجه، استفاده می­شود. اتصال نوع دوم می­تواند تغییر شکل­ های غیرارتجاعی را در محدوده غیرارتجاعی تحمل کند (تحت بارگذاری جانبی (زلزله)). با توجه به اهمیت عملکردی ناحیه  اتصال تحت بارگذاری جانبی (زلزله) در این مقاله به بررسی این نوع اتصال پرداخته شده است.

میلگردگذاری ناحیه اتصال

در مناطق با لرزه خیزی بالا یا سازه ­های با سیستم جانبی ویژه و متوسط، نواحی اتصال تیر به ستون با آرماتور عرضی و قائم طراحی می­شوند. آرماتورهای عرضی نقش­های زیادی نظیر محصور کردن بتن ناحیه اتصال، دربرگرفتن آرماتور طولی به‌منظور پیوستگی و جلوگیری از کمانش، و افزایش مقاومت برشی ناحیه اتصال را دارد. به این نوع نواحی اتصال، نواحی اتصال مسلح گفته می­شود.

نواحی اتصال در ساختمان‌های قدیمی و تعدادی از ساختمان‌های جدید که برای مقاومت در برابر نیروهای لرزه­ ای طراحی نشده ­اند. به طور معمول فاقد آرماتور عرضی هستند و در صورتی که حتی دارای آرماتور عرضی باشند، مقدار آن کمتر از حد لازم می­ باشد. به چنین نواحی اتصالی، نواحی اتصال غیرمسلح گفته می­شود. در این مقاله نواحی اتصال مسلح (نواحی اتصال تیر به ستون با آرماتور عرضی) بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است

 

نواحی اتصال تیر به ستون با آرماتور عرضی

میلگرد گذاری ناحیه اتصال شامل آرماتور عرضی افقی به شکل دورگیر و تنگ متقاطع به اضافه آرماتور طولی ستون می­باشد. شکل 70 مثالی از یک اتصال داخلی با میلگرد گذاری عرضی را می­باشد که انتظار می­رود، در برابر زلزله مقاومت نسبی خوبی در صورت اجرای درست جزئیات طراحی، از خود نشان دهد.

 

میلگرد گذاری معمول برای اتصال تیر به ستون

میلگرد گذاری معمول برای اتصال تیر به ستون داخلی با آرماتور عرضی ناحیه اتصال

 

 آسیب‌های مشاهده شده چشمه اتصال در زلزله‌ها

با توجه به درس­ های آموخته شده از زلزله ­های اتفاق افتاده، این موضوع قابل درک است که آسیب‌پذیری ناحیه چشمه اتصال در مناطق با سطح لرزه‌خیزی زیاد بسیار محتمل می­باشد. آیین‌نامه‌های لرزه ­ای در طراحی شکل‌پذیر، محدودیت ­های مهمی برای طراحی و دیتیلینگ این ناحیه محصور شده را الزام می­کنند. اما بر خلاف الزام آیین‌نامه‌ها برای محدودیت­ های آرماتورگذاری به دلیل عدم رعایت این نکات در حین اجرای سازه، در زلزله ­ها شاهد خرابی‌هایی هستیم که بعضاً خود اجزای سازه (تیر و ستون­ها) دچار خرابی نشده­ اند، بلکه خرابی قاب یا سازه فقط به‌خاطر عدم رعایت الزامات طراحی و اجرای ناحیه چشمه اتصال می­ باشد.

در زیر چند نمونه از خرابی‌های به وجود آمده در چشمه اتصال در زلزله­ های سرپل ذهاب (سال 1396 شمسی، ایران)، کوچالی (سال 1999 میلادی، ترکیه) و قهرمان مرعش ترکیه (سال 2023 میلادی، ترکیه) آورده شده است. از آنجایی که در زلزله­ های رخ‌ داده تا به امروز، این آسیب در چشمه اتصال بارها رخ‌داده است، در این مقاله فقط به مستندهای موجود از آسیب و تخریب چشمه در این چند تا زلزله، اشاره کرده‌ایم.

 

آسیب‌های چشمه اتصال در زلزله‌ها

زلزله سرپل ذهاب، تخریب در ناحیه چشمه اتصال به دلیل عدم تعبیه آرماتور عرضی مناسب در ناحیه اتصال

 

آسیب در ناحیه چشمه اتصال زلزله کوچالی ترکیه

زلزله کوچالی ترکیه، آسیب در ناحیه چشمه اتصال

 

✅ برای مطالعه ادامه این مبحث به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

نحوه مدل سازی چشمه اتصال در نرم‌افزار Etabs

در نرم‌افزار Etabs-V2016 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 در نرم‌افزار Etabs داشته باشیم، بهتر است چشمه اتصال را در Etabs مدل‌سازی کنیم و ضوابط آیین‌نامه در مورد چشمه اتصال با نتایج خروجی نرم‌افزار کنترل شود تا در صورت نیاز، ورق پیوستگی و مضاعف به چشمه اتصال اضافه کنیم.

در نرم‌افزار Etabs برای مدل‌سازی چشمه اتصال، دو نقطه متصور می‌شود که به نقطه اول، ستون‌های متصل به چشمه اتصال (ستون‌های بالا و پایین چشمه اتصال در قاب خمشی) و به نقطه دوم، تیرهای متصل به چشمه اتصال (تیرهای سمت چپ و راست چشمه اتصال در قاب خمشی) وصل می‌شود و سپس به‌وسیله فنری رابط بین این دو نقطه رفتار چشمه اتصال را بررسی می‌کند. درواقع با این کار، نرم‌افزار به­ جای اینکه یک اتصال کاملاً صلب را در نظر بگیرد، با معادل‌سازی یک فنر پیچشی، آزادی عمل و تغییرشکل به چشمه اتصال می‌دهد تا رفتاری نزدیک به واقعیت داشته باشد.

 

مدل‌سازی چشمه اتصال در ایتبس

مدل چشمه اتصال در Etabs

 

مثال: برای تثبیت بهتر مطالب گفته‌شده و آشنایی شما با نحوه استفاده از فرمول‌ها و ضوابط آیین‌نامه‌ای، مثالی را حل می‌کنیم. در شکل زیر قابی دوبعدی به طول دهانه 5 متر و ارتفاع 3 متر تحت اثر نیروی ثقلی گستره 3 تن بر متر و نیروی جانبی 8 تن قرارگرفته است. در این مثال در ابتدا قاب را در نرم‌افزار Etabs مدل می‌کنیم. پس از معرفی مصالح و مقاطع تیر و ستون به نرم‌افزار نوبت به معرفی چشمه اتصال می‌رسد. نتایج Etabs را یک بار با در نظر گرفتن چشمه اتصال یک بار بدون در نظر گرفتن چشمه اتصال بررسی می‌کنیم.

 

مثال طراحی چشمه اتصال در ایتبس

مدل دوبعدی قاب سازه ای

 

نتایج آنالیز Etabs وقتی چشمه اتصال مدل نمی‌شود:

الف: جابه‌جایی نقاط انتهایی تیر و ستون یا به عبارتی تغییرمکان جانبی تیر و دریفت طبقه

 

گام به گام طراحی چشمه اتصال در ایتبس

تغییر مکان جانبی تیر و دریفت طبقه در گره شماره 3

 

Drift=∆/h=(13.715 mm)/(3000 mm)=0.004572

 

نحوه مدلسازی و طراحی چشمه اتصال در نرم افزار ایتبس

شکل 49- تغییر مکان جانبی تیر و دریفت طبقه در گره شماره 2

 

Drift=∆/h=(14.096 mm)/(3000 mm)=0.004699

ب: نیروهای لنگر خمشی و برشی تیر

 

آموزش طراحی چشمه اتصال در etabs

نیروی برشی و لنگر خمشی در تیر

 

Mu=9.7795 t.m لنگر انتهای تیر
Vu=9.488 t برش انتهای تیر

پ: نیروهای لنگر خمشی و برشی ستون

 

طراحی چشمه اتصال بتنی

نیروی برشی و لنگر خمشی ستون

Mu=8.418 t.m لنگر بالای ستون
Vu=7.7909 t برش ستون

 

نتایج آنالیز Etabs وقتی چشمه اتصال مدل می‌شود:

برای مدل کردن چشمه اتصال در نرم‌افزار 2016 Etabs به ترتیب زیر عمل می‌کنیم:

گام اول:

تعریف چشمه اتصال از منوی difine>section properties>panel zone

 

گام اول طراحی چشمه اتصال در ایتبس

تعریف چشمه اتصال

 

بعد از انتخاب قسمت panel zone پنجره زیر باز می‌شود:

 

تنظیمات نرم افزار ایتبس برای طراحی چشمه اتصال

ویژگی های چشمه اتصال

 

در این قسمت با همین اسم پیش‌فرض خود نرم‌افزار یعنی PZone1 ادامه می‌دهیم و گزینه Modify/show prorety را انتخاب می‌کنیم. سپس پنجره زیر باز می‌شود:

در قسمت General نام چشمه اتصال خود را می‌نویسیم که در اینجا همان نام پیش‌فرض انتخاب شده است.

در قسمت Prorerties چندین قسمت وجود دارد که در متن اصلی ایبوک به توضیح کامل آن‌ها می پردازیم.

 

پرسش و پاسخ

آیا منظورکردن تأثیر چشمه اتصال با بحث End Offset در ایتبس متفاوت است؟
بله فلسفه منظور نمودن تغییر شکل‌های چشمه با ناحیه صلب انتهایی متفاوت است.
آیا اثر تغییر شکل چشمه اتصال باید در برنامه ETABS برای سازه‌های بتنی و فولادی در نظر گرفته شود و ضخامت ورق مضاعف باید وارد شود؟
بله، طبق توصیه ASCE7 در قاب‌های خمشی فولادی بایستی اثر تغییر شکل چشمه اتصال در نظر گرفته شود. در قاب‌های بتنی و قاب‌های ساده فولادی نیازی نیست. برای این منظور، درنظرگرفتن ضخامت ورق مضاعف (در صورت وجود) نیاز است.
چه زمانی از ورق مضاعف یا سخت‌کننده قطری در چشمه اتصال استفاده کنیم؟

چنانچه پس از محاسبه ظرفیت برشی چشمه اتصال و مقاومت برشی موردنیاز طراحی چشمه اتصال طبق بند 10-2-9-10-6 مبحث دهم ، ببینیم که ضخامت جان ستون جوابگوی تقاضای برش چشمه اتصال نیست، بدین ترتیب عمل می‌کنیم:

الف) باید به‌اندازه 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 استفاده می‌کنیم.

ب) یا از یک جفت سخت‌کننده قطری که مستقیماً به ورق‌های پیوستگی و بال ستون جوش می‌شوند، استفاده کنیم.

آیا نرم ­افزار ETABS در محاسبه برش چشمه اتصال دارای خطا است؟
بله نرم‌افزار دارای خطا می­باشد و بحث پیوستگی ستون را در نظر نمی­گیرد. یعنی جایی که ستون پیوسته نباشد ETABS متوجه نمی­شود. همه حالت­ها را با فرضی چک می­کند که ستون پیوسته می­باشد، مشکل در طبقه بام به وجود می­آید. راهکار این هست که ستون­های اطراف را بر اساس پیوست 6 استاندارد 2800 به‌اندازه 1.35 متر بالا آورد.
تفاوت رفتار چشمه اتصال در سازه­ های فولادی و بتنی در چیست؟
تفاوت رفتار در دو سازه در این است که در سازه­های فولادی، در چشمه اتصال فولادی کمانش قطری در اثر تنش­های برشی دور تا دور چشمه اتصال رخ می­دهد. ولی در سازه ­های بتنی به‌صورت قطری رخ می­دهد.

 

نتیجه گیری

چشمه­ های اتصال تأثیر بسیار زیادی در روند استهلاک انرژی در سازه و رفتار سازه در زلزله‌های شدید دارد اگر چشمه­ های اتصال ضعیف باشند حتی در صورت اجرای اتصال کاملاً صلب با مقاومت اتصال بیشتر از تیر که باعث می‌شود شکست از ناحیه اتصال نباشد باعث به‌وجود آمدن تغییر شکل زیاد و در نتیجه شکست ترد ایجاد می­شود در صورتی که هدف ما در طراحی رسیدن به شکل‌پذیری کافی و ممانعت از شکست ترد می­باشد.

پس از زلزله نتایج بسیار زیادی از سازه‌هایی که سیستم مقاوم آن‌ها فقط دارای قاب خمشی بوده ­اند، آسیب جدی­ تری دیده ­اند که دور از انتظار بوده است و پس از بررسی نتایج حاصل از زلزله مشخص شد که میزان شکل‌پذیری چشمه ­های اتصال تأثیر بسیار زیادی را در میزان تخریب دارا بوده‌اند با توجه به اهمیت درک رفتار اجزاء مختلف یک سازه بتنی در مدل‌سازی و بررسی رفتار لرزه ­ای، یکی از ویژگی­ های رفتاری مهم در اجزا سازه در ناحیه اتصال تیر به ستون، بررسی فرضیات مربوط به مدل­سازی آن موردتوجه قرار می­گیرد.

بنابراین، پیشگیری از عیوب موضعی در اعضای سازه­ای به‌راحتی و تنها از طریق شناخت و اشراف به ماهیت آن‌ها و اعمال کنترل­ های لازم در مرحله­ ی طراحی، امکان­ پذیر است. تلاش آیین­ نامه ­های طراحی در دورکردن محل تشکیل مفصل پلاستیک از ناحیه ­ی چشمه­ اتصال است. چون خرابی در این ناحیه، موجب بروز خسارت بالایی در سازه می­شود. الزامات لرزه ­ای تا حد زیادی تغییر شکل‌های چشمه­ ی اتصال را محدود می­ نماید. به همین علت به کمک ورق­ه ای تقویت جان و سخت­ کننده ­های عرضی در سازه ­های فولادی این ناحیه­ ی مهم سازه، تقویت می­شوند.

توجه: ازآنجایی‌که چشمه اتصال می‌تواند منجر به رفتار غیرقابل‌پیش‌بینی و حتی ناپایداری و شکست ترد سازه‌ها در بارهای رفت و برگشتی زلزله شود. مؤسسه سبز سازه در سال 1402 وبیناری با موضوع ” نکات طراحی، نظارتی و اجرایی چشمه اتصال در ساختمان‌های بتنی و فولادی” برگذار کرده است که پیشنهاد می­شود به منظور بهره‌وری بیشتر درباره این موضوع، بر روی دکمه زیر کلیک کنید.

 

نکات طراحی، نظارتی و اجرایی چشمه اتصال در ساختمان‌های بتنی و فولادی

منابع:

  1. راهنمای Etabs 2016 در خود نرم‌افزار
  2. جزوه درسی دکتر فنایی (عضو هیئت‌علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی)
  3.  مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
  4. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399
  5. آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد 2800)
  6. کتاب راهنمای جوش و جوشکاری در ساختمان های فولادی، وزارت راه و شهرسازی، ویرایش 1390
  7. آشنایی با ضوابط جوش در مناطق لرزه ­خیز، دکتر علیرضا رضائیان، انجمن سازه ­های فولادی ایران
  8. گزارش بررسی عملکرد ساختمان‌ها در زلزله سر پل ذهاب، استان کرمانشاه، دی‌ماه 1396
  9. AWS D1.8 / Structural Welding Code-Seismic Supplement
  10. Specification for Structural Steel Buildings (ANSI/AISC 360-22)
  11. ACI 318-19 Building Code Requirements for Structural Concrete
  12. Sezgin SK, Sakcalı GB, Özen S, Yıldırım E, Avcı E, Bayhan B, Çağlar N. Reconnaissance report on damage caused by the February 6, 2023, Kahramanmaraş Earthquakes in reinforced-concrete structures. Journal of Building Engineering. 2024 Jul 15;89:109200.
  13. Turan AI, Celik A, Kumbasaroglu A, Yalciner H. Assessment of reinforced concrete building damages following the Kahramanmaraş earthquakes in Malatya, Turkey (February 6, 2023). Engineering Science and Technology, an International Journal. 2024 Jun 1;54:101718.
  14. Preliminary report: Kocaeli (Izmit) earthquake of 17 August 1999
  15. Seismic Design of Reinforced Concrete Buildings, 1st Edition, by Jack Moehle

 

 

 

مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن

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!

با ارسال 18اُمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. شهلا مرادی

    سلام من این محصول طراحی چشمه اتصال؛ مدلسازی ورق پیوستگی و مضاعف در ایتبس به همراه ۶ ویدئو جامع را خریدم ولی لینک دانلود ایراد داره باز نمیشه. لطف کنید پیگیری کنید

    پاسخ دهید

  2. مهندس شکوه شیخ زاده (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس مرادی عزیز باید وارد پنل کاربریتون بشین و از بخش دانلودهای من دانلود کنید باز هم اگر مشکل داشتید با شماره ۰۵۶۳۲۰۴۴۴۴۰ در تایم اداری تماس بگیرید.

    پاسخ دهید

  3. عادل محمودی

    سلام من عضو ویژه هستم چطوری از دانلودهای شما بهره مند شوم

    پاسخ دهید

  4. مهندس شکوه شیخ زاده (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس جان روزتون بخیر
    شما میتونین هر مقاله یا ایبوکی که در سایت هست رو رایگان دریافت کنید
    توجه داشته باشین که تعداد دانلودها در روز محدوده به عنوان مثال اگر VIP یک ماهه رو فعال کردید روزی ۳ دانلود و جمعا ۱۰ دانلود در ماه میتونین داشته باشین

    پاسخ دهید

  5. vnour49@gmail.com

    سلام اساتید معزز
    مطالب ارایه شده بسیار مفید و کاربردیست.
    در حداقل زمان وبا ارایه مثال مفاهیم به نحو احسن منتقل میشه.
    سپاسگزارم

    پاسخ دهید

  6. مهندس شکوه شیخ زاده (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با سلام
    تشکر از همراهی و ابراز محبت شما

    پاسخ دهید

  7. برت استینبارگر

    مراجع استفاده شده کتاب چیه؟

    پاسخ دهید

  8. مهندس شکوه شیخ زاده (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس وقتتون بخیر
    ۱- مبحث دهم مقررات ملی ساختمان
    ۲- راهنمای ایتبس ۲۰۱۶ در خود نرم افزار
    ۳- جزوه درسی دکتر فنایی (عضو هیئت علمی دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی)

    پاسخ دهید

  9. مرتضی

    سلام وقت شما بخیر .
    در رابظه با مثالی که حل کردین سوال داشتم .
    pu=249.48 *10 3 از کجا بدست اومد؟؟؟؟؟؟؟

    پاسخ دهید

  10. Iraj Lotfy (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با سلام
    اشتباه تایپی در محاسبه Fu، مقدار صحیح Fu در رابطه ی ذکر شده ۲۴۹٫۴۸ می باشد
    https://s17.picofile.com/file/8416258450/photo_2020_12_03_22_.jpg

    پاسخ دهید

  11. davood salehi

    سلام و خسته نباشید. ممنون بابت آموزش های خوبتون. من این آموزش را مطالعه کردم ولی چند جا برام ابهام داشت! و درست متوجه نشدم که چرا در مثالی که حل کردید به در قسمت محاسبه ورق مضاعف به جای نیروی برشی ۲۴۹٫۴۸+۲۴۹٫۴۸ از نیروی ۲۶۱ تن استفاده کردید؟ در محاسبه ورق پیوستگی نیازی نیست که مقاومت خمشی بال ستون طبق بند ۱۰-۲-۹-۱۰-۱ محاسبه شود؟ آیین نامه داخل تبصره ذکر کرده که تعبیه یک جفت سخت کننده با مقاومت حداقل اختلاف مقاومت طراحی و مقاومت مورد نیاز؟ مگر نباید طبق این رابطه ضخامت ورق پیوستگی را برحسب این نیروی کششی بدست بیاریم بعد از ضخامت بال کم کنیم؟

    پاسخ دهید

  12. مهندس مهناز افضلی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس، مثالی که گفتین مربوط به کدوم قسمته؟

    پاسخ دهید

  13. مهناز افضلی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس
    من پیام شما رو به گروه پشتیبانی علمی سبزسازه انتقال خواهم داد و جواب رو در اسرع وقت برای شما ارسال خواهم کرد.

    پاسخ دهید

  14. 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

  15. 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

  16. hani25

    من خرید کردم.اما ارور میده و دانلود نمیشه

    پاسخ دهید

  17. 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

question