کنترل برش پانچ در safe به صورت گام به گام به همراه رفع مشکل برش پانچ

پس از طراحی سازه، انجام کنترل های سازه‌ ای ضروری است. یکی از این کنترل‌ها، بررسی برش پانچ (برش دوطرفه) است که در کنار کنترل برش یک طرفه، نقش مهمی در ایمنی و عملکرد سازه ایفا می‌کند. این کنترل را می‌توان در نرم‌افزار SAFE انجام داد، اما چه نکاتی را باید در نظر گرفت؟ اگر در حین بررسی متوجه شویم که پی قادر به تحمل برش پانچ نیست، چه راهکاری وجود دارد؟

در این مقاله، علاوه بر ارائه روش دستی محاسبه برش پانچ، نحوه کنترل آن در نرم‌افزار SAFE نیز بررسی می‌شود تا مهندسان بتوانند ظرفیت مقطع را به درستی ارزیابی و در صورت نیاز تقویت کنند.

⌛ آخرین به‌روزرسانی: 15 اسفند 1403

📕 تغییرات به‌روزرسانی: بر اساس ویرایش 1400 مبحث 7

email

دریافت فوری هدیه 

نگران نباشید ایمیل هرز برایتان ارسال نمی کنیم. ایمیل شما نزد ما محفوظ است.

1. کلیات

در این بخش به بررسی کلیات برش پانچ فونداسیون خواهیم پرداخت. در همین جهت برای پی‌بردن به چگونگی برش پانچ ابتدا به تعریف آن پرداخته می‌شود و پس از آن، به نکات با اهمیتی مانند تعریف ناحیه بحرانی، برش پانچ ستون، ترکیب بار کنترل برش پانچ، تفاوت کنترل برش پانچ در فونداسیون سازه بتنی با کنترل برش پانچ در سازه فولادی و تفاوت کنترل برش پانچ پی نواری و گسترده می‌پردازیم.

1.1. برش پانچ چیست؟

برای اینکه بهتر بدانیم کنترل برش پانچ چیست بهتر است ابتدا به تعرف آن بپردازیم. وزن سقف قرار گرفته روی ستون‌ها سبب ایجاد تنش‌های برشی در دال آن می‌شود. تمرکز این تنش‌ها در یک مساحت کوچک، نیروی متمرکز بسیار زیادی را در محل اتصال ستون به دال به وجود می‌آورد. درصورتی‌که تدابیر مناسبی (مثل تعبیه آرماتورهای برشی تقویتی) برای مهار و کاهش این تنش‌ها در دال به کار برده نشده باشد، دال توسط ستون سوراخ شده و سقف بر سر ساکنین آن آوار خواهد شد. به این پدیده «برش پانچ» یا «برش سوراخ‌کننده (منگنه‌ای) یا برش دوطرفه» گفته می‌شود.

این موضوع در دال‌های تخت که فاقد تیرهای میانی هستند، از حساسیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است. مشابه همین اتفاق در نقاط اتصال ستون با فونداسیون نیز ممکن است رخ دهد به‌طوری‌که وزن طبقاتِ روی یک ستون، باعث تمرکز نیرو در یک ناحیه کوچک از فونداسیون می‌شوند.

برای درک بهتر این اتفاق، سوراخ‌ کردن کاغذ به‌وسیله یک سوراخ‌کن را تصور کنید که نیروی وارده با تمرکز در نوک سوزن سبب سوراخ شدن کاغذ می‌شود که دقیقاً مشابه کاری‌ست که ستون با دال می‌کند. همین شباهت عملکردی منجر شده است که نام این دو پدیده یکسان باشد.

بدیهی است که هر چه مقدار نیروی عکس‌العمل وارده از طرف ستون به دال، بیشتر و محیط و ضخامت ناحیه اعمال این نیروی متمرکز کوچک‌تر باشد؛ وضعیت بحرانی‌تری حاکم خواهد بود؛ لذا اکثر روش‌هایی که برای کاهش و کنترل برش پانچ ارائه می‌گردد، بر پایه همین دو موضوع پایه‌ریزی شده‌اند که در پایان این مقاله، نمونه‌های اجرایی از روش‌های پیشنهادی برای کنترل برش پانچ در دال‌ها و فونداسیون ارائه گردیده است.

در پایان طراحی دال دوطرفه و طراحی فونداسیون ساختمان، باید کنترل‌هایی صورت گیرد. یکی از کنترل‌های ضروری در دال و فونداسیون ساختمان، کنترل تنش و نیروی برشی در بخش بحرانی است. بر اساس نظریه و نوع مکانیزم شکست، کنترل برش در دال‌ها و فونداسیون‌ها به دودسته یک‌طرفه و دوطرفه تقسیم می‌شود. نام دیگر برش دوطرفه، برش پانچ است؛ همان‌طور که ذکر شد، عملکرد پانچ به‌صورت برش دوطرفه است و برای دال‌هایی که دارای عملکرد دوطرفه هستند و همچنین برای فونداسیون ساختمان کاربرد دارد، اما برای دال‌هایی با عملکرد یک‌طرفه کاربرد ندارد.

2.1. ناحیه بحرانی چیست؟

ناحیه یا مقطع بحرانی برای برش پانچ به ناحیه اطراف ستون‌ها اشاره دارد که در آن نیروهای برشی در یک دال یا فونداسیون متمرکز شده‌اند. این ناحیه با تنش‌های برشی بالا مشخص می‌شود. نیروهای برشی به‌ویژه در جاهایی که بار از ستون به دال منتقل می‌شود، به‌صورت حداکثری وجود دارد که در صورت عدم طراحی صحیح منجر به شکست احتمالی می‌شود. در بند 9-8-5-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، مقطع بحرانی برای برش دوطرفه شرح داده شده و به نحوه تشخیص آن نیز اشاره شده است.

توضیحات ارائه شده در بند 9-8-5-2-1 فقط برای ستون‌های مستطیلی و مربعی است و برای ستون‌هایی با اشکال خاص مانند فرم‌های دایره‌ای یا چندضلعی باید به بند 9-8-5-2-2 رجوع کرد.

علاوه بر این در بند 9-8-5-2-3 مقطع بحرانی اعضایی که با خاموت و میلگردهای برشی سردار تقویت شده باشند، شرح داده شده است.

در آخر نیز ناحیه بحرانی مقاطعی که دارای بازشو هستند در بند 9-8-5-2-4 شرح داده شده و در شکل 9-8-1 نیز ضوابط این مقاطع به‌صورت شماتیک نمایش‌داده‌شده است.

3.1. برش پانچ ستون چیست؟

برش پانچ ستون نوعی شکست در دال‌های بتنی و فونداسیون‌ها است که به دلیل نیروهای موضعی زیاد و ناکافی بودن ابعاد دال ایجاد می‌شود. این نوع شکست معمولاً به دلیل سوراخ شدن دال توسط ستون و عدم توانایی در تحمل بارهای تجمیع‌شده منجر به ریزش می‌شود؛ بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که منظور از برش پانچ ستون، همان برش دوطرفه‌ای است که در فونداسیون تحت شرایطی که در بخش قبل شرح داده شد، رخ می‌دهد؛ بنابراین باید در نظر داشت که چک‌کردن برش پانچ در عناصر سازه‌ای مختلف مانند دال‌های مسطح که توسط ستون‌ها پشتیبانی می‌شوند، پی منفرد و پی گسترده زیر ستون‌ها و هر سیستم سازه‌ای که در آن بارهای متمرکز مورد انتظار باشد، ضروری است.

4.1. تأثیر ترکیبات بار در برش پانچ

برای جلوگیری از رخ‌دادن برش پانچ در سازه، شناخت ترکیبات بارهایی که بر فرآیند طراحی و تأیید آن تأثیر می‌گذارد، ضروری است. همان‌طور که اشاره شد، برش پانچ زمانی اتفاق می‌افتد که یک‌بار متمرکز، مانند بار ناشی از یک ستون، نیرویی برشی را در اطراف محیط ستون (در یک دال) ایجاد کند. بر اساس اطلاعات ارائه شده در این زمینه، این برش توانایی تخریب فونداسیون را دارد؛ بنابراین ضروری است که با پی‌بردن به جزئیات ترکیبات بارهای تأثیرگذار بر برش پانچ، با سازوکار آن بیشتر آشنا شویم.
همان‌طور که می‌دانید برش نتیجه حاصل‌ضرب مقاومت موردنیاز برای تحمل بارهای با ضریب (U) در فاصله اعمال نیرو تا تکیه‌گاه (d). بر اساس جدول 9-7-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، برای تعیین U چندین رابطه وجود دارد که با توجه به شرایط مسئله می‌توان آن را در سازه در نظر گرفت.

در این جدول بارهای اصلی عبارت‌اند از:

• بارهای مرده (D): عبارت‌اند از بارهای ثابت دائمی ناشی از وزن خود سازه یا اجزای دائمی آن.
• بارهای زنده (L) : بارهای موقت (غیردائمی) که در حین بهره‌برداری از ساختمان یا سایر اجزای سازه به آن وارد می‌شود.
• بارهای باد (W) و بارهای لرزه‌ای (S):بارهای محیطی که می‌توانند یکپارچگی سازه را تحت‌تأثیر قرار دهند.

همان‌طور که اشاره شده، این بارها بر اساس آیین‌نامه‌های ACI 318 و مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شده‌اند و برای کسب اطلاعات بیشتر می‌توانید به این کتب و مقاله «نحوه ساخت ترکیبات بارگذاری به صورت دستی و خودکار در ایتبس» مراجعه فرمایید.

بارهای اصلی با استفاده از ترکیبات بارهای مشخص شده در ACI 318-19 یا مبحث ششم و نهم مقررات ملی ساختمان ترکیب می‌شوند. به‌عنوان‌مثال، یک ترکیب بار رایج عبارت است از:

1.2D+1.6L+0.5S

به‌طورکلی ترکیبات بار به دودسته تقسیم می‌شوند:

1- بارهای نهایی یا ضریب‌دار که برای طراحی سازه استفاده می‌شوند و عموماً در نرم‌افزار Etabs به سازه اعمال می‌شوند و با خروجی گرفتن از آن‌ها می‌توان آن را به safe انتقال داد.
2- بارهای سرویس یا بهره‌برداری که برای کنترل‌های پی از نظر تنش و نشست و دوران و شکل هندسی پی کاربرد دارند و باید در سیف ساخته شوند.

همان‌طور که اشاره شد، علاوه بر مبحث نهم در مبحث ششم نیز ترکیبات باری ارائه شده که درنظرگیری آن برای سازه الزامی است؛ برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه ترکیبات بار پیشنهاد می‌شود که مقاله  بررسی ترکیب بار کنترل تنش مجاز خاک درsafe  را مطالعه فرمایید.

علاوه بر این در بخش چهارم این مقاله نحوه وارد کردن و انتقال ترکیبات بار از ایتبس به سیف را شرح خواهیم داد.

5.1. تفاوت کنترل برش پانچ در سازه بتنی با سازه فولادی

به‌طورکلی در کنترل برش پانچ بین ساز‌ه‌های فولادی و بتنی تفاوت زیادی وجود ندارد؛ اما در شیوه تعیین ناحیه بحرانی تفاوت‌های بین سازه‌های فولادی و بتنی وجود دارد.
به‌طورکلی همان‌طور که اشاره شد، در تحلیل برش پانچ سازه‌های فولادی و بتنی در نرم‌افزار safe نیز تفاوت‌هایی وجود دارد، این تفاوت‌ها عبارت‌اند از:

1- در سازه‌های فولادی و بتنی محیط پانچ به فاصله d/2 از تکیه‌گاه محاسبه می‌شود. در سازه‌های بتنی ابعاد تکیه‌گاه همان ابعاد ستون می‌باشد. اما در سازه‌های فولادی ابعاد تکیه‌گاه (جهت تعیین محیط بحرانی پانچ) را می‌توان میانگین ابعاد مقطع ستون فولادی و ابعاد ورق پای ستون در نظر گرفت.

2- نرم‌افزار safe از ابعاد ورق پای ستون بی‌اطلاع است، به همین جهت تعیین ابعاد تکیه‌گاهی را به عهده کاربر قرار داده؛ بنابراین جهت کنترل برش پانچ سازه‌های فولادی باید گام‌های زیر انجام شود.

– گره‌های پای ستون را انتخاب کرده و مطابق شکل زیر برای ستون  size of load را مشخص نمود.

شکل 1- روند اختصاص ابعاد تکیه‌گاه در نرم‌افزار safe

در پنجره باز شده باید ابعاد تکیه‌گاه را به‌صورت میانگینی از ابعاد پای ستون و ابعاد ورق در نظر گرفت و در بخش X Dimension  و Y Dimension این مقادیر را وارد نمود.

شکل 2- نحوه تخصیص ابعاد ورق پای ستون در سازه فولادی

6.1. تفاوت کنترل برش پانچ در پی نواری و گسترده

برای بررسی تفاوت پی نواری و گسترده ابتدا لازم است خصوصیات هر دو پی مورد بررسی قرار گیرد. به‌طورکلی فونداسیون‌های نواری و گسترده تفاوت‌های متعددی دارند که با توجه به این تفاوت‌ها برای اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. فونداسیون گسترده از یک دال بتنی بزرگ تشکیل شده است، در این فونداسیون بار کل سازه بر روی یک منطقه وسیع توزیع می‌شود که تمام سطح زیرساخت ساختمان را می‌پوشاند. طراحی خاص این پی به کاهش فشار بر روی خاک زیرین کمک کرده و برای زمانی که وزن سازه زیاد است، کاربرد دارد. در این فونداسیون‌ها بارها در یک ناحیه بزرگ توزیع شده که همین امر موجب کاهش نشست‌ سازه می‌شود.

این فونداسیون‌ها برای سازه‌های بزرگ‌تر یا سازهایی که بر روی خاک‌های ناپایدار ساخته شده‌اند، ایده‌آل هستند و معمولاً در ساختمان‌های تجاری یا ساخت‌وسازهای چندطبقه به کار می‌روند. این نوع از پی به دلیل برتری که نسبت به فونداسیون‌های نواری در تحمل فشار آب‌های زیرزمینی دارند، می‌توانند در مناطق غرقابی نیز مفید باشند. باید در نظر داشت که ساخت این فونداسیون‌ها معمولاً پیچیده‌تر است و ممکن است هزینه اجرای آن نیز بیشتر باشد؛ اما در مقابل، پایداری و ظرفیت باربری بیشتری را فراهم می‌کنند.

در مقابل، فونداسیون‌های نواری شامل نوارهای پیوسته‌ای از بتن می‌شود که به‌عنوان تکیه‌گاهی برای دیوارهای باربر یا ستون‌های نزدیک به هم کاربرد دارد. طراحی این پی سبب می‌شود که بارها در امتداد یک مسیر خطی توزیع شوند و معمولاً نسبت به فونداسیون‌های گسترده عرض کمتری دارند. این فونداسیون‌ها بارها را در طول خود توزیع می‌کنند و برای سازه‌های خطی که بارها در آن به طور یکنواخت در طول یک دیوار توزیع شده‌اند، مؤثرتر هستند. به‌طورکلی می‌توان گفت که این پی برای سازه‌های کوچک‌تر و سبک‌تر مانند ساختمان‌های مسکونی مناسب‌تر هستند و به‌خاطر  اینکه اجرای آن مقرون‌به‌صرفه‌تر است، کاربرد بیشتر نسبت به پی گسترده دارد.

2. روش‌های جلوگیری از ایجاد برش پانچ

همان‌طور که تابه‌حال ذکر شده، دو عامل اصلی مؤثر در مکانیزم خرابی برش پانچ به شرح زیر است:

۱) مقدار نیرویی که از سمت ستون به دال یا فونداسیون وارد می‌شود.
۲) مقطعی که به آن نیرو وارد می‌شود.

هرچه مقدار این نیرو بیشتر و مقطع آن کوچک‌تر باشد، احتمال خرابی برش پانچ بیشتر است؛ زیرا مقدار تنش برشی افزایش می‌یابد و نواحی با تنش برشی بالا به‌عنوان نواحی بحرانی شناخته می‌شوند؛ بنابراین برای جلوگیری از خرابی، باید اثر عوامل تأثیرگذار بر برش را به حداقل رساند. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده در این زمینه، با مقاوم‌سازی مقاطع می‌توان از ایجاد برش پانچ در مقاطع جلوگیری کرد که در ادامه به شرح آن خواهیم پرداخت.

1.2. روش‌های مقاوم سازی

پس از این که در بخش اول به تعریف برش پانچ پرداختیم، در این بخش به شرح روش‌های کنترل برش پانچ می‌پردازیم و در ادامه روش انتخاب بهترین راه‌حل برای کنترل برش پانچ را بررسی می‌کنیم.

1.1.2. تقویت برشی مقطع

در این روش با استفاده از آرماتورهای برشی می‌توان مقاومت برشی ناحیه بحرانی را افزایش داد. علاوه بر این، با اضافه‌ کردن بولت‌های فولادی یا تقویت برش(استفاده از سنجاقی در فونداسیون) در اطراف ستون برای افزایش ظرفیت دال در برابر برش پانچ نیز می‌توان به تقویت برشی ناحیه بحرانی کمک نمود. این تقویت‌ها می‌توانند چسبیده یا غیرچسبنده باشند و برای افزایش مقاومت برشی طراحی شده‌اند.

شکل3- آرماتوربندی تقویتی در پای ستون‌ها

برای حل مشکلات برشی دوطرفه در فونداسیون‌ها با استفاده از آرماتور برشی، در صورت نیاز از خاموت‌های U شکل یا ناودانی سردار استفاده می‌شود. مقاومت برشی اسمی مطابق با ضوابط مقررات ملی مبحث نهم (رابطه 9-8-19-ب) محاسبه می‌گردد. البته باید توجه داشت که از رعایت حداقل استانداردهای تقویتی اطمینان حاصل شود. برای بهینه‌سازی یکپارچگی سازه، باید روی بخش‌های حیاتی اطراف ستون‌ها تمرکز کرد. رعایت این نکات خطرات ایجاد برش پانچ را کاهش داده و عملکرد پی را تحت بارهای مختلف افزایش می‌دهد.

شکل4- آرماتورهای برشی تقویتی

2.1.2. تأمین محیط برش پانچ و عمق مؤثر مورد نیاز

یکی از روش‌ها برای تقویت ظرفیت برشی فونداسیون، تأمین محیط برش پانچ است. در فونداسیون‌های نواری ممکن است محیط پانچ در بخش بازشو واقع شود و به همین دلیل ظرفیت برش دوطرفه مقطع کاهش یابد. بنابراین به‌عنوان یک ابتکار، در مخل ستون‌ها عرض نوارها به‌طور موضعی افزایش پیدا می‌کند تا محیط برش پانچ تأمین شود.

شکل5- افزایش موضعی مساحت پای ستون‌ها

علاوه بر تأمین محیط برش پانچ، افزایش ظرفیت برشی مقطع را می‌توان با افزایش ارتفاع در زیر ستون‌ها نیز تأمین کرد. این افزایش ارتفاع را پاشنه پی می‌نامند. در این روش در زیر ستون‌ها یا دیوار برشی‌هایی که عرض و ارتفاع ثابت پی برش ایجاد شده را تأمین نمی‌کند، ارتفاع را افزایش می‌دهند؛ در نتیجه با افزایش عمق مؤثر مقطع پی، ظرفیت برشی مقطع بیشتر می‌شود.

شکل6- دیتیل پاشنه پی

3.1.2. استفاده از کلاهک برشی

کلاهک برشی یا سر برشی عبارت است از پروفیل‌های فولادی نظیر I یا ناودانی که در فونداسیون‌های گسترده به‌منظور کنترل برش پانچ در محل اتصال ستون‌ها به سقف‌ها و فونداسیون به کار می‌رود. این کلاهک‌ها زمانی که آرماتورهای عرضی، ظرفیت بار برش پانچ موردنیاز را ایجاد نمی‌کند، مورداستفاده قرار می‌گیرد و ابعاد آن باید به‌گونه‌ای باشد که مقاومت موردنیاز ناحیه بحرانی را تأمین کند؛ بنابراین با توجه به اهمیت این سیستم در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران ضوابط مربوط به این سیستم اشاره شده است که در ادامه به بررسی آن می‌پردازیم.

شکل 7- نحوه قرارگیری کلاهک برشی در پی

شکل 8- سازوکار کلاهک برشی

در دال‌های تقویت شده با کلاهک برشی ضوابط ارائه شده در بند 9-8-5-5 باید برای برش پانچ کنترل گردند. در این بخش ابتدا ضوابط طراحی و محدودیت‌ها در بندهای 9-8-5-5-1- تا 9-8-5-5-5 شرح داده شده است.

پس از آن، در بند 9-8-5-5-6 رابطه ظرفیت خمشی پلاستیک M_p برای هر بازوی کلاهک برشی آورده شده است:

علاوه بر این، در بند 9-8-5-5-7 محدودیت سهم هر نوار ستون از ظرفیت خمشی اسمی کلاهک برشی ارائه شده است.

باید توجه داشت که در بند 9-8-5-5-9 ضوابط وجود بازشو در دال‌های با کلاهک برشی ارائه شده است.

در گام بعد، در بند 9-10-6-4-5-2 انواع برش‌هایی که در برش دوطرفه ضریب‌دار سهیم هستند معرفی شده و رابطه آن‌ها ارائه گردیده است.

مطابق با این بند، مقدار v_u در ناحیه بحرانی برای برش دوطرفه نامتعادل ناشی از برش و لنگر ضربیدار منتقل شده به ستون با توجه به بند 9-10-6-4-3 محاسبه شود.

2.2. نحوه انتخاب روش مناسب برای مقاوم‌سازی

برای انتخاب روش‌ مناسب تقویت دال‌های تخت در برابر برش پانچ، عوامل مختلفی در نظر گرفته می‌شود. باید توجه داشت که این عوامل می‌توانند به طور قابل‌توجهی بر بودجه کلی یک پروژه ساختمانی تأثیر بگذارند؛ بنابراین با توجه به اهمیت این موضوع در این بخش چند مورد از عواملی که سبب افزایش هزینه مقاوم‌سازی فونداسیون می‌شود، معرفی شده است.

۱. هزینه‌های تأمین مصالح

انتخاب بین مصالح می‌تواند روی هزینه‌ها تأثیر بگذارد. همچنین مقدار مصالح موردنیازی که برای انواع تکنیک‌های تقویت برشی استفاده می‌شود نیز متفاوت است. برای مثال، روش‌هایی که شامل افزایش ضخامت دال یا استفاده از ستون‌های بزرگ‌تر می‌شوند، ممکن است به بتن و آرماتور بیشتری نیاز داشته باشند که افزایش هزینه ساخت را در پی دارد.

۲. هزینه‌های نیروی کار

برخی تکنیک‌های تقویت برشی پس از نصب ممکن است به نیروی کار ماهر و تکنیک‌های نصب ویژه نیاز داشته باشند که سبب افزایش هزینه‌های نیروی کار در مقایسه با روش‌های ساده‌تر می‌شود.

علاوه بر این، این روش‌ها ممکن است زمان اجرای پروژه را طولانی‌تر کنند که همین امر سبب افزایش هزینه‌های نیروی کار (به دلیل ساعات کار طولانی‌تر) یا تأخیر در تکمیل پروژه شوند.

۳. هزینه‌های طراحی و مهندسی

روش‌های مقاوم‌سازی معمولاً نیاز به تحلیل دقیق و تنظیمات طراحی دارند که می‌تواند هزینه‌های اضافی برای خدمات مهندسی به همراه داشته باشد. تکنیک‌های بهینه‌سازی می‌توانند به کاهش این هزینه‌ها با ساده‌سازی فرآیند طراحی کمک کنند.  علاوه بر این اطمینان از اینکه روش انتخابی با آیین‌نامه‌ها مطابقت دارد یا خیر، ممکن است نیاز به بررسی‌های تخصصی بیشتری داشته باشد که همین امر مجدداً هزینه‌ها را تحت‌تأثیر قرار می‌دهد.

۴. ملاحظات بلندمدت

برخی روش‌ها می‌توانند درعین‌حال که عملکرد بهتری در درازمدت ارائه دهند، نیاز به مراقبت و نگهداری کمتری داشته باشند که همین امر می‌تواند هزینه‌های اولیه را در طول زمان جبران کند. به‌عنوان‌مثال، استفاده از مواد باکیفیت بالا ممکن است در ابتدا گران‌تر باشد؛ اما نیاز به تعمیرات آینده را کاهش می‌دهد.  بنابراین انتخاب یک روش مقاوم‌سازی مؤثرتر می‌تواند عمر ساختمان را افزایش دهد و در صورت اجرای صحیح، منجر به صرفه‌جویی در هزینه‌ها در طولانی‌مدت شود.

با توجه به نکات ذکر شده می‌توان نتیجه گرفت که هنگام انتخاب روش‌های مقاوم‌سازی برای مقاطع در برابر برش پانچ، ضروری است که نه‌تنها هزینه‌های اولیه مصالح و نیروی کار را در نظر بگیریم؛ بلکه تأثیرات بلندمدت بر دوام و نگهداری را نیز مدنظر قرار دهیم.

3. فرآیند محاسبه دستی برش پانچ فونداسیون

قبل از اینکه به کنترل دستی برش پانچ بپردازیم، خوب است نگاهی به فرمول تعریف برش پانچ بپردازیم؛ به‌طورکلی در محاسبه تنش برشی دو برش باید مورد بررسی قرار گیرد:

۱- مقاومت برشی دوطرفه تأمین شده توسط بتن (v_c) در ناحیه بحرانی
۲- تنش برشی ناحیه بحرانی (V_u)
بر اساس این تنش‌ها فرمول کنترل برش پانچ (Punching Ratio)به شرح زیر خواهد بود:

Punching Ratio=V_u/φvc

دراین‌ رابطه مقدار φ بر اساس جدول 9-7-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان برای برش برابر 0.75 در نظر گرفته می‌شود. اگر این مقدار کمتر از یک بود به این معنا است که مقطع موردنظر از نظر برش پانچ بحرانی نیست و نیازی به تقویت ندارد؛ اما اگر این مقدار بیشتر از یک بود، مقطع بحرانی در نظر گرفته شده و باید راهکارهای کاهش برش پانچ (که در بخش دوم به آن اشاره کردیم) در آن لحاظ گردد.

با توجه به اینکه تعریف و شناسایی ناحیه بحرانی و ضوابط مربوط به آن در بخش اول این مقاله شرح داده شده؛ در ادامه به بررسی دوباره آن نخواهیم پرداخت و در ادامه ضوابط مربوط به محاسبه برش را بررسی خواهیم کرد.

1.3. محاسبه مقاومت برشی دوطرفه تأمین شده توسط بتن

همان‌طور که از نام این فاکتور مشخص است، مقاومت برشی دوطرفه تأمین شده توسط بتن مقاومتی در مقطع است که توسط بتن تأمین می‌شود، این فرمول به‌عنوان فرمول محاسبه مقاومت مقطع در برابر پانچینگ نیز شناخته می‌شود. محاسبه این مقاومت را می‌توان اولین قدم در محاسبات دستی در هر مسئله دانست.

در بند 9-8-5-3 فرمول‌ها محاسبه این برش ارائه شده است، برای محاسبه این برش ابتدا باید بر اساس سه رابطه ارائه شده مقدار برش را محاسبه نمود و کمترین مقدار آن‌ها را به‌عنوان مقاومت برشی دوطرفه تأمین شده توسط بتن در نظر گرفت.

همان‌طور که در بند آیین‌نامه به آن اشاره شده است، دراین‌رابطه:

β: نسبت وجه بزرگ ستون به وجه کوچک‌تر است.

λ_s : ضریب اصلاح تأثیر اندازه و بر اساس رابطه 9-8-14 بند 9-8-4-4-5 آیین نامه تعیین می‌شود.

λ : ضریب تصحیح جهت انعکاس مشخصات مکانیکی بتن کاهش‌یافته است که برای بتن معمولی ۱ در نظر گرفته می‌شود.

f’_c : مقاومت مشخصه بتن بر حسب مگاپاسکال

α_s : مقدار اصلاحی است که برای ستون میانی ، کناری و گوشه به ترتیب 40 ، 30 و 20 در نظر گرفته می‌شود.

b₀: محیط سطح بحرانی کنترل برش که بر اساس محل قرارگیری ستون باید محاسبه گردد.

d: عمق مؤثر مقطع

پس از محاسبه مقدار مقاومت برشی تأمین شده توسط بتن باید ضوابط بند 9-8-5-3-2 کنترل گردد تا مقدار v_c از این مقادیر بیشتر نباشد؛ اگر این مقدار بیشتر بود، باید آن را با مقادیر ماکسیمم جایگزین کرد.

2.3. محاسبه تنش برشی دوطرفه در ناحیه بحرانی

به‌طورکلی تنش برشی دوطرفه مقطع (V_u) بر اساس فرمول زیر محاسبه می‌گردد:

V_u=P_u/(b₀ d)±(γ_v M_sc C)/J_c ±(γ_v M_sc C)/J_c

که این پارامترها عبارت‌اند از:

P_u: نیروی برش پانچ اطراف ستون که حاصل از بارهای مرده، زنده، زلزله و … در سازه است و نحوه محاسبه آن در بخش اول این مقاله شرح داده شده است.

b₀: محیط مقطع بحرانی برای برش دوطرفه در دال‌ها و شالوده‌ها

d: عمق مؤثر مقطع بحرانی

γ_v: ضریب استفاده شده جهت تعیین بخشی از M_sc در اتصال دال به ستون که با برون محوری برش منتقل می‌شود (براساس رابطه 9-10-2 مبحث نهم مقررات ملی روش محاسبه این ضریب بصورت  (γ_v=1-γ_f) است).

γ_f: ضریب استفاده شده جهت تعیین بخشی از M_sc در اتصال دال به ستون که با خمش دال منتقل می‌شود(رابطه 9-10-1 مبحث نهم).

M_sc: لنگر ضریب‌دار نامتعادل دال که ستون در گره‌ی اتصال در برابر آن مقاومت میکند. این لنگر باید در مرکز بخش بحرانی اعمال شود و ترکیب γ_v M_sc فرض می‌شود که بصورت خطی در ناحیه بحرانی تغییر کند.

‘C.C: فاصله عمود بر ممان اینرسی است و روی محور قوی در نظر گرفته می‌شود.

J_c: ممان اینرسی قطبی ( در ناحیه بحرانی) که براساس رابطه زیر محاسبه میگردد.

J_c=(d (c₁+d)³)/6+(d (c₁+d)d³)/6+(d(c₂+d)(c₂+d)²)/2

توجه شود که برای ساده‌سازی این رابطه، می‌توان از لنگر نامتعادل کننده صرف‌نظر کرد که در این صورت تنش برشی دوطرفه مقطع بحرانی برابر خواهد بود با:

V_u=P_u/(b₀ d)

با توجه به پارامترهای این رابطه می‌توان نتیجه گرفت که محل قرارگیری ستون‌ها تأثیر بسیاری بر نحوه محاسبه فاکتورهای تنش برشی دوطرفه دارد، زیرا به طور مستقیم بر اندازه محیط بحرانی تأثیر می‌گذارد؛ بنابراین در ادامه این بخش به بررسی روابط ستون‌هایی که در کنار یا وسط قرار گرفته‌اند، خواهیم پرداخت.

1.2.3. ستون‌های وسط (میانی)

بر اساس شکل در ستون‌های میانی یا interior columns مستطیل‌شکل، محیط بحرانی به‌صورت زیر محاسبه می‌گردد:

شکل 9- ناحیه بحرانی ستون‌های میانی

b₀ d=2(c₁+d+c₂+d) d

در این ستون‌ها فاصله مرکز ثقل عمود بر ممان اینرسی برابر خواهد بود با:

C.C’=(c₁+d)/2

2.2.3. ستون‌های کناری

در این ستون‌ها ابعاد ناحیه بحرانی مشابه شکل 10  در نظر گرفته می‌شود.

شکل 10- ناحیه بحرانی ستون‌های کناری

با توجه به ناحیه بحرانی، محیط بحرانی، فاصله مرکز ثقل و ممان اینرسی این ستون، برابر خواهد بود با:

b₀=2(c₁+d/2)+(c₂+d)
if b₁=c₁+d⁄2  & b₂=c₂+d→C=(b²₁)/(2b₁+b₂ )  &  C’=(b₁ (b₁+b₂ ))/(2b₁+b₂ )

3.3. کنترل برش پانچ به‌صورت دستی

با توجه به فرمول‌های ارائه شده در بخش قبل، در این بخش ‌برش پانچ سه ستون به‌صورت دستی محاسبه خواهد شد. این ستون‌ها شامل ستون گوشه، ستون کناری (لبه) و ستون میانی است که با توجه به محل قرارگیری آن‌ها محیط پانچ و دیگر پارامترهای تأثیرگذار بر برش پانچ متفاوت خواهد بود. در شکل زیر خلاصه‌ای از نحوه درنظرگیری محیط برش پانچ در هر سه نمونه از ستون معرفی شده است.

1.3.3. محاسبه برش پانچ ستون گوشه

در این بخش به نحوه کنترل دستی برش پانچ می‌پردازیم:

در ستون‌های گوشه، محیط برش پانچ با توجه به رابطه زیر در نظر گرفته می‌شود:

b₀=b₁ +b₂ → t+b+2×d/2

با فرض اینکه مقطع ستون موردنظر شرایط زیر را داشته باشد، بنابراین خواهیم داشت:

if t=50 cm .b=60 cm.d=80 cm→b₀=50+60+80=190cm

برای ساده‌سازی رابطه‌ها در این بخش از لنگر نامتعادل کننده صرف‌نظر می‌شود. با توجه به این پیش‌فرض و اگر نیروی برشی وارد بر ستون را برابر با ۱۱۰ کیلونیوتن در نظر بگیریم، بنابراین تنش برشی دوطرفه ستون موردنظر برابر خواهد بود با:

V_u=P_u/(b₀ d)→V_u=(110×10³)/(190×800)=0.723 Mpa

پس از محاسبه تنش برشی دوطرفه لازم است که تنش برشی تأمین شده توسط بتن نیز محاسبه گردد؛ بنا به توضیحات ارائه شده در بخش قبل، این تنش برابر خواهد بود با:

با توجه به تنش‌های به‌دست‌آمده، بنابراین برش پانچ برابر خواهد بود با:

punch ratio=V_u/φvc→0.723/(0.75×1.24)=0.777<1→OK

2.3.3. محاسبه برش پانچ ستون کناری

در این ستون‌ها اگر خصوصیات مقطع برابر موارد زیر باشد، در نتیجه برش پانچ برابر خواهد بود با:

b₀=b₁ +2b₂→b₁ = t+d.b₂=b+d/2

if t=50 cm .b=60 cm.d=80 cm→b₀=(50+80)+2×(60+40)=330 cm

if P_u=100kN→V_u=P_u/(b₀ d)→V_u=(100×10³)/(330×800)=0.37 Mpa

3.3.3. محاسبه برش پانچ ستون میانی

در این ستون‌ها اگر خصوصیات مقطع برابر موارد زیر باشد، در نتیجه برش پانچ برابر خواهد بود با:

b₀=2×(b₁+b₂)→b₁ = t+d.b₂=b+d

if t=50 cm .b=60 cm.d=80 cm→b₀=2×(50+80+60+80)=540 cm

if P_u=170kN→V_u=P_u/(b₀ d)→V_u=(170×10³)/(540×800)=0.39 Mpa

λ_s=√(2/(1+800/250))=0.69>1→OK

β=60/50=1.2

بنابراین، با توجه به فرمول‌های ارائه شده در مبحث نهم مقررات ملی می‌توان کنترل برش پانچ دستی را انجام داد.

4. فرآیند کنترل برش پانچ با نرم‌افزار

امروزه با توجه به پیشرفت تکنولوژی، تلاش بر این است که کنترل‌های سازه با استفاده از نرم‌افزارها انجام گردد تا علاوه بر بررسی دقیق سازه بتوان در کمترین زمان ممکن محاسبات لازم را نیز انجام داد. در همین راستا، کنترل برش پانچ با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند ETABS و SAFE انجام می‌گردد.

1.4. کنترل برش پانچ با نرم‌افزار Etabs

برای کنترل برش پانچ در ایتبس باید مطابق گام‌ها زیر عمل نمود:

۱- ایجاد مدل در نرم‌افزار با توجه به فایل طراحی شده.
2- اطمینان از اختصاص صحیح خصوصیات مصالح در نرم‌افزار.
3- مشخص نمودن ضخامت پی.
4- مشخص‌کردن ابعاد ستون‌ها و اطمینان از صحت آرماتورگذاری آن‌ها
۵- مشخص‌کردن بارهای یکنواخت (بارهای مرده و زنده) بر روی دال از طریق گزینه “Shell Load”  و تعیین مقدار آن‌ها.
6- پس از انجام گام‌های بالا باید مدل موردنظر را اجرا نمود تا آنالیز روی آن انجام گردد.
7- پس از آنالیزشدن مدل موردنظر از گزینه “Display Punching Check” می‌توان نتایج را مشاهده نمود (اگر مقدار برش پانچ کمتر از یک بود، نشان‌دهنده مناسب بود مقطع است).
8- اگر بررسی‌های برش پانچ مقادیر بیشتر از ۱ را نشان داد، افزایش ضخامت دال، افزودن آرماتور برشی یا اصلاح اندازه ستون می‌تواند روش‌هایی برای اصلاح آن باشد یا با توجه به روش‌های کاهش برش پانچ در بخش‌های قبلی این مقاله به آن اشاره شد می‌توان برش پانچ را کنترل نمود.

نکته: زمانی که کنترل برش پانچ با استفاده از نرم‌افزار کنترل برش پانچ (سیف) انجام می‌شود، باید به بازشوهای بزرگی که در نزدیکی ستون‌ها است توجه نمود؛ زیرا روی نتایج به‌دست‌آمده تأثیر بسیاری دارند.

اگر چه امکان کنترل برش پانچ با نرم‌افزار ایتبس وجود دارد، اما بهتر است که این کار با نرم‌افزار سیف انجام گردد.  به‌طورکلی گزینه بهتری برای تحلیل برش پانچ در نظر گرفته می‌شود، زیرا به طور خاص برای سیستم‌های دال طراحی شده و ابزارهایی تخصصی برای این نوع تحلیل ارائه می‌دهد. درحالی‌که ETABS برای چک کردن برش پانچ محدودیت‌هایی دارد. علاوه بر این، SAFE قابلیت‌های متمرکزتر و تحلیل‌های دقیق‌تری را به‌ویژه برای پی‌ها و دال‌ها فراهم می‌کند. علاوه بر این نرم‌افزارهای دیگری نیز وجود دارد که با استفاده از آن می‌توان کنترل برش پانچ را انجام داد. یکی از این نرم‌افزارها عبارت است از نرم‌افزار Shearail®. MAX FRANK که یک برنامه طراحی برای کنترل آرماتور برشی پانچ است و به طور خودکار مقرون‌به‌صرفه‌ترین راه‌حل طراحی را برای الزامات EuroCode2 ارائه می‌کند.

بنابراین، با توجه به اهمیت نرم‌افزار سیف در کنترل برش پانچ، در ادامه این مقاله به شرح روند کنترل برش پانچ در سیف خواهیم پرداخت.

2.4. کنترل برش پانچ در نرم‌افزار سیف (Safe)

گام اول- تعیین موقعیت ستون‌ها:

در گام اول برای تعیین موقعیت ستون‌ها باید از گوشه سمت چپ فونداسیون موردنظر بررسی را شروع کرد.

برای انجام این کار ابتدا ستون موردنظر را انتخاب کرده و پس از آن از بخش Design گزینه concrete/slab beam design  را انتخاب کرده و سپس گزینه View/revise slab punching check overwrites… را انتخاب کنید.

شکل ۱1- روش چک‌کردن خصوصیات ستون‌ها

پس از ظاهرشدن پنجره در  قسمت Location Type می‌توان نوع ستون انتخابی را از نظر موقعیت آن به نرم‌افزار معرفی کرد. برای این کار با باز کردن منوی آبشاری مقابل Location Type لیستی از موقعیت‌های قابل اختصاص به ستون موردنظر نمایان خواهد شد.

شکل ۱2- روش انتخاب موقعیت مناسب برای هر ستون

برای پی‌بردن به نحوه صحیحی اختصاص موقعیت مناسب به هر ستون پیشنهاد می‌شود که طبق شکل زیر عمل کنید.

شکل ۱3- چگونگی نام‌گذاری موقعیت مناسب ستون‌ها در نرم‌افزار سیف

بر اساس همین شکل که از راهنمای نرم‌افزار استخراج شده است، اگر شکل کلی فونداسیون را به‌صورت مستطیل خاکستری بالا متصور شویم، می‌توان موارد زیر را از آن استنباط نمود:

منظور از Corner ستون‌هایی هستند که در چهارگوشه فونداسیون قرار می‌گیرند که دو وجه از این ستون‌ها بر دو ضلع از فونداسیون منطبق است. (این ستون‌ها معمولاً از یک طرف به زمین همسایه و از طرف دیگر به خیابان یا همسایه دیگر مماس هستند.)

منظور از Edge ستون‌هایی هستند که در لبه‌های فونداسیون قرار داشته به‌طوری یک وجه این ستون‌ها بر یک وجه فونداسیون منطبق است. (این قبیل ستون‌ها معمولاً در امتداد زمین همسایه اجرا می‌شوند.)

در نهایت Interior به ستون‌هایی اطلاق می‌شود که ستون به طور کامل در داخل فونداسیون قرار داشته باشد و هیچ وجهی از آن بر هیچ یک از  اضلاع فونداسیون منطبق نیست.

هر چند که در قسمت پایین شکل عنوان شده است که هر یک از اعداد ۱ تا ۴ بر اساس محور محلی ستون‌ها مشخص می‌شوند؛ ولی برای راحتی کار می‌توان این‌گونه عنوان کرد که شماره‌گذاری را از گوشه پایین  سمت چپ فونداسیون شروع کرده و با چرخش در جهت مثلثاتی (پادساعت‌گرد) اعداد را افزایش می‌دهیم.
بر اساس شکل و توضیحات ارائه شده، موقعیت هرکدام از ستون‌ها به‌صورت زیر خواهد بود:

شکل 14- نحوه نام‌گذاری ستون‌ها در نرم‌افزار سیف

گام دوم- محاسبه عمق مؤثر در زیر هر ستون به‌صورت دستی و اعمال آن به نرم‌افزار:

پس از تعیین موقعیت ستون‌ها که نقش مهمی در محاسبه برش پانچ آن داشت، اکنون نوبت به محاسبه عمق مؤثر در زیر هر ستون رسیده است. برای این کار کافیست مقدار کاور فونداسیون و نصف قطر میلگردهای خمشی تحتانی را از ضخامت کل فونداسیون کم کنیم. به‌ عنوان‌ مثال اگر ضخامت فونداسیون ۱۰۰ سانتی‌متر در نظر گرفته باشیم و مقدار کاور (با توجه به شرایط محیطی) برابر 6 سانتی‌متر باشد و از میلگرد نمره 20 به‌عنوان آرماتور خمشی استفاده شده باشد؛ مقدار عمق مؤثر در پانچ برابر می‌شود با:

سانتی‌متر 93= 1 – 6 – 100

شکل 15- تعیین عمق مؤثر پی

برای واردکردن مقدار محاسبه شده، با انتخاب گزینه concrete/slab beam design  و پس از آن گزینه View/revise slab punching check overwrites… از منوی Design ، پنجره‌ای ظاهر خواهد شد که منوی آبشاری مقابل Effective Depth را بازکرده و گزینه  Specified را انتخاب می‌کنیم. با انتخاب این گزینه، سلول زیر (User Effective Depth Value) آن فعال شده که مقدار عمق مؤثر محاسبه شده در مرحله قبل را در آن سلول وارد خواهیم نمود.

شکل 16- روش تخصیص ارتفاع مؤثر پی

بعد از اینکه مقدار عمق مؤثر هر یک از ستون‌ها اختصاص داده شد، برای مشاهده  نسبتی پانچینگ هر ستون، بایستی ابتدا فونداسیون را آنالیز کنیم. بر همین اساس پس از اطمینان از موقعیت‌دهی و تعیین عمق مؤثر پانچینگ هر یک از ستون‌ها، دکمه آنالیز پی را می‌زنیم. این کار بسته به قدرت سیستم و مقدار پیچیدگی طراحی، کمی زمان‌بر خواهد بود.

شکل 17- شروع آنالیز نمونه

گام سوم- مشاهده مقادیر نسبت پانچینگ

پس از اتمام آنالیز پی، برای مشاهده مقادیر نسبت پانچینگ هر ستون از طریق مسیر زیر اقدام خواهیم کرد. به‌عنوان روش میان‌بر، همین کار را می‌توان با زدن دکمه  F10 نیز انجام داد.

شکل 18- نحوه نشان‌دادن مقادیر برش پانچ

با انتخاب گزینه Show Punching Shear Design مقدار نسبت هر یک از ستون‌های در کنار آن به نمایش خواهد آمد.

شکل 19- مقادیر برش پانچ در نرم‌افزار سیف

همان‌طور که در شکل بالا دیده می‌شود همگی ستون‌ها (به جز دو مورد) برای برش پانچ جوابگو هستند. اگر برای تعدادی از ستون‌ها مقدار نسبت بزرگ‌تر از 1 باشد، باید با اعمال تغییراتی در فونداسیون این نسبت را به زیر 1 رساند.

قبلاً در ابتدای مقاله اشاره شد که اکثر روش‌هایی که برای افزایش مقاومت برشی پانچ فونداسیون یا دال بتنی، ارائه می‌شود، بر دو پایه استوار است:

۱- افزایش محیط پانچینگ
۲- افزایش ضخامت ناحیه وقوع پانچ

مواردی پیشنهادی توسط آیین‌نامه‌ها و همچنین تجربه مهندسین طراح برای کاهش برش پانچ را می‌توان به دو دسته تغییرات کلّی و تغییرات موضعی تقسیم کرد. بدین معنی که بعضی روش‌ها صرفاً قابل‌اعمال به کل یا قسمت اعظمی از فونداسیون هستند. (نظیر افزایش عرض در فونداسیون نواری) و برخی دیگر به‌صورت موضعی و صرفاً در ناحیه پانچینگ قابل‌اعمال‌اند. (مثل تعریف پاشنه پی یا طراحی آرماتورهای صلیبی).

همان‌طور که حدس زده‌اید، اعمال روش‌های کلی در نرم‌افزار سریع‌تر ولی در اجرا هزینه‌برتر است. (همین‌طور موجب دفنِ غیرضروری سرمایه‌های ملی مثل بتن و میلگرد در خاک می‌شود!). در مقابل، استفاده از روش‌های موضعی کمی زمان بر ولی در عوض صرفه  اقتصادی قابل‌توجهی (به‌خصوص در پروژه‌های بزرگ) به همراه خواهد داشت.

5. بررسی و مرور خطاهای برش پانچ در سیف

با توجه به اطلاعات ارائه شده در این مقاله و اهمیت کنترل برش پانچ، در این بخش به بررسی چند خطا رایج در زمان کنترل برش پانچ و رفع مشکل برش پانچ می‌پردازیم. در دیوارهای برشی و سازه‌های فولادی گاهی با مشکلاتی مواجه می‌شویم که در پرسش‌وپاسخ‌های زیر بیان شده‌اند؛ اما قبل از آن باید بدانیم که رفع پانچ چیست؟

به‌طورکلی رفع پانچ به مجموعه دستورالعمل‌هایی گفته می‌شود که با انجام آن، برش پانچ فونداسیون کنترل می‌شود (مقدار نهایی آن کمتر از یک خواهد شد).

❓مشکل نشان‌ ندادن عدد برش پانچ چیست(NC در برش پانچ)؟

این مشکل اغلب در سیف ورژن ۲۰۱۶ قابل‌مشاهده است؛ بنابراین پیشنهاد می‌شود که از ورژن‌های ۲۰۲۰ به بالا استفاده کنید.

قبلاً (در سیف ورژن ۸) اگر تنها برای حالت بار DL ابعاد size of load وارد می‌شد، کافی بود. اما در ورژن‌های بالاتر نرم‌افزار SAFE  اگر ابعاد Size of load را فقط برای یک حالت بار وارد کنید، برش پانچ نمایش داده نمی‌شود. به همین دلیل برای حل این مشکل ابتدا باید تمام ستون‌ها را انتخاب کنید و ابعاد Size of load را برای تمام حالت بارها وارد کنید تا برش پانچ نمایش داده شود.

اگر بخواهید برای تک‌تک حالت بارها این کار را انجام بدهید زمان بر می‌شود؛ بنابراین پیشنهاد می‌شود که طبق روش زیر عمل کنید.

شکل ۲۰- انتخاب ترکیبات طراحی بار برای برش پانچ

پس از انتخاب این گزینه در پنجره جدید ترکیب بارهای مناسب برای سازه موردنظر را انتخاب کرده و به بخش Design Combination انتقال دهید تا بارگذاری موردنظر به ستون‌ها اختصاص یابد.

شکل ۲۱- روش انتخاب و انتقال ترکیبات بار

❓ آیا نرم‌افزار سیف توانایی محاسبه برش پانچ در زیر ستون‌های دیوار برشی (دمبلی‌ها) را دارد؟ روش محاسبه برش پانچ این ستون‌ها چیست؟

به‌طورکلی نرم‌افزار SAFE برای مواقعی که محیط بحرانی برش پانچ با المان WALL و یا المان Beam تداخل داشته باشد، نمی‌تواند محاسبات برش پانچ را انجام دهد و  به همین دلیل بر را به‌صورت N/C نمایش می‌دهد.

با توجه به این نکته می‌توان به این پی برد که کنترل برش پانچ دیوار برشی نرم‌افزار را دچار چالش می‌کند. اما آیا پی‌بردن به کنترل برش پانچ زیر دیوار برشی ضروری است؟ برای پاسخ به این سؤال ابتدا باید تعداد دیوار برشی‌های سازه را در نظر گرفت؛ به‌طورکلی اگر طول و تعداد دیوارهای برشی کم نباشد، معمولاً پانچ برای آن‌ها معیار حدی تعیین‌کننده نخواهد بود. علت این امر این است که مقطع دیوارهای برشی پهن‌تر از ستون است و به همین دلیل احتمال وقوع برش پانچ در آن کمتر است (مشابه کفش اسکی که پهن است و با پوشیدن آن پایمان برف را سوراخ نمی‌کند).

باوجود این نکته، باید در نظر داشت که گرچه مقاومت پانچ مقطع دیوار برشی پی بالاست، ولی در عین‌حال تنش دیوارها نیز زیاد است و دیوارهای برشی لنگرهای قابل‌توجهی روی پی ایجاد می‌کنند؛ بنابراین کنترل برش پانچ زیر دیوار برشی نیز حائز اهمیت است. در مواقعی که برش پانچ در زیر دیوار برشی جواب نمی‌دهد باید شمع به کاربرد (دوسر دیوار) و یا اینکه از خاموت در پی استفاده نمود. البته باید توجه داشت که این کار در سازه‌های بلندمرتبه جوال نمی‌دهد مخصوصاً وقتی تعداد دیوارهای برشی هر جهت کم باشد (مثلاً در هر جهت دو عدد دیوار)

برای کنترل برش پانچ در دیوار برشی باید دیوار را همانند یک ستون I شکل مدل کرده و پانچ آن را بررسی کرد.
برای انجام این کار ابتدا وارد بخش define شده و مطابق شکل زیر عمل کنید.

شکل ۲۲- روش تعریف مقطع معادل

در پنجره جدید روی گزینه Add New Property کلیک کرده و مقطع I شکل را انتخاب کنید.

شکل ۲۳- نحوه ساخت مقطع جدید

شکل ۲۴- نحوه انتخاب شکل مقطع

در پنجره جدید خصوصیات دیوار برشی را مطابق با نقشه وارد کنید. برای مثال اگر ابعاد ستون‌ها ۵۰ در ۵۰ و ضخامت دیوار برشی ۳۰ سانتیمتر باشد خواهیم داشت (توجه شود که حتماً متریال مقطع بتن باشد):

شکل ۲۵-نحوه اختصاص خصوصیات ابعادی و متریال

پس از معرفی این مقطع آن را مطابق نقشه رسم کرده و آن را انتخاب کنید و سختی خمشی آن را به‌صورت زیر وارد نمایید.

شکل ۲۶- روش اختصاص سختی دیوار

شکل ۲۷- مقادیر سختی

جهت انتقال مناسب نیرو از دیوارهای طبقه فوقانی به ستون معادل باید یک تیر با سختی بالا تعریف شود.

شکل ۲۸- روش تعریف متریال تیر

شکل ۲۹- ابعاد تیر

تیر تعریف شده را در محل اتصال ستون معادل شده به دیوارهای بالای آن رسم کنید و همانند روشی که در بخش قبل  برای سازه‌های فولادی توضیح داده شد Size of load را مشخص کنید.

❓چرا با انتخاب گزینه  Auto در منوی آبشاری، انتخاب موقعیت ستون‌ها را به خود نرم‌افزار محوّل نکنیم؟

همان‌طور که قبلاً هم اشاره شد، ورژن‌های مختلف نرم‌افزار Safe (در بعضی حالات (نظیر ترسیم پی نواری با ایجاد دستور Opening ، اختصاص بازشوی دستگاه راه‌پله و چاهک آسانسور در پی، واردکردن ابعاد صفحات پای ستون و … دچار خطا در موقعیت‌یابی ستون‌ها می‌شوند و همین موضوع سبب گزارش مقادیر اشتباه در نسبت برش پانچ توسط نرم‌افزار می‌شود.

به‌طورکلی نرم‌افزار SAFE به طور گسترده‌ای برای تحلیل سازه، از جمله بررسی برش پانچ، مورداستفاده قرار می‌گیرد. بااین‌حال، گزارش‌هایی از مشکلات با این نرم‌افزار وجود دارد، مانند مشکلات سازگاری با برخی نسخه‌ها که می‌تواند منجر به هنگ گردن نرم‌افزار و عدم انجام محاسبات شود؛ بنابراین این نرم‌افزار را نمی‌توان یک ابزار بی‌عیب در نظر گرفت و برای جلوگیری از هرگونه هنگ کردن این نرم‌افزار، اطمینان حاصل کنید که از نسخه صحیح استفاده می‌کنید و همه فایل‌ها به‌درستی قالب‌بندی شده‌اند.

نکته: با توجه به اهمیت برش پانچ، فایل‌های اکسلی برای محاسبه برش پانچ طراحی شده است که با استفاده از آن می‌تواند مقدار برش پانچ هر مقطع را محاسبه نمود. برای استفاده از  فایل اکسل کنترل برش پانچ در فونداسیون برش پانچ ابتدا باید مشخصات هندسی مقطع و خصوصیات مصالح استفاده شده در آن را به فایل اکسل کنترل برش پانچ معرفی نمود تا محاسبات موردنظر توسط آن انجام گیرد.

پرسش و پاسخ

نتیجه گیری

در این مقاله برش پانچ و روش‌های کنترل آن در پی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به اینکه کنترل برش پانچ به‌صورت دستی و همچنین با کمک نرم‌افزار انجام می‌شود، به چگونگی بررسی برش پانچ در هر دو روش پرداخته شد. با توجه به اهمیت استفاده از تکنولوژی در تحلیل سازه‌ها می‌توان نتیجه گرفت که کنترل برش پانچ با نرم‌افزار سیف بر کنترل برش پانچ به روش دستی ارجحیت دارد چرا که با کمک نرم‌افزار با سرعت و دقت بسیار بیشتری می‌توان پی موردنظر را تحلیل کرده و مقادیر برش پانچ را به دست آورد. البته باید توجه داشت که زمانی دقت پاسخ‌های نرم‌افزار افزایش می‌یابد که اطلاعات و داده‌های ورودی به نرم‌افزار دقیق و به روش درست باشد؛ بنابراین در این مقاله به بررسی خطاهای احتمالی در نرم‌افزار سیف نیز پرداخته شد.

منابع

1. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ویرایش ۱۴۰۰
2. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش ۱۳۹۹
3. جزوه نکات مدل‌سازی و طراحی سازه‌های بتنی و فولادی نوشته دکتر مسعود حسین‌زاده اصل
4. Building code requirements for structural concrete, ACI318-19

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا