ترم تابستان سبزسازه را با تخفیف ویژه ثبت نام کنید. شرکت در ترم تابستان
صفحه اصلی  »  مقالات  »  استاندارد 2800  »  دیافراگم صلب در سازه چیست؟ آموزش نکات مهم و کاربردی در مدلسازی دیافراگم

دیافراگم صلب در سازه چیست؟ آموزش نکات مهم و کاربردی در مدلسازی دیافراگم

مهندس نیکوروش در ویدئوی طراحی لرزه ای دیافراگم در سازه به نکات فوق العاده ای اشاره کردند اما باید بدانید که:

در میان ویژگی­ های مختلف انواع سقف ها نظیر

  • مقدار دهانه مجاز قابل پوشش
  • مقدار لرزش و ارتعاش
  • بار مرده تحمیلی به سازه
  • مقاومت در برابر حریق
  • مقدار خیز
  • و …

نحوه­ ی عملکرد آن در حین زلزله، یعنی توزیع نیروی ­زلزله بین عناصر باربر جانبی (که از آن به عنوان عملکرد دیافراگم کف سازه یاد می­ شود)، از اهمیّت ویژه ­ای برخوردار است؛ چرا که تامین رفتار پیش ­بینی شده در سازه به میزان بسیار زیادی به این­ بستگی دارد که صلبیت دیافراگم در ایتبس را چگونه در نظر بگیریم؟ صلب، نیمه صلب و یا منعطف؟
گرچه که در روال طراحی ساختمان در ایران، کنترل صلبیت سقف­ ها چندان مورد توجه نمی­ باشد و مهندسین بدون هیچ کنترلی، سقف­ های رایج نظیر تیرچه بلوک، دال بتنی، عرشه فولادی و … را به عنوان دیافراگم صلب در نظر گرفته و محاسبات را بر مبنای این فرض انجام می­ دهند.

با وجود این ویژگی­ ها و حساسیت­ های مهم در انتخاب نوع سقف، در این مقاله به سوالات زیر پاسخ می دهیم:

  • دیافراگم صلب، نیمه صلب و انعطاف پذیر چیست؟
  • استاندارد 2800 در مورد صلبیت دیافراگم چه می گوید؟
  • آیا هر سقفی را می­ توان برای سازه انتخاب نمود؟
  • آیا نیازی به کنترل ویژگی­ های سقف برای بار های وارده به آن نمی­ باشد؟
  • آیا هر سقفی با توجه به منطقه­ ی لرزه ­خیزی احداث آن می­ تواند پاسخگویی قابل قبولی در حین زلزله داشته باشد؟
بارهای وارد به سازه و سیستم های مقاوم

توزیع نیروی زلزله بین المان های باربر جانبی

 

برای پاسخ به سوالات مطرح­ شده لازم است با تقسیم ­بندی انواع سیستم­ های مقاوم در برابر بار جانبی آشنا شویم:

سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

 

­

می­ دانیم که عمده وزن یک طبقه از ­ساختمان در سقف آن طبقه متمرکز است لذا نیروی زلزله به سقف ­سازه وارد شده و سقف وظیفه دارد آن­ را بین اعضای باربر جانبی قائم به نسبت تقسیم کند. ممکن است از خود بپرسید منظور از «به نسبت» در جمله قبل چیست؟

در جواب شما لازم است بدانیم که سهم باربری هر سیستم باربر جانبی قائم از زلزله،بسته به مقدار صلبیت سقف سازه می­ تواند بر اساس نسبت سختی یا نسبت وزن لرزه­ ای قابِ (سهم از بار ثقلی) آن باشد. به عبارت دیگر اگر سقف سازه صلبیت زیادی را داشته باشد (سقف صلب باشد)، توزیع زلزله بین عناصر باربر جانبی به نسبت سختی هر المان خواهد بود.

و اگر سقف صلبیت کافی را دارا نباشد یا به عبارتی انعطاف پذیر باشد، توزیع زلزله در هر قاب باربر جانبی به نسبت وزن لرزه­ ای (بار مرده و درصدی از بار زنده ­ای) آن قاب خواهد بود. و در آخر اگر دیافراگم نیمه­ صلب (حالت بینابینی صلب و انعطاف­ پذیر) باشد، توزیع زلزله به دو نسبتی که برای دو حالت فوق ذکر گردید، انجام خواهد گرفت.

 

 

تعریف دیافراگم صلب

همان طور که پیش ­تر نیز اشاره کردیم، تعیین مقدار صلبیّت دیافراگم، به عنوان اولین جبهه ­ای که با نیروی زلزله درگیر است، از اهمیت فوق­ العاده ­ای برخوردار است؛ چرا که پس از توزیع برش پایه در ارتفاع ساختمان و تعیین نیروی جانبی طبقات، برش هر طبقه بین عناصر باربر جانبی آن طبقه توزیع می­ گردد. این توزیع نیروی جانبی که کاملاً تابع صلبیت دیافراگم است، مقدار باربری لرزه ­ای هر المان باربر لرزه ­ای را مشخص خواهد کرد که توزیع صحیح آن برای طراحی المان­ های باربر قائم امری حیاتی است.

دیافراگم­ ها بر اساس میزان صلبیت خود به 3 دسته­ ی زیر قابل تقسیم اند:

  1. دیافراگم صلب
  2. دیافراگم نیمه­ صلب
  3. دیافراگم انعطاف­ پذیر

 

1.دیافراگم صلب(Rigid):

در این نوع دیافراگم سختی داخل صفحه­ ی دیافراگم بسیار زیاد بوده و تغییر شکل­ های خمشی تحت بار زلزله بسیار جزئی (که در تحلیل و مدل سازی قابل صرف­ نظر کردن است) در دیافراگم ایجاد می شود. به عبارت ­دیگر سختی دیافراگم به قدری زیاد است که با بستن المان­ های متصل به دیافراگم به همدیگر، درجات آزادی درون صفحه­ ی دیافراگم را به 3 درجه (2 درجه انتقال افقی و یک درجه پیچشی) محدود می­ کند. از همین رو نیروی جانبی زلزله را به صورت یک بار متمرکز در مرکز جرم طبقه قابل اعمال خواهد بود. متمرکز کردن نیروی زلزله، سبب کاهش محاسبات (کوچک تر شدن ماتریس سختی) و سبک ­تر شدن محاسبات در حین تحلیل خواهد ­شد.

سختی درون صفحه دیافراگم صلب

سختی درون صفحه دیافراگم

در مدلسازی سقف­ ها با این نوع دیافراگم، ایرادات زیر مطرح است:

  •  به دلیل صلب فرض نمودن دیافراگم، هیچ یکی از نقاط آن نسبت­ به­ هم تغییر شکل و جابجایی نداشته و همین امر سبب می­ شود که نیروی محوری تیر های متصل به دیافراگم صفر گردد (همین امر سبب تعجب مهندسینی می­ شود که برای اولین ­بار با نرم افزار ایتبس کار می­ کنند). تغییر شکل­ های افقی و پیچشی که در شکل زیر آورده شده است، مویّد همین ادعاست.
تغییر شکل های افقی و پیچشی دیافراگم صلب

تغییر شکل های افقی و پیچشی دیافراگم

 

  • ظرفیت برشی دیافراگم مستقل از سختی المان­ ها بوده و همین امر باعث می­ گردد که وجود بازشو در دیافراگم دیده نشود؛ این موضوع زمانی بحرانی­ تر می­ گردد که بازشو های بزرگ نزدیک­ هم بوده و پلان دارای نامنظمی هندسی باشد.

بازشو در دیافراگم به نظرتان ایرادات وارده به صلب فرض کردن سقف تا چه حد قابل پذیرش می باشند؟ برای پاسخ به این سوال، این یادداشت را تا آخر بخوانید و خود جواب تان را بیابید.

چه موقع از این نوع دیافراگم استفاده نکنیم؟

در مواقعی که لازم است مقدار نیروی محوری تیرها تعیین شود یا تیرها برای نیروی محوری نیز طراحی شوند(تیر-ستون­ ها)، بایستی در نرم افزار ایتبس از سقف نیمه صلب (Semi Rigid) استفاده گردد. این موارد شامل:

  1. طراحی تیرهای سقف زیرزمین تحت نیروی جانبی فشار خاک
  2. کنترل تنش درتیرهای ­تحت بارهای حرارتی
  3.  طراحی تیر پیوند در مهاربند واگرا (برای این مورد می ­توان سقف را صلب مدل کرده و صرفاً تیر پیوند را از اتصال به دیافراگم صلب آزاد نمود.)

 

2.دیافراگم نیمه­ صلب :

در این­ نوع دیافراگم هر دو سیستم باربر جانبی افقی و قائم بر هم دیگر تاثیرگذار هستند. لذا باید به صورت دقیق و با جزئیات کامل مدل سازی شوند تا اندرکنش این دو قسمت به طور کامل دیده شود. به همین خاطر مدل سازی این نوع دیافراگم صرفاً در نرم ­افزار هایی مانند ایتبس قابل انجام­ است.

هر چند وجود اثر متقابل این دو سیستم باربر جانبی و دیده شدن آن در مدل سازی، این نوع دیافراگم را به نزدیک­ ترین مدلی که با واقعیتِ اجرایی دیافراگم تطابق دارد، بدل کرده است ولی افزایش حجم محاسبات و نزدیکی زیاد نتایج حاصل از تحلیل آن به نتایج حاصل از تحلیل دیافراگم صلب، سبب شده است جز در موارد خاص، استفاده از این نوع دیافراگم چندان مورد توجه نباشد.

 

3.دیافراگم انعطاف­ پذیر :

بر خلاف دیافراگم های صلب ، سختی درون صفحه این دیافراگم بسیار کم بوده و دچار تغییر شکل­ های خمشی داخل صفحه­ ی قابل ملاحظه ­ای می­ گردد. برای محاسبات نیروی­ های ایجاد شده در دیافراگم و توزیع بار جانبی بین المان­ های لرزه­ بر بایستی به مدل سازی دقیق نرم­ افزاری در ایتبس روی­ آورد.

به نظر شما در گذشته که نرم افزار­ های دقیق تحلیل و طراحی سازه وجود نداشت، برای توزیع نیروی زلزله در دیافراگم انعطاف پذیر، از چه روشی استفاده می شد؟

در جواب می گوییم که در این موارد مهندسین به عنوان یک روش تقریبی دستی در محاسبات، سهم هر قاب باربر جانبی از برش طبقه را برابر سطح بارگیر آن قاب از بارهای ثقلی در نظر می­ گرفتند که امروزه نیز کاربرد دارد. لازم به ذکر است که این روش بیشتر برای پلان­ هایی مفید است که بازشو های بزرگ و نزدیک هم نداشته و پلان از منظمی نسبی برخوردار باشد.

دیافراگم انعطاف پذیر

دیافراگم انعطاف پذیر

 

تغییر شکل های دیافراگم انعطاف پذیر

تغییر شکل های دیافراگم انعطاف پذیر

 

تشریح بند آیین­ نامه ­­ای

حال که با انواع دیافراگم­ ها و مکانیزم عملکردی آن­ ها آشنا شدیم، بند هایی از ویرایش چهارم استاندارد 2800 که به انواع دیافراگم اشاره دارد، بیان کرده و قسمت­ های مبهم را بیشتر توضیح خواهیم داد.

انواع دیافراگم سقف از نظر آیین نامه 2800

انواع دیافراگم سقف از نظر آیین نامه 2800

 

اگر بخواهیم بند الف آیین­ نامه را ساده­ تر بیان کنیم، خواهیم داشت:

Delta diaphragm / Delta story > 2 : دیافراگم انعطاف ­پذیر(نرم)

اگر بخواهیم بند ب آیین­ نامه را ساده­ تر بیان کنیم، خواهیم داشت:

Delta diaphragm / Delta story < 0.5 : دیافراگم صلب

و اگر این نسبت بین دو مقدار بالا باشد (بین 0.5 و 2) دیافراگم از نوع نیمه­ صلب خواهد بود.

ممکن است این سوال پیش آید که پارامترهای Δdiaph و Δstory در این روابط نشان دهنده ی چیست؟ در پاسخ می گوییم که این پارامترها به ترتیب بیانگر حداکثر تغییر شکل دیافراگم و تغییرمکان نسبی طبقه است که برای درک بهتر آن ها می توانید به شکل زیر توجه کنید:

 

در ادامه می توانید گام به گام کنترل صلبیت دیافراگم را در قالب مثال عددی-نرم افزاری در مقاله ی جذاب “کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس 2016” مشاهده نمائید.

 

خلاصه و نتیجه گیری

  1. با تغییر تکنولوژی ساخت و ساز، شاهد معرفی انواع مختلفی از سقف­ های جدید هستم که در آیین نامه ها و استاندارهای کشورمان وارد نشده و ویژگی های بهره برداری (سرویس دهی) و سازه ای آن ها چندان روشن نیست.
  2. در میان ویژگی های مهم یک دیافراگم (نظیر حداکثر دهانه مجاز، خیز و ارتعاش حداقل و …)، صلبیت آن نقش کلیدی در تامین رفتار مناسب ساختمان در حین زلزله دارد. لذا آشنایی با چگونگی کنترل صلبیت انواع دیافراگم امری حیاتی است.
  3. هر چه سقف صلبیت بیشتری داشته باشد (صلب باشد) رفتار آن در حین بارگذاری لرزه ای قابل پیش بینی تر بوده و حجم محاسبات کاهش قابل توجهی خواهد داشت.
ارسال نظرات
نظرات کاربران
  1. ASMA AMIRI SHAMLOO

    مفید و عالی مثل همیشه موفق باشید.

    پاسخ دهید

  2. پشتیبانی سبزسازه

    با سلام. سپاس از اینکه سبزسازه دنبال میکنید. ما هم برای شما آرزوی موفقیت و سربلندی داریم.

    پاسخ دهید

  3. Parimah

    سلام.ممنون از مطالب مفیدتون.بسیار عالی بود

    پاسخ دهید

  4. پشتیبانی سبزسازه

    با سلام. ممنون از نظر شما، امیدواریم سایر محتوا سایت نیز برایتان مفید باشد.

    پاسخ دهید

  5. یوسف

    آیا درست است برای سقف سختی تعریف کنیم تا مثل مهاربند یا دیوار برشی در جذب نیروی زلزله کمک کند؟

    پاسخ دهید

  6. amir sf

    سلام مهندس جان.
    وقتی که سقف رو صلب تعریف و مدلسازی می کنید، در واقع بهش یه سختی داخل صفحه ی زیادی رو اختصاص می دید(سقف مثل یه جسم صلب عمل میکنه). این سختی سقف در مقایسه با سختی محوری تیرها به قدری زیاده که تقریباً تمام نیروی جانبی ناشی از زلزله رو سقف جذب میکنه و مقدار خیلی ناچیزی (در حد صفر) از اون رو به تیرهای داخل سقف منتقل می کنه. پس در واقع بتنِ سقف مثل یه دیوار برشی افقی عمل میکنه (عملکرد دیافراگمی سقف) و به انتقال و تشکیل مسیر بار در سازه کمک می کنه.

    پاسخ دهید

  7. علی

    سلام متشکر برای مطالب بسیار عالیتان

    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