روش ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس به همراه رفع ایرادات آن در Section Designer

قطعا می دانید که در طراحی سازه های فولادی مهندسین طراح به دلایل متفاوتی از جمله محدود بودن اشکال و مقاطع نورد شده به سمت ساخت و استفاده از مقاطع مرکب هدایت می شوند. امروش ساخت مقاطع در etabs به چه صورتی است؟ مشکلات ساخت مقاطع مرکب فولادی در section Designer چیست؟ آیا مقاطع مرکب فولادی ساخته شده در ایتبس به صورت فشرده هستند ؟

در این مقاله کاربردی، روش ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس را مرحله به مرحله با یک مثال کاربردی به شما آموزش خواهیم داد و همینطور به رفع مشکلات section Designer خواهیم پرداخت.

فلسفه‌ ی ساخت مقاطع مرکب مانند دوبل IPE، دوبل نبشی و …

یکی از دلایل اصلی استفاده از مقاطع مرکب، غلبه بر ضعف­ های ذاتی مقاطع نورد شده است. به‌ عنوان ‌مثال یکی از دلایل اصلی استفاده از مقطع دوبل IPE، تقویت و افزایش ممان اینرسی مقطع تک IPE حول محور ضعیف آن است. برای درک بهتر این مطلب مهم، پلان سازه ‌ای را مطابق شکل زیر در نظر بگیرید که ستون ‌های آن از نوع IPE180 انتخاب ‌شده است. پس از تحلیل سازه و تعیین نیرو های وارده به سازه در دو راستای X و Y متوجه ‌شده ‌ایم که ستون انتخابی برای نیرو های جانبی راستای Y مناسب است ولی برای راستای X بسیار ضعیف است. برای جبران این ضعف مجبور به تعویض همه‌ی ستون‌ ها به IPE270 (که بزرگ ‌ترین، گران ‌ترین و گاهی کمیاب ‌ترین تیر آهن موجود در بازار ایران است) شدیم. هر چند که با این تعویض مقطع ستون‌ ها، توانستیم برای هر دو راستا از ستون ‌ها جواب بگیریم ولی آیا ضمن هزینه ‌ی نسبتاً زیاد این تیر آهن، توانستیم از همه ی پتانسیل سازه ‌ای قویِ مقطع IPE270 در راستای Y (که مقطع IPE180 قبلاً برای آن راستای کفایت می‌کرد) هم استفاده کنیم؟ آیا افزایش بی‌ مورد سایز ستون صرفاً برای تأمین مقاومت در یک راستا، باعث پرت شدن فضای داخلی مفید ساختمان و افزایش وزن سازه نمی‌شود؟ از این توضیحات این‌ چنین بر می‌آید که افزایش سایز (نمره) تیر آهن ستون ‌ها در این مثال، تصمیم مهندسی و عاقلانه ‌ای نبوده است. در این شرایط بهتر بود به ‌جای افزایش سایز ستون ‌ها برای جبران ممان اینرسی مقطع IPE180 حول محور ضعیف، از یک مقطع دوبل ستون (2IPE180) برای تأمین مقاومت ستون‌ ها در این راستا استفاده شود.

تغییر مقطع ستون ­های پلان از IPE180 به IPE270 برای جبران ضعف ممان اینرسی حول محور X مقطع

تصویر سه بعدی برخی مقاطع فولادی نورد شده

ستون های دوبل IPE با ورق سرتا سری

مقاطع باکس فولادی ساخته شده از ورق

اکنون­ که با فلسفه­ ی استفاده از مقاطع مرکب آشنا شدیم، در ادامه به بررسی نحوه­ ی ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس می­ پردازیم.

اغلب مقاطع مرکب با توجه به رژیم محاسباتی و اجرایی سازه و توان و تنوع تولیدات کارخانه‌ های ذوب ‌آهن در هر کشوری متفاوت و متناسب با نیاز های آن کشور ساخته می ‌شوند؛ به همین دلیل نرم ‌افزار ETABS عمدتاً مقاطع نورد شده رایج را در دایرکتوری خود داشته و قادر فراخوانی آن‌ هاست. با علم به این موضوع، سؤالی که در اینجا پیش می‌آید این است که اگر مهندس طراح در مدل‌ سازی خود نیاز به استفاده از مقاطع ترکیبی نظیر دوبل I ها، دوبل نبشی، تیر ورق و … در پروژه خود داشته باشد، تکلیف چیست؟

در پاسخ به این سؤال می‌توان گفت که خوشبختانه در نرم ‌افزار ایتبس برای رفع این نقیصه، چاره ‌ای اندیشیده است. بدین منظور در نرم ‌افزار ایتبس می ‌توان از محیط Section Designer که اصطلاحاً به آن SD گفته می‌شود، به ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس پرداخت. لازم به ذکر است که محیط SD در ساخت و محاسبه‌ی مشخصات مقاطع مرکب اندکی دارای نقص است که در انتهای مقاله مورد بررسی قرار گرفته و برای آن­ ها راه‌ حل ارائه خواهیم کرد.

روش ساخت مقاطع در etabs

پیش از آغاز به ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس، لازم است پروفیل ‌های نورد شده ‌ی پایه (مانند IPE ها، نبشی‌ ها، ناودانی ‌ها) که برای ساختن مقاطع مرکب نیاز هستند، در نرم‌ افزار ETABS فراخوانی (Import) شوند. برای این کار کافی است مسیر زیر را پیمود:

مسیر فراخوانی مقاطع نورد شده

با کلیک بر روی گزینه ‌ی شکل فوق، پنجره ‌ای مطابق تصویر زیر ظاهر می‌شود.

Import  کردن مقاطع

با کلیک روی گزینه‌ی مشخص‌ شده در تصویر بالا، پنجره جدیدی نمایان می ‌شود. به‌ عنوان ‌مثال اگر دنبال فراخوانی مقاطع I شکل (IPE ها) باشیم، در منوی آبشاری مقابلِ Section Shape، گزینه‌ی Steel/Wide Flange را انتخاب می‌کنیم:

انتخاب نوع پروفیل مقطع پایه

مرحله بعدی ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس به این صورت است که پس ­از انتخاب گزینه ­ی Steel/Wide Flange را از منوی آبشاری و کلیک روی OK، پنجره‌ی دیگری مطابق تصویر زیر باز می‌شود.

فراخوانی مقاطع نورده شده از Euro

در منوی آبشاری تصویر فوق، برای فراخوانی مقاطع I شکل، روی گزینه‌ی Euro کلیک می‌کنیم. با انجام این کار لیست مقاطع جدید در پایین پنجره ظاهر خواهد شد.

انتخاب مقاطع فراخوانی شده ­ی مورد نیاز از لیست مقاطع

مطابق تصویر فوق از بین مقاطع ظاهر شده، مقاطع IPE که به دنبال آن‌ ها هستیم، یافته و با نگه‌ داشتن کلید Ctrl از روی صفحه‌کلید، مقاطع مورد نظر را هم ­زمان انتخاب و نهایتاً روی گزینه‌ی OK کلیک می‌کنیم تا این مقاطع پایه برای ساخت مقاطع مرکب (نظیر دوبل IPE) در etabs وارد شوند.

کنترل فراخوانی صحیح مقاطع مورد نیاز

با زدن کلید OK در مرحله قبل، اسامی مقاطع انتخابی در لیست مقاطع قرار خواهد­ گرفت. اکنون مجدد بر روی OK کلیک می‌کنیم تا مقطع ­های فراخوانی شده ذخیره شوند.حال که مقاطع پایه را در نرم‌ افزار ایتبس فراخوانی کردیم، نوبت به ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس رسیده است. برای این کار مسیر زیر را خواهیم پیمود:

مسیر ورود به محیط SD

در این پنجره ­ی ظاهر شده با انتخاب گزینه‌ی مشخص ‌شده، مقطع مرکب را در نرم ‌افزار تعریف می‌کنیم.

روش ساخت مقطع مرکب فولادی در ایتبس با section

انتخاب گزینه­ ی مربوط به ورود به محیط SD

مطابق تصویر فوق بر روی آیکون مشخص ‌شده کلیک کرده و پنجره ‌ای باز می‌شود. در پنجره ظاهر شده پس از نام‌گذاری و تعیین مصالحِ مقطع مرکبی که قصد ساخت و تعریف آن را داریم، روی گزینه‌ ی Section Designer… مانند تصویر زیر کلیک می‌کنیم. از آن ­جایی­که کلیه ­ی مراحل ساخت و تعریف مقاطع مرکب مشابه هم­ دیگر هستند، در این مقاله صرفاً به ساخت مقطع 2IPE200-F200x10 می ­پردازیم. در این مثال می­ خواهیم مقطع مرکبی که شامل دو مقطع IPE200 بوده و دو ورق به عرض 200 و ضخامت 10 میلی‌متر به بال بالا و پایین این دو مقطع جوش شده است، بسازیم.

نام گذاری و تعیین جنس مصالحِ مقطع مرکب در محیط SD

با پیمودن مراحل فوق، وارد محیط SD نرم ‌افزار خواهیم شد. محیط SD از نظر ظاهر و برخی دستورات شباهت بسیار زیادی با محیط نرم ‌افزار Auto Cad دارد که همین موضوع کار کردن با آن را نسبتاً آسان و سریع می‌کند. مسیر زیر را برای ترسیم کردن مقطع پایه (IPE)،که قبلاً در نرم ‌افزار فراخوانی کرده بودیم، طی می‌کنیم.

ترسیم مقطع فراخوانی شده در محیط SD

با کلیک بر روی گزینه مشخص‌ شده، شکل موس به ‌صورت فلش عمودی در می‌آید. با کلیک در مرکز مبدأ مختصات، پنجره‌ ای ظاهر می‌شود که از منوی آبشاری آن می ‌توان مقطع پایه مورد نظر (که در این مثال IPE200 است) را انتخاب کرده و با کلیک روی OK آن را ترسیم کرد.

انتخاب مقطع فراخوانی شده برای ترسیم در محیط SD

مقطع IPE200 ترسیم شده در محیط SD

پس از ظاهر شدن مقطع در نقطه ‌ای که کلیک کرده بودیم در مراحل ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس، موس را روی مقطع ترسیم ‌شده قرار داده و روی آن کلیک راست می‌کنیم. با این کار مشخصات هندسی و موقعیت مرکز سطح مقطع ترسیم‌ شده نسبت به مبدا مختصات، در جدولی مطابق تصویر زیر به نمایش در می‌آید. از قسمت مشخص‌ شده در تصویر، موقعیت مرکز سطح مقطع ترسیم ‌شده را به نحوی تغییر می‌ دهیم که بتوانیم با استفاده از گزینه­ ی Mirror که بعداً توضیح می ‌دهیم، قرینه مقطع فعلی را نسبت به محور Y ترسیم کنیم تا مقطع دوبل IPE ما شکل بگیرد. برای این کار لازم است مشخصات هندسی مقطع پایه (IPE200) را از جدول اشتال به دست آورده و تغییرات لازم در موقعیت مقطع را ایجاد کنیم.

مشخصات هندسی و موقیعت مقطع مرکب ترسیم شده در محیط SD

می دانیم که در پروفیل‌ های IPE، عدد جلوی IPE ارتفاع کل مقطع را نشان می ‌دهد برای مثال ارتفاع کل مقطع IPE200 برابر 200 میلی ‌متر و عرض بال آن نصف ارتفاع کل آن، یعنی 100 میلی‌ متر، است. برای تعیین و محاسبه موقعیت مقطع مرکب مورد نظر، 2IPE200 – F200x10، بهتر است شکل شماتیک آن را روی کاغذ ترسیم یا در ذهن، مانند تصویر زیر، تصور کنیم. توجه شود که ابتدا و انتهای ورقی که روی بال ­های IPE ها قرارگرفته است، به‌ اندازه‌ی حداکثر 2 سانتی‌ متر کوتاه ‌تر (و یا بلندتر) از عرض کل مقطع خواهد بود تا عملیات جوشکاری و ساخت مقطع در کارگاه یا کارخانه با سهولت بیشتری انجام شود. با توجه به این توضیحات، مقطع مورد نظر ما مانند تصویر زیر خواهد شد.

شکل شماتیک مقطع مرکب 2IPE200 – F200x10

با توجه به توضیحات و شکل شماتیک فوق، می‌ توان موقعیت پروفیل سمت راست را به ‌صورت زیر در محیط SD تعیین کرد. برای این کار پروفیلی که در مبدأ مختصات ترسیم ‌شده بود را به ‌اندازه‌ی 7 سانتی متر، 5 سانتی ‌متر برای نصف عرض بال یک پروفیل و 2 سانتی ‌متر برای نصف فاصله‌ی بین دو پروفیل چپ و راست، به سمت راست مبدا مختصات منتقل می‌کنیم.

تغییر موقیعت مقطع ترسیم شده در محیط SD برای ساخت مقطع نهایی

اکنون پروفیل سمت چپ با قرینه کردن پروفیل سمت راست، با استفاده از گزینه‌ی Mirror که از مسیر زیر قابل ‌دسترسی است، می‌سازیم. در پنجره‌ی ظاهرشده، به سربرگ Mirror رفته و مقطع انتخابی را نسب به محور Y قرینه می‌کنیم.

مسیر قرینه کردن مقطع ترسیمی در محیط SD

تنظیمات سربرگ Mirror برای قرینه سازی مقطع نسبت به محور y

مقطع قرینه شده ی دوبل IPE200 در محیط SD

تاکنون دو مقطع IPE200 با فاصله‌ی مرکز تا مرکز 14 سانتی‌متر ترسیم شده ­است. حال ورق های سراسری که به بال بالا و پایین دو مقطع جوش می‌شود را ترسیم می‌کنیم. روند این کار مشابه ساخت مقطع جفت IPE بوده و به همین دلیل از توضیح آن صرف ‌نظر و صرفاً مراحل را به‌ صورت تصویری آورده ایم:

مسیر ترسیم ورق بال

تعیین جنس، موقعیت و ابعاد ورق ترسیمی

مسیر قرینه سازی ورق در محیط SD

تنظیمات سربرگ Mirror برای قرینه سازی ورق نسبت به محور x

مقطع نهایی 2IPE200-F200x10 در محیط SD

بررسی ایرادات و مشکلات SD section در نرم ‌افزار ایتبس

پس اینکه ساخت مقاطع مرکب فولادی در ایتبس به پایان رسید، لازم است کنترل شود که اجزای تشکیل ­دهنده ­ی مقطع مرکب ( IPEها و ورق­ ها) در حین ترسیم روی ‌هم نیفتاده باشند (اورلپ نداشته باشند) تا نرم ‌افزار در حین آنالیز مدل، دچار مشکل نشود. برای کنترل این موضوع می‌توان مسیر زیر را طی کرد.

کنترل عدم وجود همپوشانی بین اجزای مقطع در محیط SD

نمایش پیام عدم وجود هم پوشانی بین اجزای مقطع مرکب در محیط SD

در انتها می­توان با زدن ­گزینه­ ی OK مقطع مرکب ساخته ­شده را ذخیره کرد ولی پیش از اتمام ساخت مقطع مرکب فولادی مورد نظر، لازم است توجه شما را به دو نکته ظریف در مورد مقاطع ساخته ‌شده در محیط SD جلب کنم:

• متأسفانه از ورژن 2013 ایتبس به بعد، مقاطع ساخته ‌شده در SD از نظر نرم ‌افزار در حین طراحی به ‌صورت غیر فشرده در نظر گرفته می ‌شوند (حتی اگر فشردگی مقطع توسط مهندس محاسب کنترل شده باشد).
• مقاطع ساخته ‌شده در محیط SD نرم ­افزار ایتبس از ورژن 2013 به بعد، در محاسبه‌ی مشخصات هندسی مقطع (مثل مساحت، ممان ‌های اینرسی و …) دارای مشکل و خطای محاسباتی است و همین خطا باعث افزایش بیش ‌از حد ابعاد مقاطع المان­ ها در حین طراحی سازه می‌شود برای رفع این مشکل می‌ توان پس از ساخت مقطع در SD و اطمینان از عدم وجود همپوشانی بین اجزای مقطع، کل مقطع را انتخاب و مسیر را پیمود:

 البته لازم به­ ذکر است­ که طبق بررسی ­ها و کنترل­ های ما، این خطا در ورژن 16.2.1 نرم ­افزار ایتبس بر طرف شده ­است

مسیر تبدیل مقطع مرکب ترسیمی بهPoly  در محیط SD

با کلیک بر روی گزینه‌ی مشخص ‌شده در تصویر بالا، مقطع تبدیل به Poly شده و در این حالت نرم ‌افزار مشخصات مقطع را به ‌درستی حساب می‌کند. پس از تبدیل‌شدن مقطع به Poly، مانند تصویر زیر، در نهایت با انتخاب گزینه‌ی OK کار ساختن مقطع مرکب 2IPE200 –F200x10 در محیط  SD به پایان رسیده و مقطع مرکب ساخته شده قابل اختصاص به اجزای سازه در مدلسازی است.

مقطع نهایی تبدیل شده به Poly

منابع

1. راهنمای نرم ‌افزار ایتبس 2017 –ETABS2017Documentation

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا