صفحه اصلی  »  اعضای ویژه  »  طراحی ستون کوتاه در ایتبس با حل 2 مثال کاربردی به همراه روش های کنترل ستون کوتاه بتنی

طراحی ستون کوتاه در ایتبس با حل 2 مثال کاربردی به همراه روش های کنترل ستون کوتاه بتنی

  • تعداد صفحات: 13
  • سطح لازم برای درک مطلب: سال 4 کارشناسی عمران
  • آخرین ویرایش: سال 1397
  • ناشر: ایستا سازه قهستان
  • شابک: 5-08-7589-622-978
  • تولید کنندگان محتوا:
تولید کنندگان آموزش

ستون کوتاه چیست؟

همان طور که می دانید ما باید همیشه خرابی ستون ها را به عنوان یکی از عناصر اصلی سازه ها با کنترل هایی مانند تیر ضعیف – ستون قوی، به تعویق بندازیم اما شکست برشی در ستون ها یکی از بدترین نوع خرابی هاست!! برای کنترل این نوع شکست چه باید کرد؟ چگونه اثر پدیده ستون کوتاه را در محاسبات باید در نظر گرفت؟

در این ایبوک جامع ابتدا به تعریف ستون کوتاه در ساختمان خواهیم پرداخت سپس به موضوعات مهم تری مانند ستون کوتاه در راه پله، طراحی ستون کوتاه در  etabs و روش های کنترل ستون کوتاه می پردازیم.

 

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

 

ستون کوتاه چیست؟

می­ دانیم سختی ستون با معکوس توان سوم ارتفاع آن رابطه دارد؛ بنابراین اگر ارتفاع ستون نصف شود، سختی آن 8 برابر می­ گردد. به طور مثال سختی ستون یک سر گیردار از رابطه زیر به دست می­ آید:

        k = 3EI / h3

همچنین می­ دانیم به علت صلبیت دیافراگم کف، در طول زلزله، تمام ستون­ های موجود در یک تراز معین به همراه دیافراگم سقف، دارای دریفت یکسانی هستند.

با قرار دادن اطلاعات در فرمول معروف  F=Kx متوجه مسئله مهمی خواهیم شد. به دلیل برابر بودن تغییر مکان­ ها، ستون­ های با ارتفاع کوتاه­ تر به علت سختی بیشتر، نسبت به سایر ستون­ های موجود در همان طبقه، جذب انرژی بسیار بیشتری خواهند داشت. و چنانچه این ستون­ ها برای چنین نیرویی آماده نباشند به طور قطع شاهد خرابی جدی در آن­ ها خواهیم بود.

 

پدیده ستون کوتاه در سازه

اثر ستون کوتاه

 

اساساً چه ستون­ هایی را کوتاه می­ گوییم؟

علل ایجاد پدیده ستون کوتاه چیست؟

تنها عاملی که موجب ایجاد این پدیده می­ گردد، اختلاف ارتفاع ستون­ هایی است که در یک طبقه قرار دارند. این اختلاف ارتفاع خود ممکن است به دلایل متعددی ایجاد شود که در این قسمت قصد داریم آن­ها را به صورت کیفی مورد بررسی قرار دهیم. ارزیابی ­های عددی و نرم افزاری در بخش­ های بعد ارائه خواهد شد.

  1. قرار گرفتن ساختمان روی زمین شیبدار یا دارای اختلاف تراز

  2. محدود شدن ستون با عناصر غیرسازه ­ای مانند دیوارهای آجری

  3. محدود شدن ستون با عناصر سازه ­ای مانند تیر میان طبقه

توضیحات تمامی موارد بالا در متن اصلی ایبوک قرار گرفته است.

ستون کوتاه در راه پله

وجود اختلاف تراز در سازه ­های دوبلکس، تیر میان طبقه در راه ­پله ها و وجود نیم طبقه، باعث پدیده ستون کوتاه در راه پله می شود.

روش­ های جلوگیری از ایجاد پدیده ستون کوتاه در سازه

به طور کلی جلوگیری از هر پدیده­ ای در قدم اول نیاز به شناخت عوامل ایجاد آن پدیده دارد. در بخش ­های قبل به صورت جدی درباره عوامل ایجاد ستون های کوتاه و نوع شکست آن بحث کردیم. حال قصد داریم راهکار های حذف این پدیده ی مخرب را به صورت موردی بیان کنیم.

  1. اگر در دامنه کوه یا زمین دارای اختلاف تراز قصد ساخت سازه داریم راهکارهای زیر می ­تواند مفید باشد:
  • در صورت اقتصادی بودن تا حدی که به سطح افقی دست یابیم، خاکبرداری انجام دهیم.
  • اگر عملیات خاکی مقرون به صرفه نباشد، بهتر است در ترازهای مختلف، فونداسیون اجرا شود و اسکلت سازه ­های مجاور نیز با استفاده از درز انقطاع از یکدیگر جدا شوند.

 

 

حل مشکل ستون کوتاه در ساختمان

اجرای فونداسیون در ترازهای مختلف برای جلوگیری از پدیده ستون کوتاه و حل مشکل ستون کوتاه

 

  • اگر هر دو راهکار فوق از نظر اجرایی و معماری مقدور نبودند چه کنیم؟
  1. اگر ستون با اعضای غیر سازه ­ای نظیر دیوارهای آجری محدود شود، دو راهکار کلی باید به کار بگیریم که این راهکار ها را می توانید در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید.

طراحی ستون کوتاه

در شرایطی که نتوانیم با جداسازی، عملیات خاکی و یا حذف اعضای مختلف، از وقوع این پدیده جلوگیری کنیم، به ناچار باید در محاسبات خود اثر آن را اعمال نماییم. بحثی که در این قسمت به آن خواهیم پرداخت مبانی محاسباتی برای طراحی ستون­ های کوتاه می ­باشد.

چگونه می ­توان اثر پدیده ستون کوتاه را در محاسبات در نظر گرفت؟

 

ستون کوتاه در etabs

دو مثال عملی را در ادامه به این روش بررسی می­ کنیم.

گام1. پس از مدل سازی دقیق، سازه را تحلیل می­ کنیم.

گام2. تحت ترکیب بارهای مختلف، نیروی محوری در ستون ممکن است کششی یا فشاری باشد. نیروهای محوری کششی و فشاری را دسته بندی می­ کنیم.

گام3. مقاومت برشی بتن غیر مسلح به برش را از فرمول زیر محاسبه می­ کنیم.

 

ستون کوتاه در etabs

نحوه ی محاسبه مقاومت برشی بتن غیر مسلح به برش

 

گام بعدی را در متن اصلی و قابل دانلود ایبوک مشاهده کنید. البته در انتها دو مثال کاربردی حل شده است که بسیار مفید است.

 

 S فاصله آرماتورهای برشی می­ باشد که بایست حتماً مطابق با الزامات آیین­ نامه تعیین شود. برای مثال 420 میلی­متر که از محاسبات به­ دست آمده مورد قبول نمی­ باشد و بر اساس آیین نامه باید حداکثر فاصله 170 میلی­متر منظور شود. توصیه می ­شود مطالب مربوط به حداقل و حداکثر فواصل خاموت ­ها از آیین­ نامه مطالعه گردد.

 در حالت عمومی آرماتورهای عرضی که برای مهار کردن میلگردهای طولی استفاده می­ شوند مقاومت برشی مورد نیاز را تامین می­ کنند. اما در شرایطی که وقوع پدیده ستون کوتاه محتمل است بایست کنترل مضاعفی به شرح آنچه گفته شد صورت گیرد.

می ­توان کلیه مراحل فوق را با دستورهای بسیار ساده در برنامه اکسل انجام داد. اطلاعات به صورت زیر قابل انتقال به برنامه اکسل می­ باشند.

 

ستون کوتاه در etabs (مرحله به مرحله کنترل ستون کوتاه در ایتبس)

انتقال اطلاعات از ایتبس به اکسل

نتیجه گیری :

  1. شکست­ ترد و برشی ستون­ ها به دلیل ماهیت ناگهانی آن بدترین نوع شکست می­ باشد. به همین دلیل همواره سعی بر آن است که مکانیزم کنترل کننده خرابی ستون به صورت خمشی باشد.
  2. به دلیل برابر بودن تغییر مکان ­ها، ستون ­های با ارتفاع کوتاه ­تر به علت سختی بیشتر، نسبت به سایر ستون­ های موجود در همان طبقه جذب انرژی بسیار بیشتری خواهند داشت. اگر چنانچه این ستون­ ها برای چنین نیرویی آماده نباشند به طور قطع شاهد خرابی جدی در آن­ها خواهیم بود.
  3. ضروری است تا از احداث سازه بر روی زمین­­ های شیبدار و به خصوص در مناطق با لرزه­ خیزی بالا اجتناب گردد. همچنین شالوده سازه حتی المقدور برروی یک سطح افقی ساخته شود.
  4. در صورتی که دیوار، (خصوصاً دیوار باربر) تنها در قسمتی از ستون اجرا شود در هنگام زلزله در ستون نیروی برشی بزرگی به وجود می­ آید. این امر منجر به مکانیزم ستون کوتاه می­ گردد.
  5. اگر راهکارهای عملیات خاکی و ایجاد درز انقطاع از نظر اجرایی و معماری مقدور نبودند، بایست در مدل نرم­ افزاری سازه­، حتماً اختلاف تراز منظور شود. اما توصیه جدی اساتید بر این است که تا حد امکان از این روش استفاده نکنیم؛ زیرا در موارد اختلاف سطح در فونداسیون خروجی ­های نرم ­افزار چندان دقیق و مطمئن نیستند.
  6. در سازه­ هایی که پدیده ستون کوتاه در طرح و اجرا مدنظر نبوده، باید اقدام به مقاوم سازی نمود. هدف از مقاوم سازی، افزایش و تامین مقاومت برشی ستون­ های کوتاه می­ باشد.

نهایتاً می­ توان چنین بیان داشت که مخاطب با مطالعه این مقاله قادر خواهد بود تا علل ایجاد ستو­ن های کوتاه و  نوع شکست آن را دانسته و با راهکارهای بیان شده نسبت به حذف یا کنترل آن اقدام نماید. همچنین اگر چنانچه هدف مقاوم سازی ساختمان موجود باشد روش ­های معمول برای آن نیز بیان شده است.

 

منابع:

  1. Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners, and authorities, Hugo Bachmann.
  2. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
  3. دکترعلی خیر الدین و دکتر علی کارگران، “بررسی رفتار لرزه ­ای ستون­ های کوتاه بتن ­آرمه ناشی از احداث برروی سطح شیبدار” ، مجله مدل سازی در مهندسی، سال هفتم، شماره 18، پاییز 1388
  4. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4

 

مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 35,870 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 36اُمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. Azad

    با سلام
    آیا اختلاف کد ۲۰ سانتیمتر در کف یک طبقه که آنرا در اسکلت سازه تامین کرده باشیم چقدر بحرانی است؟ آیا باعث ستون کوتاه می شود؟ در نظر بگیرید در طراز سقف دو تیر با اختلاف کد ۲۰ سانت(مرکز هندسی) از دو طرف به ستون متصل می شود.

    پاسخ دهید

  2. مهندس نوش آفرین کرمی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    باسلام
    بهتر است از این کار پرهیز شود و مثلا ارتفاع تیر کوتاه را زیاد کرد اما در مجموع بنده مشکلی نمیبینم چونکه این اتفاق زیاد در طراحی سازه می افتد (تیرهای با ارتفاع متفاوت در سازه)

    پاسخ دهید

  3. Azad

    سلام
    ممنون بابت توجهتون، این اختلاف کوچک ۲۰ سانت در ستون که از دو سمت توسط تیرهای منتهی به آن ایجاد شده باعث افزایش برش از ۱۵ تن به ۱۶۰ تن می شود(ترکیب بار طرح زلزله) ، با توجه به نزدیکی به چشمه اتصال و محدودیتهای اجرایی و اینکه مقدار خاموت طراح بدست آمده بسیار زیاد و عملا قابل قابل اجرا نمی باشد. اکتفا به مقاومت برشی بتن در ستون چقدر منطقی است. ابعاد ستون ۵۰در ۵۰ ساختمان ۵ طبقه.

    پاسخ دهید

  4. مهندس نوش آفرین کرمی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با عرض سلام
    به نظر بنده باید طرح را طوری داد که این برش به حداقل برسد و اگر معماری اجازه میدهد تیر را بزرگتر کرد و اگر نه تیر را منشوری داد هرچند ساختمان بتنی است.

    پاسخ دهید

  5. Azad

    بسیار ممنونم.
    آیا ایتبس در تحلیل و طراحی قاب ساختمانی آنرا به شکل عناصر خطی ساده سازی می کند (همانطور که در تحلیل سازه یاد گرفتیم) و فقط مشخصات مقاطع را لحاظ می کند؟ یا نه به جای یک گره در محل اتصال تیر ها و ستون ها ابعاد واقعی را لحاظ می کند؟

    پاسخ دهید

  6. مهندس ایرج لطفی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با عرض سلام
    نرم افزار ETABS یک نرم افزار اجزا محدود است که بر اساس آن شرایط مرزی حاکم بر المانها را مدلسازی میکند، همینطور اعضا را بر اساس نوع آن از نوع میله (تیر و ستون) صفحه و سالید در نظر می گیرد و معادلات سازگاری و تعادل را برای هر المان لحاظ می کند.

    پاسخ دهید

  7. zahra

    سلام وقت بخیر ابعاد ستون از چه مقداری باید تجاوز نکند تا ستون کوتاه نداشته باشیم

    پاسخ دهید

  8. نوش آفرین کرمی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    باسلام وقت شما بخیر
    از نظر فنی هنگامی که نسبت طول موثر ستون به کوچک‌ترین بعد جانبی آن کمتر از ۱۲ باشد ستون کوتاه ایجاد می شود.
    ستون کوتاه در کارهای ساختمانی بیشتر وقتی اتفاق می افتد که تیر میان طبقه داشته باشیم و یا ساختمان بر روی شیب ساخته شود و یا دیوارهای با مصالح بنایی چسبیده به ستون باشند.

    پاسخ دهید

  9. سیدحسین حامد

    با عرض سلام و درود خدمت مهندسین عزیز سبز سازه آیا با شگل پذیر کردن ستون کوتاه یعنی کوچک کردن مقاطع ستون کوتاه می‌توانیم از شکست ترد ستون کوتاه جلوگیری کنیم؟

    پاسخ دهید

  10. Iraj Lotfy (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با سلام
    با توجه به رابطه سختی عضو(EI)/L^3 بیشترین تاثیر را طول عضو دارد و تغییر در پارامترهای دیگر آنچنان تاثیری بر روی سختی اعضا نمی گذارد(باعث تغییر می شوند، اما موثر نیستند) و در حالت کلی نیاز است که تحلیل صورت بگیرد(تحلیل های غیر خطی همانند تحلیل استاتیکی غیرخطی یا همان پوش اور)

    پاسخ دهید

  11. ZAREI

    با عرض سلام و وقت بخیر و با تشکر بابت مطالب مفیدتون
    لطفا مطالبی راجع به طراحی پدستال شامل ضوابط آیین نامه ، نکات و نحوه مدل کردن آن در safe یا etabs ارائه دهید .
    با تشکر

    پاسخ دهید

  12. مهندس زهرا سپاهی (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس
    پیشنهادتون رو به واحد آموزش انتقال میدم اگر امکانش باشه حتما انجام میشه

    پاسخ دهید

  13. مهیاد

    با عرض سلام و خسته نباشید
    مهندس اگه ارتفاع تیر میان طبقه رو کم کنیم میشه گفت با این کار سختی وارده به تیر میان طبقه رو کم کردیم؟ و در نتیجه ان جذب انرزی زلزله رو در اون تیر میان طبقه رو کم کردیم و درنتیجه اثر ستون کوتاه رو در ستون های راه پله کم کنیم؟ ممنو نم

    پاسخ دهید

  14. مهندس مرتضی قلندری (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    با کاهش ابعاد تیر و مخصوصا کاهش ارتفاع آن، سختی کاهش و جذب انرژی آن کمتر خواهد شد. در نتیجه لنگر وارده به کمر ستون کمتر می شود. ستون کوتاه پدیده ای است که شکست آن قطعا برشی باشد. این پدیده غالبا برای ستون هایی رخ می دهد که درصد زیادی از طول آن با قیود جانبی همچون دیوار سازه ای مقید شده باشد و مانع از حرکت جانبی آن ستون شود. اگر ناخواسته باعث کوتاه کردن طول ستون بشویم، یعنی چیزی که در تحلیل سازه دیده نشده باشد عواقبش تشکیل پدیده ستون کوتاه خواهد بود. خاصا نرم افزار ایتبس ستونهای پاگرد راه پله که تیر نیم طبقه به آن متصل است با سختی مربوط به خودشان وارد معادلات میکند و نیروی آن هارو محاسبه میکند، پس قاعدتا در تراز پاگرد نیم طبقه برخلاف نظر اکثر مهندسین همچین پدیده ای محتمل نیست. بنابراین در صورت استفاده از تیرهای گیردار بتنی برای تیرهای میان طبقه، می‌توان ستون‌های بتنی کنار را به صورتی طراحی کرد که تسلیم خمشی در آنها حاکم شود. در ادامه یک تعریف از پدیده ستون کوتاه پیوست میکنم.

    There are two types of short column problems; firstly, where some columns are shorter than others in a moment frame, and secondly, where columns are so short they are inherently brittle. The short columns of the second group are usually normal length columns that are prevented from flexing and undergoing horizontal drift over most of their height by partial-height infill
    walls.
    متن فوق از کتاب آندرو چارلسون هست که چاپ سال ۲۰۰۸ می باشد. اگر ستونها برای نیرویی که از تحلیل بدست می آید طراحی بشوند مشکل ستون کوتاه را نخواهیم داشت و همچین اگر ضوابط لرزه ای مربوط به برش هم رعایت بشود. در مواقعی که تیر میان طبقه به ستون متصل می شود از خاموت گذاری ویژه برای ستون ها در نقشه های اجرایی استفاده کنید.

    فایل پی دی اف که براتون ایمیل میشه از مهندس سلطان آبادی در این مورد را مطالعه بفرمایید.

    پاسخ دهید

  15. مهیاد

    بسیار ممنون مهندس عزیز بابت پاسخ هاتون و انرژی و زمانی که میذارید . سپاس فراوان …

    پاسخ دهید

  16. داود رشادی

    مطلب بسیار مفیدی بود . ممنونم و خسته نباشید

    پاسخ دهید

  17. مرضیه صبور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام جناب مهندس خیلی خوشحالیم که براتون مفید واقع شده
    حتما به شهر یادگیری سبزسازه سری بزنید، مطالب مفید دیگه ای رو هم میتونید پیدا کنید.

    پاسخ دهید

  18. محمدرضا

    درود
    با عرض خسته نباشید خدمت عزیزان سبز سازه
    در مورد ستون کوتاه و علل و عوامل ایجاد آن و مشکلاتی که در مواجهه زلزله با این عناصر ایجاد میشه توضیح دادید
    ولی در یک مورد راهکار برای مقابله جهت جلوگیری از ایجاد ستون کوتاد داده نشد اونهم تیرهای میان طبقه راه پله هستش که بسیار معمول در ساختمانهای بتنی وجود داره
    راهکار برای جلوگیری از ایجاد ستون کوتاه در تیرهای میان طبقه چیست؟
    به نظر من باید نحوه اتصال تیر میان طبقه به ستون به صورت مفصلی ایجاد بشه و نحوه اتصال میلگرد ها تیر میان طبقه به ستون به صورت z اجرا بشه تا اتصال مفصل بشه

    پاسخ دهید

  19. فرزام بداغی

    سلام وقت بخیر…راهکار مدنظر حضرتعالی در تئوریک کاملاً صحیح است ولی در مورد ساختمان های بتنی ایجاد مفصل اساساً به راحتی دیتیلی که فرمودید نیست. در واقع دیتایل هایی غیر از اتصالات پیش ساخته در خصوص ایجاد مفصل کاملا مردود هستند یا با ابهام بسیار جدی در خصوص عملکرد مواجه میباشد.
    به طور کلی کاربرد دیوارک بتنی برای جداسازی عملکرد راه پله و سازه یکی از بهترین گزینه هاست که شما میتوانید در این خصوص به مقاله زیر مراجعه فرمایید.
    https://sabzsaze.com/stair/

    پاسخ دهید

  20. هیوا

    بسیار عالی یکی از دغدغه های من پدیده ستون کوتاه بود

    پاسخ دهید

  21. مرضیه صبور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام خیلی خوشحالیم که برای شما مفید بوده مهندس

    پاسخ دهید

  22. جمیل محمدی

    سلام
    عالی بود.سپاس

    پاسخ دهید

  23. M.tafi1364

    سلام.خیلی خوب بود.سپاس

    پاسخ دهید

question