در کنار کنترل های مهم طراحی فونداسیون، ازجمله کنترل برش دو طرفه باید به این نکته توجه نمود که هر سازه ای که ساخته می شود، بلا استثنا یا روی زمین قرار دارد؛ یا به وسیله پی یا شمع با زمین در ارتباط است پس باید حتما تنش خاک زیر پی را کنترل کنیم!! اما برای کنترل تنش خاک زیر پی از چه ترکیب باری استفاده می کنیم؟ راه حلی برای کاهش تعداد ترکیبات بار کنترل تنش وجود ندارد؟
در این مقاله جامع در قالب یک ویدئو تمامی نکات کنترل تنش خاک زیر پی در نرم افزار safe را بیان کرده و سپس به کنترل تنش مجاز خاک در safe به صورت مرحله به مرحله می پردازیم.
⌛ آخرین به روز رسانی: 5 خرداد 1400
📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398
در این مقاله چه می آموزیم؟
1. ترکیب بار کنترل تنش خاک زیر پی
همان طور که مشخص است، آخرین مرحله ی انتقال بار، خاک زیر فونداسیون سازه است؛ در واقع بارهای وارده به سازه پس از پیمودن مسیر بار در سازه، در نهایت به زمین منتقل شده و در آن جا مستهلک می گردد. در صورتی که تنش خاک زیر پی تحت ترکیب بارهای طراحی بیش از مقدار مجاز گردد، عملکرد سازه مختل خواهد شد.لذا تامین این مقاومت برای اطمینان از عملکرد مناسب سازه ای امری حیاتی می باشد.
برای کنترل تنش خاک زیر پی از چه ترکیب باری استفاده می کنیم؟
برای یافتن پاسخ لازم است به مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، پی و پی سازی ، مراجعه کنیم که در بندهای زیر این موارد توضیح داده شده است:
همانطور که دربندهای 7-1-4-1 و بند 7-4-5-1-1 ذکر شده است، برای کنترل تنش مجاز خاک زیر پی لازم است از ترکیبات بار روش تنش مجاز که در مبحث ششم و دربند 6-2-3-3 آمده است (ترکیبات بار مادر)، استفاده کنیم. این ترکیبات بار مادر به شرح زیر میباشند:
در اینجا قبل از هر چیز و برای یادآوری بیشتر، مفهوم هریک از علائم اختصاری به کاربرده شده دربند 6-2-3-3، به چند صفحه قبل در آییننامه و به بند 6-2-2 بازمیگردیم و معنا و مفهوم هر یک از آنها را که به صورت زیر است به شما نشان میدهیم:
در قسمت دوم بند 6-2-3-3 و پس از بیان فرمولهای ترکیب بار در طراحی به روش تنش مجاز، چند نکته مهم در راستای بهکارگیری این فرمولها ذکر شده است که این نکات به شرح زیر میباشند:
الف) در طراحی سازههای پیشتنیده، اثر پیش تنیدگی باید با ضریب بار واحد و یا ضریب بار مرده در ترکیب بارها وارد شود و هرکدام که اثر نامساعدتری دارند در طراحی لحاظ شوند.
ب) در ترکیب بارهای ارائه شده در این مبحث، افزایش تنش مجاز نباید انجام شود.
پ) در مواردی که بار سیال، F برسازه وارد میشود، اثر این بار باید با ضریب باری همانند ضریب بار مرده، D، در ترکیب بارهای 1 تا 8 و 10 منظور شوند.
ت) در صورت وجود فشار جانبی خاک و فشار آب زیرزمینی یا مواد انباشته، H، اثر آنها را باید به صورت زیر منظور نمود:
ت-1) اگر اثر این بار در جهت افزودن به اثرات دیگربارها باشد، اثر بار H باید با ضریب 1.0 در ترکیب بارها منظور شود.
ت-2) اگر اثر این بار در جهت کاهش اثرات دیگربارها باشد، در صورت وجود دائمی بار H، اثر آن باید با ضریب 0.6 در ترکیب بارها منظور شود و در بقیه موارد باید از اثر بار H صرفنظر گردد.
ث) اگر طبق فصل 6-6 این مبحث درنظرگرفتن بار سیل برای سازه لازم باشد، علاوه بر ترکیبهای ارائه شده فوق، باید ترکیب بارهای اضافی 5 و 6 و 9 را با اضافهکردن 1.5Fa به عبارت آنها در نظر گرفت.
ج) درصورتیکه برطبق فصل 6-9 این مبحث درنظرگرفتن بار یخ جوی و بار باد وارده بر یخ بر روی سازه الزامی باشد، ترکیب بارهای زیر در طراحی سازه باید منظور شوند:
ج-1) عبارت 0.7Di باید به ترکیب بار شماره 2 اضافه شود.
ج-2) عبارت (Lr یا S یا R) در ترکیب بار شماره 3 باید با عبارت 0.7Di+1.1Wi+S جایگزین شود.
ج-3) عبارت W در ترکیب بار شماره 9 باید با عبارت 0.7Di+1.1Wi جایگزین شود.
چ) در مواردی که اثر بارهای خود کرنشی وجود داشته باشد، علاوه بر ترکیب بارهای ارائه شده، دو ترکیب بار زیر نیز باید در نظر گرفته شوند:
1)D+T
2)D+0.75[L+(Lr or S)+T]
ح) در مواردی که برطبق ضوابط بند 6-11-14 این مبحث، کنترل سازه برای زلزله سطح بهرهبرداری الزامی باشد، تلاشهای ایجاد شده در اعضا و اجزا ساختمان باید برای ترکیب بار زیر نیز بررسی شود. در این حالت تنش یا مقاومت مجاز اعضا میتواند برطبق ضوابط بند فوقالذکر و استاندارد ۲۸۰۰ ایران افزایش یابد.
D+0.5L+0.5(Lr or S)+Eser
حال که تمامی نکات بند 6-2-3-3 مبحث ششم آییننامه مقررات ملی ساختمان را بیان کرده و مورد بررسی قرار دادیم میخواهیم چند نکته مهم دیگر در مورد ساخت ترکیبات بار کنترل تنش خاک زیر فونداسیون خارج از این مبحث بیان کنیم:
- درصورتیکه طراحی سازه با اعمال اصل100-30 در ترکیبات بار لرزهای صورتگرفته باشد، در ترکیبات بار کنترل تنش خاک زیر پی نیز میبایست این قاعده اعمال گردد.
- چنانچه سازه درجه نامعینی کافی را دارا نباشد، میبایست ضریب نامعینی سازه ρ=1.2 در ترکیبات بارگذاری طراحی سازه اعمال نمود. همین موضوع در مورد ساخت ترکیبات بارگذاری کنترل تنش خاک نیز حاکم است.
- اگر نیروی زلزله قائم در ترکیبات بار طراحی سازه اعمال شده باشد، لازم است در ترکیبات بار کنترل تنش خاک زیر پی نیز اعمال گردد. دقت شود که بر اساس بند 3-3-9-2 استاندارد 2800، این زلزله میبایست صرفاً در حالت رو به پایین (با علامت مثبت) در ترکیبات بار استفاده شود.
در چه مواقعی بایستی نیروی زلزله ی قائم (Ev) در ترکیبات بار طراحی اعمال شود؟
برای پاسخدادن به این سؤال باید به یکبند قبل از بند 3-3-9-2 که بالاتر به آن اشاره شد؛ یعنی به بند 3-3-9-1 از استاندارد 2800 مراجعه کنیم، این بند به شرح زیر است:
1.1 ساخت ترکیبات بار لازم بر اساس ترکیبات بار مادر
اکنون میتوانیم با استفاده از ترکیبات بار مادر بیان شده، به ساخت ترکیبات بار لازم برای کنترل تنش خاک زیر فونداسیون بپردازیم. این ترکیبات بار را بر اساس خطر نسبی پهنه میتوان به دو دستهی زیر تقسیم نمود:
الف) ترکیب بار کنترل تنش خاک زیر پی برای شهرهای با A < 0.35
ب) ترکیب بار کنترل تنش خاک زیر پی برای شهرهای با A=0.35
همان طور که دیده می شود، دو حالت الف و ب تنها در ترکیبات شماره 6 و 7 (SOIL6 و SOIL7 ) با هم اختلاف دارند. شاید این سوال را بپرسید که علت این تفاوت چیست؟ و این اعداد از کجا و به چه دلیلی آمده اند؟
همان طور که گفته شد، در مواردی که سازه در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد (A = 0.35) واقع شده باشد، لازم است نیروی زلزله ی قائم (Ev) به کل سازه اعمال شود. استاندارد 2800 مقدار این نیرو را برابر با Ev=0.6 A I Wp عنوان می کند. این استاندارد ضریب Wp را را برابر با کل بار مرده ی ساختمان معرفی می کند.
اگر این فرمول را برای یک ساختمان مسکونی در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد (A=0.35 و I=1) محاسبه کنیم به صورت زیر خواهد بود:
Ev=0.6 A I Wp = 0.6 x 0.35 x 1 x D = 0.21D
پس مقدار نیروی زلزله ی قائم برای ساختمان مذکور 0.21 برابر بار مرده ساختمان 0.21D خواهد شد. در نهایت با اعمال ضرایب موجود در ترکیبات بار مادر می توان علت تفاوت ترکیبات بار شماره 6 و 7 را دو حالت الف و ب را به خوبی درک کرد.
Soil6 : 0.7 (AIWp)=0.7 (AID) = 0.7 (.021D) = 0.147 D
Soil7: 0.525 (AIWp)=0.525 (AID) = 0.525 (.021D) = 0.11025 D
بهعنوان یک نکته در نظر داشته باشید که در سولهها و سازههای سبک که در آنها بار باد حاکم است؛ باید بهجای ترکیب بارهای لرزهای از ترکیب بارهای باد استفاده شود.
یک نکته مهم:
در نظر داشته باشید که در استفاده از (LRED0.5) یعنی بار زنده قابل کاهش با ضریب 0.5 در ترکیب بارها، بین مبحث نهم ویرایش سال 99 و مبحث ششم ویرایش سال 98 تناقض داریم. زیرا آییننامه مبحث ششم بیان میکند که استفاده از این کاهش بار مجاز نیست ولی مبحث نهم استفاده از این بار را مجاز دانسته است. ازآنجاکه متن مبحث نهم با آییننامه بارگذاری آمریکا (ASCE-7-16) منطبق است. توصیه میشود در سازههای بتنی برای اقتصادیتر شدن طرح این ضریب اعمال شود. اما با توجه به سکوت مبحث دهم در این موضوع برای سازههای فولادی معیار همان مبحث ششم است.
2. کنترل تنش مجاز خاک در SAFE
قبل از هرچیزی توصیه میشود که این ویدئو بسیار کاربردی از دوره جامع طراحی فونداسیون سبزسازه را مشاهده کنید تا به طور کامل تمام نکات کنترل تنش خاک زیر پی در نرم افزار safe را متوجه شوید و در نهایت با مرور این بخش از مقاله از درستی کار خود مطمئن شوید.
خاکها بر اساس مشخصات خود مقدار مشخصی تنش را تحمل میکنند. این مقدار مجاز توسط آزمایشگاه ژئوتکنیک محاسبه و بهصورت کتبی گزارش میشود. طراح برای کنترل تنش لازم است پی را در بحرانیترین حالت بارگذاری، آنالیز کرده و تنش ناشی از آن را با مقدار تنش مجازی که آزمایشگاه در اختیار او قرار داده است، مقایسه کند. بدیهی است نتایج زمانی قابلقبول هستند که تنش ناشی از بارگذاری کمتر از تنش مجاز خاک زیر پی باشد. برای کنترل تنش مجاز در نرمافزار SAFE ما این کار را طی سه مرحله انجام میدهیم که این مراحل به شرح زیر میباشند.
1.2 ساختن ترکیب بار کنترل تنش مجاز خاک زیر پی در SAFE
برای شروع کنترل تنش خاک، پس از اتمام طراحی سازه در نرمافزار ETABS، مدل را به نرمافزار SAFE منتقل میکنیم؛ پس از Import کردن سازه در نرمافزار SAFE لازم است تا ترکیبات کنترل تنش خاک ساخته شوند. برای این کار ابتدا به سربرگ Define رفته و سپس بر روی قسمت Load Combinations کلیک میکنیم:
بعد از کلیک بر روی قسمت Load Combinations در پنجره باز شده بر روی گزینه Add New Combo کلیک کرده و شروع به ساخت ترکیبات بار کنترل تنش میکنیم:
در تصویر بالا باری به نام S-DEAD تعریف شده است که این بار، بار مرده کفسازی و تیغهبندی میباشد. در مبحث ششم ویرایش سال 98 بار تیغهبندی جزو بارهای مرده تعریف میشود به همین دلیل در اعمال آن داخل نرمافزار از S-DEAD استفاده شده است. در ادامه بقیه ترکیبات بار کنترل تنش را مانند ترکیب بار نشاندادهشده در تصویر بالا، تعریف میکنیم.
2.2 ایجاد یک ترکیب بار پوش (Envelope) و آنالیز پی
پس از اتمام ساخت این ترکیبات بار لازم است پی را آنالیز کرده و تنش خاک را تحت اثر هر یک از ترکیبات کنترل کنیم.
ممکن است کنترل تنش خاک برای تکتک ترکیبات کمی وقتگیر بوده و احتمال بروز خطا را افزایش میدهد. به همین جهت توصیه میشود قبل از آنالیز پی، یک ترکیب بار پوش (Envelope) ساخته و همه ترکیبات بار ساخته شده در مرحله قبل را در داخل این ترکیب بار پوش قرار دهیم. حسن این روش آن است که خود نرمافزار از میان ترکیبات بار قرار گرفته در داخل ترکیب بار پوش، بحرانیترین حالت آن را انتخاب و معرفی میکند. در نتیجه نیازی به کنترل تنش برای تکتک ترکیبات بار نمیباشد.
مسیر ساخت ترکیب بار پوش در نرمافزار مشابه مرحله قبل میباشد و صرفاً در پنجره بازشدهی زیر، عبارت مقابل Combination Type را به Envelope تغییر خواهیم داد. همینطور دقت شود که ضریب ترکیب بارهای Soil برابر واحد باشد.
3.2 مشاهده و کنترل نتایج
پس از اتمام آنالیز پی، برای مشاهده تنش ایجاد شده در خاک زیر پی اقدام میکنیم. برای این کار لازم است تا به سربرگ Display رفته و بر روی گزینه Show Reactions Forces کلیک کنیم.
سپس در پنجره باز شده گزینهها را بهمانند تصویر زیر تنظیم میکنیم. یادآوری میشود که مقدار تنش مجاز توسط گزارش ژئوتکنیک به مهندس طراح ابلاغ میگردد و فرض ما بر این است که حداکثر تنش مجاز خاک در اینجا برابر با 1.5kg/cm2 میباشد.
پس از زدن دکمه Apply ، دیاگرام تنش خاک بهصورت زیر ظاهر میگردد. همان طور که از کانتورهای رنگی تنش در شکل زیر نیز مشخص است، مقدار تنش خاک در اکثر قسمتهای پی از حداکثر مجاز آن کمتر بوده و در محدوده قابلقبول قرار است.
صرفاً در قسمتهایی از طول پی بهصورت موضعی یا در گوشههای پی مقدار تنش کمی بیشتر از1.5kg/cm2 شده است که باتوجهبه ابعاد کوچک آنها، قابل صرفنظر است. در نهایت میتوان گفت خاک زیر فونداسیون برای تنشهای وارده از سوی سازه جوابگو است.
یک ترفند ساده
در مواردی که کانتورهای تنش تنوع رنگی بیشتری دارد (محدوده تغییرات تنش در سطح پی گسترده است) و تعیین مقدار تنش بهصورت کلی توسط چشم دشوار است، میتوان با حرکتدادن نشانگر موس روی پی، مقدار تنش را که در کنار نشانگر موس و همچنین در نوار پایین پنجرهی نمایش داده میشود، مشاهده کرد (شکل زیر).
نتیجه گیری
- تمام سازههایی که ساخته میشوند، از زمین بهعنوان تکیهگاه استفاده میکنند. یکی از ویژگیهای مهم یک تکیهگاه، قابلاطمینان بودن آن است.
- خاک زیر تکیهگاه باید در مقابل تنشهای وارده از سازه تحت بارگذاریهای مختلف، استقامت خود را حفظ کرده و دچار گسیختگی نشود. کنترل این امر توسط مهندس طراح برای اطمینان از عملکرد مناسب سازه ضروری است.
- انتخاب ترکیبات بار مادر برای کنترل تنش خاک زیر پی و بسط آنها مهمترین قسمت کار است که در این یادداشت به آنها پرداخته شد.
- هرچند ساخت ترکیبات بار برای کنترل تنش در نرمافزار کمی وقتگیر است ولی روند کنترل آن توسط نرمافزار بسیار ساده است.
منابع
- مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398
- آییننامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله استاندارد 2800 ویرایش چهارم
- مبحث هفتم مقررات ملی ویرایش 1392
- جزوه تدریس ETABS دکتر حسینزاده اصل
- FEMA P-751: Chapter 5: Foundation Analysis and Design
- Soil pressure- Added by Mike Abell, last edited by Mike Abell on Aug 22, 2012 – by wikiCsi
مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن
-
24
-
25
-
26
-
تنش خاک زیر پی؛ بررسی ترکیب بار کنترل تنش مجاز خاک در safe به همراه 1 ویدئو
-
28
-
29
-
30
-
9+
-
مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!
- ارسال سوال برای تولید محتوا
سلام درقسمت show reaction force قسمت soil pressures برای من خاموشه چیکار باید بکنم؟
پاسخ دهید
سلام .به فنداسیونتون خاک زیر پی اختصاص بدین درست میشه
پاسخ دهید
سلام
با بررسی چند حالت که احتمال میدادم خاموش بودن گزینه Soil Pressure به این علت بوده باشد اما این بررسی نتیجه ای در پی نداشت. به همین دلیل نمی توان در این مورد نظری داد و باید فایل بررسی شود.
پاسخ دهید
با سلام و تشکر از مطالب ارزشمندی که در سایت قرار می دهید. به نظرم رفتار حرفه ای ایجاب میکنه که اگر از مطالب دیگه ای استفاده کردید منبع اون رو قرار بدین. در خیلی از مطالب از جزوات دکتر حسین زاده استفاده شده که متاسفانه منبع اون ذکر نشده است.
پاسخ دهید
سلام. همه تلاش ما این بوده همیشه اصالت مطالب حفظ بشه و منابع رو ذکر میکنیم. اگر در مقاله ای از مطالب دکتر حسین زاده عزیز هم استفاده شده، در بخش منابع اسم ایشون قرار گرفته، حتی در آموزشهای ویدئویی اگر از فایلهای ایشون استفاده شده با خودشون مکاتبه کردیم و مجوز گرفتیم. به هر حال اگر جایی فکر میکنید که از مطالب ایشون استفاده شده (نه مطالب عمومی و آیین نامه ای) و از دید ناظرین مقالات پنهان مونده بفرمایید تا بررسی بشه و در صورت تایید، در بخش منابع اشاره بشه.
پاسخ دهید
بسیارعالی. خوشحالم که برای شما این نکته حایز اهمیت بوده است.
پاسخ دهید
سلام چرا در ترکیبات بار کنترل فشار خاک از .۵*LREDUCED استفاده کردید در حالی که آیین نامه asce و مبحث ۶ استفاده از ضریب کاهش ۰٫۵ را فقط در ترکیبات بار حالت حدی مجاز دانسته اند و نه در ترکیبات روش تنش مجاز؟
پاسخ دهید
سلام. ببینید برای نرم افزار مهم نیست اسم بار رو چه وارد کردید، نوع اون و جایی که برای طراحی قراره استفاده بشه مهمه. بنابراین lred0.5 از نوع قابل کاهش هست اما به این معنی نیست که همیشه کاهش داده میشه بلکه بسته به جایی که قراره در طراحی موثر باشه قابلیت کاهش رو داره و از طرفی میتونیم در ترکیب بارهای طرحی حدی، ضریب اون رو نیم بدیم. ما اومدیم در ترکیبات بار کنترل تنش وارد کردیم، یعنی فقط اومدیم از مقدار بار استفاده کردیم، نه ضریب نیم به اون دادیم و نه جایی هست که نرم افزار به صورت خودکار مقدار با رو کاهش بده.
پاسخ دهید
با درود و خسته نباشید
بنده کارشناس ارشد سازه با ۱۳ سال سابقه کار در پروژه های صنعتی کشور واقعا به نوبه خودم از زحمات دوستان محترم که همچین مطالب مهمی رو با تصاویر واضح و به زبان ساده در اختیار جامعه مهندسی گذاشتن صمیمانه تشکر می کنم و یه خداقوتی خدمتون عرض می کنم . بنده هم در آرشیو خودم مطالبی دارم شاید بتواند در امر آموزش قابل استفاده باشد . بنده تا حد توان مایل به همکاری با دوستان بزرگوار هستم و در امر آموزش و ترویج مطالب روز دنیا تلاش خود را خواهم نمود .
با تشکر
پاسخ دهید
ممنون از مطالب به روز و پر محتوای شما
پاسخ دهید
باسلام وتشکراززحماتتون لطفا درموردپکیج صفرتاصدمحاسبات سازه اطلاع رسانی بفرمایید با تشکر
پاسخ دهید
با سلام و احترام از لینک زیر میتونید مشخصات کامل این دوره را مشاهده کنید.سپاس
https://sabzsaze.com/product/toremohasebat/
پاسخ دهید
عالی بود.ممنون
پاسخ دهید
سلام و خسته نباشید دارم
تو زمینه طراحی سازه با ایتبس و سیف پکیج آموزشی تو برنامه دارید؟
پاسخ دهید
سلام مهندس جان، بله در حال آماده سازی پکیج صفر تا صد محاسبات سازه هستیم. ان شاا.. در ماه های آتی منتشر خواهد شد.
پاسخ دهید
سلام خسته نباشید واقعا فقط ای کاش قابلیت دانلود رو به این مقالات اضافه میکردید تا بهتر بشه استفاده کرد. باز هم از زحمات شما صمیمانه تشکر میکنم.
پاسخ دهید
با سلام. مقالات جدید معمولا با کمی تاخیر pdf آنها قرار خواهد گرفت تا ایرادات نگارشی و نکات تکمیلی علی الخصوص درخواست های مخاطبین به مقاله اضافه شود. سایر مقالات pdf آنها گذاشته شده است.
ممنون از توجه شما
پاسخ دهید
با سلام
مقالات شما واقعا عالی هستند اگر بشه همه رو بصورت PDF هم قرار بدید واقعا لطف بزرگی کردید به کاربران
با تشکر
پاسخ دهید