قرمز شدن تیر در ایتبس و اصلاح ضریب سختی پیچشی تیرهای بتنی

همان طور که می دانید در طراحی سازه اکثر ما با مشکل قرمز شدن تیر در ایتبس رو برو می شویم که باید این مشکل حل شود اما چگونه؟ آیا راه آن افزایش مقطع تیر است؟

در این مقاله کاربردی گام به گام رفع مشکل قرمز شدن تیر ها آشنا می شویم برای رفع خطاهای طراحی به مقاله رفع خطاهای پر تکرار طراحی در ایتبس مراجعه کنید.

⌛ آخرین به روز رسانی: 6 مرداد 1400

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

1. علت قرمز شدن تیر ها در ایتبس:

مورد بسیار متداولی که در ساختمان‌های بتن آرمه وجود دارد، قرارگیری تیرهای فرعی بر روی تیرهای اصلی است. مشکلی که طراحان در این شرایط با آن روبرو می‌شوند، قرمز شدن این تیرها به دلیل وجود پیچش زیاد است. در این شرایط چاره کار نه افزایش ابعاد مقطع بلکه لحاظ نمودن ضرایب اصلاح سختی پیچشی در آنها می‌باشد.

شکل 1قرمز شدن تیر

همان‌طور که در شکل مشاهده می­کنید، تیرهای فرعی اتاقک آسانسور، باعث پیچش در تیر اصلی شده، بدین صورت که در تیرهای فرعی لنگر خمشی ایجاد می­شود و از آنجایی که تیرهای فرعی به تیر اصلی متصل می­باشند، باعث ایجاد لنگر پیچشی در تیر اصلی می­شوند. (منظور از پیغام O/S وجود پیچش زیاد می­باشد.)

مطابق با فلسفه اعمال ضرایب اصلاح سختی که قبلاً در مقاله ” ضرایب سختی تیر و ستون ” بررسی نمودیم، در وضعیت فعلی نیز به علت ترک‌های پیچشی، درعمل تیر اصلی دوران کرده و سختی پیچشی آن کاهش می‌یابد؛ لذا بایست ضریبی برای اصلاح سختی پیچشی این تیرها در نظر گرفته شود.

برخلاف ضرایب اصلاح سختی خمشی تیرها و ستون‌ها، مبحث نهم برای ضریب اصلاح سختی پیچشی، عدد مشخصی را بیان نمی‌کند، در عوض به صورت واضح اشاره دارد که در تحلیل سازه باید سختی پیچشی اعضای ترک خورده به نحو مناسب محاسبه و منظور گردد؛ بنابراین پروسه تشخیص ضریب اصلاح سختی پیچشی برخلاف ضریب اصلاح سختی خمشی، محاسباتی است.

دراین خصوص مبحث نهم در خلال بندهای ذیل، روش محاسبه ضریب اصلاح سختی پیچشی را بیان می‌کند.

2. رفع مشکل قرمز شدن تیر در ایتبس

مقدار Tu و ΦTcr از نتایج محاسبات نرم­ افزارهای مهندسی قابل استخراج بوده و به­ راحتی می­ توان ضریب اصلاح سختی پیچشی را با گام­ بندی تصویری زیر بدست آورد.

1.2 گام اول برداشت Tu و Tcr

مطابق با پیش­ فرض نرم­ افزار که سختی پیچشی آن عدد یک می­ باشد روند محاسبه را آغاز می­ نماییم. پس از طراحی اولیه مقادیر Tu و ΦTcr را با کلیک راست بر روی عضو تحت پیچش و طی مراحل زیر بدست می­ آوریم.

شکل 2نتایج طراحی تیر در ایتبس

بر روی گزینه Envelope کلیک کنید. همانطور که ملاحظه می کنید در این پروژه مقدار Tu=95.2204 kN.m می باشد.

شکل 3 لنگر پیچشی نهایی Tu

سپس به پنجره قبلی بازگردید و این بار گزینه Shear را انتخاب کنید.

همانطور که در تصویر زیر ملاحظه می کنید مقدار ΦTcr=39.2947 kN.m می باشد.

شکل 4 ظرفیت پیچشی تیر

2.2 گام دوم اصلاح سختی پیچشی تیرها

اگر Tu<ΦTcr باشد نیازی به اعمال ضریب کاهش سختی پیچشی نیست. ولی اگر Tu>ΦTcr بایستی به­ صورت آزمون و خطا ضریبی (کمتر از 1) را هر بار در قسمت مشخص شده در پنجره زیر وارد کرد تا نهایتاً Tu و ΦTcr تقریباً برابر گردند.

شکل 5 اصلاح سختی پیچشی

 آیا در تمام تیرها مجاز به کاهش ضریب سختی پیچشی تیرها هستیم؟

خیر … به طور کلی با دو نوع پیچش روبرو هستیم.

پیچش تعادلی: در این نوع پیچش امکان بازتوزیع نیروها فراهم نیست؛ بنابراین در این اعضا امکان کاهش در لنگر پیچشی وجود نداشته و عضو را برای لنگر Tu  طراحی می‌کنیم. به طور مثال زمانی که یک قاب معین یا قسمتی معین از یک سازه معین را داشته باشیم، پیچش از نوع تعادلی می­باشد.

نکته: تیرهای طره پیچش از نوع تعادلی داشته، یعنی امکان باز توزیع نیرو و کاهش در لنگر پیچشی وجود ندارد.

شکل 6 پیچش تعادلی

پیچش همسازی: در این نوع پیچش امکان بازتوزیع نیروها فراهم می‌باشد؛ بنابراین در این اعضا می‌توان عضو را برای لنگر 0.75Tcr طراحی کرد.

شکل 7 پیچش همسازی

3. معرفی پلاگین ایتبس برای اصلاح خودکار سختی پیچشی تیرها

مطابق با سؤال و جواب کارگاه بتن کمیته ایرانی نرم افزار، در رابطه با پیشنهاد اعمال ضریب ترک خوردگی پیچشی برابر 0.15 که مطابق با توصیه آیین نامه آبا درگذشته بوده است این‌گونه پاسخ‌داده‌شده است:

شکل 5 جواب کمیته ایرانی نرم افزار در رابطه با ضریب ترک خوردگی پیچشی

با توجه به این سؤال، اعمال ضریب 0.15 طبق آیین‌نامه آبا درگذشته امکان­ پذیر نیست و در مواقعی که ممان پیچشی اسمی مقطع از لنگر پیچی آستانه بیشتر باشد (T_u>ϕT_th) حتماً باید آرماتور حداقل پیچشی در آن­ها لحاظ شود.

مطابق با مطالب فوق، محاسبه­ ی ضریب کاهش پیچشی تیر­ها به‌صورت جداگانه الزامی است. که درواقع محاسبه­ ی آن‌ها به‌صورت دستی زمان زیادی خواهد برد.

در ادامه با معرفی پلاگین پیچش همسازی در ETABS که توسط مهندس مرتضی باقری برنامه‌نویسی شده است می‌پردازیم که پیچش همسازی تیر­ها را در نرم‌افزار ETABS آسان و سریع‌تر می‌کند.

جهت استفاده از این پلاگین ابتدا متناسب با ورژن نرم‌افزار ETABS خود، پلاگین را از لینک‌های زیر دانلود کرده و مطابق با شکل زیر پلاگین را برای نرم‌افزار تعریف کنید:

دانلود پلاگین پیچش همسازی برای ETABSv16 ورژن 1.0.1

دانلود پلاگین پیچش همسازی برای ETABSv18&19 ورژن 1.0.1

شکل 6 مسیر واردکردن پلاگین به نرم‌افزار ETABS

پس از اضافه کردن پلاگین به نرم‌افزار، می‌تواند از همان منوی Tools اقدام به باز کردن پلاگین کرده و آن را اجرا کنید. پس از اجرای آن پنجره‌ی زیر بازخواهد شد که مطابق با حساسیت پروژه ­ی خود می‌تواند آن را تنظیم کنید.

شکل 7 پلاگین پیچش همسازی در نرم افزار ETABS

در شکل 7،  𝜑T درواقع همان ضریب کاهش مقاومت پیچش برابر با 0.75 است. درقسمت Max Step مقدار تلاش، جهت رسیدن به عدد مورد در آزمون خطا را درخواست می‌کند و Max Tolerance حداکثر میزان نزدیکی اعداد به یکدیگر را درخواست می‌کند.

در مواقعی که تیک T modifier زده باشد؛ مقدار Torsion در قسمت property modifiers یک تیر را برابر با یک قرار می‌دهد و خود از اول آن را محاسبه می‌کند.

شکل 8 نمایش مقدار ضریب Torsion در قسمت Property Modifiers

در قسمت Load Combination در گزینه دارد که شما می‌توانید با توجه نیاز خود یکی از آِن گزینه‌ها رو انتخاب کنید.

پس از Ran کردن پلاگین نتایج به شما نمایش داده می‌شود که می‌توانید این نتایج را به نرم­ افزار اکسل منتقل کرده و موارد را بررسی کنید.

شکل 9 نتایج به دست آماده از پلاگین پیچش همسازی

مشاهده می‌کنید که در بسیاری از تیر­ها مقدار ترک­خوردگی پیچش آن‌ها یک شده است. که این نشان‌دهنده آن است که تیر موردنظر نیاز به ضریب ترک­خوردگی پیچشی نیست و عملاً اعمال ضریب ترک­خوردگی پیچشی 0.15 برای تمام تیرها را رد می‌کند.

در ویدیو آموزشی رایگان از مهندس مرتضی باقری، به بررسی پیچش در تیر­های بتنی و معرفی پلاگین مربوط به پیچش همسازی در تیر­های بتنی پرداخته است.

❓ با این تفاسیر در چه اعضایی امکان کاهش در لنگر پیچشی وجود ندارد؟

در تیرهای طره پیچش ایجاد شده از نوع تعادلی است. به این معنی که امکان باز توزیع نیرو و کاهش در لنگر پیچشی وجود ندارد. بنابراین در تیرهای طره نمی توان با کاهش ضریب سختی پیچشی این موضوع را حل کرد. در این حالت باید عضو را برای لنگر Tu طراحی کرد.

4. اصلاح سختی پیچشی در قالب یک ویدئو

در ویدئو آموزشی رایگان زیر که قسمت کوتاهی از ویدئو  طراحی دستی تیر بتنی و تفسیر نتایج آن در Etabs2016 می باشد، مهندس آرزو محمدی ابتدا انواع پیچش را معرفی می کند و سپس نحوه محاسبه دستی آرماتورهای طولی و عرضی پیچشی را آموزش می دهد. این فیلم آموزشی را از دست ندهید.

5. خاموت پیچشی لرزه ای

در اعضایی که تحت پیچش خالص و قابل توجهی قرار می گیرند استفاده از ۲ آرماتور U شکل به صورت وصله پوششی مطلوب نیست. دلیل این امر از بین رفتن پوشش بتن در پیچش های بزرگ می باشد که نهایتا منجر به گسیختگی پیچشی زودرس می شود. (R25.7.1.6) همانطور که ملاحظه می کنید مقطع زیر یک تیر کناری بوده که به دال متصل است و اثر پیچش در آن قابل ملاحظه می باشد.

شکل 8 تنگ بسته به صورت وصله پوششی

اضافه می کنیم بنابر آیین نامه ACI استفاده از این شکل خاموت در سایر شرایط محدودیتی نداشته و فقط منظور اعضایی است که تحت پیچش قرار می گیرند (R25.7.1.7)

اما موردی که در اینجا می خواهیم به آن بپردازیم معمولا در مراجع فارسی کمتر به آن پرداخته می شود.

❓ در مقاطعی که تحت پیچش قابل توجهی قرار می گیرند، طراحی تنگ ویژه به چه صورت خواهد بود؟

تنگ ویژه، خاموتی است بسته، که در دو انتها به قلاب ویژه ختم می شود.

قلاب ویژه نیز، قلابی است با خم حداقل ۱۳۵ درجه.

همچنین تنگی که بخواهد در برابر پیچش مقاومت کند حتما بایستی به صورت تنگ بسته باشد. البته بایستی به این نکته اشاره کنیم که منظور از تنگ بسته این نیست که آرماتورهای عرضی به صورت یکسره باشد، می توان از یک آرماتور U به همراه آرماتور تک شاخه استفاده کرد که در هریک از شرایط به توضیحات بیشتری می پردازیم.

در مقطع مستطیلی زیر، با توجه به اینکه از هیچ طرفی محصور شدگی برقرار نیست؛ بنابراین قلاب انتهایی از هر دو سمت بایستی به خم حداقل ۱۳۵ درجه منتهی شود.

شکل 9تنگ بسته

ولی در مقطع زیر، با توجه به اینکه دال از سمت راست به محصور شدگی کمک می کند؛ خم این سمت را می توان ۹۰ درجه گرفت.

شکل 10تیر محیطی

با همین منطق می توان از خم ۹۰ درجه در هر دو انتهای تیر زیر استفاده کرد و لزومی به استفاده از خم ۱۳۵ درجه نیست!

نتیجه­ گیری

1. نحوه اصلاح سختی خمشی و پیچشی در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و آیین­ نامه بتن آمریکا عملاً مشابه با یکدیگر می­ باشند.
2. اعمال ضریب سختی خمشی و پیچشی در نرم­ افزار بسیار ساده و مشابه با یکدیگر می­ باشد، تنها تفاوت این است که “ضرایب اصلاح خمشی” توسط آیین­ نامه به­ صراحت و به­ صورت عددی بیان شده­ اند ولی برای ضریب اصلاح پیچش فرآیندی آزمون و خطایی نیاز است.
3. برخلاف اینکه عموماً تصور می­ شود با اعمال ضرایب اصلاح سختی، جواب گرفتن از مقاطع دشوار خواهد شد، در مواردی نظیر پیچش، عکس این تصور برقرار است و با اعمال ضرایب پیچشی مناسب شرایط بهبود می­ یابد.

منابع

1. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
2. EFFECTIVE RIGIDITY OF REINFORCED CONCRETE ELEMENTS IN SEISMIC ANALYSIS AND DESIGN, J.R. Pique and M. Burgos
3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1399
4. آیین­ نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا