صفحه اصلی  »  اعضای ویژه  »  کنترل آپلیفت در ایتبس و سیف به همراه 11 راهکار کاهش uplift ستون و پی در ساختمان

کنترل آپلیفت در ایتبس و سیف به همراه 11 راهکار کاهش uplift ستون و پی در ساختمان

  • تعداد صفحات: 30
  • سطح لازم برای درک مطلب: سال 4 کارشناسی
  • آخرین ویرایش: سال 1397
  • ناشر: دپارتمان تحقیقات و توسعه گروه صنعتی سبزسازه
  • تولید کنندگان محتوا:
تولید کنندگان آموزش

آپلیفت (uplift) چیست؟

یکی از کنترل هایی که 80 درصد طراحان از آن غافل می شوند و می تواند برای سازه درد سر ساز باشد، uplift  یا بلندشدگی است اما چند سوال آیا با قرار دادن شمع در طراحی فونداسیون می توانیم به کاهش آپلیفت در فونداسیون کمک کنیم؟اگر سازه برای نیروی آپلیفت جواب نداد، راه حل چیست؟

در این ایبوک فوق العاده علاوه بر بیان نکات مهم در رابطه با uplift به نحوه کنترل آپلیفت در سیف و ایتبس می پردازیم.

این صفحه تنها بخش کوتاهی از ایبوک کنترل آپلیفت در ایتبس و سیف می باشد متن اصلی این ایبوک را منطبق بر فهرست مطالب، دانلود کنید.

آپلیفت (Uplift) چیست؟

آپلیفت (Uplift) به معنای بلند شدگی یا برکَنِش است. منظور از بلند شدگی می­ تواند موارد زیر باشد:

  • نیروی کششی منتقل‌ شده از مهاربند، به ستونِ متصل به آن مهاربند
  • نیروی فشاری باد به ‌خصوص در طراحی سازه ‌های صنعتی (سوله)
  • فشار بالا برنده ناشی از تورم خاک یا تراوش (Seepage) در زیر فونداسیون
  • بارگذاری خارج از محور ستون ‌ها (ناشاقولی ستون)

ولی زمانی که در طراحی ساختمان از uplift بحث می ­کنیم معمولاً دو مفهوم زیر دنبال می­ شود:

  1. در وهله اول بلند شدگی عبارت است از نیروی کششی به وجود آمده در ستون تحت یک ترکیب بار مشخص که در نتیجه‌ی آن، ستون تمایل دارد به سمت بالا حرکت کند که نمونه­ هایی از آن را در تصاویر زیر مشاهده می­ کنید. معمولاً این نوع uplift در ETABS کنترل می ­شود.

 

آپلیفت ستون (بررسی آپلیفت در ساختمان)

 

  1. در صورتی‌ که اتصالات ستون به پی که در واقع همان کف ستون است به ‌خوبی طراحی شده باشند و نیرو های ایجاد شده در ستون بتوانند به پی منتقل شوند، امکان بلندشدگی فونداسیون از روی خاک وجود خواهد داشت و در نتیجه خاک زیر پی که کشش را تحمل نمی ­کند، دارای فشار صفر خواهد بود. البته توجه شود که آپلیفت در پی مفهوم کلی ­تری نسبت به حالت قبل دارد و صرفاً ناشی از نیروی کششی ستون نیست، بلکه لنگر های منتقل ­شده از ستون به پی نیز می ­تواند موجب بلند شدگی پی گردد. در مقیاس بزرگ‌ تر برآیند نیرو ها و لنگر های منتقل ­شده از تمامی ستون ‌ها، می­ تواند با یک خروج از مرکزیت نسبت به مرکز سطح پی اثر کند، که با توجه به این که در اکثر کارهای طراحی فرض بر صلب بودن پی است، امکان بلند شدگی قسمتی از پی وجود خواهد داشت (به تصاویر زیر توجه کنید). این نوع uplift در SAFE کنترل می ­شود.

 

تنش کششی در پی و اثر آن بر uplift

ایجاد تنش کششی در پی بر اثر لنگر ستون‌ها

 

 

بلندشدگی پی

ایجاد آپلیفت در پی

 

 

کاهش آپلیفت در ساختمان و پی

راهکار های کاهش uplift در ستون:

  1. تغییر محل مهاربند: با توجه به این که ستون ­های گوشه، کناری و میانی دارای سطح بارگیر ثقلی متفاوت می ­باشند، لذا مطلوب است که مهاربند ها در کنار ستون ­هایی قرار گیرند که سطح بارگیر بزرگ ‌تری داشته و سهم بیشتری از نیروی ثقلی دارند. البته به لحاظ معماری معمولاً جانمایی مهاربند در دهانه ­های داخلی مطلوب نیست که در نظر گرفتن این امر و ایجاد تعادل بین آن‌ ها از جمله چالش‌ های مهندسین طراح است.
  2. افزایش تعداد دهانه ­های مهاربندی شده (خصوصاً در طبقه اول): با افزایش تعداد دهانه ­های مهاربندی شده، نیروهای جانبی زلزله توسط تعداد بیشتری از مهاربند ها تحمل می­شوند و نتیجه‌ اینکه، نیروی هر یک از مهاربند ها کاهش پیدا خواهد کرد. این روش علاوه بر این که نیروی uplift در ستون را کاهش می­دهد، باعث کوچک ‌تر شدن مقاطع بادبند ها نیز می ­شود.
  3. استفاده از بادبند در دهانه ­های با طول بزرگ‌ تر: با توجه به این که می­ دانیم این مؤلفه قائم نیروی مهاربند است که باعث آپلیفت در ستون می ­شود، لذا هر راهکاری که مؤلفه قائم نیروی مهاربند را از بین ببرد، باعث کاهش اثر uplift در ستون خواهد شد. مشخص است که هر چه مهاربند ها به صورت افقی‌ تر (با زاویه‌ی کوچک ‌تر نسبت به افق) قرار گیرند، مؤلفه افقی آن ­ها نسبت به قائم بزرگ ‌تر خواهد شد. علاوه بر بزرگ تر شدن مؤلفه افقی نیروی مهاربند، عملاً در برابر زلزله عملکرد مطلوب ­تری خواهد داشت و می­ توان مقطع بهینه ­تری را برای مهاربند به دست آورد.
  4. تغییر نوع مهاربند ها: با دقت در جدول 3-4 آیین­ نامه طراحی ساختمان­ ها در برابر زلزله (استاندارد 2800 – ویرایش 4) مشخص می­ شود که با تغییر بادبند ها از نوع همگرای معمولی به مهاربند همگرای ویژه یا واگرای ویژه و یا حتی به مهاربند کمانش تاب، ضریب رفتار سازه افزایش پیدا کرده و در نتیجه نیروی زلزله طراحی کاهش پیدا می­ کند.
  5. استفاده از چیدمان ­های خاص: با استفاده از بعضی چیدمان ­های خاص، نیروی کشش مهاربندها توسط همدیگر خنثی می­ گردد. از جمله این چیدمان ­های خاص می­ توان به Dia Grid و Steel Braced Tube اشاره کرد که در تصویر زیر نمونه از آن را مشاهده می‌کنید. البته عمده کاربرد این نوع از مهاربند ها در ساختمان­ های بلند مرتبه است. تئوری این نوع از چیدمان، به این شکل است که در هر طبقه از ساختمان، المانی از مهاربند قرار می­ گیرد ولی طرز قرارگیری این مهاربندها به شکلی است که مجموعه مهاربندها خود یک مهاربند بزرگ‌ تر تشکیل می­ دهند.

 

 

چیدمان خاص در اتصال مهاربند جهت حذف آپلیفت

استفاده از چیدمان­ های خاص در اتصال مهاربند جهت حذف آپلیفت

 

  1. افزایش ضخامت صفحه‌ ستون (Base Plate) و افزایش تعداد بولت­ ها: در صورتی‌ که نتوان با استفاده از پنج روش اشاره ‌شده‌ ی قبلی نیروی بلندشدگی را کاهش داد، نیروی بلندشدگی ایجاد شده باید توسط المان­ های سازه تحمل گردد. از جمله‌ی این المان ­ها، صفحه ‌ستون است که می­توان با افزایش ضخامت صفحه ‌ستون (برای جلوگیری از جاری شدن آن در خمش) و افزایش تعداد بولت ­های ورق پای ستون، سازه را برای تحمل نیروی بلند شدگی مقاوم کرد. در طراحی­ ها حتماً باید دقت شود تا بولت­ ها، طول مهار کافی داشته باشند و به اندازه کافی در پی فرو رفته باشند.

 

 کنترل آپلیفت پی با استفاده از تحلیل دینامیکی

  • هم زلزله استاتیکی و هم دینامیکی را می‌توان به SAFE  ارسال و طراحی فونداسیون را انجام داد. منتها در مواردی که بلند شدگی فونداسیون (برکَنش) داشته باشیم (حتی اگر جزئی باشد) طبق توصیه شرکت CSI  بهتر است که در آنالیز و طراحی پی از زلزله دینامیکی طیفی (SPEC)  استفاده نکنیم زیرا این تحلیل دارای ماهیت فرمول‌ بندی خطی سازه است و طراحی پی و کنترل خاک با زلزله استاتیکی (با ترکیب بارهای غیرخطی) انجام شود.

متن توصیه CSI  :

For foundation analysis and design, nonlinear uplift cases may not be converted from spectrum combinations because response spectrum analysis is a linear formulation. As an alternative, spectrum story forces may be applied within ETABS manually as a lateral load case, then response may be exported to SAFE for foundation design (CSI- Knowledge Base).

پیش از تشریح گام بندی نحوه ساخت زلزله استاتیکی ِ معادل ِ زلزله‌ی دینامیکی، لازم است بدانید که برخی از طراحان به نتایج دریفت حاصل از زلزله دینامیکی اعتماد ندارند. این مسئله در ورژن­ های پایین ایتبس، به خصوص در ETABS 9  که بیشتر خروجی‌ها (به جای drift) به صورت displacement هستند، بحرانی ‌تر است. از همین رو مهندسین طراح ترجیح می‌دهند مستقیماً از زلزله دینامیکی استفاده نکنند و یا در برخی موارد خاص همچون زمانی که طراح (جهت استفاده از تخفیف ۱۰ یا ۱۵ درصدی بار زلزله در همپایه ‌سازی) اصرار به استفاده از زلزله دینامیکی داشته باشد، می‌تواند ابتدا در ایتبس زلزله‌ های استاتیکی (از نوع user load) و بر اساس توزیع دینامیکی بسازد سپس طراحی را انجام دهد. لازم به ذکر است این کار به علت تغییر ماهیت نوع بار و در نظر گرفته نشدن اثر سختی در زمان تناوب، دارای خطا در طراحی سازه است و توصیه نمی‌شود، در ورژن ­های جدید ایتبس این مشکل رفع شده و فقط کافی است برای کنترل تنش‌ها در Safe این تعریف بار استاتیکی صورت گیرد.

 

نکات کنترل آپلیفت در ایتبس با روش تحلیل استاتیکی

همان‌ طور که قبلاً گفته شد، بنا به توصیه CSI بهتر است در صورت وجود Uplift، کنترل آپلیفت در ایتبس با نیروهای به دست آمده از تحلیل دینامیکی طیفی صورت نگیرد و به جای آن از نیروهای تحلیل استاتیکی استفاده شود.ولی می­ دانیم که در صورت استفاده از نیروهای تحلیل استاتیکی، به ‌احتمال‌ زیاد شدت نیروها افزایش خواهد یافت. لذا سؤالی که پیش می ­آید این است که چگونه از تخفیف ­های تحلیل دینامیکی طیفی استفاده کنیم؟بهتر این است که بعد از اتمام تحلیل و طراحی سازه مورد نظر تحت تحلیل دینامیکی، نسخه جدید را Save as گرفته و این مراحل را در فایل جداگانه ­ای انجام داد تا فایل طراحی سازه دست نخورده باقی بماند. در نسخه جدید از فایل ETABS بعد از تحلیل سازه به ترتیب وارد منوهای Display، Show Tables، Tables، Analysis، Results، Structure Results و Story Forces شده و برش طبقات را قرائت می­کنیم:

 

کنترل آپلیفت در ایتبس

 

در پنجره باز شده، از فیلد Load Case⁄Combo بارهای دینامیکی طیفی مورد نظر و از فیلد Location گزینه Bottom را انتخاب می­ کنیم. به‌ عنوان‌ مثال، در پنجره زیر SX نام مربوط به باره دینامیکی طیفی در راستای X و بدون خروج از مرکزیت است و برش طبقات تحت این الگوی بار را می ­توان در پنجره زیر مشاهده کرد:

 

کنترل Uplift در Etabs

 

از آنجایی‌ که نیروهای زلزله دینامیکی می ­باشند، مشاهده می ­شود که الگوی بار در راستای X، علاوه بر ایجاد برش در راستای X، منجر به ایجاد برش در راستای Y نیز شده ­اند و برای محاسبات دقیق ­تر باید این برش­ ها و در نتیجه نیروهای مربوط به آن­ ها را نیز در نظر گرفت. لذا برای محاسبه نیروهای وارد بر هر دیافراگم روی پنجره مربوط به Story Forces راست کلیک کرده و سپس گزینه Export to Excel را انتخاب می ­کنیم. در فایل Excel باز شده، با استفاده از برش طبقات، نیروهای وارد بر هر دیافراگم را محاسبه می­ کنیم:

 

نیروی آپلیفت در etabs

 

حال از منوی Define گزینه Load Patterns را انتخاب کرده و در پنجره باز شده، الگوهای بار لرزه ­ای جدیدی از نوع User Loads تعریف می ­کنیم:

 

نحوه ی کنترل آپلیفت در ایتبس

 

با انتخاب الگوی بار جدید و سپس گزینه Modify Lateral Load، در پنجره باز شده، نیروهای به دست آمده را وارد می­ کنیم:

فقط باید توجه داشت که در صورتی‌ که الگوی بار مربوط به بار با خروج از مرکزیت است، باید مقدار آن را نیز در قسمت مربوطه وارد کرد:

 

نحوه کنترل بلندشدگی در ایتبس

 

در طراحی خود پی و کنترل آن می‌توان از زلزله دینامیکی انتقال یافته به نرم‌افزار safe استفاده نمود و فقط برای کنترل تنش زیر پی از الگوی بار شرح داده شده استفاده نمود.

اما اگر بخواهیم از این بارهای جدید برای طراحی پی استفاده کنیم (که توصیه نمی‌کنیم) باید ترکیب بارها اصلاح شده و به جای الگوهای بار لرزه‌ای دینامیکی طیفی، از این الگوهای بار استفاده کرد. با توجه به این که بارهای تعریف‌ شده، بارهایی استاتیکی می­ باشند، بارهای جدید به صورت رفت و برگشتی اعمال نخواهد شد. ولی به عنوان یک پیشنهاد می­توان از روش زیر برای کاهش تعداد الگوهای باری که اضافه خواهند شد، استفاده کرد.

از منوی Define می­ توان گزینه Load Cases را انتخاب کرد و سپس با انتخاب  مربوط به بار دینامیکی طیفی و سپس کلیک روی گزینه modify/show case وارد پنجره مورد نظر شد.

 

ترکیب بار دینامیکی طیفی برای کنترل آپلیفت در پی

 

سپس در پنجره باز شده تغییرات لازم را به صورت زیر باید اعمال کرد تا case مربوط به بار دینامیکی طیفی که در ترکیب بارها از آن استفاده شده، از بار لرزه ­ای User Load استفاده کند.

 

uplift در ایتبس

 

 

نحوه ی کنترل آپلیفت در سیف

در صورت استفاده از تحلیل خطی طبق بند 7-4-5-1-8 مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان ایران (پی و پی­ سازی) در کنترل تنش­ های زیر پی باید توجه داشت که هیچ نقطه­ ای از پی نباید دچار کشش شود (حداقل تنش=0) مگر آنکه آن بخش از کشش توسط المان­ هایی مثل شمع، ریز شمع یا مهارها تحمل شود.

در صورت انجام تحلیل غیرخطی طبق بند 9-20-4-2-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران (طرح و اجرای ساختمان­ های بتن­ آرمه) در شالوده ­های منفرد و گسترده، توزیع فشار خاک می ­تواند به نحوی باشد که در قسمتی از آن فشار روی خاک به صفر برسد، مشروط بر آنکه طول این قسمت در هیچ امتداد از یک‌ چهارم بعد شالوده در آن امتداد تجاوز نکند. (یعنی حداکثر «یک ‌چهارم» بعد شالوده می‌تواند تحت تنش صفر قرار گیرد.)

به ‌عنوان‌ مثال فونداسیون زیر را در نظر بگیرید:

بلندشدگی فونداسیون

 

 آیا امکان بلندشدگی (آپلیفت) پی وجود دارد یا خیر؟

همه ترکیبات بار کنترل تنش خاک زیر پی (ترکیبات تنش مجاز طبق بند 4-2-3-6 مبحث ششم) را تعریف کرده و یک پوش (ماکزیمم مقدار یا مینیمم مقدار) از آن ایجاد می‌کنیم.
در نظر داشته باشید می‌توانید هم تحت ترکیب باری که بیشترین اثر uplift در سازه  را دارد (0.6D+0.7E) کنترل را انجام دهید هم ترکیب بار پوش، زیرا در هر دو حالت نرم ‌افزار حالت بحرانی را در نظر می‌گیرد (در ترکیب بار پوش به صورت خودکار و در ترکیب بار بحرانی به صورت دستی)

در نرم­ افزار SAFE نیز وارد منوی Define⟹Load Combinations شده و ترکیب بارهای مورد نظر را ایجاد می­ کنیم و سپس به کمک همه ترکیب بارهای ایجاد شده یک Envelope برای مشاهده تنش خاک ایجاد می­ کنیم.

 

آپلیفت فونداسیون

 

در نهایت مدل مورد نظر را تحلیل می ­کنیم و سپس وارد منوی زیر می ­شویم:

 

کنترل آپلیفت در سیف

 

در پنجره باز شده، Envelope مورد نظر را انتخاب کرده و سپس گزینه Max را انتخاب می­ کنیم و در ادامه بر روی گزینه Apply کلیک می ­کنیم. در قسمت پایین صفحه می ­توان حداکثر مقادیر را مشاهده کنیم که در صورت مثبت بودن فشار، آپلیفت رخ داده است (توجه داشته باشید ما از ترکیبات بار خطی استفاده نمودیم برای همین نباید در هیچ نقطه‌ای از پی تنش مثبت داشته باشیم) در ادامه بیان می‌شود که چطور می‌توانیم از ترکیبات غیرخطی و تخفیف آیین ‌نامه استفاده کنید.

 

uplift در safe

 

 

کنترل آپلیفت در safe

 

 

با توجه به این که بیشترین تنش موجود در خاک منفی است (2.612- تن بر مترمربع)، پس کل خاک زیر پی در فشار است.

مشاهده می­ شود که در مدل بررسی شده بلند شدگی رخ نداده است و در تمام خاک زیر سطح فونداسیون، خاک در فشار است.

در صورتی‌ که در بعضی نقاط عدد مثبت مشاهده شد نشان ‌دهنده این است که خاک به کشش افتاده که این مورد به علت اینکه خاک مقاومت کششی ندارد نادرست است و باید کاری کنید در این نقاط تنش به صورت خودکار صفر در نظر گرفته شود و بر این اساس طراحی را انجام دهیم.

 

منابع

  1. مبحث نهم مقررات ملی چاپ 92
  2. مبحث هفتم مقررات ملی چاپ 92
  3. استاندارد 2800 ویرایش چهارم
  4. CSI- Knowledge Base

 

 

مسیر یادگیری برای حرفه ای شدن

پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 17,260 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

با ارسال 13اُمین دیدگاه، به بهبود این محتوا کمک کنید.
نظرات کاربران
  1. بیات

    سلام جناب مهندس من به تازگی متوجه شدم در سیف با دقت بسیار بالا برای هر نوع سازه فلزی میشه برش پانچ رو کنترل کرد. و هیچ محدودیتی در این زمینه نیست. در صورتی که تو خیلی از مطالب آموزشی که دیدم به انواع محدودیتهای پانچ در سیف اشاره میکنن. ولی سیف امکان این کنترل رو دقیق در اختیار کاربر میزاره.

    پاسخ دهید

  2. علی بهنیا

    سلام
    البته نیروی بلندشدگی در سازه های زیرزمینی می تونه ناشی از اثر آب بر فونداسیون سازه باشه که در این مقاله به اون اشاره ای نشده بود.

    پاسخ دهید

  3. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام. بله به نکته مهمی اشاره کردید که انشاالله در آپدیت به اون اضافه خواهیم کرد. ممنونم از توجه شما

    پاسخ دهید

  4. علی محمدی

    با سلام بنده در سیف فونداسیون نواری رو مدل کردم دست آخر که میخوام ترکیب بارها رو به غیر خطی کانورت کنم انتخابشون که میکنم و کانورت رو میزنم پیغام میده فلان تعداد انتخاب و صفر کومبو کانورت، میخام بدونم دلیل اینکه کانورت نمیشن به غیر خطی چیه سیف من ۲۰۱۴ است ممنون

    پاسخ دهید

  5. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام. احتمالا شما در هنگام ساخت ترکیب بارها اونها رو به حالت دستی تغییر ندادید.

    پاسخ دهید

  6. علی محمدی

    ممنون از پاسخ شما
    منظور شما رو درست متوجه نشدم ولی ترکیب بارهای طراحی که از ایتبس اومده و ترکیب بارهای کنترل تنش زیر پی که دستی وارد کردم و حالا که میخام اینارو برای حظف کشش به صورت غیر خطی تعریف کنم در گزینه مربوط به کانورت ترکیب بارها که در سیف موجود است همه ترکیب بارها رو انتخاب میکنم و گزینه کانورت رو میزنم پیغام میده که مثلا تعداد ۵۰ کومبو انتخاب و صفر کومبو کانورت شده
    میخاستم دلیل اینکه کانورت نمیشن رو بدونم
    با تشکر

    پاسخ دهید

  7. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    این مورد هم میتونه عامل این قضیه باشه: هیچکونه لود کیس خطی ندارید که توی ترکیبات بار اومده باشه، یعنی قبلا در لود کیس ها، همه رو غیرخطی کردید

    پاسخ دهید

  8. علی ماهان

    سلام
    دم شما گرم
    خیلی خوب و نسبتا کامل
    خسته نباشید و موفق باشید!

    پاسخ دهید

  9. mmpsaze

    سلام
    مهندس اونجا که FX رو ساختیم تکلیف FY چی شد؟؟
    FX رو با خروج از مرکزیت مثبت و منفی وارد کنیم؟؟ یعنی دو بار تعریف کنیم؟
    در LOAD CASES فقط SX رو اصلاح کنیم؟ تکلیف SPXP (با خروج از مرکزیت) چی میشه؟

    پاسخ دهید

  10. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام. مراحل کار به عنوان نمونه بود و باید برای Fy هم ترکیبات بار استاتیکی رو بسازیم.
    برای تبدیل کل الگوهای بار دینامیکی هم باید هم برای بارهای دارای خروج از مرکزیت و هم بدون خروج از مرکزیت و در دو جهت x و y این کار را انجام دهید.

    پاسخ دهید

  11. mmpsaze

    سلام
    مقاله آپلیفت رو چطوری دانلود کنم؟

    پاسخ دهید

  12. سعید کاویان‌پور (پاسخ مورد تایید سبزسازه)

    سلام مهندس عزیز. مقاله کنترل آپلیفت در ساختمان در حال تکمیل و اصلاحه و تا یکی دو روز دیگه قابل دانلود خواهد بود.

    پاسخ دهید

؟ شهرزاد صادقی | مشاور شما :

پاسخ سوالات متداول غیر علمی خود را با کلیک روی علامت سوال بدون اتلاف زمان پیدا کنید.