نکات مهم در طراحی سازه های فولادی مهاربندی همگرا و واگرا

1-     با توجه به اینکه یکی از نکات بحث برانگیز و مهم در زمینه سازه های فلزی کنترل ترکیب بارهای ویژه طرح لرزه ای (موضوع بند 10-3-6-1 و 10-3-4-4 در ویرایش جدید مبحث دهم) بوده است و با توجه به تغییراتی که در این زمینه در ویرایش جدید مبحث دهم دیده میشود، برای رعایت بهتر این ضوابط و البته رعایت اقتصاد در طراحی روش زیر جهت طراحی پیشنهاد میگردد:

 

برای این موضوع ضمن انتخاب آیین نامه AISC-ASD89 جهت طراحی و تعریف ترکیب بارهای عادی طراحی با توجه به ضوابط  مبحث دهم و در صورت نیاز آیین نامه 2800 (بدون در نظر گرفتن ترکیب بارهای تشدید یافته موضوع بند 10-3-4-4) سازه را در مرحله اول به صورت عادی طراحی میکنیم. در این مرحله سعی میکنیم که نسبت تنش در ستونهای مجاور دهانه بادبندی بیشتر از حد 0.7 نشوند. پس از این مرحله و مشخص شدن مقطع بادبندها و مقطع اولیه برای ستونها با توجه به اینکه احتمالاً در طراحی ستونهای دهانه بادبندی ضابطه بند 10-3-6-1 ب حاکم خواهد شد، به کنترل ضابطه این بند به صورت دستی (ترجیحاً با کمک نرم افزار اکسل ) میپردازیم. بر این اساس به طور مثال با کمک نرم افزار اکسل هر ستون دهانه بادبندی را میتوانیم جداگانه کنترل نماییم. برای این منظور میتوانیم در یک ستون اکسل مقدار سطح مقطع ستون را از بالا به پایین بر اساس مقدار به دست آمده در طراحی بنویسیم. در ستون دیگری هم سطح مقطع بادبند متصل به آن را مینویسیم. در ستون سوم زاویه بادبند متصل به ستون نوشته میشود. در ستون چهارم حاصلضرب سطح مقطع بادبند در سینوس زاویه ای که بادبند با افق میسازد نوشته میشود و در ستون پنجم مقادیر ستون چهارم به صورت تجمعی از طبقه بالا به پایین با هم جمع میشوند و البته در ضریب 1.25 هم ضرب میگردد. حال مقدار به دست آمده در ستون آخر را با مقدار سطح مقطع ستون در هر طبقه مقایسه میکنیم. اگر این مقدار بیش از مقدار سطح مقطع ستون باشد، مقطع ستون را در مدل نرم افزار به مقطعی بالاتر ویرایش میکنیم؛ به گونه ای که حداقل سطح مقطع به دست آمده در ستون آخر تامین گردد. اگر این مقدار کمتر از مقدار سطح مقطع ستون باشد ، ستون را میتوان تا مقدار به دست آمده کوچکتر اختیار کرد (به شرط آنکه نسبت تنش از یک بیشتر نگردد).اگر بیش از یک بادبند به ستون در هر طبقه متصل باشد باید برای آن بادبند نیز این فرآیند را تکرار کرده و مقادیر به دست آمده برای هر کدام از این بادبندها را با هم جمع نماییم و با سطح مقطع ستون مقایسه نماییم.  پس از این مرحله دوباره سازه را این بار تحت ترکیب بارهای تشدید یافته کنترل مینماییم. ترکیب بارهای تشدید یافته همان ترکیب بارهای عادی هستند که در آنها ضریب بار زلزله دو برابر شده است. بهتر است این ترکیب بارها به صورت جداگانه علاوه بر ترکیب بارهای عادی در مدل کامپیوتری معرفی شوند. در این حالت تنها ستونهای دهانه بادبندی را برای این ترکیب بارها مورد بررسی قرار میدهیم و تنها بخشی از نسبت تنش که مربوط به بارهای محوری است را مورد توجه قرار میدهیم. اگر در این فرآیند ستونی دارای نسبت تنش کمتر از یک شود میتوان مقطع آن را کوچکتر اختیار کرد و اگر نسبت تنش آن بیش از یک شود نیازی به بزرگتر شدن ندارد (این مساله با توجه به این موضوع است که ضابطه بند 10-3-6-1 ب در مرحله قبل در ستون رعایت گردیده است).

 

نکته: اگر در این فرآیند مقطع بادبندها به علت تغییر در سختیها و نحوه توزیع نیروها تغییرنماید فرآیند طراحی ذکر شده به صورت سعی و خطا باید دوباره تکرار شود.

 

2-     موضوع دیگری که بر اساس ضوابط ویرایش قبلی مبحث دهم لازم به رعایت بود، کاهش تنش مجاز فشاری در طراحی بادبندها بود که بر اساس ویرایش جدید مبحث دهم برای بادبندهای با شکلپذیری کم رعایت آن اجباری نیست و بر این اساس مقاطع به دست آمده برای بادبندها سبکتر از ویرایش قبلی خواهد شد.

 

3-     بر اساس ضوابط مبحث دهم در ویرایش قبلی جزدر موارد خاص لاغری بادبند به عدد 123 محدود میشد که بر اساس ضوابط جدید مبحث دهم نیازی به رعایت این ضوابط جز در مورد بادبندهای نوع چورون (بادبند نوع 7 یا 8) نیست و لاغری آنها تا عدد 200 میتواند افزایش یابد. در بادبندهای چورون محدودیت لاغری بادبند همانند ویرایش قبلی پابرجا میباشد.

 

4-     در صورت تمایل به استفاده از بادبندهای شورون لازم است که ضوابط بند 10-3-9-2-4 در مورد تیرهای متصل به این بادبندها رعایت گردد. هر چند بهتر است به مهندسان طراح توصیه گردد که حتی الامکان از این نوع بادبند استفاده ننمایند و تنها از بادبندهای قطری و ضربدری استفاده شود.

 

5-     بر اساس توصیه بند 10-3-9-2-3-2 بهتر است ضریب لاغری بادبندهای ضربدری برای کمانش در صفحه قاب به عدد 0.5 و جهت دیگر به عدد 0.7 در نرم افزار ویرایش شود. (البته خود نرم افزار طول مهارنشده این بادبندها برای کمانش در صفحه اصلی را به نصف کاهش میدهد و تنها لازم است ضریب دوم وارد شود). برای بقیه بادبندها ضریب یک قابل قبول است.

 

6-     با توجه به مندرجات بندهای 10-3-9-1-2 تا 10-3-9-1-6 در مورد تیرهای دهانه بادبندی و یا تیرهایی که به نوعی در فرآیند انتقال نیرو به بادبندها موثر هستند لازم است توجه خاصی به این تیرها و اتصالات آنها به ستون، بادبند و کفها بشود. بر این اساس توصیه میشود که:

 

- اولاً جهت جلوگیری از کمانش این تیرها در اثر بار محوری فشاری زلزله یا بال پایین آنها به نحوی مناسب به سقف متصل شود و یا برای این تیرها از مقطع دوبل استفاده شود

 

- ثانیاً  برای تامین اتصال بهتر بین تیر و دیافراگم سقف در سقفهای تیرچه بلوک و تیرچه کرومیت جهت اتصال تیر به سقف از برشگیر استفاده شود و در سقفهای کامپوزیت از برشگیرهای قویتر یا با فاصله کمتر استفاده شود. به جای آن میتوان ترتیبی اتخاذ کرد که تیر بتنی در داخل بتن سقف به صورت غرق در بیاید.

 

- ثالثاً برای این تیرها از مقاطع لانه زنبوری استفاده نشود.

 

7-     با توجه به ضوابط سختگیرانه اضافه شده در ویرایش جدید مبحث دهم در بند 10-3-6-3 در زمینه طراحی صفحه ستونها لازم است ضنت یادآوری لزوم رعایت این ضوابط به مهندسان طراح و مراجع کنترل نقشه، ترتیبی اتخاذ شود که برای صفحه ستونها از ورقهای ضخیمتر از 20 میلیمتر استفاده گردد و با توجه به نیاز به تعداد قابل توجهی بولت در ستونهای دهانه بادبندی توجه تحمل برش و کشش ایجاد شده در صفحه ستون، به جای آرماتور نوع AII آرماتور نوع AIII جایگزین گردد. همچنین جهت انتقال این نیروها از ستون و بادبند به صفحه توصیه میشود که سیم جوش E70 جایگزین سیم جوش E60 حداقل برای این اتصالات گردد.

 

8-     با توجه به ضوابط سختگیرانه ویرایش جدید در زمینه وصله ستونها (موضوع بند 10-3-6-2) لازم است موارد زیر مورد توجه قرار گیرد:

 

- اول آنکه   در زیر نقشه جزییات ستونها ممنوعیت وصله ستون در فاصله نزدیکتر از 1.2 متری بال بالای تیر طبقه پایین و بال پایین تیر طبقه بالا ذکر گردد.

 

-  دوم آنکه از تغییر مقطع هسته IPE ستون و ورقهای تقویت بال و جان ستون حتی الامکان اجتناب گردد و تنها در قسمتهایی که نیاز به مقطع ضعیفتر میباشد در طبقات بالا ورقهای تقویتی بال و جان حذف شوند (و نه اینکه عرض یا ضخامت ورق کاهش داده شود.) در هر صورت اگر به هر دلیل این امر امکانپذیر نشود باید دتایلی منطقی و اجرایی منطبق به ضوابط بند 10-3-6-2 در نقشه توسط طراح پیشنهاد گردد.

 

9- با توجه به اینکه بر اساس ضوابط ویرایش جدید مبحث دهم مقطع بادبندها و ستونهای دهانه بادبندی پایینتر از مقاطع به دست آمده به روش ویرایش قدیم مبحث دهم خواهد بود و با توجه به اینکه سختی سازه ربط مستقیم به مقطع بادبندها و ستونهای دهانه بادبندی دارد، به نظر میرسد که مقدار تغییر شکل جانبی سازه بیشتر خواهد شد و در این صورت لازم است که به طور جدی تغییر شکلهای جانبی سازه کنترل گردد.

 

9- با توجه به ضابطه بند 10-3-9-1-7 ضریب رفتار سیستم قاب ساده و مهاربند همگرای معمولی میتواند همانند قبل عدد 6 فرض شود.

 

10- در مورد سیستم قاب ساده و مهاربند واگرای با شکلپذیری معمولی، باید مطابق با ضوابط بند 10-3-10-3 عمل شود. بر اساس این بند رعایت ضوابط مهاربندهای همگرای با شکلپذریری معمولی به همراه ضوابط ذکر شده در بند مذکور کفایت میکند. بر این اساس باید به موارد زیر هم توجه گردد:

 

- برون محوری e در قاب برون محور نباید از یک پنجم طول تیر بزرگتر باشد.

 

- تیر دهانه مهاربند باید دارای شرایط مقطع فشرده باشد.

 

- تیر مهاربند باید بدون توجه به حضور بادبند بتواند بارهای ثقلی را تحمل نماید.

 

- یک جفت سخت کننده باید در ابتدا و انتهای اتصال عضو قطری مهاربند  در تیر اجرا شود.

 

- یک جفت سخت کننده در داخل تیر مطابق شکل های 10-3-11 مبحث دهم

 

- با توجه به اینکه ضریب رفتار این سیستم در مبحث دهم ذکر نشده است بهتر است در جهت اطمینان از همان ضریب 6 مربوط به مهاربندهای هممحور با شکلپذیری کم استفاده گردد.

منبع: وبلاگ شخصی مهندس احمدرضا جعفری