فلش کارت نظام مهندسی عمران فلش کارت نظام مهندسی معماری حل تست های آزمون محاسبات
انجام سمینار ارشد عمران انجام پروژه تحلیل تاریخچه زمانی انجام پروژه پوش اُور
انجام پروپوزال ارشد عمران انجام پروژه فولاد انجام پروژه بتن

طراحــی مهاربند همگرای ویژه و اتصالات آن بـه همراه کنترل نیروهای نامتوازن کننده در ایتبس


مهاربند همگرای ویژه چیست؟

مطمئنا این نکته را تایید می کنید که مهاربند های همگرا بـه عنوان یکی از انواع سیستم های سازه ای در طراحــی سازه های فولادی بـه فور استفاده می شوند اما آیـا مهاربند همگرا بـه عنوان یک فیوز سازه ای عمل می کند؟ آیـا طراحــی مهاربند همگرای ویژه در ETABS نیازی بـه کنترل دارد؟ اتصالات مهاربند بـه تیـر و ستــون باید برای چه بارهایی طراحــی شوند؟

در این ایبوک جامع ۲۸ صفحه ای ابتدا تفاوت مهاربند همگرای معمولی و ویژه را بررسی می کنیم آنگاه طراحــی مهاربند همگرای ویژه فولادی بـه صورت دستی و در نرم افزار ایتبس می پردازیم.

در این صفحه بخش های ابتدایی ایبوک جامع مهار بند همگرای ویژه بیان شده هست، بخش های طراحــی این ایبوک جامع  را منطبق بر سر فصل های زیر در پایان همین صفحه دانلــود کنید.

با مطالعه این ایبوک  چه می آموزید؟

  1. مهاربند همگرای ویژه چیست؟
  2. تفاوت مهاربند همگرای معمولی و ویژه
  3. مزایای مهاربند ویژه نسبت بـه مهاربند معمولی :
  4. ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان برای مهاربندهای همگرای ویژه
  5. کنترل فشردگی مقاطع اعضای قاب مهاربندی‌شده
  6. لاغری مهاربندهای ضربدری، شورون ۷ و ۸
  7. ضوابط تیرهای دهانه مهاربندی‌ شده
  8. ضوابط طراحــی مهاربند همگرای ویژه فولادی
  9. ضوابط طراحــی اتصال مهاربند همگرای ویژه بـه تیـر و ستــون
  10. کنترل نیروهای نامتوازن کننده  مهاربند همگرای ویژه در ایتبس

مهاربند همگرای ویژه چیست؟

خسارت شدید مهاربندهای همگرای معمولی در زلزله هایی از قبیل لوما پریتا ۱۹۸۹، نورثریج ۱۹۹۴ و مکزیکو ۱۹۸۵ که ناشی از سختی بالای این نوع مهاربندها و شکل­ پذیری نامناسب آن­ها بود منجر بـه بازبینی در طراحــی این سیستم­ ها شد. در نتیجه پس از وقوع این زلزله­ ها مهاربندهای همگرای ویژه معرفی شدند. بند ۱۰-۳-۱۱ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان در این مورد توضیح می­ دهد:

 

قاب مهاربندی همگرای ویژه چیست؟

 

همان طور که از توضیحات این بند آیین‌ نامه پیداست، طراحــی قاب مهاربندی همگرای ویژه ‌بر این پایه استوار هست که اعضای مهاربندی (المان­ های مورّب) از حداکثر ظرفیت پلاستیک خود استفاده کنند؛ بـه ­طوری­که تیرها و ستــون‌هایِ دهانه مهاربندی همچنان در ناحیه الاستیک باقی بمانند. این بدان­ معناست که ضوابط خاصی باید برای اعضای مهاربندی در نظر گرفته شود که در ادامه بـه آن‌ ها می­ پردازیم.

تفاوت مهاربند همگرای معمولی و ویژه

هولناک ترین معضل برای اعضای مهاربندی، پدیده کمانش می باشد که برای یک عضو تحت فشار ممکن هست اتفاق بیفتد. مهاربند ها بسته بـه معمولی یا ویژه بودنشان دو نوع رفتار ممکن هست داشته باشند. چون از مهاربندهای معمولی انتظار رفتار فرا ارتجاعی محدودی داریم در نتیجه پس از کمانش، این مهاربندها ظرفیت باربری خود را از دست داده و دچار ضعف شدیدی در تحمل نیروی فشاری می شوند؛ در صورتی که مهاربندهای همگرای ویژه در حکم فیوز سازه ای بوده و بعد از کمانش ، رفتار غیر ارتجاعی خوبی از خود نشان می دهند. پس از رخداد کمانش با تشکیل مفصل پلاستیک در سه نقطه از مهاربندها، ظرفیت باربری مهاربند حفظ شده و عضو هنوز هم می تواند با شکل پذیری خود در برابر نیروهای زلزله مقاومت کند.

 علاوه بر تفاوت رفتاریِ مهاربندهای معمولی و ویژه، اعضای این مهاربندها در طراحــی نیز با هم تفاوت دارند:

  • بـه دلیل تفاوت در نیروی زلزله که بـه علت وارد کردن ضریب زلزله های متفاوت ایجاد می شود، این مهاربندها شکل پذیری های متفاوتی از خود نشان می دهند؛ بـه این صورت که مهاربند معمولی دارای ضریب رفتار کمتری(۳/۵) بوده در نتیجه ضریب زلزله و نیروی زلزله بیشتری را در طراحــی برای آن متصوریم در صورتی که مهاربند ویژه ضریب رفتار بیشتری(۵/۵) و نیروی زلزله کمتری دارد. پس این کمتر در نظر گرفتن نیروی زلزله برای مهاربند ویژه باعث می شود سبک تر و شکل پذیرتر طراحــی شود و رفتار خوبی در زلزله از خود نشان دهد. و این رفتار خوب بـه واسطه تشکیل مفصل پلاستیک در سه نقطه از طول مهاربند رخ می دهد.
  • تفاوت بعدی اعضای مهاربندی درفشردگی مقاطع آن ها می باشد (مبحث دهم مقررات ملی ساختمان)

مزایای مهاربند ویژه نسبت بـه مهاربند معمولی :

کمانش اعضای بادبندی در مهاربند همگرای معمولی منجر بـه کاهش باربری و شکل­ پذیری محدود این سیستم می­ شود. در نتیجه این سیستم­ ها ایمنی جانی را آنچنان که باید تامین نمی­ نمایند. درصورتی که برای قاب­ مشابه با مهاربند ویژه، تشکیل مفصل پلاستیک در اثر کمانش و نهایتا وقوع خرابی پس از سیکل­ های بارگـذاری بیشتر، تامین ایمنی جانی را بـه همراه دارد. در واقع استفاده از مهاربند همگرای معمولی در سازه های بلند تر از ۴ طبقه در مناطق با لرزه خیزی بالا توصیه نمی شود؛ که این خود محدودیت بزرگی محسوب می شود. مهاربند شکل­ پذیر نه تنها موجب بهبود رفتار لرزه ­ای سازه می­ شود بلکه از لحاظ اقتصادی نیز کاهش در وزن ستــون­ ها و مهاربندها منجر بـه سبک ­تر شدن فونداسیون می­ شود.

استفاده از مهاربند همگرای ویژه علاوه بر کاهش برش پایه ساختمان و افزایش شکل پذیری منجر بـه کاهش سختی سازه بـه مقدار ناچیزی نسبت بـه همگرای معمولی می شود.

اساساً زمانی که از مقایسه چند سیستم باربر جانبی بحث می شود، مبانی این مقایسه چیست؟

بـه استناد مبحث دهم از مقررات ملی ساختمان، معیارهایی مثل

  • پایداری
  • سختی
  • مقاوت
  • شکل پذیری

(درحوزه الزامات عمومی طراحــی و دربخش الزامات طراحــی لرزه­ ای) را می توان پارامترهای مناسبی برای مقایسه درنظر گرفت. بـه ویژه آن که موارد مهمی از قبیل ضریب رفتار و متعاقباً برش پایه تـا حد بسیار زیادی از معیارهای فوق تاثیر می پذیرند.

 

ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان برای مهاربندهای همگرای ویژه

کنترل فشردگی مقاطع اعضای قاب مهاربندی‌شده

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۱ قسمت ب مبحث دهم مقررات ملی ساختمان :

 

مهاربند همگرای ویژه فولادی(کنترل فشردگی مقاطع اعضای قاب مهاربندی‌ شده)

 

این بند آیین نامه برای مهاربندهای ضربدری و شورون ۷و ۸ صادق هست.

لاغری مهاربندهای ضربدری، شورون ۷ و ۸

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۱ قسمت ث مبحث دهم مقررات ملی ساختمان:

 

مهاربند همگرای ویژه فولادی(لاغری در قاب مهاربندی همگرای ویژه)

 

کنترل لاغری مهاربند همگرای ویژه

 

K = ضریب طول موثرکمانش عضو مهاربندی که در صفحه مهاربندی برابر ۰٫۵ و در خارج از صفحه ۰٫۷ در نظر گرفته می­شود.

L = طول عضو مهاربندی

R = شعاع ژیراسون عضو مهاربندی

 

 اگر عضو مهاربندی از چند نیم‌رخ تشکیل‌شده باشد

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۱ قسمت ج مبحث دهم مقررات ملی ساختمان:

 

کنترل لاغری در قاب مهاربندی ویژه در صورتی که از چند نیمرخ تشکیل شده باشد

 

بنابراین باید:

 

لاغری در قاب مهاربندی همگرای ویژه فولادی ساخته شده از چند نیمرخ متفاوت

 

a=  فاصله بین اتصال‌دهنده‌ها یا لقمه‌ها

rmin= حداقل شعاع ژیراسیون تک نیم‌رخ مهاربند

فلسفه این بند آیین‌ نامه این هست که اگر حین زلزله دو نیم­ رخ از یکدیگر جدا شدند، مهاربند با تک­ پروفیل کمانش نکند. تعداد لقمه‌ ها نباید از دو عدد کمتر باشد این بدان معناست که حداقل دو عدد لقمه در اول و آخر مهاربند (یکی قبل از یک چهارم میانی یکی نزدیک محل اتصال بـه فاصله d (عمق مقطع) از آن­ها) تعبیه شود که در فاصله یک‌ چهارم میانی طول مهاربند نباید از لقمه استفاده کرد (شکل۱).

ذکر این نکته ضروری هست­که ­ناحیه یک‌ چهارم میانی عضو مهاربندی و دو ناحیه انتهایی دو عضو مهاربندی (تبصره بند ۱۰-۳-۲-۲ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان) بـه طول حداقل ارتفاع مقطع آن ناحیه بحرانی یا ناحیه حفاظت شده تلقی می­شود. ناحیه محافظت شده ناحیه ای از عضو هست که انتظار داریم در آنجا مفصل پلاستیک ایجاد شود. با توجه بـه اهمیت این ناحیه و رفتار حساس آن در حرکات رفت و برگشتی قاب، این محل باید عاری از هرگونه عملیاتی که در رفتار آن اثر ناخواسته ایجاد کند، باشد.(عملیاتی از جمله؛ بـه کاربردن وصله­ های پیچی و جوشی، ناصافی­ های ناشی از برش حرراتی) ضوابط این ناحیه بحرانی در مهاربندها مانند ناحیه بحرانی تیـر در قاب‌های خمشی متوسط و ویژه هست. همچنین بـه‌ منظور جلوگیری از تقویت مقطع که می­تواند تشکیل مفصل پلاستیک را بـه تأخیر بیاندازد، اتصال‌ دهنده‌ها نباید در یک چهارم میانی طول آزاد مهاربندی قرار بگیرند. ناحیه حفاظت شده برای مهاربندهای شورون ۷و ۸ کل طول عضو مهاربندی­ هست.

 

ناحیه حفاظت شده در مهاربندهای همگرای ویژه

شکل ۱- ناحیه حفاظت شده در مهاربندهای همگرای ویژه

 

استفاده نادرست از لقمه ها در ناحیه حفاظت شده مهاربند همگرای ویژه

شکل ۲- استفاده نادرست از لقمه ها در ناحیه حفاظت شده

 

مجموع مقاومت‌های برشی طراحــی اتصال‌ دهنده‌ ها (لقمه‌ها) باید برابر یا بیشتر از مقاومت کششی طراحــی هرعضو مهاربندی باشد. تـا زمانی که مهاربند بـه ورق اتصال متصل هست، نیرویی که مطابق شکل زیر بـه مهاربند وارد می­ شود، مهاربند را بـه کشش وادار می­کند و بـه لقمه­ ها نیروی برشی ­ای وارد نمی­ شود، اما زمانی­که از یک‌طرف یکی از نیم‌رخ‌ های مقطع مهاربند از ورق اتصال گوشه (Gusset Plate) جدا شود، این نیرو باید از طریق برش بین دو نیم‌رخ و از طریق اتصال‌ دهنده‌ها تحمل شود. (شکل ۳)

 

مقاومت برشی لقمه‌ ها

شکل ۳ – مقاومت برشی لقمه‌ها

ضوابط تیرهای دهانه مهاربندی‌شده

عدم ایجاد سوراخ در جان تیـر

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۱ قسمت چ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان از ایجاد سوراخ‌های متوالی در جان تیرهای دهانه مهاربندی‌ شده با هر نوع مهاربندی از جمله ضربدری و شورون ۷ و ۸ مجاز نیست. در صورت نیاز بـه تعبیه سوراخ دسترسی بـه جان تیـر، اطراف آن باید بـه نحوی تقویت شود که مقاومت‌های طراحــی در مقطع سوراخ‌ دار از مقاومت مقطع بدون سوراخ تیـر کمتر نباشد. این بدان معناست که در این دهانه‌ها استفاده از تیـر لانه‌ زنبوری مجاز نیست. و همچنین در این تیرها از اتصال­ های پیچی تیـر فرعی بـه جان تیـر (بـه­ دلیل ایجاد سوراخ) باید خود داری کرد.

پیوستگی تیرها

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۱ قسمت د مبحث دهم مقررات ملی ساختمان داریم:

 

ضوابط مهاربندی همگرای ویژه فولادی

 

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۱ قسمت د مبحث دهم مقررات ملی ساختمان تیرهای حد فاصل بین دو ستــون در دهانه‌های مهاربندی ۷ و ۸ باید پیوسته باشند(وصله اتصال نداشته باشند)؛ علت این امر امکان ایجاد مفصل پلاستیک در تیـر در محل اتصال مهاربندها، جهت اتلاف انرژی بیشتر هست.

 

وجود مهار جانبی در تیـر

برای جلوگیری از کمانش پیچشی-جانبی تیـر، وجود حداقل یک جفت مهار جانبی در محل اتصال مهاربندها بـه تیـر لازم هست.(شکل۴)

 

مهار جانبی تیـر دهانه مهاربندی شورون 8

شکل۴ – مهار جانبی تیـر دهانه مهاربندی شورون ۸

 

ضوابط طراحــی مهاربند همگرای ویژه فولادی

اگر بـه بند ۱۰-۳-۱۱-۲ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان توجه کنید متوجه خواهید شد که برای طراحــی تیرها و ستــون‌ها و اتصالات آن‌ها در دهانه‌های مهاربندی ‌شده با مهاربند همگرای ویژه، باید ابتدا این اعضا را تحت اثر بارهای ثقلی و جانبی وارد بر آن تحلیل و طراحــی کرده و سپس بند مذکور از آیین‌نامه را برای سازه­ ی نهایی کنترل کرد.

شاید این سؤال در ذهن شما پیش آید که آیـا میتوان همان اول با نیروهای این بند آیین‌نامه اعضا را طراحــی کنیم که جوابگو باشد؟ در جواب باید گفت نیروهای این بند آیین‌ نامه برای زمانی هست که مهاربندها بـه حداکثر مقاومت کمانشی و کششی خود رسیده‌اند و این مقادیر بیشترین نیرویی هست که مهاربندها می­ توانند تحمل کنند، پس اگر با این نیروها مقاطع اعضا را طراحــی کنیم، طراحــی غیر اقتصادی می­ شود.

برای درک بهتر این بند آیین‌نامه بـه شکل زیر دقت کنید.

طراحــی مهاربند همگرای ویژه

 

ادامه توضیحات را در متن اصلی ایبوک که در پایان همین صفحه می توانید آن را دانلــود کنید قرار داده شده هست .

ضوابط طراحــی اتصال مهاربند همگرای ویژه بـه تیـر و ستــون

طبق بند ۱۰-۳-۱۱-۳ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان اتصالات مهاربند بـه تیـر و ستــون باید برای بارهای زیر طراحــی شوند اما در این بین کدام نیرو بحرانی تر هست و کدام یک کنترل کننده؟ جواب این سوال را بـه همراه توضیحات بیشتر در متن اصلی ایبوک بیان خواهیم کرد

 

ضوابط طراحــی اتصال مهاربند همگرای ویژه بـه تیـر و ستــون

کنترل نیروهای نامتوازن کننده  مهاربند همگرای ویژه در ایتبس

در اینجا تنها بـه صورت خلاصه مثالی را که در ایبوک آمده هست را بیان کرده ایم؛ فرض کنید قاب زیر در نرم ‌افزار ایتبس مدلسازی، آنالیز و طراحــی‌شده هست:

 

طراحــی مهاربند همگرای ویژه در ETABS

 

برای اینکه نیروهای نامتوازن کننده را محاسبه و بـه تیرهای متصل ­بـه مهاربند اعمال کنیم، قبل از هر چیز باید جلوی حرکت جانبی قاب را بگیریم اما علت این کار چیست؟

برای این­که قاب حرکت جانبی نداشته باشد، باید با ایجاد قید های جانبی جلو حرکت جانبی قاب را بگیریم. برای این کار ابتدا یک گره از هر طبقه را با کلیک بر روی آن­ها، مانند شکل زیر، انتخاب و سپس مسیر Assign > Join>Restrains را خواهیم پیمود.

 باقی مراحل کنترل نیرو های نامتوازن کننده  مهاربند همگرای ویژه در  etabsرا می توانید بـه صورت مفصل در ایبوک مطالعه کنید.

 

منابع:

  1. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان
  2. دستور العمل الزامات تکمیلی طراحــی سازه فولادی، شهرداری شیراز

نوشته طراحــی مهاربند همگرای ویژه و اتصالات آن بـه همراه کنترل نیروهای نامتوازن کننده در ایتبس اولین بار در سبزسازه. پدیدار شد.



برای دیدن مطلب کامل و دانلــود «اینجا» کلیک کنید

فلش کارت نظام مهندسی عمران فلش کارت نظام مهندسی معماری حل تست های آزمون محاسبات
انجام سمینار ارشد عمران انجام پروژه تحلیل تاریخچه زمانی انجام پروژه پوش اُور
انجام پروپوزال ارشد عمران انجام پروژه فولاد انجام پروژه بتن

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *