قاب خمشی مرکب (RCS)

در سازه های با قاب خمشی مرکب (RCS) از ستونهای بتن مسلح و تیرهای فولادی استفاده می شود. استفاده از مقاومت فشاری مناسب بتن و مقاومت خمشی تیر فولادی موجب شده تا این سازه ها وزن کمتری نسبت به سازه های بتنی داشته باشد و دستیابی به معیار ستون قوی- تیر ضعیف به خصوص در دهانه های طویل در آنها راحت تر انجام می شود. مهمترین بخش در این سازه ها اتصال تیر فولادی به ستون بتن مسلح است. این اتصالات به دو دسته کلی اتصال با تیر عبوری و اتصال با ستون عبوری از ناحیه اتصال تقسیم بندی میشوند. عمده‌ترین مرجع در این زمینه یکی از پیش‌استانداردهای ASCE در این زمینه می‌باشد که در سال 1994 منتشر شده است. نسخه بروزتر این پیش‌استاندارد در سال 2015 منتشر شده است.
In 1994, the ASCE Task Committee on Design Criteria for Composite Structures in Steel and Concrete issued guidelines for the Design of Joints between Steel Beams and Reinforced Concrete Columns in 1994 (ASCE 1994)
در لینک زیر می‌توانید به گزارشی از دانشگاه Stanford دسترسی داشته باشید که در آن بطور خلاصه و مفید در سه بخش ضوابط این سیستم نشان داده شده است. همچنین در پیوست دوم آن روش و نکات مدلسازی خطی این سیستم در برنامه SAP2000 نشان داده شده است.
https://stacks.stanford.edu/file/druid:mg641vv9076/TR189

روش تشدید لنگر و طول موثر

سه روش تحلیل در برنامه ی Etabs وجود دارد روش تحلیل مرتبه دوم General 2nd order و amplified 1sr order و روش تحلیل مستقیم
برای آشنایی با روش تحلیل مستقیم به لینک زیر مراجعه کنید:
http://etabs-sap.ir/direct-analysis-method/
 
روش تشدید لنگر یک روش تقریبی برای محاسبه نیروهای داخلی تیر-ستون است. در پیوست دوم مبحث دهم، این روش توضیح داده شده است. طبق این روش، نیروهای محوری فشاری و لنگرهای خمشی بدست آمده از تحلیل مرتبه اول تشدید شده و مبنای طراحی قرار می‌گیرد. ضریب B1 برای در نظر گرفتن اثرات P- بوده که برای هر عضو بایستی محاسبه شود و ضریب B2 برای در نظر گرفتن P-delta بزرگ بوده که برای هر طبقه بایستی محاسبه شود.
نکته: در صورت انتخاب گزینه تشدید لنگر، برنامه از ضرایب تشدید لنگر B1 و B2 استفاده می‌نماید. ضریب B1 توسط برنامه محاسبه می‌شود اما ضریب B2 توسط برنامه محاسبه نمی‌شود. کاربر بایستی این ضریب را بصورت دستی محاسبه و وارد کند و یا آنکه تحلیل P- بارهای جانبی را انجام دهد.
نکته: در صورت انتخاب گزینه General 2nd Order در برنامه ETABS نیازی به محاسبه B1 و B2 نیست و اثرات P-delta کوچک و P-delta بزرگ توسط برنامه محاسبه می‌شوند که به ترتیب معادل B1 و B2 هستند. البته کاربر بایستی گزینه محاسبه P-Delta را فعال نموده باشد. همچنین در صورت استفاده از گزینه Amplified 1st order برنامه ETABS ضریب تشدید لنگر B2 که مربوط به بارهای جانبی است را محاسبه نمی‌کند و فرض می‌نماید که تحلیل P-delta بزرگ انجام شده است. اما ضریب تشدید B1 مربوط به بارهای ثقلی را محاسبه می‌کند.
در بخش تنظیمات آیین‌نامه‌ای، و در بخش Design Analysis Method در صورت استفاده از گزینه Effective Lenght از ضریب طول موثر K استفاده می‌شود. اثرات ثانویه با اعمال تحلیل P-Delta و یا محاسبه ضریب تشدید لنگر در نظر گرفته می‌شوند. در برخی موارد (معمولا ستون‌هایی که در آنها تیر با زاویه به آن برخورد نموده) برنامه در محاسبه K دچار مشکل شده و برای رفع این ایراد، توصیه می‌کنم از روش مستقیم یا Direct Analysis استفاده نمایید. در این روش نیازی به محاسب K نبوده و این مقدار برابر یک در نظر گرفته می‌شود.

 
منبع: کانال دکتر علیرضایی

<br /> طراحی گام به گام طرح اختلاط بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 3)

برای به دست آوردن طرح اختلاط بتن غلتکی موردنظر به روش روانی به صورت زیر عملی می‌کنیم:

• ابتدا از نمودار زیر آب به سیمان متناظر با مقاومت استاندارد ۲۵ مگاپاسکال را پیدا می‌کنیم. این مقاومت ۲۸ روزه، مقاومت موردنظر طراحی می‌باشد.

• در گام بعدی با استفاده از نمودار زیر مقدار سیمان موردنیاز با توجه به مقاومت استاندارد طراحی، انتخاب می‌شود.

• از روی میزان سیمان و آب به سیمان، مقدار آب نیز به دست می‌آید. لازم به ذکر است که این مقدار آب مربوط به حالت SSD (اشباع با سطح مرطوب) سنگدانه‌ها ست. در عمل بایستی بر اساس رطوبت موجود مصالح، میزان آب اصلاح گردد.

 

• مطابق با آیین‌نامه‌ها و دستورالعمل‌های موجود، بزرگ‌ترین بعد سنگدانه‌ها، ۱۹ میلی‌متر توصیه‌شده‌است. با استفاده از جدول زیر، حجم مطلق درشت‌دانه‌ها، در نظر گرفته می‌شود.

• دانسیته درشت دانه‌ها به‌طورمعمول حدود ۲۵۰۰ تا  kg/m³۲۶۵۰ است. بر اساس نتایج آزمایشگاهی و یا درصورت عدم وجود آن، دانسیته درشت دانه‌ها درنظر گرفته شده و بر اساس جدول بالا، وزن آنها محاسبه می‌شود.

• درنهایت با کسر تمام احجام مصالح از ۱ مترمکعب، حجم ریزدانه‌ها به دست می‌آید.

خیز منفی (پیش خیز تیر ها)

نکات مهم اجرایی و طراحی در پیش‌خیز؟
ایجاد پیش‌خیز را می‌توان بصورت گرم یا سرد انجام داد. طبق AISC360-10 در صورت وجود پیش‌خیز مکان، جهت و مقدار آن باید در نقشه‌ها ذکر شود.

Where camber is used to achieve proper position and location of the structure, the magnitude, direction and location of camber shall be specified in the structural drawings.

 طبق ضوابط AISC360، استفاده از عملیات حرارتی برای ایجاد پیش‌خیز برای تیرها اجازه داده می‌شود، بشرطی که درجه حرارت از حدود 600 درجه سلسیوس کمتر باشد.

Local application of heat or mechanical means is permitted to be used to introduce or correct camber, curvature and straightness. The temperature of heated areas shall not exceed 1,100 °F (593 °C) for ASTM A514/A514M and ASTM A852/A852M steel nor 1,200 °F (649 °C) for other steels.

استفاده از پیش‌خیز بصورت سرد توسط جک‌هایی که در سه نقطه از تیر اثر داده شده و یک کرنش ماندگاری در تیر ایجاد می‌نمایند، صورت می‌گیرد. در صورتی که میزان پیش‌خیز بیشتر از 5 سانتیمتر باشد، ممکن است نیاز به تعداد بیشتری جک باشد. استفاده از روش پیش‌خیز سرد معمولا اقتصادی‌تر از عملیات حرارتی است.
در حالتی که از حرارت برای پیش‌خیز استفاده می‌شود، تیر بصورت معکوس بر روی زمین قرار گیرفته (بال پایین در بالا). بال بالایی (که در عمل بال پایینی خواهد شد) با حرارت منبسط شده و افزایش طول خواهد داشت
در صورتی که پیش‌خیز زیاد انجام شده باشد، ممکن است گل‌میخ‌های وسط دهانه از بتن بیرون بمانند و یا آنکه پوشش آنها تراز تمام شده سقف بالاتر قرار گیرد.
در صورتی که پیش‌خیز زیاد انجام شده باشد، ممکن است گل‌میخ‌های وسط دهانه از بتن بیرون بمانند و یا آنکه پوشش آنها تراز تمام شده سقف بالاتر قرار گیرد.
 
 مزایای پیش‌خیز:
1- اگر تیر کامپوزیت پیش‌خیز داده شود و این پیش‌خیز به میزان خیز تیر در نظر گرفته شده باشد، بعد از بتن‌ریزی تیر مسطح شده و بتن روی تیر بصورت یکنواخت خواهد بود ولی در صورتی که پیش‌خیز داده نشود، تیر تحت اثر وزن بتن خیس مقداری خیز داده و ضخامت بتن در وسط تیر بیشتر از کناره‌ها خواهد بود (شکل زیر). این مورد ممکن است باعث افزایش وزن طبقه به میزان 10 تا 15 درصد شود.
2- کاهش مقطع تیر.
 معایب:
1- اجرا و هزینه بیشتر
2- نیاز به دقت و مهارت بالا برای ایجاد پیش‌خیز.
3- در صورتی که پیش‌خیز زیاد انجام شده باشد، ممکن است گل‌میخ‌های وسط دهانه از بتن بیرون بمانند و یا آنکه پوشش آنها تراز تمام شده سقف بالاتر قرار گیرد.
نکته: در صورت استفاده از شمع در زیر تیرها، نیازی به خیزمنفی نیست. روش دیگر برای عدم اجرای پیش‌خیز، استفاده از تیرهای کامپوزیت با مقطع سنگین‌تر جهت محدود نمودن خیز آنها است.
استفاده از پیش‌خیز برای تیرهای زیر انجام نمی‌شود:
1- تیرهای گیردار قاب خمشی
2- تیرهای کنسولی
3- تیرهای جرثقیل
4- تیرهایی که در زیر آنها مهاربند متصل شده است.
5- تیرهای زیر 6 متر
@AlirezaeiChannel
 
[caption id="attachment_4156" align="alignnone" width="1280"] پیش خیز و خیز منفی[/caption]

<br /> طراحی گام به گام طرح اختلاط بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 2)

روش‌های مختلفی برای طرح اختلاط مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی ارائه‌شده است. این روش‌ها را می‌توان به دو دسته کلی زیر تقسیم نمود:

• طرح اختلاط با استفاده از آزمایش‌های روانی بتن (روش بتنی)
• طرح اختلاط با استفاده از آزمایش‌های تراکم خاک (روش خاکی)

در کلیه روش‌های بتنی جهت دستیابی به مقاومت فشاری طرح (و یا الزامات دوام) نسبت آب به مواد سیمانی مدنظر قرار می‌گیرد و همچنین اجزای مخلوط به گونه‌ای تعیین می‌شوند که کارایی مخلوط جهت تراکم با غلتک ویبره‌ای مناسب باشد. این کارایی بر پایه انجام آزمایش روانی به روش تعیین زمان لازم جهت تراکم نمونه تحت سربار و در حالت ارتعاشی (زمان وی بی اصلاح‌شده) تعیین می‌گردد.
در مطالعه حاضر از روش‌های طرح اختلاط با استفاده از آزمایش‌های روانی استفاده می‌شود. در این روش‌ها معمولاً کلیه پارامترهای مخلوط به‌غیراز یکی از آن‌ها مانند مقدار آب، مواد سیمانی یا مقدار سنگدانه، ثابت نگه داشته شده و با انجام آزمایش‌های لازم، مقدار ماده متغیر تعیین می‌گردد تا روانی مناسب و سایر خواص موردنظر تأمین گردد. بدین ترتیب مقدار بهینه هر یک از اجزای بتن به‌منظور دستیابی به خواص موردنظر بتن غلتکی تازه و سخت شده، حاصل می‌شود.
یکی از ملاحظات اساسی به هنگام استفاده از روش‌های طرح اختلاط شرح داده‌شده در ACI R207.5 که از آزمایش‌های روانی استفاده می‌کنند، انتخاب صحیح نسبت حجم خمیر به حجم ملات است. مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی باید دارای حجم خمیر کافی برای پر کردن فضای خالی بین ذرات سنگدانه باشند. میزان خمیر، قابلیت تراکم مخلوط و همچنین صافی نهایی سطح روسازی را تحت تأثیر قرار می‌دهد.

<br /> طراحی گام به گام طرح اختلاط بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 1)

روش‌های طرح اختلاط بتن غلتکی به دلیل سفت‌تر بودن مخلوط و نیز دانه‌بندی متمایز آن، با روش‌های به‌کاررفته برای بتن‌های معمولی متفاوت است. تفاوت‌های اصلی در مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی راه با مخلوط‌های روسازی بتنی معمولی عبارت است از:

• بتن غلتکی عموماً هوازایی نمی‌شود.
• بتن غلتکی مقدار آب کمتری دارد.
• بتن غلتکی مقدار خمیر سیمان کمتری دارد.

بتن غلتکی به مقدار ریزدانه بیشتری برای دستیابی به دانه‌بندی مناسب و برای عملکرد مناسب تحت تراکم با غلتک ارتعاشی، نیاز دارد. به‌منظور حداقل سازی جداشدگی و حصول سطح صاف در بتن غلتکی روسازی راه، معمولاً اندازه حداکثر سنگدانه در آن از ۱۹ میلی‌متر تجاوز نمی‌کند.
کاربرد مقادیر مواد سیمانی زیادتر و سنگدانه‌های با کیفیت بهتر در بتن غلتکی آن را نسبت به مخلوط‌های خاک – سیمان متمایز می‌سازد. به‌منظور ایجاد تراکم کافی در بتن غلتکی لازم است تا این بتن به‌اندازه کافی خشک باشد تا بتواند وزن غلتک ارتعاشی را که از روی آن عبور می‌کند تحمل نماید. همچنین لازم است تا به‌اندازه کافی مرطوب باشد تا خمیر سیمان در هنگام اختلاط و در حین تراکم بتواند به‌خوبی در بین ذرات سنگدانه پخش شود.
بتنی که برای تراکم با غلتک‌های ارتعاشی مناسب است، از نظر ظاهری نیز با بتن‌های دیگر که اسلامپ قابل‌اندازه‌گیری دارند، متفاوت است. بتن غلتکی ظاهری خشک دارد و تا قبل از متراکم شدن، خمیر سیمان در آن چندان قابل‌مشاهده نیست. البته مخلوط‌های بتن غلتکی باید خمیر کافی برای پر کردن حفرات بین سنگدانه‌ها داشته باشند.

<br /> طراحی مصالح بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 4)

• مواد افزودنی:

برای پیشگیری از خرابی ناشی از یخ‌زدگی در بتن، استفاده از مواد هوازا در مخلوط بتن امری متداول است. مواد افزودنی هوازا کاربرد عملی محدودی در مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی داشته‌اند. تحقیقات آزمایشگاهی انجام‌شده در موسسه ایوز آمریکا نشان داده است که در مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی به‌خوبی می‌توان از مواد هوازا به میزان ۵ تا ۱۰ برابر بیش از مقداری که برای بتن معمولی به کار می‌رود، جهت ایجاد هوازایی موردنظر در بتن استفاده نمود. البته عملی بودن تولید بتن غلتکی هوازایی شده در کارگاه تاکنون تجربه نشده است. شیوه متداول برای کاهش خرابی ناشی از ذوب و انجماد در بتن غلتکی روسازی، ایجاد نسبت آب به سیمان پایین در طرح اختلاط و اعمال انرژی تراکم زیاد به مخلوط بتن غلتکی است. بدین ترتیب بتن اجراشده، حداقل میزان آب قابل انجماد را در حفرات موئین خواهد داشت. ضمن اینکه نفوذپذیری آن نیز کاهش می‌یابد و رسیدن آن به حد اشباع بحرانی مشکل می‌شود. درصورتی‌که بتن غلتکی تا حد بحرانی اشباع نشود، در معرض خرابی ناشی از انجماد قرار نمی‌گیرد. استفاده از یک‌لایه زهکش زیر لایه بتن غلتکی روسازی، از اشباع شدن آن جلوگیری می‌کند.
افزودنی‌های شیمیایی مانند روان‌کننده‌ها و زودگیرکننده‌ها کاربردهای محدودی در بتن غلتکی داشته‌اند و عموماً در تحقیقات آزمایشگاهی موردمطالعه قرارگرفته‌اند. تأثیر این مواد در ارتقا خواص بتن غلتکی نسبت به بتن معمولی کمتر است چراکه این مواد، مقدار خمیر سیمان را تحت تأثیر قرار می‌دهند و در بتن غلتکی مقدار خمیر سیمان نسبت به بتن معمولی کمتر است.
عملکرد مواد روان‌کننده در کاهش مقدار آب موردنیاز یک مخلوط بتن غلتکی تا حدودی وابسته به مقدار و نوع سنگدانه‌های ریزتر از ۷۵ میکرومتر است. استفاده از کندگیرکننده‌ها در بتن غلتکی روسازی در به تأخیر انداختن زمان گیرش و درنتیجه ایجاد تراکم کافی و چسبندگی مناسب بین لایه‌های مجاور هم مؤثر خواهد بود. درصورتی‌که کاربرد مواد روان کننده و دیرگیرکننده در بتن غلتکی مدنظر باشد، میزان تأثیر آن‌ها در خواص بتن با توجه به هزینه اضافی مواد به‌کاررفته باید موردمطالعه قرار گیرد.
یکی دیگر از موادی که امکان استفاده در بتن غلتکی را دارد، الیاف پلی‌پروپیلن است. این الیاف می‌توانند مقاومت بتن غلتکی را در برابر شیار افتادگی و عریان‌شدگی افزایش دهد و کیفیت سطح بتن را از نظر زبری و تأمین اصطکاک بالا ببرد. بااین‌وجود، استفاده از این الیاف، به جهت عدم تأثیر بر میزان انعطاف‌پذیری و کشسانی بتن ضروری نیست و در صورت فراهم بودن شرایط، پیشنهاد می‌گردد.

• آب:

کیفیت و الزامات آب مورداستفاده در بتن غلتکی مشابه آب مصرفی برای بتن معمولی است.

فشردگی مقاطع قوطی (Box) در Etabs

در صورتی که در برنامه ETABS از آیین‌نامه AISC360-10 استفاده نموده باشید، برنامه کنترل فشردگی لرزه‌ای را طبق جدول 10-3-4-1 برای مقاطع باکس انجام می‌دهد و البته بایستی به چند نکته توجه داشت:
1- اگر مقطع باکس را از نوع General یا SD تعریف نموده باشید، برنامه قادر به کنترل فشردگی نیست.
2- کنترل فشردگی لرزه‌ای برای ترکیب باری که شامل بار زلزله باشد، انجام می‌شود. یعنی مثلا اگر در پروژه نیروی زلزله تعریف نکرده باشید، برای آن کنترل لرزه‌ای صورت نمی‌گیرد.
3- برنامه برای تعیین λhd ستون‌های باکس در قاب خمشی ویژه از رابطه 0.6(E/Fy)^0.5 استفاده می‌کند.این مورد در تبصره 2 از جدول 10-3-4-1 مبحث دهم نیز ذکر شده است.
4- برنامه مقاطع باکس را HSS تشخیص داده و در صورتی که در تنظیمات طراحی از مسیر Design menu > Steel Frame Design > View/Revise Preferences گزینه Reduce HSS Thickness? را در حالت No قرار نداده باشید، برنامه ضخامت مقاطع باکس را در عدد 0.93 ضرب نموده و کنترل فشردگی محافظه کارانه خواهد شد. پس بنابراین در این مسیر گزینه را به No تبدیل نمایید.
 

<br /> طراحی مصالح بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 3)

• مواد سیمانی:

مواد سیمانی مورداستفاده در بتن غلتکی روسازی شامل سیمان پرتلند آمیخته و گاهی سیمان به همراه پوزولان و یا سرباره اضافه‌شده به‌صورت مجزا است. انتخاب نوع سیمان بر اساس مقاومت طرح و سنی که برای مقاومت طرح در نظر گرفته‌شده است، صورت می‌گیرد. به‌طورکلی الزامات ترکیبات شیمیایی سیمان برای قرار گرفتن در معرض شرایط محیطی مختلف و واکنش‌های قلیایی باید مطابق استانداردهای موجود باشد. در بسیاری از روسازی‌های بتن غلتکی ساخته‌شده تاکنون، از سیمان پرتلند نوع I یا II و خاکستر بادی کلاس F و C استفاده‌شده‌است. سیمان پرتلند مورداستفاده باید الزامات استاندارد ASTM C150 را ارضا نماید. از سیمان پرتلند نوع III (زود سخت شونده) به دلیل عدم فرصت کافی برای کار با بتن در بتن غلتکی استفاده‌نشده است. انتخاب هر نوع پوزولان برای استفاده در بتن غلتکی باید بر اساس مطابقت با استانداردها، عملکرد در بتن و در دسترس بودن برای پروژه موردنظر، انجام گیرد. استفاده از خاکستر بادی در بتن غلتکی راهکار مؤثری برای تأمین ذرات ریز موردنیاز برای تراکم کامل است. مقدار خاکستر بادی معمولاً بین ۱۵ تا ۲۰ درصد کل حجم مواد سیمانی در نظر گرفته می‌شود.

<br /> طراحی مصالح بتن غلتکی بر اساس نشریه 731 (قسمت 2)

• سنگدانه‌ها:

درصورتی‌که درشت‌دانه و ریزدانه به‌صورت مخلوط باهم دپو شده باشد، مسئله جداشدگی ذرات ریزودرشت از یکدیگر، کنترل دانه‌بندی را مشکل خواهد ساخت و لذا دقت مضاعفی در نحوه ایجاد دپوها باید صورت پذیرد. یکی از روش‌های انبار (دپو) کردن درشت‌دانه به‌منظور جلوگیری از جداشدگی، دپو کردن آن‌ها به‌صورت لایه‌های افقی متوالی به ارتفاع کمتر از ۲ متر است. در این روش هر لایه بعد از تکمیل شدن لایه زیرین، در کل سطح دپو، ریخته می‌شود.
درصورتی‌که سطحی صاف و مسطح در روسازی راه مدنظر باشد، درشت‌دانه و ریزدانه باید به نحوی با یکدیگر مخلوط شوند که یک دانه‌بندی ترکیبی مناسب را ایجاد نماید. در شکل زیر محدوده‌های دانه‌بندی توصیه‌شده توسط یکی از مراجع برای تولید مخلوط‌های بتن غلتکی روسازی راه ارائه‌شده است. همچنین جدول زیر نیز مقادیر عددی این محدودیت‌ها را نشان می‌دهد. بتن‌های معمولی غالباً با ترکیب دو گروه سنگدانه ریزودرشت ساخته می‌شوند. لیکن در مورد بتن غلتکی دستیابی به دانه‌بندی مناسب نشان داده‌شده در شکل زیر، با استفاده از دو گروه اندازه‌ای سنگدانه به دلیل مسئله جداشدگی ممکن است مشکل باشد. استفاده بیش از دو گروه اندازه‌ای سنگدانه، قابلیت بیشتری برای کنترل دانه‌بندی و مسئله جداشدگی ایجاد می‌کند.

 
کاربرد سنگدانه‌های ریزتر از ۷۵ میکرومتر (الک No.200) درصورتی‌که غیر پلاستیک باشند، می‌توانند راهکار سودمندی برای کاهش فضای خالی بین ریزدانه‌ها باشد. البته اثر این ذرات بر خواص بتن غلتکی تازه و سخت شده در مطالعات طرح اختلاط باید مورد ارزیابی قرار گیرد. معمولاً حدود ۲ تا ۸ درصد سنگدانه ریزتر از ۷۵ میکرومتر در بتن غلتکی روسازی راه متداول است.