دیافراگم صلب و انعطاف‌پذیر

مطلب زیر از کانال دکتر علیرضایی@AlirezaeiChannel اقتباس شده است:
دیافراگم‌ها سیستم‌های افقی هستند که نقش انتقال بارهای زلزله به سیستم‌های مقاوم جانبی بار بر عهده دارند. همچنین نقش دیگر آنها تحمل و انتقال بارهای ثقلی نیز هست. به دلیل اندرکنش بین رفتار درون صفحه و برون صفحه، بررسی انتقال بارهای در دیافراگم‌های افقی پیچیده می‌باشد. در شکل زیر پاسخ دیافراگم‌های صلب و انعطاف پذیر در برابر بارهای جانبی نشان داده شده است.
انعطاف‌پذیری دیافراگم‌ها ناشی از نرم بودن آنها و یا سخت بودن سیستم مقاوم جانبی است. دیافراگم‌ها در سه نوع، صلب، انعطاف‌پذیر و نیمه صلب طبقه‌بندی می‌شوند. در صورتی که سختی دورن صفحه دیافراگم زیاد باشد، آن را به صورت دیافراگم صلب در نظر می‌گیرند. در دیافراگم صلب، نیروهای جانبی به نسبت سختی هر یک از عناصر مقاوم قائم، بین آنها توزیع می‌شوند. لیکن در دیافراگم انعطاف پذیر، به صورت یک تیر دو سر ساده، نیروها به نسبت سطح بارگیر جانبی آنها بین عناصر مقاوم جانبی توزیع می‌شوند. همانطور که از شکل زیر پیداست، با افزایش ارتفاع طبقه، سختی دیوارها کاسته می‌شود و بطور مشابه با افزایش طول دهانه دیافراگم، سختی دیافراگم دچار نزول می‌شود.
همانطور که پیداست، دیافراگم‌های انعطاف پذیر قادر به چرخشی که در دیافراگم‌های صلب حول مرکز سختی رخ می‌دهد، نخواهند بود. در سازه‌های واقعی، دیافراگم‌ها نه انعطاف پذیر و نه کاملاً صلب هستند و تنها برای ساده‌سازی روند تحلیل آنها را صلب یا انعطاف‌پذیر در نظر می‌گیرند. در واقع دیافراگم‌های موجود را می‌توان به صورت نیمه صلب در نظر گرفت.
 

پاسخ دیافراگم‌های صلب و انعطاف پذیر در برابر بارهای جانبی؛ توزیع نیروی جانبی (بالا) برای صلب(چپ) و انعطاف پذیر (راست) و تغییرمکان‌های دیافراگم(پایین)
 
دیافراگم‌ها را می‌توان به صورت یک تیر عمیق مانند شکل زیر در نظر گرفت. نکته بسیار مهمی را که در طراحی تیرهای عمیق باید مد نظر قرار داد این است که بسط رفتار تیرهای معمولی به تیرهای عمیق کاملا نادرست است. چرا که بررسی‌های مختلف نشان داده که رفتار ارتجاعی تیرهای بتن مسلح با رفتار تیرهای معمولی متفاوت است.
این تفاوت اساسأ به اثر تنش‌های قائم در مقطع و تغییر شکل‌های برشی در این اعضا نسبت داده می‌شود. تیر عمیق دارای تغییر شکل برشی قابل توجهی است بنابراین استفاده از نظریه خمش ساده برای پیش بینی رفتار آن نامناسب است هم چنین از آنجایی که توزیع تنش و کرنش درمقطع آن غیر خطی است بنابراین نیاز به تحلیل جداگانه‌ای برای تحلیل این تیرها می‌باشد. در این مدل‌سازی، جان تیر همان دیافراگم و بال‌ها عناصر مقاوم جانبی هستند. تحلیل دقیق دیافراگم‌های نیمه صلب بسیار پیچیده می‌باشد. معمولاً برای توزیع بارهای جانبی در دیافراگم‌های نیمه صلب آنها را به صورت تیر‌های پیوسته بر روی تکیه‌گاه‌های ارتجاعی در نظر می‌گیرند.

تشبیه دیافراگم افقی به تیر عمیق؛ توزیع نیرو(چپ) و خرابی‌های متداول(راست)
 
در بسیاری از نرم‌افزارهای تحلیل امکاناتی وجود دارد که می‌توان دیافراگم‌ها را به صورت کاملاً صلب در نظر گرفت. در این حالت تعداد درجات آزادی برای هر کف به سه کاهش می‌یابد (دو درجه آزادی انتقالی و یک درجه آزادی پیچشی). شکل زیر نمونه‌هایی از دیافراگم‌هایی را نشان می‌دهد که به سبب هندسه آنها نبایستی به صورت یکپارچه صلب در نظر گرفته شوند. در حالاتی که برخی از ستون‌ها در یک طبقه به دیافراگم کف متصل نیستند نبایستی آنها را جزو دیافراگم صلب در نظر گرفت زیرا با این مدلسازی تغییر مکان‌‌های آنها به مانند دیافراگم خواهد بود.
 

نمونه‌ای از دیافراگم‌ها که به سبب هندسه نمی‌توان آنها را صلب فرض نمود

کنترل تیرها ، ستون ها و اتصالات آنها در قاب های مهاربندی شده ویژه

بند 10-3-11-2 مبحث دهم(کنترل تیرها ، ستون ها و اتصالات آنها در قابهای مهاربندی شده ویژه)
 
این بند آیین نامه برای طراحی ستون ها در اثر ظرفیت نهایی مورد انتظار مهاربندها است. طبق مبحث دهم داریم:
در قاب مهاربندی شده همگرای ویژه مقاومت طراحی تیرها، ستونها و اتصالات آنها نباید از نیروهای ناشی از تحلیل های زیر کوچکتر در نظر گرفته شود:
الف) تحلیلی که در آن فرض شود نیروی مهاربند کششی RyFyAg و نیروی مهاربند فشاری برابر 1.14FcreAg باشد.
ب) تحلیلی که در آن فرض شود نیروی مهاربند کششی RyFyAg و نیروی مهاربند فشاری برابر 0.3x1.14FcreAgباشد.
همچنین بایستی اثر نیروهای محوری ناشی از بارهای ثقلی با ضریب مناسب بر روی ستون دیده شود. در صورتی که روش طراحی تنش مجاز باشد، نیروهای ثقلی بدون ضریب و در حالت طراحی به روش تنش مجاز بایستی با ضریبی که آیین‌نامه برای این حالات بار در ترکیب با نیروی زلزله داده است مورد استفاده قرار گیرند.
برنامه ETABS این ضابطه را فعلا کنترل نمیکند و کنترل آن بر عهده طراح است.

فرمول فواصل خاموت ها

جزئیات داده در بند 9-15-3 ضوابط غیرلرزه‌ای و ضوابط بند 9-23-3-1-2-5 ضوابط لرزه‌ای است. در عضوی که برای بارهای زلزله بایستی طراحی شود، بدترین این دو بند بایستی ملاک قرار گیرد. در بیشتر حالات محدودیت‌های ضوابط لرزه‌ای حاکم هستند.
 

طول گیرایی میلگردها و وصله ی میلگرد ها

طول گیرایی میلگردهای کششی طبق رابطه 9-21-1 از مبحث نهم تعیین می‌شود. این رابطه می‌تواند کاربردهای زیادی داشته باشد. مهمترین کاربرد آن تعیین طول وصله میلگردها کششی است که طبق بند 9-21-4-2-1 در وصله‌های پوششی، طول پوشش باید حداقل 1.3Ld باشد. خلاصه روابط طول مهاری میلگردها در شکل زیر نشان داده شده است.
 
[caption id="attachment_3819" align="alignnone" width="1280"] طول گیرداری و وصله ی میلگرد
روابط و فرمول های طول وصله میگرد و طول گیرداری میلگرد، طول خم میلگرد[/caption]

نیروی قائم زلزله

در بند 3-3-9 استاندارد 2800، به نیروی قائم زلزله پرداخته شده است:
الف) کل ساختمان‌هایی که در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده‌اند.
ب) تیرهای بیش از 15 متر
پ) تیرهایی که بار قائم متمرکز قابل توجهی دارند.
ت) بالکن‌ها
در 2800 تفکیکی صورت نگرفته که اگر سازه‌ای شامل حالت الف می‌شود، آیا حالت (ب) تا (ت) نیز شامل آن می‌شود یا خیر. لیکن به نظر شخصی اینجانب نیازی نیست و اعمال دو بار، نیروی زلزله به یک عضو بی‌مورد است. بنظرم بند‌های (ب) تا (ت) حساسیت بی مورد 2800 در مورد بار قائم است که به نوعی می‌خواسته روش سنتی اعمال بار قائم زلزله از ویرایش قبلی حفظ شود. آیین‌نامه ASCE7-10 خیلی راحت‌تر بار قائم را در نظر می‌گیرد:
12.4.2.2 Vertical Seismic Load Effect
The vertical seismic load effect, Ev, shall be determined in accordance with Eq. 12.4-4 as follows:
Ev = 0.2*SDS*D
SDS = design spectral response acceleration parameter at short periods obtained from Section 11.4.4
D = effect of dead load
در واقع ASCE7-10 تنها بند (الف) 2800 را پوشش می‌دهد.
منبع: کانال دکتر علیرضایی

ضوابط شکل پذیری متوسط

ضوابط سازه های با شکل پذیری متوسط:
اعضای تحت خمش در قاب ها:
خاموت گذاری در تیر ها:
اگر فاصله دو میلگرد طولی بیشتر از ۱۵۰ میلیمتر باشد , باید توسط خاموت به هم متصل شوند.
طول قسمت های بحرانی در تیرها:
دو برابر ارتفاع مقطع
فاصله خاموت ها در ناحیه ویژه:
کمترین مقادیر زیر:
d/4
۸ برابر قطر آرماتور طولی
۲۴ برابر قطر خاموت
۳۰۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در سایر قسمت های تیر:
d/2
اعضای تحت فشار و خمش در قاب ها:
خاموت گذاری در ستون ها:
طول ناحیه بحرانی در ستون ها:
بیشترین مقادیر زیر:
L/6
بعد بزرگتر ستون
۴۵۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی:
کمترین مقادیر زیر:
نصف کوچکترین بعد مقطع
۸ برابر قطر آرماتور طولی
۲۴ برابر قطر خاموت
۲۵۰ میلیمتر
فاصله اولین خاموت، نصف مقدار بالا است.
در محل اتصال ستون به شالوده باید در طول حداقل ۳۰۰ mm در داخل پی ، با آرماتور های عرضی (با فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی) تقویت گردد.
ضوابط سازه های با شکل پذیری زیاد:
اعضای تحت خمش در قاب ها :
خاموت گذاری در تیر ها:
فاصله آرماتور های عرضی دربرگیرنده وصله:
کمترین مقادیر زیر:
d/4
۱۰۰ mm
طول قسمت های بحرانی در تیرها:
دو برابر ارتفاع مقطع
فاصله خاموت ها در ناحیه ویژه:
کمترین مقادیر زیر:
d/4
۸ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
۲۴ برابر قطر خاموت
۳۰۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در سایر قسمت های تیر:
d/2
اعضای تحت فشار و خمش در قاب ها:
خاموت گذاری در ستون ها:
طول ناحیه بحرانی در ستون ها:
بیشترین مقادیر زیر:
L/6
بعد بزرگتر ستون
۴۵۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی:
کمترین مقادیر زیر:
¼ کوچکترین بعد ستون
۸ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
۱۲۵ میلیمتر
فاصله خاموت ها در سایر قسمت های ستون:
کمترین مقادیر زیر:
½ کوچکترین بعد ستون
۶ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
۲۰۰ میلیمتر

تراز پایه در تحلیل دینامیکی

در تحلیل استاتیکی این قابلیت وجود دارد که نیروی برشی زلزله (مثلا در سازه های دارای دیوار حائل) از تراز روی دیوار حائل اعمال شود ،اما در تحلیل دینامیکی این امکان وجود ندارد، مشکل کجاست و راه حل چیست؟
در پاسخ باید گفت در تحلیل استاتیکی، وقتی تراز پایه را به روی دیوارهای حائل بیاوریم، در واقع جرم لرزه‌ای زیر تراز پایه را مشارکت نداده‌ایم و در همپایه سازی با برش پایه دینامیکی نیز این اثر را لحاظ نموده‌ایم. توجه شود که در تحلیل دینامیکی، معیار برش پایه، همان برش پایه استاتیکی است و نه برش پایه دینامیکی و تنها از توزیع بارهای دینامیکی استفاده می‌کنید. در این حالت همپایه سازی در همان نقطه که تراز را به عنوان تراز پایه در نظر گرفته‌اید، انجام دهید. توجه شود که در این حالت جابجایی مودی برای طبقاتی که دیوار حائل دارند، بسیار ناچیز است.نکته مهم بعدی اینکه، در اکثر مواقع شرایط بند 3-3-1-2 اقناع نشده و قادر به بالا آوردن تراز پایه نیستیم. در خیلی از موارد اما می‌توان، از مفاد بند 3-3-5-9-2 (حالت خاص ترکیب سیستم‌ها در ارتفاع) استفاده نمود و تراز پایه را از روی دیوار حائل متصور شد. طبق ضوابط این بند، شما باید بخش بالایی را با پای گیردار و بصورت مجزا تحلیل نمایید و اثر عکس‌العملی بخش بالایی را بر روی قسمت پایینی را رعایت ضوابط این بند، به بخش پایینی اعمال نمایید. پس در این حالت مشکلی در تحلیل #دینامیکی نیز نخواهید داشت.
 
در حالتی که شرایط بند 3-3-5-9-2 برقرار باشد، می‌توانید گره‌های روی تراز پایه (روی دیوار حائل را مقید کنید):
در صورتی که سه شرط زیر برآورده شود می‌توان از روش دو مرحله‌ای جهت تحلیل سازه استفاده نمود.
قسمت بالایی سازه نرم‌تر از قسمت تحتانی آن باشد،
میانگین سختی قسمت پایینی 10 برابر میانگین سختی قسمت بالایی باشد.
دوره تناوب کل سیستم بیش از 1.1 برابر دوره تناوب قسمت بالایی نباشد.
توجه: در بند ب این مورد در استاندارد 2800 به اشتباه نوشته شده، #دوره_تناوب کل سیستم بیش از 1.1 برابر دوره تناوب قسمت بالایی «باشد» که صحیح آن عبارت «نباشد» است و در 2800 این کلمه غلط ویرایشی است. آن را اصلاح کنید.
منبع: کانال دکتر علیرضایی @AlirezaeiChannel

موارد اعمال بار قائم زلزله

اساس آیین نامه 2800 ویرایش چهارم در موارد زیرباید بار قایم زلزله اعمال شود
– کل سازه ساختمانهاییکه در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده اند
- تیرهاییکه دهانه آنها بیش از پانزده متر می باشد همراه با ستونهاو دیوارهای تکیه گاهی آنها
- تیرهاییکه بار قایم متمرکز قابل توجهی در مقایسه با سایر بارهای منتقل شده به تیر را تحمل می کنند
همراه با ستونها و دیوارهای تکیه گاهی آنها که بار متمرکز حداقل را با نصف مجموع بار وارده به تیر باشدآن بارقابل توجه تلقی می شود .
-بالکن ها و پیش آمدگی هاییکه بصورت طره ساخته می شوند

رواداری شاقولی ستون ها

طبق بند 10-4-6-7 مبحث دهم، حداکثر ناشاقولی مجاز ستون‌ها تا طبقه بیستم به ازای هر طبقه برابر 1/500 ارتفاع و حداکثر 25 میلیمتر (یک اینچ) به سمت نما و حداکثر 50 میلیمتر (دو اینچ) به سمت داخل ساختمان است. مبحث دهم از طبقه 20 تا 36 شیب را به 1/1000 به ازای هر طبقه و حداکثر به 50 میلیمتر به سمت نما و 75 میلیمتر به سمت داخل ناشاقولی را محدود می‌کند.
@AlirezaeiChannel

اما طبق نشریه 55 رواداری ستون ها به شرح ذیل عنوان شده است:

، حداکثر ناشاغولی مجاز ستون 6 میلیمتر در 3 متر می باشد

آیین نامه AISC-358 طراحی لرزه ای اتصالات فولادی از پیش تایید شده

طراحی لرزه ای اتصالات فولادی از پیش تایید شده برای سازه های قاب خمشی با شکل پذیری ویژه و متوسط

• توضیحات اتصالات فولادی از پیش تایید شده تیر و ستون
• اسم فایلPrequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications [ Etabs-SAP.ir ].zip
• حجم 3.05 مگابایت

http://etabs-sap.ir/aisc-358-prequalified-connections/