دیافراگم صلب، دیافراگم نرم و دیافراگم نیمه صلب

 طراحی سقف و دیافراگم

دیافراگمها

کف طبقات یا دیافراگم ها نیروی جانبی طبقات را بین اجزای قائم سیستم باربر جانبی توزیع میکند.

فرضیات مدلسازی صـحیح در مورد دیافراگم ها از یک سو منجر به توزیع صحیح نیروهای جانبی بین اجزای باربر قائم میشود و از سوی دیگر در برآورد صـحیح نیروهای داخلی دیافراگم حایز اهمیت است.

جامع ترین روش تحلیلی برای برآوردن دو نیاز مذکور، مدلسازی دیافراگم ها بـه صـورت اجزای محدود همراه با بقیه ی اعضای سازه، شامل تیر، ستون و دیوار برشی در یک مدل سه بعدی کلی است. این کار منجر به تحلیل مستقیم دیافراگم ها به همراه بقیه ی سازه و تعیین واکنش های آنها شـده و مهنـدس طـراح را از مـدلسازی و تحلیـل جداگانـه ی دیافراگمها بی نیاز میسازد.

با توجه به سه بعدی و حجیم بودن مدل، این کار دقت و حساسیت بیشتری را طلب مـیکنـد. البتـه ایـن روش در تحلیلهای غیرخطی، با صرف زمان و هزینه ی بالا همراه بوده و در اغلب موارد عملـی نیسـت. بنـابراین در دیـافراگم هـای متعارفی که فاقد بازشوهای بزرگ و نزدیک به هم بوده و دارای پلان نسبتا منظمی هستند، مطلوبتر است که از روشهای ساده شده برای مدلسازی دیافراگم ها استفاده شود.

برای اعمال روشهای ساده شده در مدلسازی دیافراگم ها ابتدا باید برآورد مناسبی از سختی دیافراگم به عمل آید. دیافراگم هـا از نظر میزان سختی درون صفحه خود به سه دسته تقسیم میشوند

۱دیافراگم صلب: اگر تحت بار جانبی، حداکثر تغییر شکل افقی دیافراگم کوچکتر از نصف متوسط تغییر مکـان جـانبی نسـبی طبقه باشد، دیافراگم صلب محسوب میشود.

-۲دیافراگم نرم: اگر تحت بار جانبی حداکثر تغییر شکل افقی دیافراگم بزرگتر از دو برابر متوسط تغییر مکان جانبی نسبی طبقه باشد، دیافراگم نرم محسوب میشود.

-۳دیافراگم نیمه صلب: اگر دیافراگم نه صلب باشد و نه نرم، نیمه صلب محسوب میشود

برای دسته بندی دیافراگم ها، محاسبه ی تغییر شکل ها باید بر مبنای بار معادل استاتیکی انجـام شـود. توزیـع نیروی افقی بر روی بخشهای مختلف یک دیافراگم باید متناسب با توزیع جرم دیافراگم باشد. در صورت جابجا شدن محور سیسـتم باربر جانبی از طبقهای به طبقه ی دیگر (مانند جابجا شدن محور مهاربند از طبقه ای بـه طبقـه ی دیگـر) بایـد اثـرات نیروهـای افقـی بهوجود آمده در دیافراگم در تغییر شکل آن منظور شود.

یک روش متداول برای بهدست آوردن تغییر شکل دیافراگم ها مدلسازی آنها به صورت تیر عمیق است. در این روش دیافراگم بر روی تکیهگاه هایی که همان اجزای قائم باربر جانبی (قابهـا و دیوارهـای برشـی) هسـتند، مـدل مـیشـود. نحـوه ی انجـام ایـن مدلسازی در شکل زیر نمایش داده شده است. همانطور که در شکل دیده مـیشـود، جـان تیـر عمیـق همـان صـفحهی افقـی دیافراگم بوده و بالهای آن اجزای لبهی دیافراگم را شامل میشوند. لیکن بایـد توجـه داشـت بـه واسـطه ی بزرگـی نسـبت عـرض دیافراگم ها به دهانه ی آنها معمولا این اجزا به عنوان تیرهای عمیق محسوب شده و دیگر فرض مستوی ماندن مقاطع هنگام خمش در آنها صادق نیست. بنابراین در محاسبه ی تغییرشکل این تیرها باید علاوه بر اثر تغییرشکل های خمشـی، اثـرات تغییرشـکل هـای برشی نیز منظور شود. اینکار یا با المان بندی دیافراگم با عناصر ورق یـا بـا اسـتفاده از المـان تیـر برشـی انجـام مـیشـود.

سـختی تکیه گاه های این تیر همان سختی سیستم باربر جانبی نسبت به کف طبقه ی زیرین آن است که به روشهای متداول قابـل محاسـبه است در دیافراگم های صلب، توزیع نیرو بین اجزای مقاوم دربرابر نیروهای افقی به نسبت سـختی ایـن اجـزا انجـام مـیشـود. در ایـن صورت، مطابق روش معمول در اغلب نرم افزارهای رایانه ای میتوان برای تحلیل سازه، گرههای واقع در یک سطح را با هـم مـرتبط نمود به طوری که عملا تغییرمکانهای جانبی طبقه در صورت نبودن پیچش در کلیه ی گـره هـای آن سـطح یکسـان باشـد و یـا درصورت وجود پیچش این تغییرمکان ها با یکدیگر رابطه خطی داشته باشند

فیلم آموزش تنظیمات طراحی سازه فولادی

فیلم آموزش تنظیمات طراحی سازه فولادی
به روش LRFD و آخرین ویرایش مبحث دهم مقررات ملی و استاندارد 2800
این فیلم توسط آقای مهندس مجتبی محب علیان تهیه شده است.
در این ویدئو به بررسی تک تک گزینه های Design option پرداخته میشود.
سازه ای که در این فیلم طراحی می شود در یک جهت قاب خمشی متوسط و در جهت دیگر مهاربند همگرای ویژه می باشد. نوع دال این سازه عرشه فولادی است.
 

 

طراحی برشگیر ها و گل میخ های سقف کامپوزیت و عرشه فولادی

مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع گل‌میخ که بر بال فوقانی تیر فولادی متصل شده و در داخل دال بتنی قرار می‌گیرند، طبق بند 10-2-8-7-2 مبحث دهم، برای برشگیرهای از نوع گل میخ با استفاده از رابطه زیر تعیین می‌شود:
Qn=0.5Asa√(fc*Ec)≤Rg*Rp*Asa*Fu
که در رابطه فوق، Asa سطح مقطع گل‌میخ، Ec مدول الاستیسیته بتن که می‌توان از رابطه Ec=0.043wc^1.5 √(fc) تعیین نمود. که در آن wc وزن مخصوص بتن بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب و Ec بر حسب مگاپاسکال می‌باشد. fc مقاومت مشخصه بتن در سن 28 روزگی برای نمونه استوانه‌ای شکل، Fu تنش کششی نهایی حداقل مصالح گل‌میخ، Rg ضریب گروهی گل‌میخ‌ها و Rp ضریب موقعیت قرارگیری گل‌میخ‌ها بوده که این دو ضریب با توجه به جدول 10-2-8-1 مبحث دهم تعیین می‌شوند. مثلا برای یک گل میخ با قطر 16 میلیمتر مساحت مقطع یک گل‌میخ برابر با Asc=2 cm^2 می‌باشد. مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع گل‌میخ که بر بال فوقانی تیر فولادی متصل شده برابر است با:
Qn=0.5Asa √(fc*Ec)=0.5×2√(300×294000)=9390 kg>Rg*Rp*Asa*Fu=1.0×0.75×2×5000=7500 kg
برنامه ETABS نیز این مقدار را حساب می‌کند. اگر از مسیر Define menu > Section Properties > Deck Sections مقطع عرشه را تعریف نمایید، در بخش Shear Stud Diameter قطر گل میخ را وارد نمایید. همچنین مقدار تنش تنهایی گل‌میخ در بخش Property Data Definitions و در تعریف Fu وارد شود. برنامه مقدار Ec را از مصالحی که از بخش Deck Material تعریف شده خوانده و مقدار Qn را محاسبه می‌کند. برای دیدن جزئیات بیشتر در این رابطه می‌توانید به کتاب تحلیل و طراحی سازه‌های فولادی اینجانب یا دیگر کتاب‌های طراحی سازهای فولادی مراجعه نمایید.
✔️ @AlirezaeiChannel

تنظیمات طراحی سقف عرشه فولادی Etabs

از مسیر Define menu > Section Properties > Deck Sections باید مقطع سقف عرشه را تعریف کنید. در بخش Property Name  نام مقطع را به دلخواه وارد نمایید. در بخش Type اگر میخواهید سقف را بصورت عرشه فولادی و با گل میخ طراحی کنید، گزینه Filled را انتخاب نمایید. در بخش Slab Material مصالح بتنی که میخواهید از آن برای طراحی دال بتنی کنگره ای استفاده شود را انتخاب نمایید. مشخصات بتن و وزن مخصوص آن از روی این مصالح برداشت میشود. در بخش Deck Material مصالح فولاد عرشه فولاد انتخاب شود. در بخش Modeling Type تنها گزینه قابل انتخاب برای سقف عرشه فولاد گزینه membrane  است. در بخش Modifiers  میتوانید ضرایب مختلفی را در برخی مشخصات مقطع سقف اعمال نمایید. در بخش Property Data گزینه زیر را وارد نمایید:
گزینه tc ضخامت دال بالای عرشه است. مقدار آن برای بین 6 تا 7 سانتیمتر معمولا در نظر گرفته میشود.
گزینه hr ارتفاع پاشنه عرشه است.  مقدار آن برای اغلب ورق‌های متداول 7.5 cm است.
 گزینه wrt عرض ریب‌های کنگره‌ای در بخش بالایی آن که عدد 17.5 cm مناسب است.
گزینه wrb عرض ریب‌های کنگره‌ای در بخش پایینی آن که عدد 12.5 cm مناسب است.
گزینه sr که فاصله محور تا محور هر کنگره بوده و برابر 30 سانتیمتر در نظر گرفته می‌شود.
گزینه hs ارتفاع گل‌میخ بعد از جوشکاری می‌باشد. توجه شود به سبب عملیات جوشکاری مقداری از ارتفاع گل‌میخ کاهش می‌یابد. مقدار آن برابر 11.5 cm در نظر گرفته شود.
گزینه Fu مقدار تنش نهایی مصالح گل میخ بوده که بسته به نوع گل میخ استفاده شده بین 4000 تا 50000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع متغییر است.

 

کنترل ارتعاش در سقف کامپوزیت

 اگر در برنامه ETABS از AISC360-10 برای طراحی سقف‌های کامپوزیت استفاده کنید، برنامه از AISC Steel Design Guide 11 (DG11) برای کنترل ارتعاش استفاده خواهد کرد. برنامه ETABS فرکانس طبیعی ارتعاش مود اول ارتعاش تیر را تعیین نموده و برای هر تیر، مقدار حداکثر شتاب بر حسب g را بصورت ap/g و با مقدار حدود مجاز آن a0/g مقایسه می‌کند. مقادیر محاسبه شده در نهایت توسط برنامه گزارش می‌شود. ارتعاش تیر فرعی ناشی (با توجه به اینکه به تیرهای اصلی و در نهایت ستون متصل بوده و با آنها بصورت فنر سری عمل میکند) بصورت زیر تعیین میشود:

 

در این روابط از جابجایی ستون صرف نظر میشود معمولا (چون سختی محوری بالای دارند). بنابراین طبق DG11 مقدار فرکانس ارتعاش طبیعی برابر است با:

 

 

 

منبع:@AlirezaeiChannel

معرفی سیستم سقف ها

سیستم سقف ها را بصورت خلاصه بشناسید
1-سقف طاق ضربی :
هرچند که این نوع سقف منسوخ شده است و دیگر مورد تایید ضوابط وآیین نامه ها نیست.سقف طاق ضربی به راحتی و با هزینه کم ساخته میشود.اما بدلیل وزن بالا و عملکرد بسیار ضعیف درهنگام زلزله ،سقف قابل اعتمادی نیست.
2-سقف تیرچه بلوک :
این نوع سقف یکی از رایج ترین انواع سقف به حساب می آید. اجزای تشکیل دهنده سقف تیرچه – بلوک شامل تیرچه ، بلوک پرکننده و بتن وآرماتورحرراتی وآرماتور تقویتی برش (اوتکا ) می باشد.
انواع تیرچه :
الف ) تیرچه پاشنه بتنی
ب) تیرچه فلزی با جان باز( کرمیت )
ج) تیرچه پیش تنیده ( اشپنیت )
د)تام تیرچه
انواع بلوک پرکننده:
الف ) بلوک پلی استایرن
ب) بلوک سفالی
ج) بلوک سیمانی
3-سقف کامپوزیت :
این نوع سقف صرفا در اسکلت فلزی قابل اجرا است. اجزای تشکیل دهنده آن شامل تیرها ی فرعی ( لانه زنبوری-پروفیل ) برشگیر ، بتن و آرماتورحرارتی می باشد. از آنجایی که برای اجرای سقف کامپوزیت به شمع بندی نیازی نیست این امکان وجود دارد که چند سقف به طور همزمان بتن ریزی نمود که تخته ها یا ورق های قالب بندی را نباید به هیچ وجه زودتر از زمان موعد باز کرد.
4-سقف عرشه فولادی :
این نوع سقف در سالهای اخیر رواج زیادی درساختمان سازی پیداکرده است.دلیل اصلی این اقبال خوب سازدگان و پیمانکاران ساختمانی ، سرعت بالای اجرای آن است.اجزای تشکیل دهنده سقف عرشه فولادی شامل تیرهای فرعی ، ورق گالوانیزه ذوزنقه ای ، گل میخ ، بتن و آرماتورحرراتی می باشد.
5-سقف دال بتنی :
این نوع سقف بدلیل وزن بالای آن و سرعت اجرای پایین و همچنین هزینه ی بیشتری که دارد کمتر مورد استفاده قرارمیگیرد.در برخی ساختمانها که از اهمیت بالایی برخوردارند.مثل ساختمانهای واقع در در نیروگاهها یا مراکز صنعتی بزرگ از سیستم سقف دال بتنی استفاده می شود. اجزای تشکیل دهند. این سقف آرماتور وبتن است.آنچه که درمورد سقف دال بتنی لازم به ذکر است اینست که دال اصولا به دودسته ی دال یک طرفه ودو طرفه تقسیم میشود.(سقف یوبوت نیز دراین گروه طبقه بندی میشود.)
6-سقف تیر دال :
این سقف شبیه به سقف کامپوزیت است با این تفاوت که تیرهای فرعی آن بتنی هستند. سقف تیر ودال در اسکلت بتنی بصورت درجا و در اسکلت فلزی بصورت پیش ساخته اجرا می شود.
7-سقف کوبیاکس :
این نوع سقف که به تازگی درصنعت ساختمان ایران وارد شده است از لحاظ سازه ای شبیه به دال دو طرفه است که البته تفاوت هایی با آن دارد. بدین ترتیب که درضخامت دال گوی های توخالی سبکی رابصورت منظم قرارمیدهند تا درواقع از معرف بتن برای پرکردن آن قسمت جلوگیری کنند. کاری که این گوی های تو خالی سبک انجام میدهند شبیه به کاری است که بلوک های پرکننده ( فوم ) در سقف تیرچه بلوک انجام می دهند. جنس این گوی ها پلی اتلین بازیافتی یا پلی پروتیین می باشد. سقف کوبیاکس به دلیل هزینه بالا و وقت گیر بودن تاکنون نتوانسته جایگاه مناسبی دربین سقف های سازه ای در صنعت ساختمان ایران پیدا کند.
8-سقف روفیکس :
این سقف درواقع همان سقف کامپوزیت است که بجای تخته یا ورق ( که بعنوان قالب استفاده می شوند) از یک صفحه فلزی مشبک با نام روفیکس بعنوان قالب ماندگار استفاده میشود. جنس روفیکس ورق گالوانیزه به ضخامت 7/. تا 0.8 میلیمتر است . همین مشبک بودن روفیکس موجب می شود بتن تازه به خوبی با آن درگیر شود و بدلیل ترکیب بتن و فلز مقاومت بدست آمده برای تحمل بارهای وارده به سقف قابل توجه خواهد بود. فاصله تیرهای فرعی تا حداکثر 80 سانتی مترمیتواند باشد چراکه بیشتراز آن باعث شکم دادن روفیکس درهنگام بتن ریزی خواهد شد.اجزای تشکیل دهنده این نوع سقف شامل روفیکس ، ارماتورو بتن می باشد.ساده بودن روش اجراو سرعت بالای کار از مزایای این سقف می باشد اما از انجا که روفیکس یک قالب ماندگار است جزء مصالح مصرفی سقف به حساب امده و در نتیجه هزینه آن را کمی بالا می برد.
9-سقف پیش تنیده :
این نوع سقف جدیترین سقفی است که وارد صنعت ساختمان ایران شده است. درسقف پیش تنیده با استفاده از کابل و چگونگی قرارگیری آن در دال بتنی سقف ، یک نیروی فشاری اولیه قبل از بهره برداری از سازه در ناحیه کششی دال بتنی ایجاد میکنند تا پس از بهره برداری از سازه این ناحیه کششی دچار ترک خوردگی نشود ودر نتیجه از حداکثر ظرفیت باربری بتن استفاده شودو به تبع آن ابعاد و دو اندازه ها کاهش یابد.یکی از مزایای اصلی استفاده از سقف پیش تنیده اینست که این امکان را فراهم می اورده تا سازه با تعداد ستون کمتری نسبت به سایر سقفها اجراشود این موضوع در بحث معماری ساختمان و همچنین تامین پارکینگ بسیار تاثیرگذار است.

کاهش لرزش سقف عرشه فولادی

چند نکته قابل توجه جهت کاهش لرزش سقفهای عرشه فولادی :
1- فاصله دهانه های تیرهای فرعی در سقف عرشه فولادی

یکی از مهمترین عوامل در کاهش لرزش سقف عرشه فولادی فواصل تیرهای فرهی می باشد ، اگر فاصله تیرهای فرعی کمتر از 2/40 متر باشد با اجرای ورق عرشه به ضخامت 0/8 میلیمتر هیچ لرزشی در سقف نخواهیم داشت ، برای فواصل بیشتر باید ضخامت ورق را افزایش دهیم : یعنی دهانه 2/40 تا 2/60 از ورق 0/9 میلیمتر و از 2/60 تا 3/00 متر از ورق 1 میلیمتر و از 3/00 تا 3/30 از ورق 1/25 میلیمتر استفاده گردد ، فاصله تیر فرعی بیشتر از 3/30 به هیچ عنوان توصیه نمیگردد ، کما اینکه دستگاه های تولید ورق رول فرمینگ توان فرم دادن ورق با ضخامت بیشتر از 1/25 میلیمتر را ندارند

2- ضخامت ورق گالوانیزه سقف عرشه فولادی 
همانگونه که گفته شد انتخاب ورق با ضخامت نادرست با توجه به فواصل تیرریزی نیز از عوامل موثر در لرزش سقف ساختمان خواهد بود.

3- ارتفاع عرشه

ارتفاع عرشه یا بلندای گام ورق نیز تاثیر به سزایی در کاهش لرزش سقف دارد ، توصیه ما در هر فاصله دهانه ای استفاده از ورق عرشه با بلندای گام 75 میلیمتر می باشد .

4- بتن ریزی

بر طبق ضوابط مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، حداقل ضخامت بتن بر روی گام فوقانی ورق عرشه فولادی در حدود ۵ سانتیمتر می باشد. هر چند که در عمل ۶ سانتیمتر نتیجه مطلوب تری حاصل شده است، اما بتن ریزی کمتر از ۵ سانتیمتر در افزایش لرزش سقف موثر است .

5-  اجرای صحیح عرشه

فیکس کردن ورق با میخ و چاشنی انفجاری ، در فواصل مناسب ( برای هر متر مربع حداقل از 2 عدد میخ و چاشنی انفجاری استفاده گردد ) و استفاده از پیچ های خودکار در محلهای مورد نیاز ، نیز در کاهش لرزش سقف کمک میکند

رابطه عرض مفید فرمینگ ورق عرشه فولادی و لرزش سقف عرشه فولادی:

مطابق آئین نامه مقررات ملی ساختمان ایران مبحث دهم در صفحه ۱۲۶ بند ۱۰-۲-۸-۳-۳ :

ت) انتقال بار بین تیر فولادی و دال بتنی
ت-۱) نواحی لنگر خمشی مثبت

۱. مقاومت برش افقی مورد نیاز: برای عملکرد مختلط کامل، برش افقی مورد نیاز باید به شرح زیر برابر کوچکترین مقدار محاسبه شده بر اساس حالتهای حدی خردشدگی بتن و تسلیم کششی مقطع فولادی در نظر گرفته شود.

خرد شدگی بتن (۱۰-۲-۸-۲۰)
Vhu=0.85fcAc

تسلیم کششی مقطع فولادی (۱۰-۲-۸-۲۰)

در روابط فوق:
fc= مقاومت فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن
Ac=سطح مقطع دال بتنی در محدوده عرض موثر ورق عرشه فولادی
As=مساحت مقطع فولادی
Fy=تنش تسلیم فولاد مقطع فولادی

۲. مقاومت برش افقی اسمی مقاومت برش افقی اسمی اعضای با مقطع مختلط بر دال بتنی و دارای برشگیر (گلمیخ) باید مطابق رابطه زیر بر اساس مقاومت برشی برشگیرها تعیین گردد. (۱۰-۲-۸-۲۱)

که در آن:
Qn=مجموع مقاومت های برشی اسمی برشگیرها (گلمیخ ها)در حد فاصل نقاط لنگر خمشی مثبت حداکثر و لنگر صفر مطابق مقررات بند ۱۰-۲-۸-۷ ۳.تعداد فاصله و مشخصات برشگیرها (گلمیخ ها)بایستی از طریق برقراری رابطه زیر و بدون احتساب ضریب کاهش مقاومت تعیین گردد. (۱۰-۲-۸-۲۲)

نتیجه گیری:

با توجه به اینکه مقدار خرد شدگی بتن کمترین مقدار در روابط فوق میباشد لذا هر چه سطح مقطع دال بتنی در محدوده عرض موثر ورق عرشه فولادی بیشترو مطابق استانداردها باشد مقاومت سقف عرشه فولادی در مقابل زلزله نیز بیشتر می شود.