#
 کلیدواژه آزمون  نظام مهندسی

قسمت دوم بررسی ستون کوتاه در تیرهای میان طبقه

بازدید: ۲۸۴

در قسمت قبل بررسی ستون کوتاه در تیرهای میان طبقه ، نکات بسیاری از جمله مکانیسم ستون کوتاه، جلوگیری از شکست برشی، ایجاد بازشو نامناسب در دیوارهای حائل سازه ای و… فرا گرفتید، با ادامه این مطلب همراه ما باشید. (قسمت اول ستون های کوتاه)

بررسی ستون کوتاه در تیرهای میان طبقه (قسمت دوم)

تشریح استفاده از تیرهای میان طبقه

همانطور که پیش تر در مورد علل رخداد این پدیده بحث شد، ستون کوتاه معمولاً به دلایل استفاده غیر اصولی از اجزای غیر باربر نظیر دیوارهای سازه رخ می‌دهد. حال به شکل زیر توجه کنید که در آن از ستون کوتاه تر استفاده شده است و قصد داریم ببینیم که آیا در چنین مواقعی امکان بروز ستون کوتاه وجود دارد یا خیر.

نمونه از ستون با ارتفاع متغیرشکل (۵)- نمونه از ستون با ارتفاع متغیر

 

اطلاعات داده شده در شکل، سختی ستون سمت راست ۸ برابر ستون سمت چپ است و به همین علت نیروی جذب شده توسط ستون کوتاه با استفاده از تئوری فنرها با فرض استفاده از یک مقطع یکسان برای دو ستون از طریق رابطه زیر محاسبه می‌شود:

رابطه 6

 

 

 

در این رابطه E نیروی زلزله وارده به قاب و K برابر سختی ستون بلندتر می‌باشد. همانطور که مشخص است عمده نیروی زلزله به ستون کوتاه تر می‌رسد و همین مسئله موجب افزایش سایز این ستون شود.

هرچقدر سایز ستون کوتاه بیشتر انتخاب شود درصد بیشتری از نیروی زلزله به آن خواهد رسید. حال مطابق آیین نامه باید نیروی برشی طراحی این ستون با فرض استفاده از قاب خمشی متوسط از طریق رابطه (۲) انتخاب شود.

رابطه 7

(۲)

 

در این رابطه،  نیروی طراحی برشی ستون کوتاه،  نیروی برشی حاصل شده از ظرفیت خمشی ستون مطابق رابطه (۱)،  ضریب اضافه مقاومت که بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ باید تعیین شود و  نیروی برشی سهم ستون کوتاه ناشی از زلزله می‌باشد.

اگر مهندس طراح ستون کوتاه تر را برای برش بدست آمده از رابطه (۲) طراحی نماید هیچگونه ستون کوتاهی نخواهیم داشت! به عبارت ساده تر ستون کوتاه تر که سختی آن چندین برابر ستون سمت بلندتر است، اگر برش آن بر اساس ضوابط آیین نامه به درستی محاسبه شود، ستون کوتاه تشکیل نخواهد شد.

تذکر بسیار مهم:

اگر در نرم افزار ETABS ستون کوتاه تر در تراز طبقه (story) معرفی شود و نه از رفرنس پلان، می‌توان به محاسبات آن اطمینان داشت، اما اگر این اختلاف تراز با story تعریف نشود، متاسفانه این نرم افزار ضعف بسیار شدیدی دارد و توصیه اکید می‌شود که برای این ستون‌ها به نتیجه نرم افزار اکتفا نکرده و طراحی و کنترل دستی انجام شود.

 

در ادامه به سؤال اصلی بپردازیم

آیا به نظر شما تیر میان طبقه می‌تواند ستون کوتاه تشکیل دهد؟

شکل (۶) یک قاب خمشی بتنی را نمایش می‌دهد که در یکی از دهانه‌ها از تیر میان طبقه استفاده شده است. از دید بسیاری از مهندسین؛ در این حالت قطعاً  ستون کوتاه تشکیل شده است!

اما واقعیت چیز دیگری است. چنانچه مهندس محاسب بتواند به درستی ضوابط آیین نامه را اقناع نموده و تقدم و تأخر رفتار خمشی و برشی را به درستی اعمال کند، ستون کوتاهی در این نوع سازه‌ها تشکیل نخواهد شد.

به عبارت دیگر می‌توان گفت که نیروی برشی در ستون‌های متصل به تیر میان طبقه به مراتب بیشتر از ستون‌های دیگر و غیر متصل به تیر میان طبقه است، اما اگر مهندس محاسب به درستی این نیروی برشی را محاسبه و ستون را برای آن طرح نماید، دیگر نباید از واژه ستون کوتاه برای آن‌ها استفاده کرد.

اما روند طراحی صحیح این ستون‌ها و رعایت تقدم و تأخر به چه صورت است؟ در شکل زیر به وضوح این مسئله نمایش داده شده است.

نمای قاب ساختمانی به همراه تیر میان طبقهشکل (۶)- نمای قاب ساختمانی به همراه تیر میان طبقه

 

در شکل (۶) منظور از دایره‌های قرمز رنگ، مفصل خمشی ایجاد شده در ستون‌ها و مستطیل­های فیروزه­ای رنگ نیز نمودار نیروی برشی حاصل از ظرفیت خمشی اسمی ستون است.

همانطور که از شکل واضح است، در ستون‌های متصل به تیر میان طبقه باید فرض بر تشکیل ۴ مفصل پلاستیک باشد، در حالی که در ستون‌های دیگر تنها می‌توان دو مفصل را متصور شد.

همین مسئله کلید اصلی پاسخ به سؤال مطرح شده می‌باشد. نیروی برشی حاصل شده از ظرفیت خمشی ستون ۱ برابر  و برای ستون شماره ۲ برابر  است که دو نیروی برشی مذکور از طریق دو رابطه زیر محاسبه می‌شوند.

 

(۳-الف)رابطه 4

 

(۳-ب)رابطه 4

 

در این روابط  و  به ترتیب ظرفیت خمشی مقاومت ستون ۱ در بالا و پایین مقطع با در نظر گرفتن نیروی محوری یکسان است که باید از منحنی اندرکنش مقطع بدست آید و  برابر ارتفاع خالص در محدوده حضور تیر میان طبقه می‌باشد.

 

آموزش etabs

 

در مورد پارامترهای رابطه  نیز همین تعاریف برای ستون شماره ۲ صادق است. حال اگر فرض کنیم که ظرفیت خمشی دو ستون در بالا و پایین مقطع با هم یکسان و برابر  و نسبت ارتفاع  (یعنی طول ستون دوم دو برابر ستون اول است) می‌باشد، نسبت نیروی برشی دو ستون به شرح زیر خواهد بود:

رابطه 5

یعنی در شرایط کاملاً یکسان نیروی برشی در ستون شماره ۱ دو برابر ستون شماره ۲ است! این مسئله را به صورت پیش فرض نرم افزار ETABS تشخیص نمی‌دهد و نیروی برشی را برای شرایط معمولی و صرف نظر از ضوابط لرزه ای آیین نامه محاسبه می‌کند که گاهاً بسیار کمتر خواهد بود. مهندسین محاسب باید به دقت به این مسئله توجه کنند. بدیهی است اگر مهندس محاسب نیروی برشی در ستون‌های متصل به تیر میان طبقه را به درستی محاسبه نماید، دیگر پدیده ستون کوتاه نخواهیم داشت.

در برخی کانال­ها و گروه­های مجازی مطالب غیر علمی، غیر مستند و نادرستی در ارتباط با پدیده ستون کوتاه منتشر شده و جزیئاتی نیز برای جلوگیری از این پدیده ارائه شده است که در شکل (۷) برخی از آن­ها نشان داده شده است.

روش‌هایی برای جلوگیری از تشکیل پدیده ستون کوتاه!

شکل (۷)- روش‌هایی برای جلوگیری از تشکیل پدیده ستون کوتاه!

 

به عنوان نکته آخر باید مجدداً تاکید شود که در ستون­های دارای تیرهای میان طبقه نیروی برشی بسیار زیادی ایجاد شده و ممکن است مقطع ستون اصلاً جوابگوی این برش نباشد و برای رفع آن حتی می‌توان از روش‌هایی نظیر استفاده از تیر فولادی با ورق انتهایی که دارای شرایط اتصال مفصلی تیر به ستون است، استفاده کرد.

روند طراحی صحیح تیرهای میان طبقه چگونه است؟

برای طراحی صحیح و ایمن تیرهای میان طبقه باید دقیقاً ضوابط ارائه شده در این نوشتار را که خواسته آیین نامه نیز می‌باشد انجام گیرد. به عبارتی باید با فرض تشکیل چهار مفصل پلاستیک در ستون متصل به تیر میان طبقه همانند شکل (۶) و در نظر گرفتن دو ستون جداگانه با طول خالص خود آن‌ها، طراحی را انجام داد.

اما هشدار اصلی اینست که نباید فقط به نتیجه نرم افزار ETABS بسنده کرد. طی بررسی انجام شده توسط نگارندگان، تقریباً در تمامی موارد این نرم افزار در محاسبه نیروی برشی ستون‌های متصل به تیر میان طبقه دچار اشتباه می‌شود و گاهاً میزان Av/s را برابر صفر گزارش می‌دهد! بنابراین مهندس طراح موظف به طراحی دستی این ستون‌ها خواهد بود و نتایج نرم افزار به هیچ عنوان قابل قبول نمی‌باشد.

اما برای طراحی دستی در نرم افزار ETABS می‌توان با انجام مراحلی که بخشی از آن نیز محاسبات دستی است، به خوبی این ملاحظات را منظور کرد. یکی از مهم‌ترین کارهایی که باید انجام شود این است که ستون حتماً باید دو تکه مدل سازی شود. بعد از طراحی سازه ، باید جزئیات برشی ستون‌های متصل شده به تیر میان طبقه در بخش Shear بررسی شود که یک نمونه از آن در شکل (۸) نمایش داده شده است.

جزئیات برشی ستون¬ها در ETABS

شکل (۸)- جزئیات برشی ستون­ها در ETABS

 

نکته بسیار مهم:

نرم افزار ETABS در محاسبه برش در ستون‌های قاب خمشی متوسط ضعف بسیار بزرگی دارد که در مورد برخی از آن‌ها در کانال تلگرامی نگارنده بحث شده است. همچنین نیروی برشی که نرم افزار ETABS  در ستون Vp در شکل (۸) گزارش می‌دهد نیز خیلی قابل اعتماد نبوده و مهندس محاسب می­بایست حتماً این مقدار را دستی محاسبه نماید. در نهایت مطابق ضوابط آیین­نامه نیروی برشی طراحی در هر وجه ستون باید از طریق رابطه (۴) محاسبه شود:

(۴)

 

 

برای خواندن بخش اول بررسی ستون کوتاه در تیرهای میان طبقه ، بر روی لینک کلیک کنید.

 

آیا برای تبدیل شدن به یک محاسب سازه حرفه ای آماده اید؟! با کلیک بر روی لینک زیر محاسب سازه حرفه ای شوید.

 

آموزش etabs
اولین نفری باشید که به این مطلب امتیاز میدهد

Loading...

نظر شما چیست؟

لطفاً نظرات خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید