مرکز جرم و مرکز سختی در سازه

مرکز جرم و مرکز سختی سازه

مرکز جرم و مرکز سختی در سازه

مرکز جرم و مرکز سختی در سازه

مرکز جرم و مرکز سختی در سازه​

مرکز جرم و مرکز سختی در سازه
در منوی diaphragms (دیافراگم سیستمی افقی است که نیروهای جانبی را به اعضا قائم منتقل می نماید که به دسته منعطف ، نیمه صلب و صلب تقسیم می‌شود.) می توان تعداد دیافراگم‌های مورد نیاز را وارد کرد که اکثریت موارد بصورت rigid یعنی صلب است . در سقف های صلب در تمام نقاط جابجایی یکسان بوده و در نقاط مختلف سقف اختلاف در میزان آن وجود نداشته و در این نوع دیافراگم، سختی داخل صفحه­ ی دیافراگم بسیار زیاد بوده و تغییر شکل­ های خمشی بسیار اندک تحت بار جانبی زلزله در آن ایجاد می شود. به عبارت ­دیگر سختی به اندازه ای زیاد است که درجات آزادی درون صفحه­ ی دیافراگم را به 3 درجه (2 درجه انتقال افقی و یک درجه پیچشی) محدود می­ کند. از همین رو نیروی جانبی زلزله بصورت یک بار متمرکز در مرکز جرم سقف آن طبقه (CenterMass) وارد می شود.

*** برآیند نیروهای جانبی زلزله به مرکز جرم سازه وارد میشود که به شکل هندسی سقف  ، وجود بازشوهای آن و نحوه توزیع بار ثقلی (یکنواخت باشد یا غیر یکنواخت) مربوط است همانطور که از اسم آن پیداست مرکز جرم به سمتی متمایل می شود که جرم بیشتری وجود دارد و تمرکز جرم در این ناحیه بیشتر باشد. برآیند نیروی های مقاومی که دربرابراین نیروهای جانبی ایجاد میشود به مرکز سختی (CenterRigidity) اعمال میشود که تعداد  و محل قرارگیری ستون ها و یا دیوار برشی تأثیر مستقیم بر مرکز سختی دارند. محل مرکز سختی میتواند محل تقاطع برآیند نیروهای جانبی وارده بر قاب ها ویا المان های باربر جانبی در دوجهت x و y  باشند.

اگر که بخواهیم محل مرکز جرم و مرکز سختی روی هم قرار بگیرند و بر هم منطبق شوند، با تغییر مکان بازشوها، بادبندها ،دیوار برشی و یا ستون ها می توان این کار را انجام داد و سازه را با اطمینان خاطر بیشتری می توان طراحی کرد. این کار موجب می شود تا مقاطع باربر جانبی، مقاطع بهینه ای به دست آیند. علاوه بر این باید به این نکته توجه داشت که بهتر است تا جایی که امکان دارد المان های باربر جانبی را در یک سازه با قاب مفصلی که همان مهاربندها و یا دیوار برشی هستند را از مرکز دیافراگم دور کنیم تا سازه رفتار مناسب تری در هنگام زلزله داشته باشد .

 در واقع بیشتر شدن فاصله مرکز جرم و سختی است که مسبب ایجاد پیچش در سازه است که بالااجبار باعث اعمال ضرایبی خواهد شد که المان های ستون و تیر با مقاطع بزرگتری جوابگو باشند. علاج این مسئله دربرخی موارد می تواند استفاده از دیوار برشی و یا مهاربند به طول و ضخامت کافی در هر دوسوی سازه باشد تا از جابجایی جانبی بیش از حدسازه جلوگیری نماید. ((دیوارهای برشی به دلیل سختی بسیار بالای خود، اگر جاگذاری مناسبی نداشته باشند، خود آنها دلیل ایجاد نامنظمی پیچشی خواهند بود. به همین دلیل باید تا حد امکان جانمایی دیوارهای برشی به صورت متقارن باشد. در یک جمله تا حد امکان بین مرکز جرم و مرکز سختی فاصله نیفتد.))

تعداد دیافراگم های وارده منوط به این است که چند شکل سقف در ساختمان موجود است . یعنی اگر تمامی سقف های طبقات شبیه باشند یک دیافراگم کافی است .

مرکز جرم و مرکز سختی در سازهک

مرکز جرم و مرکز سختی در سازه

به اشتراک گذاری

Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

طراحی سازه در ایتبس

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع
یک ساختمان بطور معمول با استفاده از نرم افزار  ETABS ، فنداسیون و دال آن به کمک نرم افزار SAFE  قابل مدلسازی ، تحلیل و طراحی است .این نرم افزارها دارای ورژن های متعددی هستند که در اکثر مناطق etabs 9 مقبول بوده اما تا ورژن 2020 قابل دانلود است . تفاوت این ورژن ها در قابلیت هایی است که در طول زمان به آن اضافه شده همچنین آئین نامه های به روز تر نیز به ورژن های جدیدتر اضافه شده است.
آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

اولین قدم برای شروع کار با نرم افزار انتخاب یک فایل پیش فرض که قبلا با آن طراحی شده یا شروع از ابتدا است که یعنی این فایل ما خام بوده و هیچ کاری از قبل روی آن انجام نشده است . ما فرض میگیریم که فایل ما خام است. پس باطبع فایل خام نیازمند تنظیمات پیش زمینه ای بیشتری است .
آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

در ابتدا باید نوع واحد انتخاب شود که واحد مورد قبول در کشور ایران SI  (کیلوگرم _ متر _ ثانیه ) است .

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

سپس استاندارد پروفیل هایی که قرار است از آنها استفاده شود انتخاب شده و درنهایت آئین نامه طراحی (ACI  بتنی ، AISC  فولادی ( آمریکا ) و  CSA (کانادا)) گزینش می شود هرکدام از این آئین نامه ها دارای ترکیب بارهای متفاوتی هستند که آئین نامه آمریکا سختگیرتر و مقبول تر است .
آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

قدم بعدی که نیازمند پلان آکس بندی معماری است وارد کردن تعداد GRID LiNE ها در دو جهت x و y  می باشد که تعداد آنها بسته به نظر محاسب ممکن است بیشتر از آکس های ستون ها ( باتوجه به وجود کنسول یا بازشوها ) باشد . بعد از وارد کردن تعداد این خطوط نوبت به اندازه گذاری فاصله آنها می رسد . در قدم بعدی تعداد طبقات و ارتفاع هر طبقه ( کف هرطبقه تا کف طبقه بعدی ) وارد می شود. میتوان برای مدل کردن نیم طبقه از گزینه reference plane  و وارد کردن ارتفاع مورد نظر استفاده کرد .

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

بعد از واردکردن این اعداد و ارقام ایتبس یک سری خطوط تحت عنوان     GRiD LiNE  در صفحه ظاهر میکند که در واقع نمایشگر راه و شابلون ما جهت شروع مدلسازی است.
تنظیمات اولیه در ایتبس

در منوی MATERiAL مصالح بتنی و فلزی و میلگرد ما مشخص میشود . پس ما اینجا باید از قبل بدانیم که چه نوع بتنی مصرف خواهد شد بطور مثال C21  یا C25 یا C30

، آهن ST37 یا ST52 ، میلگرد AII برای خاموت و AIII  برای استفاده در میلگرد های طولی که باید پیش بینی شود .

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

لازم به توضیح است که ستون به المان های عمودی و تیر به المان افقی سازه گفته می شود . اما یک نکته قابل توجه وجود دارد ، ستون در تعریف به المانی گفته می شود که فقط نیروی فشاری را متحمل می شود ولی در المان عمودی سازه خمش نیز شکل میگیرد به این دلیل است که لغت سازه ای و اصلح آن تیرستون است لیکن در این متن با همان نام عرف و معمول ذکر شده است . همچنین لازم به ذکر است نیروها برروی تیر از بالا به پایین وارد شده و نیروی محوری را نمیپذیرد . پس اگر در مقطعی از سازه نیروی محوری وارد شود آن المان تیرستون(ستون) است. (مانند تیرهای شیب دار که در واقع عملکردی مانند ستون دارند زیرا به آنها نیروی محوری وارد می شود . )

سقف نیز از عناصر اصلی ساختمان بوده و اولین المان باربر سازه است که جدا کننده طبقات از یکدیگر نیز می باشد . نقش اصلی سقف انتقال بارهای افقی و قائم وارده بر آن به تیرها و ستون های اسکلت بنا است .

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع

قدم بعدی معرفی SECTiON (مقاطعی) است که در مدلسازی استفاده خواهد شد. در  اسکلت بتنی که باید ابعاد آن مقاطع معرفی شده و فقط در ستون ها (هر گاه به المانی نیروی محوری وارد شود آن المان ستون بوده و در غیر اینصورت تیر است) تعداد میلگردهای طولی و سنجاقی ها و نمره آنها وارد شود (در تیرها فقط ابعاد مقطع و قطر پوشش بتنی روی میلگرد وارد می شود ) .

از لحاظ هندسه یک نکته قابل توجه و مهم وجود دارد ، بیشترین مقاومت فشاری برای مقاطع دایره ای و بیشترین مقاومت خمشی برای مقاطع I شکل است . پس بهترین مقطع برای ستون ها ، دایره و بهترین مقطع برای تیرها ، I است . هر چقد تار خنثی به مصالح مقطع نزدیکتر باشد میزان ضریب شکل بیشتر خواهد بود که این مقدار برای دایره 1.7 و برای مقاطع I شکل 1.1 می باشد .پس ضریب شکل کمتر باشد برای خمش بهتر خواهد بود .

نکته مهم در اینجا رعایت میزان درصد آرماتور و فاصله میلگرد ها از یکدیگر است .

هرمیلگردی که در راستای طول عضو باشد میلگرد طولی و هر میلگردی که در راستای عرض عضو باشد و میلگرد طولی را قطع کند میلگرد عرض نام دارد . برهان استفاده از میلگرد در ستون های بتنی ایجاد مقاومت کافی در بتن جهت مقابله آن با نیروهای کششی است . نابودی بتن و المان بتنی زمانی به وقوع میپیوندد که در برابر نیروی فشاری مقاومت کافی را نداشته باشد . میلگرد عرضی ( خاموت ) دربرابر نیروهای برشی و پیچشی موثر بوده و در شکل پذیری و انعطاف المان ها نقش مهمی  ایفا می کند .

کمانش آرماتورهای طولی فشاری، رفتار جانبی ستون‌ها را تحت تاثیر خود قرار می‌دهد. برای جلوگیری از بروز پدیده کمانش آرماتورهای طولی از تنگ‌ها استفاده می‌شود ( خم 135درجه که خاصیت مهاری بیشتری نسبت به خم 90 درجه دارد ). همچنین کاهش فاصله تنگ ها و افزایش قطر و نحوه قرارگیری و آرایش آنها ، شکل پذیری المان بتنی را افزایش می دهد. هرچه فاصله تنگ یا خاموت ها به یکدیگر نزدیکتر باشد بهتر است و شکل پذیری نیز بیشتر خواهد بود . بنابراین کمانش آرماتورهای طولی مهار شده و درنهایت دوام عملکردی ستون و قابلیت تحمل تغییرشکل‌های فرا ارتجاعی پایدار در ستون فراهم ‌گردد.

محصور شدگی بتنی که در فشار است کرنش بتن را چند برابر کرده و شکل پذیری بتن را تضمین می کند. محصور شدگی confinement را می توان بدین صورت با یک مثال توضیح داد : فرض کنید ما یک لوله فلزی داریم ، حال داخل لوله را با بتن پر میکنیم . این لوله فلزی کمک شایانی به کنترل ترک خوردگی و گسیختگی بتن می کند . حال اگر ما با همان ابعاد یک استوانه بتنی بسازیم و زیر دستگاه جک آزمایشگاهی قرار دهیم خواهیم دید که این نمونه تحت بار بسیار کمتری دچار شکست و ترک خوردگی خواهد شد. بهترین حالت برای محصور کردن بتن استفاده از آرماتور دورپیچ (در ستون های دایره استفاده می شود ) است .

درصد بالای آرماتور موجب تردی بیش از حد مقطع شده که خود این امر مسبب عدم شکل پذیری ستون در حرکت های رفت و برگشتی و رفتار غیر ارتجاعی سازه تحت نیروی جانبی زلزله است و درصد پایین آرماتور (کمتر از یک درصد) هم مقاومت کافی را در ستون ایجاد کرده و نقش مناسبی ایفا نمیکند . فاصله میلگرد های طولی حداکثر 20سانتی متر و حداقل 4 الی 7 سانتی متر است که البته بهتر است بین 7 تا 15 سانتی متر باشد ( جهت سهولت آرماتوربندی در پروژه) . ذکر این نکته ضروری است که اگر فاصله میلگرد های ستون بیشتر از 15 سانتی متر باشد باید از سنجاقی برای هردو استفاده شود ( استاندارد سنجاق بندی بصورت یک در میان می باشد در حالی که دورتادور میلگردهای طولی خاموت بندی شده است).هر چقدر این فاصله میلگردها بیشتر باشد کار برای آرماتوربند ها راحت تر است زیرا خاموت بندی و سنجاق گذاری میلگرد ها آسانتر بوده و دست از بین میلگرد ها به سهولت عبور میکند و کیفیت کار بالا می رود . دیگر مزیت بیشتر بودن فاصله میلگردها عبور سهل بتن از بین آرماتورها و جلوگیری از جداشدن دانه های شن و ماسه از سیمان و آب و معیوب شدن دانه بندی و نهایتاً ویبره زنی صحیح تر در هنگام بتن ریزی است .

نکته بعد درمورد cover (پوشش بتن: حداقل فاصله بین رویه میلگردهای عرضی و طولی تا سطح آزاد بتن) مقاطع است و نحوه تعیین بستگی به شرایط محیطی دارد . شرایط متوسط محیطی خطر نفوذ یون کلرید و نمک وجود ندارد (قسمت هایی که با خاک تماس ندارند ) ، شرایط محیطی شدید مختص سواحل در معرض بادهای حاوی کلرید و قسمت هایی از زیر خاک که بالای سطح آب زیرزمینی هستند یا دائماً زیر آب دریا واقع شده اند ، شرایط محیطی خیلی شدید شامل قسمت هایی که زیر تراز آب زیرزمینی است و دائما در معرض خاک مهاجم است و نهایتاً شرایط محیطی فوق العاده شدید که ساختمان های دریایی در معرض جزر و مد را شامل می شود. ( ضخامت بتن  طبق جدول مبحث نهم) . این ضخامت اندک بتن هم در مقابل عوامل جوی آسیب زننده به میلگردها مقاومت کرده و هم در برابر لطمه ای که میتواند حرارت آتش سوزی به میلگرد بزند جلوگیری به عمل می آورد. در مورد پوشش بتنی در سقف های دال وافل نیز باید دقت خاصی بعمل آید . بطور مثال ممکن است علاوه بر شبکه میلگرد بالایی نیاز به میلگرد تقویتی در هردوجهت باشد که این میلگرد ها روی هم قرار میگیرند و ضخامت زیادی را اشغال می کنند .

 
قدم بعد گزینش نوع سقف (دال یا تیرچه) خواهد بود . اگر سقف ما دال وافل دوطرفه    باشد (( دال وافل دوطرفه : شامل تعدادی شناژ یا تیرچه ( rib ) عمود برهم بصورت مقطع T شکل بوده که در واقع نشان دهنده رفتار دوطرفه این نوع سقف ها است . در  این گونه سقف ها با کاهش ضخامت دال بتنی و اضافه کردن شناژهای متعدد نسبت به دال بتنی ، موجب کاهش بار مرده سقف شده و همچنین سختی و مقاومت بیشتر و  مناسبی از خود دربرابر بارهای جانبی و ثقلی نشان می دهند . )) میتوانیم با انتخاب slab section  و گزینش مقاومت بتنی که قبلا معرفی کرده بودیم و انتخاب waffle در قسمت type و در نهایت وارد کردن عمق کلی ، عمق بتن رویه ، فواصل بین قالب ها در پایین و بالا و سرانجام فواصل
 rib (تیرچه) های بالا و پایین از یکدیگر ، آن را به نرم افزار معرفی کنیم (این اعداد و ارقام به ابعاد قالب های تولیدی هر شرکت بستگی دارد ، فی المثل قالب واحل حاتم 80 در 80 بصورت استاندارد و غیر سفارشی دارای ارتفاع 25 و عرض 80 سانتیمتر در قسمت زیرین آن است . اگر طبق محاسبات به عمل آمده سقف ما به ضخامت 30 سانتیمتر جوابگو باشد باید 5 سانتیمتر دال بتنی به نرم افزار معرفی شود.) معرفی این اعداد و ارقام زمانی موثر است که ما از بتن با مقاومت مشخصه استفاده کنیم تا وزن خود بتن توسط نرم افزار محاسبه شود . اگر بتن ما مقاومت مشخصه نداشته باشد (  ) یعنی هیچ وزن بتنی در آن درنظر گرفته نشده و باید وزن بتن به اضافه سایر مصالح سقف در قسمت بار مرده به سقف اعمال شود .

 در قسمت modeling type باید نوع عملکرد سقف membrane و یا shell-thin باشد .membrane  مانند یک غشا عمل کرده و هیچگونه سختی برون صفحه ای نداشته لذا قابلیت تحمل لنگر خمشی را ندارد و تمامی نیروها را به تیرها و ستونها منتقل میکند . اما shell-thin علاوه بر سختی درون صفحه ای ، خارج صفحه هم دارای سختی است  و یک سختی و مقاومت دربرابر نیروهای جانبی در تمام جهات دارد و علاوه بر تیرها و ستون ها سقف نیز در تحمل لنگر نقش ایفا می کند وهرچه ضخامت دال Shell بیشتر شود لنگر کمتری به تیرها و ستون ها وارد می شود  . هر چند ما اگر ضرایب ترک خوردگی 0.001 را در سقف اعمال کنیم از وقوع پدیده مقاومت خمشی سقف جلوگیری میکنیم اما به نظر shell در طراحی سقف دال صحیح تر عمل کرده و به واقعیت نزدیک تر است اما اگر shell  انتخاب شود قابل
یکطرفه شدن نخواهد بود . تفاوت وافل دوطرفه و یا دال های دوطرفه این است که بار را بطور مناسبی روی تمام تیرهای اطراف خود تقسیم میکند اما تقسیم بندی بار در تیرچه ها و دال های یکطرفه مناسب نبوده و باعث وارد شدن بار بیشتر تنها به دو تیر می شود.

در قسمت wall section نیز می توان ابعاد دیواربرشی یا حائل هایی را که قرار است طراحی شوند را وارد کرد .

 

تدوین: مهندس محسن مهدی دوست

آکس بندی ستون ها و معرفی مصالح و مقاطع در ایتبس

به اشتراک گذاری

Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email