تحلیل و طراحی فونداسیون گسترده

1. مدل سازی خاک
2. کنترل تنش منتقل شد به بستر
3. کنترل نشست (یکنواخت و غیریکنواخت)
4. کنترل دوران و چرخش فونداسیون
5. حداقل میلگرد خمشی در فونداسیون گسترد
6. کنترل برش یک طرفه در فونداسیون گسترد
7. کنترل برش دوطرفه در فونداسیون گسترد
8. اعمال ضریب ترک خوردگی

1- مدل سازی خاک

تا همان بهبود و پیشرفت روش ها و نرم افزارهای تجاری، از میان روش های مختلف مدلسازی خاک، استفاده روش فنرهای وینکلر با اعمال ضرایب عکس العمل بستر (Ks) به صورت  متغیر در بخش مرکزی، میانی و پیرامون فونداسیون پیشنهاد گردید  است. در غیاب عدم ارائه ضرایب مختلف و متغیر Ks  در گزارش مطالعات خاک، این روش با دقت قابل قبولی تغییرات شدت Ks را در بستر فونداسیون انعطاف پذیر لحاظ می کند. برای نمونه تصویر زیر نحوه  تقسیم بندی سطح فونداسیون گسترد  مستطیلی به ابعاد 50 متر در 30 متر را نشان می دهد

2- کنترل تنش منتقل شده به بستر

در خصوص موضوع کنترل تنش متوسط زیر فونداسیون بر اساس جدول 5-4-7 مبحث هفتم عمدتاً برای فونداسیون انعطاف پذیر مطرح است، سوال مهم نحو  و سطح متوسط گیری است. آیا این روش برای فونداسیونی با سطح بسیار گسترد  که تنش در لبه های آن به شدت بالا بود  اما متوسط گیری بر اساس کل سطح فونداسیون باعث پایین آمدن تنش میانگیان آن می گردد صحیح و ایمن است؟

هر چند می دانیم اعتبار این روش برای شرایطی است که ظرفیت باربری مجاز از معیار نشست به دست آمد است و معمولا فاصله قابل توجهی بین ظرفیت باربری بر اساس معیار نشست و معیار گسیختگی وجود دارد، آیا این گزاره همواره صادق است و یا باید محتاط بود؟

برای مثال در فونداسیون گسترد  بسیار وسیع اسلاید پیشین که نقاط میانی با گوشه ها حدود 30 متر فاصله دارد چقدر نقاط میانی در تعدیل تنش گوشه ها موثر هستند و یا برای فونداسیون نواری با طول قابل توجه – برای مثال 50 متر – انتهای غربیِ کم تنشِ نوار، چقدر به انـتـهـای شرقیِ پرتنشِ آن کمک می کند؟

3- کنترل نشست (یکنواخت و غیریکنواخت)

مقادیر مجاه نشست فونداسیون در جدول 2-4-7 مبحث هفتم ارائه شد  است. در تعیین مقادار نشستِ مجاه، نوع خاک، نوع فونداسیون و سیستم ساه  ای حایز اهمیت بود  و بار خالاف نگرش پیشین و سنتی، استناد به یک عدد ثابت نظیر یک اینچ )معادل 25 میلی متر( برای همه شرایط ناکافی است. به نظر می رسد توجه به جزییات محوطه سازی در فصل مشترک ساختمان و محوطه و یا فصل مشترک تاسیسات ورودی به ساختمان، برای مقادیر نشست بیش از 50 میلی متر باید در طراحی مدنظر قرار داد شود.

نکته قابل تامل جدول فوق، محدود شدن نشست مجاه غیریکنواخت به نصف مقادیار ماجااه نشست یکنواخت می باشد که می تواند در برخی پروژ  ها معیار تعیین کنندای باشد.

نکته دیگر این است که برای محاسبه نشست، باید چه درصدی از بارهای هند  منتقل شاد  اه روساه  در بارگذاری در نظر گرفته شود؟

4- دوران و چرخش فونداسیون

حدود مجاز دوران و چرخش فونداسیون در جدول 3-4-7 مبحث هفتم به منظور کنترل و محدود کردن آسیب به اجزای غیرسازه ای ساختمان بود  و کنترل حالت های بهره  برداری تلقی می شود.  لازم به توضیح است که در صورت مواجهه با سازه غیر ساختمانی و یا سازه ساختمانی که حاوی تجهیزات یا ماشین آلات خاص باشد، معیار بهره برداری توسط سازنده تجهیزات اعلام می گردد و ممکن است نسبت به جدول زیر سخت گیرانه تر باشد.

جدول زیر از مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان مقادیر مجاه دوران را ارایه کرد است

5- حداقل میلگرد خمشی در فونداسیون گسترده

مطابق ^{19–ACI 318} مقدار حداقل میلگرد خمشی در فونداسیون گسترد  برابر با ^{0.0018 Ag} در هر وجه کششی می باشد که در آن Ag سطح مقطع کل فونداسیون می باشد. معمولاً با توجه به تنوع ترکیب های بارگذاری و پیچیدگی های هندسی سازه ، تفکیک وجوه کششی و نقاطی از فونداسیون که کشش را تجربه نخواهند کرد به آسانی میسر نبوده و عموماً مقدار حداقل برای تمام سطح فونداسیون تامین می گردد.  انتخاب قطر میلگردِ حداقل و فاصله آن ها باید با نگاهی به ملاحظات اجرایی و حجم میلگردهای تقویتی انجام شود. همچنین در فونداسیون هایی با ضخامت بالا ممکن است نیاز به اجرای چند لایه میلگرد برای تامین میلگرد حداقل وجود داشته باشد .

همچنین برای ساختمان با اهمیت بالا یا ساختمان بلند مرتبه پیشنهاد شده است که به منظور جلوگیری از شکست ترد مقطع، مقدار حداقل میلگرد خمشی با لحاظ کردن ظرفیت ترک خوردگی مقطع و برابر با 1.2M_cr در نظر گرفته شود

6- کنترل برش یک طرفه در فونداسیون گسترده

آیا مکانیزم خرابی بر اساس برش یک طرفه (برش تیری) برای فونداسیون  گسترده  روی میدهد و آیا لزومی به کنترل برش یک طرفه در آن ها وجود دارد؟

به نظر می رسد که طراحان نظرهای مختلفی در این خصوص دارند و حتی در میان موافقان این کنترل، ابهاماتی در خصوص پهنای موثر فونداسیون که در آن برش یک طرفه روی می دهد وجود دارد. به نظر می رسد نظر ACI و مبحث نهم استفاده  از کل عرض فونداسیون در محاسبه برش تیری است.

اما مطابق توصیه راهنمای فنی شماره  7 NEHRP در جهت سهولت و به دلیل تنوع ترکیب های بارگذاری، پهنای موثر برابر با عرض ستون یا دیوار به علاوه یک ضخامت فونداسیون از هر طرف ستون یا دیوار در نظر گرفته می شود. همچنین توصیه دیگری هم وجود که عرض مورد بررسی برای برش یک طرفه را نصف دهانه ستون ها از هر طرف در نظر می گیرد.

آیا توصیه اخیر برای فونداسیونی که فاصله دهانه ستون ها قابل توجه است منطقی است؟

7- کنترل برش دو طرفه در فونداسیون گسترده

در خصوص کنترل برش دو طرفه (پانچ) تعیین محیط بحرانی باید با دقت انجام شود و از اتکا به خروجی نرم افزارها پرهیز شود. به صورت کلی محیط بحرانی برش دو طرفه معمولا با حفظ فاصله d/2 از هر طرف تکیه گاه محاسبه می شود.

لزوم کنترل برش پانچ در دیوارهای منفرد و هسته های مرکزی نیز مطرح است و راهنمای فنی شمار  7 NEHRP برای کنترل برش دوطرفه در دیوارها و هسته های مرکزی، محیط بحرانی را به فاصله d/2 از وجه دیوار در نظر می گیرد. همچنین برخی از نرم افزارهای تجاری در محاسبه محیط بحرانی ستون ها کناری و گوشه ای دچار خطا می شوند که نیازمند کنترل دستی است. در نهایت در صورت عدم پاسخ گو بودن بتن به تنهایی، مازاد تقاضای برشی به میلگردهای فولادی به شکل سنجاقی واگذار می شود.

8- اعمال ضریب ترک خوردگی

موضوع اختصاص ضریب ترک خوردگی به فونداسیون نیز بحث برانگیز بود  و موافقان و مخالفانی دارد. با اختصاص ضریب ترک خوردگی، در مواردی کاهش سختی خمشی موجب کاهش مقدار تقاضای خمشی و میلگرد مصرفی می شود. راهنمای TBI اعمال ضریب ترک خوردگی برای رفتار داخل و خارج از صفحه دال ها را به شرح زیر توصیه کرده است و نکته قابل توجه وجود مقادیر متفاوت ضریب ترک خوردگی در حالت های سرویس و حدی است .در این حالت باید برای کنترل حد سرویس از ضریب ^0.8Ig و برای کنترل حد مقاومت از ضریب ^0.5Ig استفاد  گردد و به این ترتیب به دو فایل مختلف برای طراحی و کنترل فونداسیون نیاز خواهد بود.

منبع:

1. Computers & Structures, Inc., “ETABS – Integrated Building Analysis & Design, User Interface Manual,” January 2002

2. Computers & Structures, Inc., “ETABS – Integrated Building Analysis & Design, Shear Wall Design Manual,” January 2002

3. Paulay, T. Priestley, M.J.N., Seismic Design of Reinforced Concrete and Masonry Buildings, NewYourk, Wiley, 1992

4. آیین نامه بتن ایران (آبا) سازمان مدیریت و برنامه ریزی دفتر امور فنی و تدوین معیارها، نشریه شماره ۴ تجدید نظر اول ویرایش ۱۳۸۳

5. آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ویرایش دوم ۱۳۷۸

6. آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ویرایش سوم، ۱۳۸۴

7. سیروس نصیرایی تحلیل و طراحی دیوارهای برشی سمینار تخصصی و کاربردی دیوارهای برشی، آبان ۱۳۸۴

8. عباسعلی ،تسنیمی رفتار و طرح لرزه ای ساختمانهای بتن مسلح آبا (۲۸۰۰) مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن وزارت مسکن و شهرسازی ۱۳۸۰

9. علی سیفی – مهدی ،هادیزاده طراحی دیوارهای برشی در نرم افزار ETABS سمینار تخصصی و کاربردی دیوارهای برشی، آبان ۱۳۸۴

10. محمد مویدیان، ساختمانهای مرکب انتشارات پرتونگار، ۱۳۸۰.

11. محمد مویدیان طرح لرزه ای سازه ها انتشارات پرتونگار، ۱۳۸۰

12. مسعود ،ریاضی بررسی رفتار دیوارهای برشی سمینار تخصصی و کاربردی دیوارهای برشی آبان ۱۳۸۴

13.مقررات ملی ساختمان ایران مبحث دهم طرح و اجرای ساختمانهای فولادی دفتر تدوین و ترویج مقررات ملی ساختمان تهران نشر توسعه ایران، ۱۳۸۴.