طراحی ساختمان های فولادی به روش حالات حدی توسط نرم افزار ETABS

در ویرایش سال ۱۳۸۷ مبحث دهم علاوه بر روش تنش مجاز روش حالات حدی نیز در بخش ۱۰-۲ اضافه شد. جالب است بدانید که در ویرایش بعدی این مبحث که پیش نویس آن به تازگی منتشر شده است، روش اصلی طراحی سازه های فولادی روش حالات حدی خواهد بود و روش تنش مجاز کم کم از گردونه روشهای طراحی سازه حذف خواهد شد. پس به نظر میرسد که لازم باشد که مهندسین از این پس به تدریج با فراگرفتن ضوابط روش LRFD آن را جایگزین روش تنش مجاز یا ASD نمایند. در روش حالات حدی بارها با ضرایب بزرگتر از یک افزایش داده میشوند و مقادیر ظرفیت نیز نسبت به مقادیر واقعی با ضرایب کوچکتر از یک کاهش داده می شوند. بحث اعمال ضوابط طرح لرزه ای هم بحث دیگری است که در بخش های بعدی آیین نامهٔ فعلی ذکر شده است که روش اعمال آن نیز از بحثهای مهمی است که وجود دارد ضوابط مبحث دهم مشابه ضوابط آیین نامه 05-AISC360 است. از بین آیین نامه هایی که در نرم افزار ETABS وجود دارد آیین نامه مورد اشاره بیشترین تطابق با ضوابط مبحث دهم جدید را دارد. این آیین نامه به هر دو روش حالات حدی و تنش مجاز در نرم افزار قابل استفاده .است اما از بین این دو روش با توجه به مندرجات راهنمای برنامه تطابق بیشتری با روش حالات حدی آیین نامه ما دارد ضوابط لرزه ای مبحث دهم تشابه زیادی با ضوابط لرزه ای آیین نامه 05-AISC341 دارد. نرم افزار ETABS در ویرایش سال ۲۰۱۳ خود که هنوز نهایی نشده است، نسخه سال ۲۰۱۰ آیین نامه AISC را به آیین نامه های طراحی قاب های فولادی افزوده است همچنین برای بارگذاری نیز آخرین نسخه آیین نامه ASCE7 (سال ۲۰۱۰) در شمول آیین نامه های بارگذاری این نرم افزار قرار گرفته است. در این نوشتار سعی شده است تا نکات کلی طراحی سازه فولادی به روش LRFD در تطابق با مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ارائه شود.

ضرایب تقلیل مقاومت(Strength Reduction Factor)

یکی از اولین مباحث در زمینه روش حالات حدی ضرایب کاهش مقاومت است این ضرایب در مبحث دهم در بند ۱۰-۲-۱-۳-۴ ب مبحث دهم ذکر شده است برای حالات مختلف این ضرایب به شرح زیر است :

برای معرفی این ضرایب به نرم افزار باید به بخش Options/Preferences…/Steel Frame Design مراجعه نماییم. این صفحه در شکل ۱ نمایش داده شده است در قسمت بالای صفحه ابتدا باید آیین نامه را به آیین نامه مورد نظر خود تغییر دهیم. در این صفحه در قسمتی که با کادر قرمز مشخص شده است مقادیر ضرایب کاهش مقاومت قابل ویرایش است این ضرایب که به صورت پیش فرض در برنامه وجود دارد با مقادیر مورد نظر مبحث دهم انطباق داشته و نیازی به ویرایش ندارند.

ترکیبات بارگذاری

بحث بعدی به ترکیبات بارگذاری مربوط می.شود ترکیبات بارگذاری روش حالات حدی در مبحث دهم در بند ۱۰-۲-۱-۳-۴ ت و جداول ۲۰۱۰-۱-۲ و ۱۰-۲-۱-۳ ذکر شده است. برخی از ترکیب بارهایی که مربوط به جدول اول بوده و حالت عمومی تری دارند. به شرح زیر است:

ترکیب بارهای بالا با ترکیب بارهای پیش فرض برنامه اندکی متفاوت هستند که به همین جهت باید ترکیبات بالا را جایگزین مقادیر پیش فرض برنامه نماییم. بدیهی است که در صورت نیاز مطابق ضوابط مبحث ششم و استاندارد ۲۸۰۰ باید ۱۰۰ درصد نیروی زلزله در هر جهت با ۳۰ درصد جهت مقابل ترکیب گردد در صورت انجام تحلیل طیفی میتوان قانون ۱۰۰-۳۰ را در تعریف حالت بارگذاری طبقی انجام داد و در این صورت نیاز به تعریف این موضوع در ترکیبات بارگذاری وجود ندارد توجه شود که مطابق بند 10-2-7-1-5 مبحث دهم لازم است تا در طراحی اعضا به روش ضرایب بار و مقاومت آثار مرتبه دوم لحاظ شود.

روش ها و الزامات تحلیل

۱-۴- کلیات

مطابق مبحث دهم و AISC تأمین پایداری سازه و اجزای آن از الزامات تحلیل و طراحی است. پایداری سازه و اجزای آن در صورتی تأمین می شود که آثار ذکر شده زیر در تحلیل و طراحی لحاظ شده باشد:
الف – تغییر شکلهای محوری خمشی و برشی اجزای سازه و تغییر شکل های سایر اجزا نظیر (اتصالات که در جابجایی سازه مؤثرند
ب– آثار مرتبه دوم

پ– تواقص هندسی (شامل کجی و تا شاقولی بودن)

ت – کاهش سختی اعضا ناشی از رفتار غیر الاستیک عمدتاً ناشی از تنش های پسماند

ج– عدم اطمینان در برآورد سختی و مقاومت

۲-۴- روش تحلیل مستقیم

یکی از روشهای قابل قبول مبحث دهم و AISC برای منظور کردن آثار فوق در سازه روش تحلیل مستقیم است. استفاده از این روش همواره توسط آیین نامه ها توصیه میشود و محدودیتی ندارد. در این روش:
الف– تحلیل از نوع مرتبه دوم است.

ب-آثار نواقص هندسی اولیه در تحلیل مرتبه دوم لحاظ می شود .

پ-تحلیل مرتبه دوم بر اساس سختی کاهش یافته صورت می گیرد.

ت-مقاومت طراحی اعضای محوری فشاری برای انواع سیستم های قاب بندی شده با فرض عدم انتقال جانبی (1=K) تعیین می شود.

1-۲-۴- ملاحظات نواقص هندسی اولیه تعریف بارهای مجازی)

در روش تحلیل مستقیم آثار نواقص هندسی اولیه شامل کجی و ناشاقولی (اعضا باید از طریق مدلسازی این نواقص در تحلیل مرتبه دوم سازه انجام گیرد. در سازه هایی که بارهای ثقلی عمدتاً توسط ستونها دیوارها با قابهای قائم متحمل میشوند، به جای منظور کردن این نواقص میتوان یک بار جانبی فرضی را در طبقات ساختمان اعمال نمود این بار برابر با ۰/۰۰۲ بارهای ثقلی ضریبدار در هر طبقه متناسب با ضرایب به کار رفته در ترکیب بارها اعمال میشود (N=0.002Yi). این نیرو در دو جهت اصلی سازه به صورت مجزا و تنها در ترکیب بارهای ثقلی و در فقدان بارهای جانبی به مدل سازه اختصاص مییابد در هنگام اعمال بار جانبی فرضی که در آیین نامه Ni نامیده شده است باید به این نکات توجه نمود:
الف – توزیع بار جانبی فرضی در کف هر طبقه باید مشابه توزیع بارهای ثقلی در کف همان طبقه منظور گردد.

ب– بار جانبی فرضی باید به کلیه ترکیبات بارگذاری اضافه شود اگر نسبت تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه دوم به تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر تحلیل مرتبه اول با احتساب سختی کاهش یافته اعضا در کلیه طبقات کوچکتر یا مساوی ۱/۷ باشد میتوان بارهای جانبی فرضی را فقط در ترکیبات بارگذاری ثقلی منظور کرد و از اثر آن در ترکیبات بارگذاری شامل بارهای جانبی صرف نظر نمود.
پ-بارهای جانبی فرضی باید در جهتی به سازه اعمال گردد که بیشترین اثر ناپایداری را داشته باشد. ت- ضریب بار جانبی فرضی (۰/۰۰۲) بر اساس حداکثر ناشاقولی مجاز ستون ها در هر طبقه برابر با یک پانصدم ارتفاع طبقه محاسبه شده است. در مواردی که میزان ناشاقولی از مقدار حداکثر یک پانصدم ارتفاع طبقه کمتر باشد ضریب بار جانبی فرضی میتواند متناسب با آن کاهش یابد .
باید توجه داشت که این بار جانبی فرضی فقط برای تعیین مقاومتهای مورد نیاز اعضا اعمال می شود و برای سایر منظورهای طراحی (نظیر کنترل تغییر مکان جانبی نسبی ،طبقات خیز ،تیرها ارتعاش اعضا و کف ها و محاسبه زمان تناوب اصلی سازه نباید ملاحظات نواقص هندسی اولیه مورد استفاده قرار گیرد.
برای تعریف و اختصاص این بارها قبل از آنالیز سازه باید با مراجعه به قسمت Define/Static Load Case این بارها را تعریف نماییم در این مورد نکات زیر قابل ذکر است:
بارهای مجازی باید از نوع Notional تعریف گردند.

1.  به تعداد دو برابر حالتهای بار ثقلی باید حالت بار از نوع Notional تعریف گردد یعنی به ازای هر حالت بار ثقلی باید دو حالت بار Notional تعریف گردد یکی از این دو حالت برای بار جانبی در جهت اصلی X و دیگری جهت اعمال بار جانبی در جهت ” ۷ می باشد.
2. برای اعمال بارNotional به سازه می توان دو روش عمل کرد. روش اول این است که بارها به صورت دستی به سازه اعمال گردند. در این حالت موقع تعریف بار در ستون چهارم تحت نام Auto Lateral Load گزینه None را انتخاب و اعمال می- کنیم. پس از تعریف حالت بار باید در هنگام بارگذاری همانند بقیه بارها با محاسبات دستی مقدار بارهای Notional محاسبه و در تراز طبقات و ترجیحاً مرکز جرم به سازه به صورت جانبی اعمال گردد. روش دوم که به نظر منطقی تر و راحت تر است این است که گزینه Auto در ستون Auto Lateral Load انتخاب شده و سپس بر روی دکمه Modify Lateral Load کلیک کرده تا صفحه جدیدی مطابق شکل زیر ظاهر گردیده و در آن تنظیمات لازم انجام گردد.

شکل ۲ منوی معرفی پارامترهای مورد نیاز برای منظور کردن بارهای مجازی

۴- در این صفحه در قسمت Base Load Case حالت بار ثقلی متناظر با آن انتخاب میگردد. در قسمت Load Ratio عدد ۰/۰۰۲ مطابق ضابطه بند ۱۰-۲-۷-۱-۵ قسمت 2) و یا هر عدد دلخواه مورد نظر دیگر وارد می شود (این عدد به طور پیش فرض در برنامه وجود دارد).
۵-در قسمت Notional Load Direction نیز جهت اعمال بار از بین دو گزینه Global X و Global y انتخاب می گردد. پس از تعریف حالتهای بار Notional باید در قسمت …Define/Load Combinations نیز این حالتهای بار را مشارکت دهیم در این مورد نیز باید به نکات زیر توجه کنیم:

1. حالتهای بار Notional تنها در ترکیب بارهایی مشارکت داده میشوند که فقط شامل بارهای ثقلی هستند.
2. ضریب بار برای هر کدام از حالات بار Notional برابر ضریب بار نقلی متناظر با آن در همان ترکیب بار است. بر این اساس لزوماً در هر ترکیب بار ضرایب بار تمام این حالات بار Notional با هم برابر نخواهد شد و آنهایی که بر اساس بار مرده ساخته شده اند ضریبی متفاوت با آنهایی دارند که بر اساس بار زنده ساخته شده اند، ترکیب باری که تنها شامل بار مرده است، باید تنها شامل بارهای Notional با مبنای همان بار مرده باشد و آنهایی که بر اساس بار زنده ساخته می شوند، نباید مشارکت داده شوند.
3. در هر ترکیب بار تمام بارهای Notional باید با یک علامت با هم ترکیب شوند. اگر در یک حالت تمام آنها با ضریب مثبت ترکیب شده اند به طور متناظر باید ترکیب بار دیگری ساخته شود که در آن تمام بارهای Notional به طور همزمان دارای ضریب منفی هستند.
4.  در هر ترکیب بار تنها بارهای Notional مربوط به حالاتی را مشارکت میدهیم که مربوط به یک جهت اصلی سازه X یا Y باشند. به طور متناظر ترکیب بار دیگری میسازیم که در آن حالات یاری که برای جهت اصلی دیگر هستند مشارکت نمایند. این اساس با توجه به اینکه در حالت عادی ترکیب بارهای ثقلی تنها شامل دو ترکیب بار است (مطابق جدول ۱۰-۲-۱-۲ مبحث دهم) در حالت اعمال این بارها تعداد ترکیبات ۴ برابر شده و به ۸ عدد خواهد رسید.

۲-۲-۴- تنظیمات سختی اعضا

در تحلیل و طراحی به روش مستقیم برای تعیین مقاومتهای مورد نیاز در تحلیل مرتبه دوم باید به شرح زیر از ضرایب سختی کاهش یافته اعضا استفاده شود:

الف-ضریب کاهش 0.8 برای کلیه سختی هایی که در پایداری سازه مؤثرند.
ب-علاوه بر ضریب فوق یک ضریب کاهش اضافی نیز به شرح زیر در سختی خمشی اعضایی که در پایداری سازه مؤثر هستند.
که در رابطهٔ فوق EI* صلبیت کاهش یافته ،عضو E مدول ارتجاعی ،فولاد I ممان اینرسی مقطع عضو حول محور خمش و ضریب کاهش اضافی سختی خمشی است:

در رابطه فوق Pr مقاومت فشاری محوری مورد نیاز Py مقاومت فشاری تسلیم برابر با AgFy می باشد.

پ-به جای استفاده از متغیر، میتوان مقدار را برای کلیه نسبت های در برابر با یک فرض کرد. مشروط بر آنکه یک بار جانبی اضافی برابر با ۰/۰۰۱Yi به کلیه طبقات اعمال نمود. این بار جانبی اضافی در کلیه ترکیبات بارگذاری به همراه بارهای جانبی و بارهای جانبی فرضی (در اثر نقص هندسی) منظور شود. در نرم افزار ETABS در منوی تنظیمات طراحی قاب فولادی امکان انتخاب روش کاهش سختی ارائه شده است.
شکل ۳ تعریف روش کاهش سختی اعضا

ت-چنانچه در یک سیستم سازه ای برای تأمین پایداری از اعضایی با مصالح غیر از فولاد استفاده شده باشد و مقررات سازه ای مربوط به نوع مصالح ضریب کاهش سختی کوچکتری (کاهش سختی) یشتری را الزام کرده باشد برای آن نوع اعضا باید ضریب کاهش سختی کوچکتر مورد استفاده قرار گیرد.

۳-۴ روش طول مؤثر(Effective Length Method)

روش دیگر منظور داشتن الزامات عمومی تحلیل روش طول مؤثر است استفاده از این روش دارای محدودیتهای است و عمومیت روش تحلیل مستقیم را ندارد. این محدودیت ها شامل موارد زیر است:
الف – بارهای ثقلی عمدتاً توسط ستونها دیوارها یا قابهای قائم تحمل شوند.
ب-نسبت تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر مرتبۀ دوم به تغییر مکان نسبی حداکثر مرتبۀ اول (یا به طور تقریب ضریب تشدید B2 در تحلیل ارتجاعی مرتبه اول تشدید یافته) در کلیه طبقات کوچکتر یا مساوی ۱/۵ باشد.
در این روش لازم است:
الف – تحلیل سازه از نوع مرتبۀ دوم و بدون منظور کردن هرگونه کاهش سختی باشد.

ب-اثر نواقص هندسی اولیه (شامل کجی و ناشاقولی) اعضا در تحلیل مرتبه دوم منظور گردد اعمال بار جانبی (فرضی)

ب مقاومت طراحی کلیه اعضای محوری فشاری (Pc) بر اساس ضریب طول مؤثر در کمانش (K) تعیین گردد. در صورتی که برای تحلیل مرتبۀ دوم از روش ارتجاعی مرتبهٔ اول تشدید یافته استفاده شده باشد و سیستم سازهای مورد مطالعه برخی از قابها به صورت ثقلی طرح شده باشند آثار ناشی از بارهای وارد بر ستونهای قابهای ثقلی باید به اعضای سیستم های مقاوم در برابر بار جانبی منتقل شود و در محاسبات مقاومت های طراحی اعضای فشاری سیستم های باربر جانبی مورد توجه قرار گیرند. در سیستم های سازه ای دارای قاب های مهار شده این آثار قابل توجه ،نبوده در طراحی اعضای فشاری قاب های مهار شده می توان از آن چشم پوشی کرد. اما در سیستم های سازهای قاب خمشی که در آن برخی قلب ها فقط دارای عملکرد ثقلی هستند. تأثير انتقال ناشی از بارهای وارد بر ستون های قاب های ثقلی به ستون های قاب های خمشی قابل ملاحظه است و باید در طراحی اعضای فشاری قاب های خمشی لحاظ شوند. برای منظور کردن تأثیر انتقال آثار قابهای ثقلی به اعضای فشاری قاب های خمشی کافی است ضریب طول مؤثر اعضای فشاری قابهای خمشی با ضریب زیر تشدید گردد:

که در این رابطه ، ضریب تشدید طول مؤثر مجموع بارهای قائم ستونهای غیر باربر جانبی و مجموع بارهای قائم ستونهای باربر جانبی است. در نرم افزار ETABS در منوی Steel Frame Design Preferences برای استفاده از روش طول ،مؤثر، کافی است از بخش Design Analysis Method گزینه Effective Length را انتخاب نماییم.

۴-۴- روش تحلیل مرتبه اول(First Order Analysis Method)

برای استفاده از روش تحلیل مرتبۀ اول محدودیتهای زیر وجود دارند.
الف بارهای ثقلی عمدتاً توسط ستونها دیوارها یا قابهای قائم متحمل شوند.
ب- نسبت تغییرمکان جانبی نسبی حداکثر مرتبه دوم به تغییر مکان نسبی حداکثر مرتبۀ اول (یا به طور تقریب ضریب تشدید B2 در تحلیل ارتجاعی مرتبه اول تشدید یافته) در کلیه طبقات کوچکتر یا مساوی ۱/۵ باشد.
پ مقاومت محوری مورد نیاز (Pr) تمامی اعضایی که سختی خمشی آنها در پایداری سازه مؤثر است از 0.5Py تجاوز نکند.
در این روش لازم است:

الف – مقاومت مورد نیاز اعضا بر اساس تحلیل مرتبۀ اول تشدید نیافته تعیین گردد. ب- به کلیه ترکیبات بارگذاری یک بار جانبی اضافی (Ni) در تراز هر طبقه به این صورت اضافه شود:

که در این روابط:
Yi: بارهای ثقلی ضریبدار در ترازi ام متناسب با ضرایب به کار رفته در ترکیبات مختلف بارگذاری

تغییرمکان جانبی نسبی طبقه ام در ترکیبات مختلف بارگذاری بر پایه تحلیل مرتبه اول
در مواردی که برای قاب های مختلف در پلان متفاوت باشد این مقدار باید برابر متوسط وزنی تغییر مکان جانبی نسبی قابهای مختلف (که نسبت به بارهای قائم قابهای مختلف سنجیده می شود) یا به طور محافظه کارانه برای تغییر مکان جانبی نسبی حداکثر طبقه منظور گردد.

پ – لنگر خمشی اعضای دارای نیروی محوری فشاری (Pc) برای انواع سیستمهای قاب بندی شده با فرض عدم انتقال جانبی (K=1) تعیین شود.
با توجه به اینکه در این روش آثار نیز در بار جانبی اضافی (Ni) لحاظ شده است. تغییرمکان جانبی نسبی طبقات خیز تیرها و ارتعاش اعضا و کف ها باید در حضور بار جانبی اضافی مورد کنترل قرار گیرند. در برنامه ETABS از منوی Steel Frame Design Preferences برای استفاده از روش تحلیل مرتبۀ ،اول کافی است از بخش Design Analysis Method گزینه 1 Limited Order را انتخاب نماییم.

1- ترکیبات بارگذاری تشدید یافته

بحث بعدی در زمینه ترکیب بارها به ترکیب بارهای تشدید یافته بر میگردد ترکیب بارهای تشدید یافته در مبحث دهم در بخش ضوابط لرزه ای در بند 10-3-4-4 ذکر شده اند. این ترکیب بارها برای روش حالات حدی بار و مقاومت به شرح زیر است.

اما در برنامه ترکیب بارهای تشدید یافته مربوط به روش حدی مطابق (AISC 360-05 (LRFD به شرح زیر است:

در ترکیب بار بالا یک ضریب وجود دارد تحت نام Sds (شتاب طیفی متناظر با پریود کوتاه) که مقدار آن به طور پیش فرض در برنامه برابر ۰/۲ است. همانطور که دیده می شود. ضریب بار مرده زنده و زلزله در مبحث دهم و آیین نامه AISC با هم تفاوتهایی دارد. البته با توجه به اینکه در ترکیب بار تشدید یافته نقش اصلی را بار زلزله دارد می توانیم از اختلافاتی که در زمینه ضرایب بارهای مرده و زنده وجود دارد صرفنظر کنیم و این ترکیب بارها را به عنوان ترکیب بارهای تشدید یافته مورد نظر خود قبول نماییم. پارامتر Sds در ضریب بار مرده در ترکیبات موثر است مقدار این فاکتور در قسمت Define/Special Seismic Load …Effects قابل تعیین است(شکل ۴). جالب است بدانید که این منو در ویرایش سال ۲۰۱۳ نرم افزار ETABS حذف شده است برنامه از اطلاعات ارائه شده در Steel frame Design Preferences برای طراحی قاب فولادی استفاده کند مقدار Sds در می صفحه بالا تحت نام DL Multiplier کادر( قرمز رنگ) قابل تغییر است که بهتر است آن را برای آنکه خیلی بین ترکیب بارهای ما و نرم افزار اختلاف نباشد به عدد صفر تغییر دهیم مقدار ضریب اضافه مقاومت سیستم سازه ای هم در پایین صفحه (کادر آبی) قابل وارد کردن است. این ضریب به طور پیش فرض برابر ۳ است که باید آن را مطابق با جدول ۱۰-۳-۲ مبحث دهم تغییر دهیم. نکته جالب دیگر اینکه در ویرایش آینده مبحث دهم که پیش نویس آن منتشر شده است مقادیر اضافه مقاومت فعلی تغییر کرده اند. این مقدار برای قاب خمشی از ۲/۸ به ۳/۰ برای قاب ساده همراه با مهاربند همان مقدار ۲/۰ و برای سیستم دوگانه یا ترکیبی از ۲/۴ به ۲/۵ تغییر کرده است.

نکته مهم:
چون در ترکیب بارهای تشدید یافته مبحث دهم روش حالات حدی بار زلزله دارای یک ضریب ۱/۲ است که در ترکیب بارهای تشدید یافته برنامه وجود ندارد باید این ضریب را از جدول مذکور استخراج کرده و در عدد ۱/۲ ضرب کرده و سپس به برنامه وارد کنیم به طور مثال اگر این مقدار برای سیستم قاب ساده مهاربندی شده هم محور با حد شکل پذیری کم برابر ۲ است در برنامه باید آن را عدد ۲/۴ وارد کنیم در صفحه بالا موارد دیگری هم وجود دارد که در آینده به آنها نیز اشاره خواهد شد.
یکی دیگر از پارامترهایی که باید به برنامه معرفی شود ضریب نامعینی ،سازه ، است این ضریب در آیین نامه ASCE7 تعریف شده که به میزان نامعینی سازه وابسته است و مقدار آن ۱ یا ۱/۳ است از آنجایی که مبحث دهم از این ضریب استفاده نمیکند در برنامه مقدار آن برابر با یک تعریف می گردد. روش دیگر آن است که تمام پارامترهای لازم در منوی Steel Frame Design Preferences تعریف شود و منوی …Define/Special Seismic Load Effects غیر فعال شود.

شکل ۴ منوی معرفی پارامترهای مورد نیاز برای منظور کردن ترکیب بارهای تشدید یافته

 سیستم های سازهای لرزه بر معرفی شده در 05-AISC341

در نسخه سال ۲۰۰۵ آیین نامه ۴ سیستم قاب خمشی و ۶ سیستم قاب مهاربندی شده تعریف شده است که عناوین آنها به این قرارند:
الف- سیستم های قاب خمشی :

• قاب خمشی ویژه (Special Moment Frame=SME)
• قاب خمشی متوسط (Intermediate Moment Frame=IMF)
• قاب خمشی معمولی (Ordinary Moment Frame=OME)
• قاب خمشی خرپایی ویژه (Special Truss Moment Frame=STMF)

پ- سیستم های قاب مهاربندی شده و دیوار برشی

• قاب مهاربندی شده همگرای ویژه (Special Concentrically Braced Frame SCBF)
• قاب مهاربندی شده همگرای معمولی (Ordinary Concentrically Braced Frame=SCBF)
• قاب مهاربندی شده همگرای معمولی روی جداساز Ordinary Concentrically Braced Frame Isolated from Structure=SCBFI)
• قاب مهاربندی شده و اگرا (Eccentrically Braced Frame=EBF)
• قاب مهاربندی شده کمانش تاب (Buckling Restrained Braced Frame=BRBF)
• دیوار برشی فولادی ویژه (Special Plate Shear Wall)

باید در نظر داشت که آیین نامه AISC34105 سیستم دوگانه تعریف نکرده است و بنابراین در صورت طراحی سیستم سازه ای لرزه بر دوگانه لازم است ضوابط قاب خمشی و قاب ساده توسط نرم افزار به طور جداگانه کنترل شود.

تقسیم بندی مقاطع بر حسب فشردگی آنها

یکی از مسایل مهم در مبحث دهم تقسیم بندی مقاطع به ۳ دسته فشرده غیر فشرده و لاغر است این تقسیم بندی در قسمتهای مختلف مبحث دهم از جمله تعیین تنشهای مجاز مهم است این تقسیم بندی در روش حالات حدی در بند ۱۰-۲-۲-۱ مبحث دهم و جدول ۱۰-۲-۲-۱ آورده شده است. در آیین نامه 05-AISC360 این تقسیم بندی با توجه به بخش 3.3 راهنمای نرم افزار انجام شده است که به طور خلاصه در جدول زیر به نقل از راهنمای برنامه ذکر شده است.

شکل -۵ فرضیات نرم افزار در خصوص فشردگی مقاطع در 05-AISC360

اگر اطلاعات جداول بالا با جدول ۱۰-۲-۲-۱- مبحث دهم مقایسه گردد در اکثر موارد علی الخصوص در مورد شرط فشردگی انطباق قابل قبولی بین آنها دیده می شود. غیر از آن معمولاً مقاطع نورد شده مورد استفاده به طور خودکار شرایط فشردگی را دارند که این مساله کار را راحت تر می کند. در مورد مقاطع غیر نورد شده نیز میتوان به صورت دستی این مسأله را کنترل کرد. در کل بهتر است از مقاطعی استفاده کنیم که در تقسیم بندی از لحاظ مبحث دهم در حیطه مقاطع فشرده قرار گیرند. مسأله دیگر که در مبحث دهم جدید گنجانده شده است بحث فشردگی لرزه ای است یعنی علاوه بر تقسیم بندی قدیم (لاغر ، غیر فشرده و فشرده) یک تقسیم بندی دیگر هم اضافه شده است. مبنی بر اینکه آیا مقطع فشرده لرزه ای است یا نه که شرایط آن نسبت به شرایط عادی اندکی سخت گیرانه تر است. اطلاعات مربوط به این مسأله در مبحث دهم و بخش ۱۰-۳ در بند ۱۰-۳-۴-۲ و جدول ۱۰-۳-۱ موجود است. در آیین نامه 05-AISC360 نیز این ضوابط موجود است. این مسأله در بخش 4.7 و جدول 4.1 راهنمای برنامه آورده شده است. البته اطلاعات موجود در جدول مبحث دهم در مورد مقاطع لرزه ای به نظر ناقص میباشد و شامل تمام مقاطع نیست. احتمالاً باید برای مقاطعی که موجود نیست به قضاوت مهندسی و یا ضوابط آیین نامه 05-AISC360 مراجعه نمود. اما در مورد مقاطعی که فعلاً در جدول ۱۰-۳-۱- مبحث دهم موجود است در مقایسه با جداول بالا مربوط به آیین نامه 05-AISC360 یک انطباق قابل قبول دیده می شود. غیر از آن میتوان این کنترل را برای اطمینان در جاهایی که مورد نیاز است به صورت دستی نیز انجام داد.

نکته :مهم مقاطع معرفی شده به نرم افزار به صورت GENERAL یا مقاطع ساخته شده با SECTION DESIGNER از لحاظ برنامه به صورت غیرفشرده هستند و کنترل آنها باید به صورت دستی انجام گردد.

شکل6- فرضیات نرم افزار در خصوص فشردگی مقاطع در 05-AISC360

شکل 7 فرضیات نرم افزار در خصوص فشردگی مقاطع در 05-AISC360

4- کنترل مقاومت مقطع

۱-۴- مقاومت کششی

بحث تنش های کششی در مبحث دهم بخش حالات حدی در قسمت ۱۰-۲-۳ و در راهنمای برنامه در بخش 3.5.1 ذکر شده است. مطابق ضوابط مبث دهم و آیین نامه 05-AISC360 مقدار ظرفیت کششی خالص مجاز باید بر اساس کمینه ظرفیت بر روی سطح مقطع کل بر اساس تنش گسیختگی و ضریب اطمینان ۰/۷۵ و بر روی سطح مقطع مؤثر بر اساس تنش تسلیم با ضریب اطمینان ۰/۹ محاسبه گردد که بر این اساس ضابطه دو آیین نامه با هم یکسان است به طور پیش فرض مقدار سطح مقطع مؤثر و کل با هم در نرم افزار مساوی فرض میشوند اگر این دو با هم مساوی نباشند می توان برای هر عضو در نرم افزار نسبت سطح مقطع مؤثر به سطح مقطع کل را با مراجعه به قسمت زیر اصلاح کرد:
Design/Steel Frame Design/View Revise Overwrites
سپس در صفحه ای که مشابه شکل زیر ظاهر میشود با انتخاب گزینه Net Area to Total Area Ratio مقدار دلخواه را وارد می کنیم.

شکل ۹- تعريف نسبت مساحت خالص به مساحت کل مقطع برای کنترل تنش کششی

۲-۴- مقاومت فشاری
بحث مقاومت فشاری در مبحث دهم در قسمت ۱۰-۲-۴ آورده شده است. در این مورد چند موضوع وجود دارد. موضوع اول مربوط به ضریب لاغری و محاسبه لاغری است با توجه به اینکه در اکثریت موارد مقدار ضریب لاغری ستون ها می تواند برابر یک فرض گردد. اختلاف و پیچیدگی خاصی در این زمینه وجود ندارد و به راحتی میتوان با مساوی یک قرار دادن این ضریب برای تمامی ستون ها در برنامه با (بازنویسی مقدار ضریب از انطباق) روش برنامه با آنچه مورد نظر ما است اطمینان حاصل کرد. در مورد ضریب طول که در نرم افزار تحت عنوان Unbraced Length Ratio آورده شده است. اگر سازه در طبقات مهاربندی شده باشد، مطابق بند ۱۰-۲-۱-۴ ضریب طول میتواند برابر یک در نظر گرفته شود قابهای شامل بادبند یا دیوار برشی قابهای مهاربندی شده هستند. علاوه بر آن مطابق بند ۱۰-۲-۷-۱-۱ در طبقاتی که مقدار شاخص پایداری مطابق تعریف آن بند کمتر از ۰/۰۵ باشد آن طبقه مهار شده و ضریب طول ستونها برای آن برابر یک است. بنابراین اکثر قابهای خمشی نیز میتوانند شرایط قابهای مهار شده را دارا باشند (بهتر است در کل به گونه ای سازه را طراحی کنیم که شاخص پایداری از ۰/۰۵ بزرگتر نگردد). در موارد خاصی هم که شاخص پایداری بیش از ۰/۰۵ خواهد شد در قسمتهای بعدی توضیحات لازم داده می شود مسأله بعدی که باید به آن توجه گردد این است که معیار محاسبه بار بحرانی کمانش در مبحث دهم جدید معیارهای کمانش خمشی بر اساس بند ۱۰-۲-۴-۲-۱)،کمانش پیچشی و کمانش -پیچشی خمشی (بر اساس بند ۱۰-۲-۴-۲-۲) است که به این ترتیب روابط محاسبه اعضای فشاری نسبت به ویرایش قبلی و روش تنش مجاز پیچیده تر شده اند به همین جهت توصیه می گردد که حتماً بندهای مورد نظر از مبحث دهم را حتماً  به دقت مطالعه فرمایید تا با روش آیین نامه جدید در این زمینه آشنا شوید اما در آیین نامه AISC در راهنمای برنامه بحث مربوط به این قسمت در بخش 3.5.2. ذکر گردیده است. در محاسبات این بخش مقاطع به دو بخش تقسیم بندی شده اند مقاطع بدون اعضای لاغر و مقاطع با اعضای لاغر با فرض اینکه مقاطعی که ما استفاده می کنیم دارای اجزای لاغر نیستند فقط به این بخش از مقاطع میپردازیم (مطابق بند ۱۰-۲-۲-۵ از مبحث دهم استفاده از مقاطع با اجزای لاغر در اعضایی که تحت تنش های فشاری قرار می گیرند ممنوع است جز در مورد جان )تیرورق ها روابط مربوط به ظرفیت فشاری بر اساس کمانش خمشی در راهنمای برنامه بخش 3.5.2.1.1 و مبحث دهم در بخش -۱۰-۲-۴-۲-۱ذکر شده است که هر دو روابط یکسان است. فقط اندکی تفاوت در یکی از دو رابطه محاسبه ظرفیت فشاری وجود دارد که میتوان از آن اغماض .کرد روابط مربوط به کمانش پیچشی و پیچشی خمشی هم در راهنمای برنامه بخش 3.5.2.1.2 و در مبحث دهم در بخش ۱۰-۲-۴-۲-۲ ذکر گردیده است. این بخش خود شامل چندین رابطه است و برای مقاطع با اشکال مختلف روابط متفاوتی ارائه شده است. در برنامه برای مقاطع جعبه ای لوله ای مستطیلی و مقاطعی که به صورت GENERAL و یا با SECTION DESIGNER ساخته میشوند این مسأله صرفنظر میشود و تنها به کمانش خمشی عضو بسنده می شود. به نظر می رسد که در مبحث دهم نیز برای مقاطع با دو محور تقارن که میتواند شامل مقاطع جعبه ای لوله ای و مستطیلی هم شود این مسأله صرفنظر گردیده است و در اینجا انطباق بین برنامه و مبحث دهم دیده می شود.

نکات مهم:

۱- با توجه به اینکه در مقاطع GENERAL و ساخته شده با SECTION DESIGNER این مسأله نادیده گرفته می شود در صورتی که برای ستون مقطعی در نظر گرفته شده باشد که شامل موارد معاف شده در بالا نباشد باید کمانش پیچشی و پیچشی خمشی به صورت جداگانه و خارج از برنامه در نظر گرفته شود.

۲- در مورد مقاطع دوبل نبشی و سپری بین مبحث دهم و روابط برنامه انطباق وجود دارد. برای این مسأله در راهنمای برنامه به بخش 3.5.2.1.2.2 و در مبحث دهم به بخش ۱۰-۲-۴-۲-۲ الف مراجعه نمایید.

3- در مورد مقاطع I شکل دوبل ناودانی، ناودانی و تک نبشی روابط در راهنمای برنامه بخش 3.5.2.1.2.3 ذکر شده است. ضوابط این بخش در مبحث دهم با قسمت ۱۰-۲-۴-۲-۲- ب منطبق است روابط در هر دو حالت با هم یکسان است. تنها فرق در مورد مقاطع تک نبشی است که مقدار لاغری آنها باید توجه به روابط بخش ۱۰-۲-۴-۳- مبحث دهم بیشتر در نظر گرفته شود که این بخش در نرم افزار به گونه دیگری می باشد و به جای آن به نظر میرسد که مقدار کمترین شعاع زیراسیون مقطع که در محور مایل آن رخ میدهد مبنای محاسبه لاغری مقطع است. البته بسیار به ندرت پیش می آید که از مقاطع تک نبشی به عنوان عضو فشاری استفاده گردد.

۴- در مورد حداکثر ،لاغری در مبحث دهم و نرم افزار هر دو حداکثر ۲۰۰ اعمال میگردد و در این مورد نیز انطباق وجود دارد. در زمانی که لاغری عضو از ۲۰۰ بیشتر شود در برنامه یک پیام اخطار برای عضو مورد نظر در صفحه جزییات طراحی داده می شود ۵ در خصوص ضوابط طرح لرزه ای اعضای قطری ،مهاربندی مطابق بند ۱۰-۳-۹-۲-۳-۲- مبحث دهم لاغری این اعضا نباید از مقدار زیر تجاوز کند.

ضریب ۴/۲۳ در رابطهٔ فوق در آیین نامه AISC341-05، چهارم است که از آنجایی که رابطهٔ ارائه شده توسط AISC محافظه کارانه تر است می توان نتیجه کنترل نرم افزار را قابل قبول دانست همچنین باید توجه کرد که در اعضای مهاربندی قطری، نرم افزار به صورت خودکار مقدار (Unbraced Length RatioMajor یا نسبت طول مهارنشده بادبند برای کمانش درون صفحه را ۰/۵ فرض می کند اما در مورد (Unbraced Length Ratio Minor یا نسبت طول مهار نشده بادبند برای کمانش خارج از صفحه لازم است تا کاربر این مقدار را ۰/۷ تعریف نماید.

6- مقاطع بادبند در آیین نامه 05-AISC341 برای مهاربندهای همگرای معمولی (OCBF) و همگرای ویژه (SCBF) باید از نوع فشرده لرزه ای و برای مهاربندهای واگرا (EBF) و همگرای معمولی روی جداساز لرزه ای (OCBFI) باید فشرده باشند. از آنجایی که مقاطع تعریف شده به صورت GENERAL یا SECTION DESIGNER فشرده محسوب نمی گردند، مثلاً برای بادبند با مقطع دوبل ناودانی باید ابتدا این مقطع توسط نرم افزاری مانند CSI Proper به ناودانی تک تبدیل گردد تا ضوابط فشردگی برای آن قابل کنترل باشد.

7-با توجه به اینکه ظرفیت فشاری مقاطع دوبل ناودانی دارای دو محور تقارن و مقطع تک معادل سازی شده با یک محور تقارن باید با توجه به معیار کمانش پیچشی و کمانش خمشی پیچشی ذکر شده در مبحث دهم محاسبه شود و با عنایت به این نکته که در مقاطع دارای یک محور تقارن معیار کمانش پیچشی و کمانش خمشی پیچشی حاکم خواهد شد و از ظرفیت مقاطع بادبندها خواهد کاست لذا باید ضریب طول مؤثر برای کمانش پیچشی را عددی بسیار کوچک تعریف نمود تا این معیار در مقطع معادل سازی شده که به واقع دارای دو محور تقارن میباشد حاکم نگردد یعنی Unbraced Length Ratio (LTB) = 0.01 برای هر عضو فشاری متقارن که توسط برنامه Proper به صورت نامتقارن معادل سازی شود پارامتر فوق باید تعریف گردد تا ظرفیت فشاری مقاطع بادبندها و ستونها دقیقاً مطابق روابط مبحث دهم محاسبه شود. عموماً در معادلسازی ستونها بر خلاف بادبندها دو محور تقارن حفظ میگردد و نیازی به تعریف این پارامتر نیست.

8-برای ستون ها در صورت استفاده از قابهای خمشی ،متوسط به کارگیری مقطع فشرده و در صورت استفاده از قابهای خمشی ویژه به کارگیری مقاطع فشرده لرزه ای در برنامه الزامی است که می توان برای این کار از نرم افزار Proper استفاده کرد. توجه شود که سیستم قاب مهاربندی شده واگرا (EBF) در آیین نامه 05-AISC341 صرفاً در یک حد شکل پذیری خاص می باشد که نیاز به مقطع فشرده لرزه ای برای ستونها دارد.

۹- ضابطه تیر ضعیف ستون قوی فقط برای ستونهایی که در سیستم قاب خمشی ویژه (SMF) تعریف شده اند توسط نرم افزار کنترل می شود.

۱۰ – مبحث دهم ظرفیت اسمی محوری ستون را به ۱/۲۵ برابر باری که تیرها یا بادبندها بر اساس مقاومت اسمی خود میتوانند به ستون منتقل نمایند محدود نموده است این از آیین نامه می تواند برای تعدیل ستون هایی که بر اثر ترکیب بارهای زلزله تشدید یافته به صورت غیراقتصادی طرح شدهاند به صورت دستی کنترل گردد.

۱۱- در مورد اعضای فشاری مرکب با بستهای موازی یا مورب مطابق ضوابط بخش ۱۰-۲-۴-۴-۳ و بخش ۱۰-۲-۴-۴-۴ ضوابط خاصی باید اعمال گردد که از جمله میتوان به افزایش مقدار لاغری بحرانی آنها اشاره کرد که این مسأله در نرم افزار اعمال نمی گردد و خود کاربر باید جداگانه و به صورت دستی به شکلی آن را در نظر بگیرد بهتر است در درجه اول از این نوع ستون ها کمتر استفاده گردد و در درجه دوم در هنگام طراحی با نرم افزار اگر نمیخواهیم ضوابط آنها را به صورت دستی کنترل کنیم مقداری ضریب اطمینان بیشتر در مورد آنها بر اساس قضاوت مهندسی در نظر بگیریم البته اگر فاصله بین دو مقطع را به گونه ای در نظر بگیریم که با مقداری ،فاصله لاغری بحرانی در جهت محور اصلی مقطع یعنی X یا ۳۳ رخ دهد این مسأله را می توانیم نادیده بگیریم.

12-نکته ای که در آیین نامه وجود دارد این است که ظاهراً مطابق نوشته پاراگراف اول بخش ۱۰-۲-۴-۲۰۲ باید برای مقاطع مرکب مقاطع ساخته شده به صورت مشبک یا غیر مشبک و مقاطع صلیبی هم ضابطه کمانش پیچشی و پیچشی- خمشی در نظر گرفته شود که در این حالت برنامه اگر مقطع به صورت SECTION DESIGNER و یا باکس و یا GENERAL باشد آن را نادیده می گیرد که این مساله با ضابطه مبحث دهم در تناقض است. برای اینگونه مقاطع به شرط آنکه مقطع دارای دو محور تقارن باشد (که معمولاً نیز به همین شکل است) باید رابطه ارائه شده در قسمت ب-۱ این بند مد نظر قرار گیرد. البته می- توان احتمال داد که مقدار بار بحرانی کمانش به دست آمده برای این حالت در آنها بیشتر از حالت کمانش خمشی باشد (با توجه به رابطه ۱۰-۲-۴-۹ و مقایسه آن با رابطه ۱۰-۲-۴-۵) و در نتیجه این مسأله مشکلی ایجاد نخواهد کرد. پس به نظر می رسد که با رعایت نکات گفته شده در این قسمت انطباق قابل قبولی بین نتیجه محاسبه شده توسط نرم افزار و آنچه مطابق ضابطه مبحث دهم مطلوب ما است وجود خواهد داشت.

۳-۴- مقاومت خمشی اسمی

این بحث در مبحث دهم در قسمت ۱۰-۲-۵ و در راهنمای برنامه در بخش ۳-۵-۳ ذکر گردیده است در مبحث دهم ضوابط مختلفی برای محاسبه مقاومت خمشی ارائه شده است که خوشبختانه نزدیکی بسیاری به ضوابط آیین نامه AISC دارد که باعث راحتی کار می شود. برای درک بهتر روش محاسبه بهتر است به جدول راهنمای ۱۰-۲-۵-۱- در مبحث دهم و یا به طور مشابه جدول 3.2 در راهنمای برنامه توجه شود تا با کلیات کار و روش محاسبه و بندهایی که در حالات مختلف نیاز به در نظر گرفتن است بهتر آشنا شد. هر دو آیین نامه ظرفیت خمشی اسمی مقاطع I شکل فشرده با شرط و مقاطع جعبه ای را به شرط فشردگی تمام اجزای مقطع برابر با لنگر خمیری مقطع فرض می کنند.

فشرده منظور کردن مقطع توسط نرم افزار منجر به استفاده از ظرفیت خمیری تیرها و طراحی اقتصادی تر نسبت به روش تنش مجاز خواهد شد.

نکته ۱- با توجه به اینکه بال فشاری تیرها توسط دال بتنی سقف مهار میشود باید با تعریف عددی کوچک برای پارامتر ما از ظرفیت خمیری مقاطع تحت خمش مطابق مبحث دهم استفاده نمود یعنی:

Unbraced Length Ratio (LTB) = 0.01

نکته 2- برای تیرها در صورت استفاده از قاب خمشی ،متوسط به کارگیری مقطع فشرده و در صورت استفاده از قاب خمشی ویژه به کارگیری مقطع فشرده لرزه ای در برنامه الزامی است. مقاطع اشتال از جمله مقاطع IPE عموماً به صورت فشرده لرزه ای میباشند و برای استفاده از تیرورق و مقاطع دوبل (که عموماً فشرده) هستند می توان از نرم افزار Proper استفاده نمود.
برای تعیین مقاومت خمشی یک عضو چند معیار باید در نظر گرفته شود :
الف – معیار تسلیم بال فشاری یا کششی (که با Y نمایش داده می شود)

ب- کمانش پیچشی – جانبی (که با LTE نمایش داده می شود)

پ کمانش موضعی بال (که با FLB نمایش داده می شود)

ت-کمانش موضعی جان (که با WLB نمایش داده می شود)

خوشبختانه در اکثر موارد ما با مقاطعی سروکار داریم که هم درای شرط فشردگی هم دارای شرط مهار جانبی بال فشاری هستند. در این حالت مقدار مقاومت خمشی اسمی مقطع برابر لنگر پلاستیک مقطع فرض میگردد. این مسأله در نرم افزار نیز وجود دارد و به همین دلیل ما در اکثر موارد مشکل خاصی نداریم و مبحث دهم و نرم افزار با هم در این زمینه منطبق هستند.(اگر طبق قضاوت مهندسی مقطع دارای مهار جانبی در بال فشاری خود است و در برنامه این مسأله اعمال نشده است، می توان به صورت دستی با کم کردن طول مهار نشده اعضا در جهت جانبی به عددی کوچک این مشکل را حل کنیم اما برای اینکه بحث جامع شود در ادامه تمام حالات ممکن دیگر را هم بررسی می کنیم.
در ادامه به ترتیب ضوابط بندهای ۱۰-۲-۵-۱ تا ۱۰-۲-۵-۱۱ از مبحث دهم توضیح داده می شود و با ضوابط مورد نرم افزار مقایسه می گردد.

۱-۳-۴- ضریب یکنواختی لنگر(یند ۱۰-۲-۵-۱) با ضریبCb:

مگر استفاده در این ضریب که با Cb نمایش داده می شود. طبق رابطه ۱۰-۲-۵-۱ از مبحث دهم محاسبه می شود. این رابطه به طور مشابه در راهنمای نرم افزار هم وجود دارد می توان به طور محافظه کارانه برای تمامی حالات این ضریب را برابر یک در نرم افزار ویرایش کرد. برای تیرهای طره با انتهای مهار نشده این ضریب باید برابر یک منظور گردد (این مسأله در نرم افزار رعایت نمی شود و باید خود کاربر این ویرایش را برای عضو مورد نظر انجام دهد). مطابق با راهنمای برنامه برای اعضای با دو محور تقارن و اعضایی که تحت نیروی محوری کششی هستند با یک ضریب بزرگتر از یک این ضریب در خلاف جهت محافظه کاری اضافه می گردد که این مسأله در مبحث دهم وجود ندارد و در صورت لزوم خود کاربر باید به این مساله توجه داشته باشد.
**بهتر است در جهت محافظه کاری این ضریب در نرم افزار برای تمام اعضای تحت خمش برابر با واحد منظور گردد.

۲-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع I شکل فشرده با دو محور تقارن و ناودانی با مقطع فشرده حول محور قوی (بند ۱۰-۲-۵-۲):

برای این اعضا مقاومت خمشی در دو حالت حدی تسلیم و حالت حدی کمانش پیچشی جانبی محاسبه شده و کمینه این دو مقدار معیار قرار میگیرد ضوابط این قسمت در راهنمای برنامه بخش 3.5.3.1.1.1 ذکر گردیده است. روابط این قسمت در راهنمای برنامه و مبحث دهم با هم یکسان است و میتوان به محاسبات برنامه مطمئن بود.

۳-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع I شکل با دو محور تقارن و دارای جان فشرده و بالهای غیر فشرده حول محور قوی بند ۱۰-۲-۳-۵

در این حالت مقاومت خمشی بر اساس کمینه مقادیر محاسبه شده برای دو حالت کمانش پیچشی – جانبی و کمانش موضعی بال فشاری غیر فشرده به دست میآید در راهنمای برنامه نیز این روابط در بخش 3.5.3.1.1.2 ذکر شده است. روابط این بخش نیز بین مبحث دهم و راهنمای برنامه با کمی اغماض میتواند با هم یکسان فرض گردد.

۴-۳-۴- مقاومت خمشی سایر مقاطع I شکل با جان فشرده یا غیر فشرده حول محور قوی (بند ۱۰-۲-۵-۴)

در این حالت چهار حالت تسلیم بال فشاری کمانش -پیچشی جانبی ، کمانش موضعی بال فشاری و تسلیم بال کششی در نظر گرفته می شود. در راهنمای برنامه ضوابط این قسمت در بخش 3.5.3.1.1.3 ذکر گردیده است. در این قسمت نیز انطباق خوبی بین روابط دیده می شود.

۵-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع I شکل با یک یا دو محور تقارن با جان لاغر برای خمش حول محور قوی (تیرورقها)، (بند ۱۰-2-۵-5)

برای این مقاطع باید معیارهای تسلیم بال ،فشاری کمانش پیچشی – جانبی، کمانش موضعی بال فشاری و تسلیم بال کششی محاسبه گردد ضوابط این مقاطع در راهنمای برنامه بخش 3.5.3.1.1.4 آورده شده است. ضوابط این مقاطع نیز در هر دو حالت با هم منطبق است.

۶-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع I شکل و ناودانی حول محور ضعیف (بند ۱۰-۲-۵-۶)

در این حالت دو معیار تسلیم و کمانش موضعی بال تعیین کننده است ضوابط این بخش در راهنمای برنامه بخش 3.5.3.1.2 ذکر گردیده است. در این بخش روابط بر هم منطبق است موارد ذکر شده در بالا از راهنمای برنامه مربوط به مقاطع 1 شکل است. برای مقاطع تک و دوبل ناودانی هم روابط در بخش 3.5.3.3 ذکر شده است که آنها نیز انطباق خوبی با روابط مبحث دهم دارند.

۷-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع قوطی شکل (بند ۱۰-۲-۵-۷)

در این حالت دو حد تسلیم و کمانش موضعی بال و کمانش موضعی جان تعیین کننده است ضوابط این بخش در راهنمای برنامه بخش 3.5.3.4 ذکر شده است که روابط این دو بخش نیز با هم منطبق است.

۸-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع لوله ای شکل بند (۱۰-۲-۵-۸ )

این مقاومت برای این مقاطع بر اساس معیار تسلیم و کمانش موضعی جان محاسبه میگردد. در راهنمای برنامه ضوابط این بخش در قسمت 3.5.3.5 ذکر شده است و بین این دو بخش نیز انطباق وجود دارد.

۹-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع سپری و جفت نبشی با بارگذاری در صفحه تقارن (بند ۱۰-۲-۵-۹)

در این حالت معیارهای ،تسلیم کمانش جانبی و کمانش موضعی بال تعیین کننده است در راهنمای برنامه ضوابط این بخش در قسمت 3.5.3.6 ذکر شده است و ضوابط این دو بخش نیز با هم منطبق است.

۱۰-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع نبشی تک ( بند ۱۰-۲-۵-۱۰)

برای این مقاطع معیارهای تسلیم ، کمانش پیچشی جانبی و کمانش موضعی ساق نبشی تعیین کننده است ضوابط این بخش در راهنمای برنامه بخش 7-3-3.5 ذکر شده است. بین این دو بخش نیز انطباق وجود دارد.

۱۱-۳-۴- مقاومت خمشی مقاطع توپر دایره ای و چهارگوش بند (۱۰-۲-۵-۱۱)

برای این مقاطع معیارهای تسلیم و کمانش پیچشی – جانبی تعیین کننده .است ضوابط این بخش در راهنمای برنامه بخش 3.5.3.8 و 3.5.3.9 ذکر شده است. در اینجا نیز انطباق نسبی دیده می شود.
نکته مهم: برای مقاطع از نوع SD و GENERAL تنها معیار تسلیم در نظر گرفته میشود و مقدار به عنوان ظرفیت خمشی در نظر گرفته می.شود در مورد مقاطعی که دارای مهار جانبی می باشند. این مقدار کمتر از مقدار مبحث دهم برابر Mp است که البته مقداری که در نرم افزار در نظر گرفته می شود در جهت اطمینان خواهد بود در صورت تمایل کاربر میتواند این مقدار را برای اعضای مختلف بازنویسی کند.
نکته مهم: مطابق مبحث دهم استفاده از مقاطع لاغر تنها برای جان مقطع در تیرورق ها قابل قبول است و برای بال قابل قبول نیست که لازم است به دلیل عدم کنترل این مساله در نرم افزار خود کاربر آن را مد نظر داشته باشد.

۴-۴- تیر ستونها

در اعضای تحت خمش و نیروی محوری رابطهٔ مبحث دهم برای ضریب Cm به این صورت است:

از آنجایی که ضریب فوق در آیین نامه AISC شرط بزرگتر از 0.4 را ندارد نرم افزار هم این شرط را کنترل نمی کند که در صورت لزوم می توان به صورت دستی آن را تصحیح نمود.

۵-۴- تیر پیوند در مهاربندها

این تیرها به طور خودکار توسط نرم افزار شناسایی و مطابق ضوابط 05-AISC341 طراحی می.شوند ضوابط طراحی تیر پیوند به روش حالات حدی در فصل ضوابط لرزه ای مبحث دهم ذکر شده است به عنوان نمونه برای یک تیر پیوند با مقطع IPE330 به طول ۸۰ سانتیمتر با اساس مقطع خمیری ۸۰۴ سانتیمتر مکعب و مساحت جان ۲۳/۰۲۵ سانتیمتر مربع و مساحت کل ۶۲/۶ سانتی متر مربع میتوان ظرفیت خمشی و برشی را مطابق مبحث دهم محاسبه نمود:

مطابق مبحث دهم این موضوع بیانگر رفتار برشی تیر پیوند است. اگر نیروی محوری این تیر۱۸/۴ تن فرض شود:

لذا حالت ب۱ رخ میدهد و مقاومت برشی تیر پیوند برابر است با:

تفاوت عدد به دست آمده و عدد حاصل از نرم افزار که بر اساس AISC محاسبه شده حداکثر ۵ درصد میباشد. البته در ویرایش جدید مبحث دهم که هنوز نهایی و مصوب نشده است روابط این بخش با آیین نامه AISC هماهنگ شده اند.

منبع:

1.   AISC (2005) Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, ANSI/AISC360-05, Chicago, Illinois 60601-1802
2.  AISC (2010) Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, ANSI/AISC360-10, Chicago, Illinois 60601-1802
3.  AISC (2005) Seismic Proviosion for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, ANSI/AISC341-05, Chicago, Illinois 60601-1802
4.  AISC (2010) Seismic Proviosion for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, ANSI/AISC341-10, Chicago, Illinois 60601-1802
5.  ASCE (2010) Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, American Society of Civil Engineers, ASCE/SEI7-10, Reston, Virginia 20191
6.  ASCE (2005) Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, American Society of Civil Engineers, ASCE/SEI7-05, Reston, Virginia 20191
7.  CSI (2009) Steel Frame Design Manual-AISC360-05/IBC2006 for ETABS, Computers & Structures Inc, Berkely, CA
8. دفتر امور مقررات ملی ساختمان (۱۳۸۷) مبحث دهم مقررات ملی ساختمان طرح و اجرای ساختمانهای فولادی وزارت راه و شهرسازی تهران
9. دفتر امور مقررات ملی ساختمان (۱۳۹۱) پیش نویس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان طرح و اجرای ساختمانهای فولادی وزارت راه و شهرسازی، تهران
10. ایران سازه (۱۳۸۸) بحث و گفتگو در خصوص طراحی سازه های فولادی به روش LRFD در نرم افزار ETABS تارنمای اینترنتی به آدرس www.iransaze.com
11. سید علیخانی س. (۱۳۹۲) نکات طراحی سازه های فولادی به روش LRFD در نرم افزار ETABS»، مرکز عمران اراک