مقدار ضریب بستر Ks ، در در نرم افزار SAFE

به منظور تحلیل شالودههای انعطافپذیر در نرم افزار SAFE، آیا میتوان از یک مقدار ثابت برای ضریب بستر K_{s ،} در کل سطح زیر شالوده استفاده نمود؟

ضریب عکسالعمل بستر K_s رابطه بین فشار وارد بر خاک و تغییر شکل خاک، ناشی از این فشار است که در طراحی انواع شالودهها کاربرد دارد. مطابق با ضابطه بند 7-4-6-2-ب مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان، انتخاب یک مقدار یکنواخت برای ضریب بستر در تمام سطح زیر شالوده صحیح نمیباشد و لازم است این ضریب، متناسب با نشست اتفاق افتاده، تغییر یابد. این ضابطه در ادامه، افزایش سختی در لبهها را توصیه مینماید .افزایش سختی در کنارهها نسبت به نواحی میانی ،رفتار واقعبینانهتری از عملکرد شالوده ارائه مینماید.

مقادیر ضریب بستر در نواحی مختلف سطح زیر شالوده باید توسط آزمایشگاه مکانیک خاک و برمبنای بررسیهای ژئوتکنیکی ارائه شود .در صورت عدم وجود اطلاعات کافی، توصیه میشود با انجام مدلسازی عددی ژئوتکنیکی )دو بعدی یا سه بعدی( از طریق برخی نرمافزارهای مرتبط، مقدار ضریب بستر برای هر بخش از سطح زیر شالوده، بهصورت مجزا تعیین شود. درغیر اینصورت، ناگزیر باید مطابق موارد پیشنهادی در کتب و مراجع معتبر عمل شود.

در کتاب طراحی شالوده Donald P.Coduto پیشنهاد شده است، سطح زیر شالوده به سه ناحیه، مطابق شکل 1، تقسیم و مقدار ضریب بستر هر ناحیه، به شرح زیر، لحاظ گردد:

شکل 1: تقسیم شالوده گسترده به نواحی مختلف و اعمال ضریب بستر متفاوت به هر بخش

در برخی گزارشهای ژئوتکنیک، مقدار K_s در لبهها و مرکز به طراح داده میشود .در این حالت توصیه میشود مقدار K_s لبهها بهعنوان ضریب بستر ناحیه ^C و مقدار K_s مرکز بهعنوان ضریب بستر ناحیه ^A درنظر گرفته شود و مقدار متوسط وزنی آنها، بهعنوان K_s ناحیه ^B، مورد استفاده قرار گیرد.

در مواردی که رفتار شالوده شبکهای، همانند شالوده گسترده محسوب میشود، میتوان از روش پیشنهادی Donald P.Coduto استفاده نمود و یا جهت سهولت کار ،سطح شالوده را به دو ناحیه تقسیم نمود و سختی لبهها را در حدود 2 برابر سختی ناحیه میانی، درنظر گرفت )شکل 2(.

شکل2: تقسیم شالوده شبکهای با رفتار شالوده گسترده به نواحی مختلف و اعمال ضریب بستر متفاوت به هر بخش

تذکر: بهتر آن است که مقدار ضریب بستر، بهصورت تدریجی از ناحیه میانی به سمت کنارهها افزایش یابد؛ لیکن بهطور معمول و با هدف سهولت انجام کار، مقدار ضریب بستر بهصورت پلکانی در نواحی تقسیمبندی شده، تغییر داده میشود.

مثال: برای یک شالوده گسترده به ابعاد 50 در 30 متر، تنش فشاری متوسط زیر شالوده، 120 ^kPa است )شکل 3(. با فرض میانگین نشست برابر 30 میلیمتر، مقدار K_s در نواحی مختلف را تعیین نمایید.

مقدار متوسط ضریب بستر برابر است با:

شالوده را به سه ناحیه تقسیم نموده و مقدار K_s را برای هر بخش تعیین میکنیم.

شکل3: مثالی از نحوه اعمال ضریب بسترهای متفاوت به بخشهای مختلف شالوده گسترده

بدین ترتیب، مقدار K_s در نواحی مختلف، به شرح زیر خواهد بود:

در نرمافزار ^SAFE، بهمنظور معرفی مقادیر مختلف K_s در زیر شالوده، میتوان بر اساس یکی از دو روش زیر، عمل نمود: روش اول: از محل دستور Define > Soil Subgrade Properties، به تعداد مورد نظر، مقادیر K_s معرفی شود. سپس با انتخاب هر بخش از شالوده و استفاده از مسیر Assign > Support Data > Soil Properties، ضریب بستر هر ناحیه، به آن ناحیه اختصاص داده شود.

روش دوم: نرمافزار ^SAFE، المانهای سطحی که روی هم ترسیم میشوند را بهصورت هوشمند تشخیص میدهد. از این ویژگی میتوان در تخصیص K_s های متفاوت به نواحی مختلف شالوده، استفاده نمود.

بدینصورتکه، پس از تکمیل مدل سازی شالوده، المانهای سطحی شالوده انتخاب و با فاصلهای بیش از عرض و یا طول شالوده )مثلا دو برابر عرض یا طول شالوده(، از طریق دستور ^{Edit > Replicate}، در جهت ^X یا ^Y کپی شود )هدف آن است که المانهای جدید، روی المانهای قبلی، قرار نگیرند(. سپس با انتخاب این المانهای سطحی جدید )که عیناً مشابه هندسه شالوده اصلی است( و استفاده از مسیر ^{Assign > Slab Data} > Properties، مقطع ^None به آنها اختصاص یابد. این المانهای ^Null، با هدف تخصیص K_s های متفاوت ،به چند قطعه تقسیم )^Devide( و سپس ،K_s هر قسمت، به آن قسمت اختصاص داده شود. پس از اتمام کار، این المانهای ^Null انتخاب و با همان مقدار جابجایی قبلی و البته در جهت عکس، دقیقاً روی شالوده اصلی قرار داده شوند. در این حالت ،برای شالوده اصلی نیاز به تعریف K_s نمیباشد؛ چراکه نرمافزار بر اساس عملیات مشروح، K_s های المان مجازی )همان المانهای ^Null( را روی شالوده اصلی لحاظ نموده و روند محاسبات، به درستی انجام میشود .

جهت عدم نمایش این المانهای N^ull و کاهش تعدد نمایش جزئیات تعریف شده در مدل، میتوان از مسیر دستوری View > Set Display Options  تیک Null Area را برداشت .

توضیحات تکمیلی:

مطابق بند 9-15-1-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، شالودههای سطحی به انواع مختلفی تقسیم میشوند که در این بین، شالودههای نواری، شبکهای و گسترده، استفاده و کاربرد بیشتری دارند.

در شالودههای نواری، بخش عمده تغییر شکل پی و خمش آن، در امتداد محور طولی میباشد. بهعنوان مثال میتوان از شالودههای زیر دیوار، بهعنوان نمونهای از این دسته اشاره نمود.

شالوده شبکهای، حاصل ترکیب و ادغام پیهای مرکب در جهتهای مختلف میباشد؛ بهطوریکه مجموعه ایجاد شده معمولاً رفتاری مشابه شالوده گسترده دارد. درخصوص تشخیص این موضوع که چه زمان، شالوده شبکهای را میتوان بهعنوان شالوده گسترده محسوب نمود، ضابطه و دستورالعمل صریحی وجود ندارد .ACI336.2 توصیه میکند ،درصورتیکه مساحت خالص شالوده شبکهای، بیش از 75 درصد سطح کل باشد ،رفتار آن شالوده همانند شالودههای گسترده محسوب گردد. مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان نیز در بند 7-2-3-5، ضوابطی در خصوص تعیین عمق گمانهها مقرر نموده است که البته این ضوابط، مربوط به تشخیص نوع رفتار شالودهها نمیباشد، لیکن برخی از مهندسین با تعمیم این ضوابط به نوع رفتار و عملکرد شالودهها، معتقد هستند که میتوان از این ضوابط در جهت تشخیص نوع رفتار شالودهها نیز استفاده نمود. بر این اساس و مطابق با بند 7-2-3-5-3، اگر فاصله لب به لب دو پی مجاور در هر دو امتداد، بیشتر از یک و نیم برابر مجموع عرض آنها باشد ،B، عرض یک نوار محسوب گشته و بهعبارتی، رفتار نواری حاکم است؛ در غیر اینصورت، عرض کل ساختمان بهعنوان B تلقی گشته و میتوان رفتار شالوده را مشابه شالوده گسترده ،درنظر گرفت )شکل5(. به هرحال، تشخیص نهایی این موضوع، مبتنی بر شرایط و مشخصات پی و نظر مهندس طراح است.

شکل 4: شالوده شبکهای و گسترده

شکل 5: شرایط درنظر گرفتن رفتار شالوده شبکهای، مشابه با رفتار شالوده گسترده

منبع : کمیته ایرانی نرم افزارهای مهندسی