پرسش و پاسخ های مربوط به تیرها و ستون ها
مطابق با بند 1-9-2-9 مبحث نهم مقررات ملی، در صورت وجود نیروی محوری در تیر، چنانچه مقدار آن از 0.1f Ac‘ g بیشتر باشد باید اثر نیروی محوری در نظر گرفته شود. در نرم افزارهای متداول، طراحی تیرهای بتنی بهطور معمول صرفاً تحت خمش حول محور 9 آنها انجام میشود. به منظور لحاظ نمودن اثر نیروی محوری در طرح تیرها میتوان در مدل جداگانهای این اعضا را بهعنوان ستون مدل نمود تا اثرات خمش توأم با نیروی محوری در طراحی آنها در نظر گرفته شود. متذکر میگردد به منظور لحاظ شدن اثر نیروی محوری در طراحی تیرها لازم است دیافراگمها نیز از نوع نیمه صلب (Semi Rigid) مدل شوند.
خیر. درصورتی که تیر نامعین باشد و پیچش آن از نوع پیچش همسازی باشد (تعادلی نباشد)، ضریب اصلاح سختی پیچشی (بر مبنای بازپخش نیروهای داخلی) بر اساس روش آزمون و خطا تعیین می شود. بند 1-0-6-9-4 مبحث نهم عنوان میکند “اجازه داده میشود پیچش ضریبدار طرح (Tu) تا حد 
کاهش یابد”. بدین منظور ابتدا برای کلیه تیرها مقدار ضریب اصلاح سختی پیچشی برابر 1/0 در نظر گرفته شود. پس از تحلیل و با معلوم شدن پیچش ضریبدار تیر، درصورتی که 
باشد برای آن تیر نیاز به کاهش سختی پیچشی نبوده، ضریب مذکور برابر 1/0 باقی میماند . لیکن درصورتی که 
باشد لازم است ضریب این حالت اگر با کاهش ضریب اصلاح سختی پیچشی، گردد لازم است ضریب مذکور افزایش داده شود؛ به گونه ای که نشود. مقدار را میتوان بر مبنای بند 1-0-6-2-2 مبحث نهم محاسبه نمود و یا جهت سهولت کار می توان پس از انجام عملیات طراحی قاب بتنی، بر روی تیر موردنظر کلیک راست و سپس گزینه Shear انتخاب شود. در پنجرهای که باز خواهد شد، جدول Torsion Capacity وجود دارد که در آن مقدار گزارش شده است.
مبحث نهم در این خصوص به طور صریح ضابطه ای ندارد. لذا پیشنهاد میگردد با توجه به مشخصات تیر ،تصمیم گیری در این مورد بر مبنای ضابطه بندهای 1-9-1-9-2 و 1-9-1-9-9 مبحث نهم به شرح ذیل انجام شود. درصورتی که 
تیر، حداقل برابر با 1/0 باشد ،برش مستقیماً از دال به ستونها وارد نمیشود. در این حالت میتوان تیر را به عنوان یک عضو مستقل در نظر گرفت. درصورتی که تیر، کوچکتر از 1/0 باشد، بخشی از برش دال به طور مستقیم به ستونها وارد میشود و تأثیر حضور تیر به طور نسبی کاهش می یابد. در این حالت نمیتوان انتظار رفتار تیری کامل و مستقل را داشت. بر این اساس و علیرغم آنکه معیار فوق مربوط به بحث طراحی دالها می باشد ،اگر طراح قصد به کارگیری تیرها و لحاظ نمودن مشارکت مستقل آنها در باربری جانبی را دارد، مؤکداً توصیه می شود ابعاد تمامی تیرها به گونه ای اختیار گردد که آنها حداقل برابر 1/0 باشد.
خیر .با توجه به پاسخ مربوط به پرسش شماره 1-9، چنین تیرهایی بخشی از دال محسوب گشته و عملاً نمیتوان از آنها انتظار رفتار مستقل تیری را داشت. لذا چنین تیرهایی در مدلسازی نباید مدل شوند.
در اجرای ضوابط بندهای 1-20-1-2-4 و 1-20-1-4-1 که به ترتیب مربوط به برش در تیرهای با شکلپذیری متوسط و برش در ناحیه اتصال تیر به ستون در قابهای متوسط میباشند و همچنین در اجرای ضوابط بند 1-20-6-2-4 با موضوع برش در تیرهای با شکل پذیری زیاد، بند 1-20-6-4 با موضوع حداقل مقاومت خمشی ستونها (ضابطه تیر ضعیف-ستون قوی)و بند 1-20-6-1-4 با موضوع مقاومت برشی ناحیه اتصال تیر به ستون، نیاز به ظرفیت خمشی اسمی تیر (Mn) یا ظرفیت خمشی محتمل تیر (Mpr) می باشد. نرم افزار به طور پیش فرض، محاسبه ظرفیتهای خمشی اسمی و محتمل تیرها را بر مبنای آرماتورهای خمشی طراحی شده تحت لنگرهای حاصل از ترکیبهای بارگذاری انجام میدهد. در حالی که در عمل، طراح پس از مشاهده آرماتورهای خمشی طراحی شده برای تیرها، اقدام به تعیین مقادیر آرماتورهای سراسری و تقویت نموده و بدین ترتیب، مقادیر نهایی یا اجرایی آرماتور طولی تیرها تعیین می شود که بعضی متفاوت از مقدار اولیۀ آرماتورهای خمشی طراحی شده در نرم افزار است. بر این اساس، ظرفیتهای خمشی اسمی و محتمل تیرها نیز باید بر مبنای مقادیر اجرایی آرماتور طولی تیرها محاسبه شود .لذا لازم است طراح، مقادیر اجرایی آرماتورهای خمشی تیرها در مقطع اتصال به ستونها را جهت محاسبات Mn و Mpr تیرها و انجام صحیح ضوابط بندهای مذکور به برنامه معرفی نماید. بدین منظور، پس از طراحی آرماتورهای خمشی تیرها در نرم افزار لازم است به ازای هر تیر، مقطع جدیدی تعریف شود که در پنجره معرفی اطلاعات آرماتورهای تیر مذکور، مقادیر اجرایی آرماتورهای فوقانی و تحتانی در دو انتهای آن تیر به برنامه معرفی شود(شکل 1-1) و سپس این مقطع جدید به تیر موردنظر تخصیص یابد. نظر به تعدد و تنوع گسترده مقاطع و آرماتورهای خمشی فوقانی و تحتانی تیرها، این تعریف و تخصیص میتواند بسیار زمان بر باشد. جهت سهولت نسبی کار و صرفاً در موضوع کنترل برش گره اتصال (چشمه اتصال) میتوان از یک روش تقریبی استفاده نمود که در آن، جهت تعریف مقطع جدید تیرها فقط آرماتورهای تحتانی معرفی می شوند. بدین صورت که در هر گرۀ محل ستون و در هر امتداد، بیشترین مقدار آرماتورهای تحتانی تیرهای متصل به آن گره تعیین شود و پس از تبدیل آن به مقدار نهایی اجرایی، این مقدار به عنوان آرماتور تحتانی در محل آن گره ،برای تیرهای متصل به گرۀ مذکور در امتداد موردنظر تعریف شود. در این حالت، در محاسباتی که نرمافزار انجام میدهد، آرماتورهای تحتانی تیرهای متصل به ستون مشترک تکیهگاهی با یکدیگر برابر خواهند بود و در نتیجه،مجموع لنگرهای مقاوم اسمی یا محتمل نظیر با آرماتور فوقانی حداکثر و آرماتور تحتانی حداکثر، مبنای محاسبات قرار خواهد گرفت. برای راحت تر شدن مجدد کار میتوان به طور محافظه کارانه ابتدا بیشترین مقدار آرماتور تحتانی در بین کلیه تیرهای با مقطع مشابه در هر طبقه را برای تمامی تیرهای آن طبقه تعریف و سپس در گره هایی که احیاناً مشکل برش ناحیه اتصال تیر به ستون در آنها مشاهده می شود، آرماتورهای مربوط به تیرهای متصل به ستون در محل آن گره را اصلاح نموده و برابر با مقادیر دقیق اجرایی آنها تعریف کرد.
تبصره: درصورتی که ارتفاع تیر متصل به ستون در امتداد عمود بر راستای مورد بررسی، کوچکتر یا مساوی نصف ارتفاع تیر با ارتفاع بیشتر، در راستای مورد بررسی باشد توصیه میشود در محاسبات برش گره اتصال، حضور آن تیر در امتداد عمود بر راستای مورد بررسی نادیده گرفته شود.
بله. به منظور برآورد صحیح پاسخهای سیستم و نیروهای داخلی اعضا مقتضی است ستونهای طرفین تیر نیم طبقه پله از محل تیرهای مذکور، دو قطعه شود.
به منظور اجرای سازۀ ناحیه کنسول توصیه میشود به جای تیرهای طره از یک دال بتن آرمه طرهای استفاده شود تا از طریق دال مذکور ،انتقال بارهای ناحیه کنسول به تیرهای تکیه گاهی بهصورت یکنواخت انجام شود و حتی الامکان از ایجاد بارهای متمرکز در تیرهای اصلی تکیه گاهی ممانعت شود.درصورتی که به هر دلیل، جهت تأمین پایداری ناحیه کنسول و انتقال بار آن به تیرهای تکیه گاهی، بهجای دال طرهای از تیرهای طرهای، مشابه تیرهای A و B استفاده می شود (شکل 9-9)، باید تیرهای اصلی C و D برای لنگر پیچشی متمرکزی که به واسطۀ تیرهای طرهای مذکور ایجاد می شود، طراحی شوند. در این حالت، با هدف کاهش اثرات لنگر پیچشی ناشی از عملکرد تیرهای طرهای میتوان در امتداد تیرهای طره، تیرهای فرعی E و F را در داخل سقف دهانه مجاور ادامه داد. اگرچه تیرهای فرعی مذکور می توانند موجب کاهش بخشی از لنگرهای پیچشی متمرکز ایجاد شده در تیرهای اصلی C و D شوند، لیکن لزوماً موجب حذف کامل لنگرهای پیچشی مذکور نمی شوند. مقدار نهایی این لنگرهای پیچشی متمرکز به عوامل مختلفی از جمله طول طره ،میزان بارهای ناحیه کنسول، سختی پیچشی تیرهای اصلی C و D، سختی خمشی تیرهای فرعی E و F و باربر بودن یا نبودن آنها بستگی دارد. با توجه به مقادیرنهایی پیچش در تیرهای اصلی C و D، آرماتورهای پیچشی لازم برای این تیرها توسط نرمافزار قابل محاسبه است .به منظور محاسبه صحیح آرماتورهای پیچشی مذکور، ضریب ترک خوردگی پیچشی تیرها حائز اهمیت بوده و لذا باید این ضریب برای هریک از تیرها به درستی محاسبه شود. جزئیات محاسبه ضریب ترکخوردگی پیچشی تیرها در پرسش شماره 9-2 ارائه شده است.
تذکر1: درصورتی که از روش تیرهای طرهای استفاده می شود و خصوصاً زمانیکه تیرهای فرعی E و F، باربر نیز باشند لازم است تدابیر مقتضی جهت کنترل برش ایجاد شده در تیرهای اصلی C و D و همچنین تیرهای اصلی G و H اتخاذ گردد. در این حالت و البته در مواردی که اتصال تیر فرعی به تیر اصلی به صورت یکپارچه اجرا می شود، به تفسیر بند 99-6-1-2 آبا (آیین نامه بتن ایران؛ تجدیدنظر دوم؛ جلد اول؛ نشریه شماره 9-920 سازمان برنامه و بودجه کشور؛ ویرایش 9400) مراجعه شود.
تذکر 2: در مواردی که همانند شکلهای 9-2 و 9-9، تیری به عنوان تکیه گاه دال طرهای یا تیرهای طرهای عمل میکند لازم است به کنترل خیز و لرزش ناحیه کنسول توجه ویژه شود. در این موارد، صلبیت پیچشی تیر تکیه گاهی نقش قابل توجهی در میزان خیز و وضعیت لرزش ناحیه کنسول دارد. هرچه صلبیت پیچشی این تیر، کمتر و دوران پیچشی آن بیشتر باشد، خیز و لرزش ناحیه کنسول نیز افزایش می یابد. صلبیت پیچشی تیرتکیه گاهی تابع ابعاد این تیر و نیز ضریب اصلاح سختی پیچشی آن است که مؤکداً متذکر می شود باید این ضریب به درستی محاسبه شود.
مطابق بند 9-9-4 (ب) ویرایش چهارم استاندارد 2800، در ساختمانهای منظم در پلان، ستونهای محل تقاطع دو یا چند سیستم مقاوم باربر جانبی باید تحت اثر 100 درصد نیروی زلزله یک امتداد و 30 درصد نیروی زلزله امتداد دیگر طراحی شوند؛ لیکن درصورتی که نیروی محوری ناشی از اثر زلزله در ستون، در هریک از دو امتداد موردنظر، کمتر از 20 درصد ظرفیت بار محوری ستون باشد آن ستون، معاف از ضابطه 30-100 خواهد بود. این بررسی باید برای هر دو نیروی محوری کششی و فشاری ستون انجام شود. متذکر میگردد درصورتی که ساختمان، نامنظم در پلان محسوب شود این معافیت مصداق نداشته و لازم است سازه و شالوده ساختمان ،تحت ضابطه 30-100 طراحی شوند. در سازههای بتن آرمه عملاً تمامی ستونها، ستون های محل تقاطع سیستمهای مقاوم باربر جانبی هستند؛ مگر آنکه در امتدادی از سازه، ستون یا ستونهایی غیر باربر لرزهای محسوب شده باشند.
جهت تسهیل چگونگی انجام بررسی این معافیت، جزئیات آن در قالب عملیات گام به گام به شرح ذیل ارائه میگردد:
گام اول: لازم است ترکیب بارهایی ایجاد شوند که صرفاً شامل بارهای زلزله مطابق جدول 9-9 است.
تذکر: عبارت (0.6AI)D در ترکیب بارهای جدول 9-9مربوط به اثر نیروی قائم ناشی از زلزله وارد بر کل سازۀساختمان در منطقه با خطر نسبی بسیار زیاد است که باید در تعیین نیروی محوری ناشی از زلزله در ستونها لحاظ گردد. در سایر نواحی لرزه خیزی ،عبارت مذکور از ترکیببارهای فوق حذف میگردد. توجه شود، در بررسی این ضابطه عنوان گردیده، “نیروی محوری ناشی از زلزله” که مطابق ضابطه بند 6-99-92-2 مبحث ششم ،نیروی زلزلۀ طرح، E، ترکیبی از اثر مؤلفه های افقی شتاب زلزله در ساختمان (Eh) و اثر مؤلفه قائم شتاب زلزله در ساختمان (Ev) به صورت 
است .همچنین علامت ± در عبارت (0.6AI)D مربوط به لحاظ نمودن اثر نیروی قائم ناشی از زلزله در هر دو جهت رو به بالا و رو به پایین است تا ستونها تحت حداکثر نیروهای محوری فشاری و کششی بررسی شوند.
گام دوم: تمامی ستونهای محل تقاطع سیستمهای مقاوم باربر جانبی انتخاب و در منوی تنظیمات طراحی قاب بتنی، پنجره دستور View/Revise Overwrites، ضرایب Sway Moment و NonSway Moment عدد بسیار کوچکی نظیر 0.00001 معرفی شوند (شکل 9-4). همچنین Consider Minimum Eccentricty در حالت No تنظیم شود تا نرم افزار از لنگر خمشی نظیر با خروج از مرکزیت حداقل ،صرف نظر نموده و بررسی مربوطه صرفاً تحت نیروی محوریِ تنها انجام شود.
گام سوم: در بخش منوی طراحی قاب بتنی، در پنجره دستور Select Design Combinations، ترکیببارهای ایجاد شده در گام اول، آنهاییکه شامل نیروی زلزله افقی مربوط به یکی از دو امتداد متعامد سازه است را فعال و سایر ترکیبهای بارگذاری را غیرفعال نمایید. سپس تمامی ستونهای محل تقاطع سیستمهای مقاوم باربر جانبی انتخاب شوند و دستور طراحی اجرا گردد .
ستونهایی که DCR آنها کمتر از 0/2 باشد از ضابطه 90-900 معاف هستند و نیازی به بررسی آنها تحت اثر زلزله امتداد دیگر سازه نیست؛ لیکن ستونهایی که DCR آنها برابر یا بیش از 0/2 باشد باید تحت اثر زلزله امتداد دیگر سازه نیز بررسی شوند. برای این منظور، این ستونها انتخاب شوند و سپس ترکیببارهای ایجاد شده در گام اول، آنهاییکه شامل نیروی زلزله افقی امتداد دیگر سازه است فعال و سایر ترکیببارها غیرفعال شوند .با اجرای مجدد دستور طراحی، از بین ستونهایی که برای بررسی زلزله امتداد دوم انتخاب شدهاند، آنهایی که DCR کمتر از 0/2 داشته باشند از ضابطه 90-900 معاف خواهند شد؛ لیکن ستونهایی که DCR آنها کماکان برابر یا بیش از 0/2 باشد همانهایی هستند که تحت اثر زلزله هر دو امتداد، دارای DCR برابر یا بیش از 2/0 هستند و لذا باید تحت شرایط 90-900 طراحی شوند.
پی نوشت: استاندارد ASCE7 در نسخ مختلف خود (2009، 2006 و 2022) مقرر می نماید درصورتی که نیروی محوری ناشی از اثر زلزله در ستون ،در هر دو امتداد متعامد ساختمان )و نه صرفاً یک امتداد( کمتر از 20 درصد ظرفیت بار محوری ستون باشد ،آن ستون، معاف از ضابطه 30-100 خواهد بود. توصیۀ این کارگروه آن است که به جای ضابطۀ مذکور در ویرایش چهارم استاندارد 2000، از ضابطۀ استاندارد ASCE7 استفاده شود. در این حالت، روش بررسی نیز سادهتر خواهد بود. بدینصورت که در گام سوم، نیازی به بررسی ستونهای محل تقاطع سیستمهای مقاوم باربر جانبی، تحت زلزله هر امتداد به صورت جداگانه نخواهد بود. به عبارتی، کلیه ترکیب بارهای ایجاد شده در گام اول، همگی فعال و سایرترکیب های بارگذاری غیر فعال می شوند. سپس تمامی ستونهای قرار گرفته در محل تقاطع سیستمهای مقاوم باربر جانبی انتخاب شوند و دستور طراحی اجرا گردد. ستونهایی که DCR آنها کمتر از 0.2 باشد از ضابطه 30-100 معاف هستند و ستونهایی که DCR آنها برابر یا بیش از 0.2 باشد مشمول طراحی تحت ضابطه 30-100 خواهند شد.
نیروی برش طرح ستونها در قابهای خمشی متوسط ،مطابق بند 9-20-5-3-4 مبحث نهم تعیین می شود.
نرمافزار ETABS به طور خودکار نیروی برشی مقرر در بندهای 9-20-5-3-4-1-الف و ب را محاسبه میکند .لیکن علاوه بر موارد مذکور، برش نظیر با لنگر خمشی اسمی( Mn) تیرهای متصل به ستون را نیز تعیین و کوچکترین سه مقدار مذکور را مبنای طراحی قرار میدهد؛ درحالیکه مبحث 9 و ACI318 صرفاً برش حاصل از بندهای 9-20-5-3-4-1-الف و ب، هر کدام کوچکتر باشد را به عنوان برش طرح ستونهای مذکور مقرر مینمایند. به منظور حذف برش نظیر با Mn تیرهای متصل به ستون لازم است از مدل نهایی شدۀ سازه، یک کپی تهیه و در فایل کپی مقدار آرماتور فوقانی و تحتانی کلیه تیرها در پنجره معرفی اطلاعات آرماتور تیرها (شکل 1-5) مقدار بزرگی نظیر 122 سانتیمتر مربع معرفی شود. با این کار ،Mn تیرها و به تبع آن برش ستون نظیر با این مقادیر Mn، عدد بسیار بزرگی خواهد شد و هنگامی که نرمافزار، کوچکترین سه مقدار مذکور را تعیین میکند، برش نظیر با Mn تیرها حذف خواهد گردید.
تذکر 1: مبحث 6 مقررات ملی در بند 6-9-20-9 عنوان میکند مقدار نیروی تشدید یافته در هر عضو لازم نیست از نیرویی که بر اساس تحلیل ظرفیتی یا تحلیلغیر خطی با استفاده از مقادیر مورد انتظار مشخصاتمصالح، امکان ایجاد در عضو را دارد بیشتر در نظر گرفتهشود. بدیهی است درصورت انجام تحلیل های مذکور اگر برشی کمتر از برش مقرر در بندهای 1-20-1-9-4-9-الف و ب حاصل شود میتوان آن را مبنای طراحی قرار داد، لیکن برش نظیر با Mn تیرهای متصل به ستون که آن هم برمبنای مشخصات اسمی و نه مورد انتظار مصالح مصرفی تعیین می شود را نمیتوان لزوماً برش حاصل از تحلیل ظرفیتی سازه تلقی نمود.
تذکر 2: به منظور محاسبه برش حاصل از ترکیببارهای تشدیدیافته لازم است طراح در پنجره تنظیمات طراحی قاب بتنی، ضریب اضافه مقاومت (
) را نظیر با سیستم مقاوم لرزهای سازه معرفی نماید (شکل 9-6).
بله. نرمافزار ETABS به طور خودکار نیروی برشی طرح ستونها در قابهای خمشی ویژه را مطابق بند 1-20-6-9-4-9 مبحث نهم تعیین و در طراحی آرماتورهای برشی منظور می نماید. لیکن ضوابط آرماتورهای عرضی مقرر در بند 1-20-6-9-9 مبحث 9 توسط برنامه اعمال نمی گردد. لذا لازم است هنگام تعیین جزئیات نهایی آرماتورهای عرضی ستونهای ویژه، ضوابط مذکور توسط طراح رعایت گردد.
در قابهای خمشی متوسط، ETABS تعیین نیرویبرش طرح و طراحی آرماتورهای برشی را بر مبنای ضابطه بند 9-20-5-2-4-1-الف انجام میدهد. نظر به آنکه بند9-20-5-2-4-1، کوچکتـرین مقدار حاصل ازموارد الف و ب ذیل آن بند را به عنوان مبنای طراحی ،مقرر می دارد، روش کار ETABS بسته به شرایط، ممکن است صحیح یا محافظه کارانه باشد؛ بنابراین قابل قبول محسوب میگردد.
در قابهای خمشی ویژه ،ETABS طراحی آرماتورهای برشی را بر مبنای موارد 1 و 0 ذیل ،هرکدام Av/S بیشتری ارائه دهد انجام میدهد:
1) طراحی آرماتورهای برشی مطابق ضوابط بند 9-20-6-2-4 و با لحاظ شدن ضریب کاهش مقاومت برشی ،برابر با مقداری که برای Phi (Shear and/or Torsion) در پنجره تنظیمات طراحی قاب بتنی معرفی شده است (شکل 1-7). مقدار این ضریب در مبحث نهم ،ACI318 و پیشفرض برنامه برابر 0.75 است.
2) طراحی آرماتورهای برشی تحت بزرگترین برش حاصل از ترکیبهای بارگذاری و با در نظر گرفتن ضریب کاهش مقاومت برشی، برابر با مقداری که برای Phi (Shear Seismic) در پنجره تنظیمات طراحی قاب بتنی معرفی شده است (شکل 1-7). مقدار این ضریب در پیش فرض برنامه برابر 0.6 است.
مبحث 9 در بند 9-7-4-5-الف، شرایطی را معرفی نموده که درصورت وقوع آن باید ضریب کاهش مقاومت برشی برابر 0.6 منظور گردد، لیکن عمًلاً برای تیرهای عضو قاب خمشی ویژه، این شرایط هیچگاه مصداق نیافته و لذا ضریب مذکور همواره 0.75 میباشد. بدین ترتیب ،آنچه برنامه بر اساس مورد 2 انجام می دهد صحیح نیست. جهت برطرف ساختن خطای مشروح باید هنگام طراحی آرماتور برشی تیرهای ویژه، مقدار ضریب Phi (Shear Seismic) نیز برابر 0.75 معرفی گردد.
دیدگاه خود را در مورد مطلب این صفحه بنویسید