نحوه کنترل مقاومت ستونها بر اساس ويرايش جديد مبحث 10

با توجه به اينکه در ويرايش جديد مبحث دهم تغييرات قابل ملاحظه اي در ضوابط طرح لرزه اي دربخش 10-3 ديده ميشود به نظر نميرسد که روشهاي قبلي در طراحي ديگر کارآ باشد. بحث اصلي که مورد بررسي قرار خواهيم داد اين است که ضوابط بند 10-3-6-1 مبحث دهم را چگونه اعمال نماييم.در اينجا براي راحتی و سادگی کار، بر روی سيستم قاب ساده و مهاربندهاي هم محور با شکلپذيري کم بحث را انجام ميدهم ؛ ولي به نظر ميرسد که کليت آن براي سایر سيستمهاي هم قابل استفاده باشد. با توجه به تغييرات عمده اي که انجام شده است.

به نظر نميرسد که براي سيستم مورد اشاره ديگر استفاده از آيين نامه UBC کارآيي داشته باشد. بهتر است که از همان آيين نامه ( AISC-ASD89 در صورتي که بخواهيم از روش تنش مجاز استفاده کنيم) کاراتر از بقيه باشد. اين بحث با توجه به اين مساله است که براي سيستم قاب با مهاربند با شکلپذيري کم ديگر ضوابط ويژه خاصي همانند ويرايش قبلي جز به چند کنترل خاص که به صورت دستي هم قابل انجام است اجباري نيست.

براي اين موضوع ابتدا ترکيب بارها را با رعايت ضوابط مبحث ششم در برنامه معرفي ميکنيم و سازه را با اين ترکيب بارها طراحي ميکنيم. بهتر است ستونهاي دهانه بادبندي را مقداري قويتر در طراحي در نظر بگيريم. به طور مثال من فکر ميکنم که بهتر باشد که اجازه ندهيم نسبت تنش در آنها از عدد 0.7 بيشتر گردد.

پس از طراحي اوليه در مرحله دوم طراحي ترکيب بارهايي جداگانه تعريف ميکنيم.که در آنها مقدار ضريب بار زلزله امگا صفر برابر ضريب قبلي آن باشد . براي سيستم مورد بحث ما مقدار امگاصفر برابر عدد 2 است ( بر اساس جدول 10-3-2 مبحث دهم) که بر اين اساس بايد در اين ترکيب بارها ضريب بار زلزله 2 برابر شود (بديهي است که در صورت لزوم بايد ترکيب 100 درصد نيروي زلزله در هر جهت با 30 درصد جهت متعامد هم انجام گردد).

سپس با ترکيب بارهاي جديد دوباره فقط ستونهاي دهانه بادبندي را دوباره کنترل ميکنيم و در صورت لزوم مقطع آنها را قويتر يا ضعيفتر ميکنيم. توجه کنيد که در اينجا ما فقط در کنترل نسبت تنش به بخشي توجه ميکنيم که ناشي از بارهاي محوري است.

پس از مرحله دوم طراحي بايد ضابطه بند 10-3-6-1 ب مبحث دهم را در آنها کنترل نماييم و در صورت لزوم مقطع ستونها را ضعيف نماييم (نيازي به تقويت دوباره آنها نيست.) بر اين اساس به طور مثال با کمک نرم افزار اکسل هر ستون دهانه بادبندي را ميتوانيم جداگانه کنترل نماييم.

براي اين منظور ميتوانيم در يک ستون اکسل مقدار سطح مقطع ستون را از بالا به پايين بر اساس مقدار به دست آمده در طراحي بنويسيم. در ستون ديگري هم سطح مقطع بادبند متصل به آن را مينويسيم. در ستون سوم زاويه بادبند متصل به ستون نوشته ميشود. در ستون چهارم حاصلضرب سطح مقطع بادبند در سينوس زاويه اي که بادبند با افق ميسازد نوشته ميشود و در ستون پنجم مقادير ستون چهارم به صورت تجمعي از طبقه بالا به پايين با هم جمع ميشوند و البته در ضريب 1.25 هم ضرب ميگردد.

حال مقدار به دست آمده در ستون آخر با مقدار سطح مقطع ستون در هر طبقه مقايسه ميکنيم. اگر اين مقدار بيش از مقدار سطح مقطع ستون باشد، مقطع فعلي براي ستون مناسب است و اگر اين مقدار کمتر از مقدار سطح مقطع ستون باشد ، ستون را ميتوان تا مقدار به دست آمده کوچکتر اختيار کرد ( اگر بيش از يک بادبند به ستون در هر طبقه متصل باشد بايد براي آن بادبند نيز اين فرآيند را تکرار کرده و مقادير به دست آمده براي هر کدام از اين بادبندها را با هم جمع نماييم.) در صورتي که در اين فرآيند مقطع ستون تغيير کرد دوباره به برنامه بازگشته و مدل سازه را دوباره با مقاطع جديد دوباره آناليز ميکنيم و بر اساس ترکيب بارهاي عادي دوباره مقاطع را کنترل کرده و در صورت نياز نتايج طراحي براي بادبندها (و ستونها در صورت تغيير قابل ملاحظه در نيروهاي آنها) را تغيير ميدهيم. اگر ميزان تغييرات در نيروهاي اعضا قابل ملاحظه باشد مجبوريم فرآيند ذکر شده را به صورت سعي و خطا تکرار نماييم.

برای اینکه با این روش کنترل بیشتر آشنا شوید دو نمونه از برنامه های اکسلی که دوستان تهیه کردند رو در اینجا قرار می دهم .

Coulomn Control Excel Program 01

Coulomn Control Excel Program 02

برای کنترل ستون ها بر اساس 125 درصد نیرویی که بادبندها بر اساس مقاومت خود به آنها منتقل میکنند میتوانید همانند فایل اکسلی که در لینک زیر قرار دارد عمل نمایید:

این فایل برای بادبندهای ضربدری یا شورون نوشته شده است. بر این اساس فرض شده است که یکی از دو بادبند به مقاومت کششی و دیگری به مقاومت فشاری خود در هر طبقه میرسد و بار منتقل شده به ستون بر اساس مجموع تنش مجاز کششی و فشاری بادبند در هر طبقه در نظر گرفته شده است. اگر بادبند شما قطری است بر حسب اینکه این بادبند تک به کشش یا فشار می افتد تنش مجاز آن تعریف شده و برای حالت دیگر صفر وارد میشود. مثلاً اگر ستون تحت فشار است تنها تنش فشاری را وارد میکنیم و تنش کششی را صفر مینویسیم. مقادیر تنش مجاز فشاری برای ستون و بادبند از نرم افزار برای هر عضو قابل استخراج است.
محاسبات در اینجا بر حسب نمونه است و برای ستونهایی است که در نرم افزار مقطع آنها بر اساس ترکیب بارهای عادی و ویژه به دست آمده و در اینجا تنها آنها را کنترل میکنیم که آیا میتوان آنها را کوچکتر اختیار کرد یا نه. فایل را بر حسب سلیقه خود ویرایش و از آن استفاده کنید.ضمناً این فایل اکسل برای برخی از ستونهای سازه ای است که فایل محاسباتی آن از لینک زیر قابل دانلود است:

Coulomn Control Excel Program 03

این فایل قبلاً بر اساس ضوابط ویرایش قبلی مبحث دهم طراحی شده است که بادبندهای آن را بر اساس ویرایش جدید اصلاح شده که برخی از آنها یک نمره کوچک شدند و برخی از ستونهای طراحی شده در قبل را هم در اینجا چک شده اند که اکثر آنها قابل ویرایش به مقطعی کوچکتر نیستند.

در مورد این روش به طور خلاصه در استفاده از اکسل به این شرح عمل میکنیم:
ما میخواهیم 125 درصد نیروهایی که بادبندها به ستون منتقل میکنند را به دست آوریم. اگر فرض کنیم که بادبندها ضربدری باشند نصف آنها تحت کشش و نصف دیگر تحت فشارند. در هر طبقه یک بادبند کششی و یک بادبند فشاری داریم. مقاومت محوری آنها یکی بر اساس مقاومت فشاری و دیگری بر اساس مقاومت کششی را محاسبه میکنیم.

بر این اساس نیاز به سطح مقطع بادبند و تنش مجاز آن داریم که تنش مجاز کششی معمولا 1440 و تنش مجاز فشاری را از نرم افزار میتوانیم استخراج نماییم. با ضرب تنش مجاز در سطح مقطع مقاومت بادبند به دست می آید. مولفه قائم این نیرو به ستون منتقل میشود که بر این اساس مقدار به دست آمده را در سینوس زاویه بادبند با افق میکنیم و البته در یک ضریب 1.25 نیز ضرب میکنیم. با جمع مقادیر به دست آمده از بالا و پایین نیرویی که در ستون بر این اساس ایجاد میشود را به دست می آوریم. این نیرو را با نیروی طراحی ستون مقایسه میکنیم. میتوانیم به طور مثال نیروی طراحی ستون را البته پس از طراحی سازه برابر حاصلضرب تنش مجاز در سطح مقطع ستون در نظر گرفت.