عمران فایل

طراحی بادبند شورون واگرا و همگرا با حل ۳ مثال کاربردی

قبلا در مورد انواع مهاربند در ساختمان صحبت کردیم و متوجه شدیم طراحی و اجرای نادرست بادبند ها باعث عملکرد نامناسب سازه در برابر زلزله خواهد داشت. اگر تنها ۶۰ دقیقه وقت بگذارید و طراحی بادبند شورون را یادبگیرید قطعا انسان های زیادی را از مرگ نجات داده اید.

امروز پس از اینکه طراحی مهاربند شورون همگرا و واگرا را یاد گرفتیم نکات اجرایی آنها را باهم مرور خواهیم کرد.

فهرست مطالب:

  1. تعریف مهاربندهای همگرا و واگرا
  2. چگونگی عملکرد مهاربندهای همگرا و واگرا
  3. تعریفی مختصر از مهاربندهای شورون
  4. نحوه طراحی بادبند شورون
  5. نحوه اجرای صحیح مهاربندی شورون مطابق آیین نامه

تعریف بادبند های واگرا و همگرا

در بادبندهای همگرا اعضای مهاربندی در یک نقطه همگرا شده و با هم تلاقی پیدا می کنند. محل تلاقی در صفحه قاب بادبندها، نوع بادبند را مشخص خواهد کرد.

مهاربند شورون چیست

شکل۱: پیکربندی های متفاوت مهاربندهای همگرا

در بادبندهای واگرا، اعضای مورب با فاصله ای نسبت به محل تلاقی تیر و ستون قرار خواهند گرفت و این حد فاصل محل تلاقی (تیر و ستون) و عضو مورب (شکل ب و ج) و همچنین فاصله بین نقاط تلاقی محورهای دو عضو قطری مهاربند روی تیر (شکل الف)، تیر پیوند نامیده می شود. در شکل های زیر فواصلی که با حرف e مشخص شده اند، نمایان گر تیر پیوند می باشند.

انواع مهاربند شورون

شکل ۲: پیکربندی های متفاوت مهاربندهای واگرا به همراه نمایش تیر پیوند در آن ها

عملکرد سیستم مهاربندی همگرا و واگرا

در سیستم هایی که از مهاربندی های همگرا استفاده می‏شود، افزایش سختی جانبی سازه (مقاومت در برابر تغییر شکل)، کنترل تغییر مکان های جانبی به علت سختی بالا و همچنین طراحی و اجرای به نسبت ساده از مزیت های آن به شمار خواهد آمد. اما در مقابل آن محدودیت های معماری از قبیل جانمایی درب و پنجره و همچنین جذب انرژی پایین در زمان وقوع زلزله را می توان برای آن ها متصور شد. از آن طرف در قاب هایی که از مهاربندهای واگرا استفاده می شود، رفتار جانبی لرزه‌ای سازه ترکیبی از عملکرد خمشی-برشی تیرها و ستون‌ها و عملکرد کششی-فشاری مهاربندها خواهد بود.

مهاربندهای واگرا از وضعیت مطلوبی نسبت به سختی جانبی سازه (به علت وجود مهاربندها) و همچنین رفتار پلاستیک مناسب جهت جذب انرژی زلزله توسط تیر پیوند برخوردار خواهند بود.

نکته: منظور از رفتار پلاستیک، ورود عضو به ناحیه پلاستیک و استفاده حداکثری از ظرفیت آن است.

مهاربند شورون چیست؟

قبل اینکه سراغ طراحی مهاربندهای شورون برویم لازم دانستیم تعریفی از این نوع مهاربند ها برای شما ارائه دهیم.

از لحاظ ظاهری مهاربند هایی که به صورت هفتی یا هشتی هستند تحت عنوان شورون از آن ها یاد می‏شود، که اگر شرایط همگرایی (مطابق آنچه در قسمت های قبل ذکر شد) را داشته باشد به عنوان شورون همگرا و اگر شرایط واگرایی را داشته باشد به عنوان شورون واگرا تعریف خواهند شد. نیروهایی که اعضای مهاربندی شورون به تیر بالاسری یا زیر سری خود اعمال می کنند در طراحی تیر بایستی لحاظ شود که در ادامه مقاله به طور مفصل راجع به این موضوع بحث خواهد شد.

طراحی بادبند شورون

برای یادگیری طراحی مهاربند همگرا و واگرا شورون ابتدا تمامی ضوابط و توضیحات را کامل بررسی کنید، سپس به مثال هایی را که قرار داده ایم را بررسی کنید البته لازم به ذکر است که منبع این قسمت از مقاله پکیج آمادگی آزمون محاسبات سبزسازه است.

طراحی مهاربند شورون همگرا

جهت طراحی بادبند شورون ابتدا  لازم است که بندهای مبحث ۱۰ را در این زمینه مرور کنیم، پس با ما همراه باشید.

طراحی تیرهای دهانه های مهاربندی شده و اتصالات آن ها به ستون

همان طور که در بند ۱۰-۳-۱۰-۲ مبحث ۱۰ آمده تیرهای دهانه های مهاربندی شده به شکل هفت و هشت و اتصالات آن ها به ستون باید قادر به تحمل نیروهای نامتعادل ناشی از زلزله در ترکیب با بارهای ثقلی ضریبدار باشند. بنابراین اثر ترکیبی بارهای ثقلی ضریبدار و اثرات لرزه ای ناشی از نیروهای زیر در مهاربندی ها در طراحی تیر لحاظ خواهند شد:

  • نیروی لرزه ای مهاربند کششی: کمترین دو مقدار RyFyAg و نیروی کششی ناشی از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته
  • نیروی لرزه ای مهار بند فشاری: ۰٫۳Pn

Ry = نسبت تنش تسلیم موردانتظار به حداقل تنش تسلیم فولاد مهاربندی، که طبق بند ۱۰-۳-۲-۳ مبحث دهم مقررات ملی ساختمان تعیین می شود.

Fy = تنش تسلیم فولاد مهاربندی

Ag = سطح مقطع کلی عضو مهاربندی

Pn = مقاومت فشاری اسمی مهاربند فشاری

"ضوابط

نکات مربوط به طراحی اتصالات مهاربندی ها

مطابق بند ۱۰-۳-۱۰-۳ مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان، مقاومت مورد نیاز اتصالات مهاربندی ها نباید از یکی از دو مقدار زیر کمتر در نظر گرفته شود:

  • مقاومت کششی مورد انتظار  اعضای مهاربندی برابر RyFyAg
  • بیشترین نیروی محوری حاصل از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته در مهاربندی ها

جهت طراحی اعضای قاب مهاربندی شده همگرای ویژه به بند  ۱۰-۳-۱۱-۲ مبحث ۱۰ مراجعه کرده و با ارائه یک مثال نکات آن را بیان خواهیم کرد.

ضوابط طراحی بادبند شورون همگرا و واگرا

تفسیر بند آیین نامه ای بالا در تصویر زیر ارائه شده است:

 

عملکرد سیستم مهاربندی در زلزله

شکل ۴: سیستم مهاربندی تحت اثر نیروهای ثقلی و لرزه ای

مثال: در یک قاب مهاربندی شده همگرای ویژه با شکل هشت، طول دهانه تیر ۱۲ متر و ارتفاغ طبقه ۴٫۵ متر است. چنانچه در طراحی به روش حالات حدی در اثر توزیع نامتعادل نیروهای قطری ناشی از زلزله نیروی قطری کششی برابر=۲۵۰۰ KN  AgFye

و نیروی قطری فشاری برابر ۰٫۳ Pnc=400KN  در نظر گرفته شوند نیروی قائم نامتعادل ناشی از زلزله وارد بر وسط دهانه تیر حدودا بر حسب کیلو نیوتن به کدام گزینه نزدیکتر است؟

  • ۲۳۰۰
  • ۱۳۰۰
  • ۱۵۰۰
  • ۱۷۰۰

طراحی بادبند شورون همگرا با مثال

طراحی بادبند شورون همگرا

مهاربندهای شورون واگرا از تیرهای خارج از نواحی تیر پیوند، تیر پیوند، ستون، اعضای قطری و اتصالات تشکیل شده است که مانند مهاربندهای شورون همگرا، با ذکر بندهای آیین نامه ای و همچنین نکات تکمیلی با روند طراحی بادبند شورون همگرا نیز آشنا می‏شویم.

جزئیات بادبند شورون واگرا

شکل ۵: اعضای مهاربند شورون واگرا

در ابتدا موضوعاتی در مورد طراحی تیر پیوند را مرور می‏کنیم.

در صورتی‌که طول تیر پیوند (e) از طول بحرانی تیر پیوند (e0) کمتر باشد ( e0>e ) ، رفتار تیر پیوند برشی و برای حالتی که  e0<e  ، رفتار تیر به‌ صورت خمشی خواهد بود.

منظور از طول بحرانی تیر پیوند چیست؟

طول مشخصی از تیر پیوند می باشد که هم‌زمان در آن برش به نیروی برشی پلاستیک (Vp) و لنگر خمشی به لنگر خمشی پلاستیک (Mp) برسد. (برش پلاستیک و لنگر پلاستیک به ترتیب حداکثر برش و لنگر خمشی‌ است که یک مقطع تحمل می‌کند تا تمام تارهای آن به حد تسلیم و جاری شدن برسند.)

مقاومت برشی طراحی تیر پیوند به صورت زیر محاسبه می شود:

طراحی تیر پیوند مهاربند واگرا

 

مثال: برای یک تیر پیوند در مهاربند واگرا MP=240KN و VP=160KN  بوده و نسبت مقاومت محوری مورد نیاز به مقاومت تسلیم محوری برابر ۰٫۱ می باشد. اگر طول تیر پیوند ۲٫۴ متر باشد مقاومت برشی طراحی VVn Φ تیر پیوند بر حسب کیلو نیوتن حدودا چقدر است؟

مثال طراحی بادبند شورون

 

 

 

مثال: در شکل روبرو یکی از دهانه های یک قاب مهاربندی شده واگرا که در آن مقاطع اعضای مهاربندی از دوبل ناودانی ۱۴۰ تشکیل شده است، نشان داده شده است. چنانچه تیر فاقد نیروی محوری باشد، حداکثر طول تیر پیوند برای آنکه تسلیم برشی حاکم بر مقاومت طراحی تیر پیوند باشند به کدامیک از مقادیر زیر نزدیکتر است؟ (Fy=240mpa)

  1. ۵۳۷mmجزئیات بادبند شورون واگرا
  2. ۱۲۴۰mm
  3. ۸۹۵mm
  4. ۶۲۴mm

 

طراحی گام به گام بادبند شورون واگرا

در مورد اعضای خارج از ناحیه پیوند و اتصالات، مقاومت طراحی نباید از نیروهای ناشی از تحلیلی که شامل بارهای ثقلی ضریبدار (ضرایبی که در حضور نیروی زلزله مورد استفاده قرار می‏گیرند) و اثرات لرزه ای که موجب ایجاد برشی برابر  ۱٫۲۵RyVnدر تیرهای پیوند مقطع ɪ شکل و ۱٫۴RyVn در تیرهای پیوند با مقطع قوطی شکل و نیروهای نظیر آن ها در دو انتهای تیر پیوند می‏شود، کوچک تر در نظر گرفته شود. 

روش اجرای مهاربند شورون

علاوه بر اینکه باید طراحی بادبند شورون را به خوبی یاد بگیرید حتما به عنوان یک مهندس عمران باید روش اجرای این مهاربند ها را بدانید البته اجرای مهاربند مطابق آیین نامه های در ادامه نکات معماری و اجرایی مهاربندهای شورون به صورت موردی، مطابق بر آیین نامه برای شما ارائه شده است.

نکات مربوط به مهاربندهای همگرا

  • تعبیه سوراخ های متوالی در جان تیرهای دهانه های مهاربندی شده با هر نوع مهاربندی (قطری، ضربدری، ۷ و ۸) مجاز نیست. در صورت لزوم به تعبیه سوراخ دسترسی در جان تیر، اطراف آن باید به نحوی تقویت گردد که مقاومت های طراحی در مقطع سوراخ دار از مقاومت های طراحی مقطع کامل تیر کمتر نباشد.
  • تیرهای دهانه های مهاربندی شده با مهاربندهای به شکل ۷ و ۸ باید در حد فاصل دو ستون پیوسته بوده و دارای مهار جانبی کافی برای جلوگیری از کمانش پیچشی – جانبی باشند. در هر صورت، وجود حداقل یک جفت مهار جانبی در محل اتصال مهاربندی ها به تیر الزامی است.
روش اجرای بادبند شورون همگرا (اجرای مهاربند همگرا)

شکل ۶: پیوسته بودن تیر دهانه مهاربندی شده در حد فاصل دو ستون

در مهاربندی های همگرای ویژه رعایت موارد زیر از اهمیت بالایی برخوردار می‏باشد:

  • به منظور سازگاری اتصالات با کمانش مهاربندی ها، اتصالات مهاربندی ها باید یکی از الزامات زیر را برآورده نمایند:

الف – اتصال اعضای مهاربندی باید دارای مقاومت خمشی مورد نیاز حداقل برابر ۱٫۱RpMp باشد.

ب – سازگاری با دوران غیر الاستیک حاصل از تغییر شکل های پس از کمانش در خارج از صفحه مهاربندی از طریق مهیا نمودن شرایط کمانش بحرانی مهاربندی در خارج از صفحه قاب و قطع مهاربندی به اندازه دو برابر ضخامت صفحه اتصال قبل از خط تکیه گاهی ورق اتصال

 

ضوابط طراحی و اجرای مهاربند شورون همگرا و واگرا

شکل ۷: تأمین فاصله ای به اندازه ۲t بین خط تکیه گاهی ورق اتصال (محل اتصال گاست پلیت به تیر یا ستون) و خط اتصال مهاربند به گاست پلیت جهت کمانش خارج از صفحه مهاربند 

 

عوامل موثر در کمانش مهاربند شورون

شکل ۸: عدم تامین فضا جهت کمانش خارج از صفحه مهاربند

 

ضوابط اجرای درست مهاربند همگرا

شکل ۹: تامین فاصله ای به اندازه دو برابر ضخامت صفحه اتصال جهت کمانش خارج از صفحه مهاربند

محدودیت های تیرها، ستون ها و مهاربندی ها در سیستم مهاربندی واگرا:

  • مقطع تیر پیوند باید از نوع ɪ شکل یا از نوع قوطی ساخته شده از ورق باشد.
  • جان (یا جان ها) باید از یک ورق تک، بدون هر گونه ورق مضاعف تشکیل شده باشد و در آن هیچ گونه بازشویی نباید ایجاد شود.
  • در تیرهای پیوند ساخته شده از ورق، اتصال جان (یا جان ها) به بال تیر باید از نوع جوش گوشه دو طرفه یا جوش شیاری با نفوذ کامل باشد.

 

اجرای بادبند شورون واگرا

شکل ۱۰: سیستم مهاربندی شورون واگرا در اجرا

کاربرد استیفنر (ورق های سخت کننده که در بین دو بال تیر استفاده می‏شود):

جلوگیری از تغییر شکل بال ها و لهیدگی جان، افزایش مقاومت و سختی تیر لاغر، جلوگیری از کمانش و تحمل نیروی برشی، از کاربردهای ورق های سخت کننده می‏باشد. در ادامه نکات اجرایی سخت کننده ها ذکر خواهد شد.

سخت کننده های انتهایی در محل اتصال دو انتهای مهاربندی به تیر پیوند، باید به صورت یک جفت در دو طرف جان و در تمام ارتفاع تعبیه گردند. پهنای هر یک از سخت کننده ها نباید از ۰٫۵(Bf -Tw) و ضخامت آن ها نباید از ۰٫۷۵Tw یا ۱۰ میلی متر، کمتر اختیار شود. که در آن Bf پهنای بال تیر و Tw ضخامت جان مقطع تیر پیوند است.

"کاربرد

در مورد سخت کننده های میانی مواردی از قبیل زیر باید در اجرا رعایت گردند:

  • سخت کننده در تمام ارتفاع تیر پیوند تعبیه شود.
  • در تیرهای با ارتفاع بیشتر از ۶۰۰ میلی متر و بیشتر باید به صورت جفت و در دو سمت جان تعبیه گردد.
  • پهنای هر یک از سخت کننده ها نباید از ۵(Bf -Tw) و ضخامت آنها نباید از Tw یا ۱۰ میلی متر، کمتر اختیار شود.

 

طراحی سخت کننده در بادبند شورون

شکل ۱۲: تعبیه سخت کننده های میانی در تیر پیوند

اجرای سخت کننده بادبند شورون (مهاربند شورون واگرا)

شکل ۱۳: تعبیه سخت کننده در محل اتصال دو انتهای مهاربندی به تیر پیوند و در قسمت میانی تیر پیوند

اما در مورد سخت کننده های تیر پیوند قوطی شکل نکات زیر قابل ذکر می‏باشد که توجه شما رو به آن جلب می‏کنم.

  • سخت کننده های انتهایی در محل اتصال دو انتهای مهاربندی به تیر پیوند باید در یک سمت هر یک از جان ها و در تمام ارتفاع آن تعبیه گردد.
  • پهنای هر یک از سخت کننده ها نباید از ۵b و ضخامت آنها نباید از ۰٫۷۵Tw یا ۱۲ میلی متر، کمتر اختیار شود. b پهنای داخلی بال مقطع تیر پیوند و Tw ضخامت هر یک از جان های مقطع تیر پیوند است.
  • اتصال سخت کننده های انتهایی و میانی باید از طریق جوش گوشه به جان های مقطع تیر پیوند انجام شود.
  • سخت کننده های میانی باید در تمام ارتفاع جان تیر پیوند تعبیه شوند و اتصال آن ها به جان ها از داخل یا خارج مقطع قوطی شکل بلامانع است.

نتیجه گیری

  • برای مهار اثرات نیروی جانبی زلزله اعم از تغییرمکان های جانبی، جذب و مستهلک کردن انرزی زلزله و همچنین پایداری ساختمان باید از سیستم مقاوم جانبی استفاده شود.
  • نمونه ای از این سیستم های مقاوم جانبی، مهاربندهای فولادی می‏باشد که از دو نوع همگرا و واگرا تشکیل شده است. استفاده از سیستم های مهاربندی واگرا برای ساختمان های با ارتفاع بالا و همچنین برای زلزله های های قوی تر توصیه می شود البته در صورتی که طراحی درستی انجام شده باشد. امروز طراحی بادبند شورون را از بین انواع بادبند ساختمان یاد گرفتید حتما طراحی مابقی مهاربند ها را هم باد بگیرید.
  •  در صورتی می توان از قابلیت های سیستم های مهاربندی استفاده کرد که بتوانیم نکات اجرایی را مطابق آنچه در این مقاله ذکر شده است، به صورت صحیح رعایت کنیم.

 منابع

  1. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال ۱۳۹۲٫
  2. تور محاسبات سبزسازه
مهندس محمدعلی بنا یزدی

نوشته‌های مرتبط

قوانین ارسال دیدگاه

  • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
  • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
  • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
دیدگاه‌ها

*
*

0