structuraldesign

آموزش طراحی شمع های بتنی در نرم افزار SAP000

نحوه طراحی شمع های بتنی

به طور کلی روند طراحی شمع ها به این صورت می باشد که ابتدا میبایست شمع ها طرح ژئوتکنیکی شده که براساس آن طول شمع مشخص گردد و پس از تکمیل شدن طرح ژئوتکنیکی طرح سازه ای انجام میگیرد

در این فایل آموزشی که فایل بروزسانی شده آموزش مدلسازی وطراحی شمع بتنی در نرم افزار sap2000 می باشد در فایل قدیم صرفا طرح ژئوتکنیکی مطرح شده بود که در فایل جدید علاوه طرح ژئوتکنیکی ،طرح سازه ای شمع نیز گنجانده شده که شامل طرح خمشی  ،طرح برشی در ناحیه مفصل پلاستیک و خارج از ناحیه مفصل پلاستیک ،ضوابط آرماتورحداقل آیین نامه ای  طراحی سرشمع و استخراج نیروها از نرم افزار و نحوه محاسبه آرماتورهای طولی ، عرضی وطرح برشی سرشمع وهمچنین نکات مدلسازی نرم افزاری از قبیل  شرایط  مدلسازی سختی فنرهای خاک جداره و نوک شمع  به صورت خطی و غیر خطی  که هردوروش هم به صورت تئوری و هم به صورت عملی در محیط نرم افزار شرح داده شده است آموزش  کنترل سختی فنرهای خاک در نرم افزار و در صورت نیاز نحوه اصلاح این سختی در صورتی که فنر ها به صورت خطی مدلسازی شده باشند به طور کامل توضیح داده شده است

 در ادامه نحوه خروجی گرفتن  وتوزیع نیروها در دال سرشمع برای جلوگیری از برش پانچ از فایل اصلی در صورتی که فایل اصلی سازه و فایل مدلسازی شمع  در دو فایل مجزا مدل شده باشند تشریح شده است

مطالبی که درفایل آموزش طراحی شمع های بتنی خواهید آموخت:

• مقدمه
• روند اجرا شمع های بتنی
• مدلسازی خاک اطراف شمع و شرح تئوری های مورد استفاده برای در نظر گرفتن خاک اطراف شمع ها
• معرفی مبانی سختی جداره شمع
• معرفی مبانی سختی نوک شمع
• معرفی مبانی سختی خاک به صورت خطی و غیر خطی وتفاوت ها آنها در هنگام اختصاص به مدل سازه ای
• محاسبه سختی خاک اطراف در لایه های مختلف خاک
• محاسبه سختی جداره در لایه های مختلف خاک
• محاسبه سختی نوک شمع
• معرفی سختی فنرهای خاک اطراف در لایه های مختلف در نرم افزار
• معرفی سختی جداره خاک در لایه های مختلف در نرم افزار
• اختصاص نیروها از فایل اصلی مدلسازی به سرشمع
• کنترل سختی فنرهای خاک پس از تحلیل مدل
• اصلاح سختی جداره و نوک شمع در صورت مدلسازی سختی فنرها به صورت خطی
• محاسبه ظرفیت شمع در گروه شمع
• محاسبه آرماتورهای طولی شمع با استفاده از خروجی نرم افزار
• محاسبه آرماتورهای برشی شمع در ناحیه مفصل پلاستیک وخارج از ناحیه فوق با استفاده خروجی نرم افزار
• محاسبه آرماتورهای خمشی وبرشی دال سرشمع بااستفاده از خروجی نرم افزار
• تشریح کامل یه مدل سازه ای شمع و سرشمع در نرم افزار

برای کنترل Drift در نرم‌افزار باید زمان تناوب اصلی اصلاح شود و با توجه به تغییرات جدید کنترل صورت گیرد.

سازه‌های بتنی

در کنترل تغییر مکان جانبی نسبی طبقات ضرایب ترک‌خوردگی اجزای بتنی با توجه به مقادیر زیر تغییر می‌کند. (اعمال ضرایب ترک خوردگی در ETABS2016)

برای اعمال این تغییرات از فایل پروژه save as  گرفته و تغییرات مربوط به ضرایب ترک خوردگی در مدل جدید اعمال می‌شود.

پس از اعمال تغییرات مدل را آنالیز می‌کنیم و مطابق شکل زیر دوره تناوب تحلیلی بدست می‌آید. باید توجه داشت در هر جهت، دوره تناوب مربوط به مودی انتخاب می‌شود که درصد مشارکت لرزه‌ای آن مود در جهت موردنظر بیشترین مقدار باشد.

با استفاده از دوره‌های تناوب تحلیلی در جهت X و Y  مجددا ضرایب c و k را محاسبه کرده و با به کار بردن آن‌ها نیروهای EXDRIFT و EYDRIFT از نوع seismic drift تعریف می‌شوند.

بعد از اعمال این تغییرات سازه را مجددا آنالیز و طراحی می‌کنیم و مانند شکل زیر جدول مربوط به کنترل Drift  استخراج می‌شود.

اطلاعات جدول را به excel انتقال دهید، با توجه به مقادیر مجاز در آیین‌نامه مطابق بند 3-5 آیین‌نامه 2800 ویرایش چهارم مقادیر Drift کنترل می‌شود.

درکنترل Drift  نکات زیر باید رعایت شوند:

• در سازه هایی که پیچش ندارند می‌توان جابجایی نسبی مراکز جرم را معیار قرار داد و این مقدار تقریبا با  Avg Drift برابر است بنا براین برای کنترل می‌توان از این مقدار استفاده کرد.
• در سازه هایی که پیچش دارند می‌توان برای کنترل از مقدار Max Drif  استفاده کرد.
• در مواردی که  Drift  مقادیر مجاز را تامین نکرد باید با افزایش ابعاد اعضای سازه و افزایش سختی آن‌ها مقدارDrift را کاهش داد.
• در محاسبه دریفت، زلزله EXDRIFT و EYDRIFT نباید از مقدار زلزله حداقل کمتر باشند.

سازه‌های فولادی

در صورتي كه در سازه فولادي از روش آناليز مستقيم استفاده شده باشد، سختي خمشي اعضا در سازه اصلي كاهش يافته است كه اين كاهش سختي موجب افزايش دريفت سازه می شود. بنابر این برای کنترل جانبی نسبی طبقات  نباید از ضرایب کاهش سختی استفاده نمود. برای از بین بردن این اثر باید در مدل جدید مانند شکل زیرnomodification   انتخاب شود.

مطابق شكل، هنگامی كه پرسشي مبني بر تغيير سختي اعضا اعلام مي شود yes  را انتخاب نمایید تا سختی اعضا reset شود.

ادامه مراحل برای بدست آوردن دوره تناوب تحلیلی، تعریف نیروی زلزله و کنترل Drift مانند سازه‌های بتنی است

منبع :وب سایت حسین زاده

دال های بتنی جزو یکی از مهم ترین اجزای سازه های بتنی هستند که به دو دسته دال بتنی یک طرفه و دال بتنی دو طرفه تقسیم می شوند اما طراحی دال بتنی به چه صورتی انجام می شود؟ آیا نحوه محاسبه حداقل ضخامت دال بتنی را می دانید؟ به چه علت عملکرد دال مجوف وافل شبیه به دال تخت قارچی است؟ نحوه کنترل خیز مجاز دال بتنی به چه صورتی است؟

1. معرفی انواع دال‌ بتنی

1. 1 دال بتنی یک‌ طرفه

اگر نسبت طول به عرض چشمه دال بتنی بزرگ‌تر از 2 باشد؛ اکثر بارها در امتداد دهانه کوتاه‌تر دال حمل شده و به تیرهای دهانه بزرگ‌تر منتقل می‌شود. در چنین حالتی حتی با وجود تیرهای تکیه‌گاهی در چهار طرف، رفتار دال یک‌ طرفه خواهد بود.

شکل 1: جهت توزیع بار در دال یک‌طرفه

1. 2 دال بتنی دو طرفه

1. 2. 1 سیستم تیر-دال

از بین دال‌ های دو طرفه، دال‌ هایی که در آن‌ها در چهار طرف دال، تیر وجود دارد از معمول‌ ترین دال‌ ها هستند. در این دال‌ ها به خاطر وجود تیر روی خط واصل ستون‌ ها، صلبیت کافی دارند، بنابراین سیستم سازه‌ ای مناسبی برای تحمل بارهای جانبی به وجود می‌ آورند.

شکل 2: دال بتنی دو طرفه با تیر (تیر- دال)

1. 2. 2 دال تخت

دال‌های بتن مسلح در مواقعی بدون استفاده از تیر، مستقیماً روی ستون‌ ها تکیه دارند. این‌گونه دال‌ها به دال‌های تخت موسوم‌اند. مواقع استفاده آن‌ها زمانی است که دهانه‌ها خیلی بزرگ نباشند و بارهای سنگینی به دال اعمال نشود. اجرای این نوع دال‌ها به دلیل سادگی قالب‌بندی و آرماتوربندی، آسان‌تر از سیستم تیر-دال است.

شکل 3:  دال تخت

1. 2. 3 دال تخت با سرستون (دال تخت قارچی)

با توجه به اینکه در دال‌های تخت در مجاورت ستون‌ها لنگرهای منفی تکیه‌گاهی و تنش‌های ناشی از برش زیاد می‌باشند، گاهی مواقع سرستون‌ها همانند شکل (4) به صورت مخروطی شکل اجرا می شوند و معمولا ضخامت دال در اطراف ستون اندکی افزایش داده می‌شود. به این ناحیه مخروطی ستون، سرستون و به ناحیه برجسته دال، کتیبه می‌گویند. این نوع دال‌ها به دال تخت قارچی نیز معروف‌اند.

شکل 4: دال تخت قارچی

1. 2. 4 دال مجوف وافل

نوع دیگری از دال که عملکرد آن شبیه دال تخت قارچی است، دال تخت مجوف (دال مشبک یا دال با تیرچه دو طرفه) می‌باشد. عموما در حالتی که دهانه دال بزرگ باشد، ضخامت دال افزایش می یابد، همچنین در وسط دهانه که لنگر مثبت است مقدار قابل‌توجهی از بتن تحت کشش قرار می‌گیرد. همانطور که می‌دانیم به دلیل عدم توانایی بتن در تحمل کشش، بتنِ تحت کشش از نظر سازه‌ای مفید نبوده و باعث افزایش وزن و مصرف مواد می‌شود. در نتیجه گاهی اوقات برای کم کردن وزن و صرفه‌جویی در بتن مصرفی، در وسط دهانه‌های دال فرورفتگی‌هایی در دو جهت متعامد ایجاد می‌شود. درنتیجه در دال مجوف یا وافل از وزن مرده دال به‌شدت کاسته می‌شود. در این نوع دال‌ها برای افزایش مقاومت برشی دال در اطراف ستون‌ها، آن را به صورت توپر اجرا می‌کنند. گاهی مواقع حتی در امتداد محور واصل ستون‌ها دال را به صورت توپر درمی‌آورند.

شکل 5: دال مجوف وافل

1. 2. 5 سیستم دال حبابی (کوبیاکس)

یکی از فناوری‌های نوین در زمینه سبک‌سازی سقف، اجرای دال‌های بتنی توخالی با حفره‌های کروی می‌باشد که اصطلاحاً به آن سقف حبابی می‌گویند. این سیستم، دال دوطرفه مجوفی است که در آن از توپ‌های پلاستیکی به جای بتن میانی دال استفاده شده است و این جایگزینی منجر به سبک‌سازی سقف و کل سازه می‌گردد. استفاده از سقف‌های حبابی سبب کاهش 30 درصدی مصرف بتن در ساخت می‌شود. اجزای سیستم دال حبابی شامل بتن، توپ‌های پلاستیکی، میلگردهای تحتانی و فوقانی است. اگر توپ‌های پلاستیکی استفاده شده در دال به شکل کروی باشد، سقف مورد‌نظر را کوبیاکس گویند و اگر شکل توپ‌های پلاستیکی شبیه مکعب مستطیل باشند، سقف یوبوت گفته می‌شود.

شکل 6: سقف کوبیاکس

شکل 7: سقف یوبوت

2. دال‌ بتنی یک‌ طرفه

همان‌ طور که در ابتدای مقاله بیان شد، در صورتی که نسبت طول به عرض دال بیشتر از 2 باشد رفتار دال یک‌ طرفه است. دال بتنی یک‌ طرفه بار را در جهت دهانه کوتاه‌ تر به تیرهای دو طرف منتقل می‌کند. به همین جهت آرماتورهای این جهت با استفاده از محاسبات به دست آمده و در جهت دیگر از آرماتورهای حرارتی استفاده می‌شود. در ادامه به تفصیل در این مورد بحث خواهد شد.

1.2 تحلیل خمشی دال‌ بتنی یک‌ طرفه

دال بتن مسلح یک‌ طرفه، به‌ طور اساسی تیر مستطیلی با نسبت عرض به ارتفاع بزرگ است. اما در طراحی دال بتنی یک طرفه عواملی باید مورد توجه قرار گیرد که در طراحی تیرهای معمولی در نظر گرفته نمی‌شود. اگر نواری به عرض واحد در امتداد عمود بر تیرهای تکیه‌گاهی از این دال‌ها بریده شود، می‌توان آن را تیری به عرض واحد (1 متر)، ارتفاعی مساوی ضخامت دال (h) و دهانه‌ ای مساوی فاصله مرکز به مرکز تیرهای تکیه‌گاهی در نظر گرفت. این تیر را می‌توان همانند تیر معمولی با عرض واحد، مورد تحلیل و طراحی قرار دارد. از آنجایی که تمام بارهای دال باید بر تیرهای تکیه‌گاهی وارد شوند، بنابراین تمام میلگردها باید در امتدادی عمود بر امتداد تیرهای تکیه‌گاهی قرار گیرند. همچنین در جهت مخالف (موازی با تیرهای تکیه گاهی) آرماتورهایی برای یکپارچگی و مقابله با ترک‌های ناشی از حرارت و جمع‌شدگی لازم می‌باشد. درنتیجه دال یک‌طرفه ترکیبی از تیرهای مستطیلی است که در کنار یکدیگر قرار گرفته اند.

شکل 8: دال بتنی یک‌ طرفه

تحلیل دال‌های یک‌ طرفه برحسب مورد همانند تحلیل تیرهای ساده یا سراسری است که در حالت دوم (سراسری) برای تحلیل می‌توان از روش‌های تقریبی استفاده کرد. در شکل (9) روش تقریبی برای محاسبه لنگر منفی در بر تکیه‌گاه و لنگر مثبت وسط دهانه نشان داده شده است. پارامتر ثابتی که باید در ضرایب لنگر ذکر شده در شکل ضرب شود برابر  w_u l_n² است که در آن w_u بار نهایی (ضریبدار) وارد بر سطح دال و l_nدهانه آزاد می‌باشد. با توجه به شکل، مقدار ضریب لنگر مثبت (وسط دهانه) در دهانه کناری 1/14 و در دهانه‌های میانی برابر 1/16 بوده و ضریب لنگر منفی (دو طرف دهانه) در تمامی تکیه‌گاه‌ها مساوی 1/12 است. مقدار برش در تکیه‌گاه‌ها برابر 0.5w_u l_n  می‌باشد.

شکل 9: ضرایب لنگر در دال یک‌ طرفه

در حالت بهره‌برداری و برای جلوگیری از تغییرشکل‌های غیرمجاز، دال باید حداقل ضخامتی داشته باشد تا بتواند عملکرد مناسبی در برابر بارهای وارده داشته باشد. در جدول (1) که در کتاب طراحی سازه‌های بتنی نیلسون آمده است مقادیر حداقل ضخامت دال یک‌طرفه برای دهانه‌ها با شرایط مختلف آمده است.

جدول 1: حداقل ضخامت دال یک‌طرفه

در جدول بالا L دهانه محاسباتی است که در دهانه ساده (دهانه‌ای که دال از دو طرف و بعد از تیرهای تکیه‌گاه‌ها امتداد نیافته است)، مساوی فاصله محور به محور دو تکیه‌گاه یا دهانه آزاد به علاوه ارتفاع مؤثر مقطع (d)، هر کدام که کوچک‌ترند، می‌باشد. در مورد دال‌های یکسره یا سراسری (دهانه‌ای که دال در دو جهت و بعد از تیرهای تکیه‌گاهی امتداد یافته است)، دهانه محاسباتی فاصله محور به محور تکیه‌گاه است.

 جدول فوق برای فولاد S400 تنظیم شده است. برای سایر فولاد، مقادیر جدول باید در ضریب (0.4+ f_y ⁄ 670) ضرب شوند.

2.2 میلگردهای حرارتی و جمع‌شدگی

به علت پدیده جمع‌شدگی و کاهش دما، بتن تمایل به انقباض (کم شدن حجم) دارد. به علت یکپارچگی دال با تیرهای تکیه‌گاهی و در نتیجه وجود مانع در مقابل کاهش طول دال، این پدیده باعث ایجاد تنش‌های کششی و در نتیجه باعث به وجود آمدن ترک در دال می‌شود که با تعبیه میلگردهای کافی باید این ترک‌ها را طوری در دال توزیع نمود تا عرض ترک‌ها کوچک شده و موجب عوارض زیان‌آور نشوند. با شروع جمع‌شدگی در بتن، میلگردهای حرارتی با انقباض بتن به مخالفت پرداخته و در نتیجه تحت کشش واقع می‌شوند. مقدار جمع‌شدگی در بتنی که توسط این میلگردها مسلح شده است کمتر از بتن غیرمسلح می‌باشد و به علاوه به علت وجود میلگرد در بتن به جای این‌ که تعداد کمی ترک با عرض بزرگ در بتن ایجاد شود، ترک‌های متوالی و موازی در جهت‌های متعامد با عرض موئی ایجاد می‌شوند که باعث هیچ‌گونه ضرری نمی‌شوند.
در دال‌های یک‌ طرفه، وجود میلگردهای محاسباتی در امتداد عمود بر تکیه‌گاه‌ ها، به‌ خوبی با پدیده جمع‌شدگی و تغییرات دما مقابله می‌کند و نیازی به قرار دادن میلگردهای حرارتی اضافی نیست، اما در امتداد عمود بر میلگردهای محاسباتی باید میلگردهایی برای مقابله با جمع‌ شدگی تغییرات دما تعبیه گردد. همانطور که پیش تر هم توضیح داده شد، این میلگردها در محاوره‌ های فنی به میلگردهای حرارتی موسوم‌اند.
در دال‌ها با ضخامت کم میلگردهای حرارتی در یک سفره قرار داده می‌شوند. در صورتی که ضخامت دال زیاد باشد (h≥12 cm)، می‌توان نصف میلگرد حرارتی را در سفره تحتانی و نصف دیگر را در سفره فوقانی قرار داد.

منبع :سبز سازه