مبحث ۱۰ — طرح و اجرایِ ساختمانهایِ فولادی
درسنامه — تعاریف
خلاصهیِ بندهایِ تعاریف، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
دو روشِ طراحی: LRFD و ASD
•روشِ ضرایبِ بار و مقاومت (LRFD): اعضا، اجزا و اتصالات طوری تناسببندی میشوند که «مقاومتِ طراحی» بزرگتر یا مساویِ «مقاومتِ موردنیاز» تحتِ ترکیباتِ بارگذاریِ LRFD باشد.
•روشِ مقاومتِ مجاز (ASD): اعضا طوری تناسببندی میشوند که «مقاومتِ مجاز» بزرگتر یا مساویِ «مقاومتِ موردنیاز» تحتِ ترکیباتِ بارگذاریِ ASD باشد.
نکتهیِ کلیدی: مقاومتِ طراحی = مقاومتِ اسمی × ضریبِ کاهشِ مقاومت (φ) — فقط در LRFD.
نکتهیِ کلیدی: مقاومتِ مجاز = مقاومتِ اسمی ÷ ضریبِ اطمینان (Ω) — فقط در ASD.
•مقاومتِ اسمی: مقاومتِ جزء یا عضو در برابرِ بارهایِ وارده بدونِ در نظر گرفتنِ φ یا Ω.
•مقاومتِ موجود: واژهیِ چترِ هر دو روش — در LRFD همان مقاومتِ طراحی و در ASD همان مقاومتِ مجاز است.
•مقاومتِ موردنیاز: همان نیروهایِ داخلیِ اعضا و اتصالات، که از ترکیبِ بارگذاریِ متناظر با روشِ طراحی به دست میآید.
•تنشِ مجاز: مقاومتِ مجازِ عضو تقسیم بر مشخصهیِ هندسیِ متناظرِ مقطع (اساسِ مقطعِ الاستیک، سطحِ مقطعِ کل، مؤثر یا سطحِ جان).
تنشِ تسلیم و تنشِ کششیِ نهایی — مشخصه در برابرِ موردِ انتظار
•تنشِ تسلیمِ مشخصه (Fy): حدِ پایینِ تنشِ تسلیمِ فولاد که از نظرِ آماری تنها ۵٪ احتمالِ نقضِ آن وجود دارد.
نکتهیِ کلیدی: عددِ ۵٪ همان تعریفِ آماریِ «مشخصه» بودن است — پرتکرارترین عددِ حفظیِ این فصل.
•تنشِ تسلیمِ موردِ انتظار (Fye): حاصلضربِ تنشِ تسلیمِ مشخصه در ضریبِ تنوعِ تولیدِ فولاد (Ry) — بیانگرِ بیشترین تنشِ تسلیمِ محتمل.
•تنشِ کششیِ نهایی (Fu): حدِ پایینِ تنشِ کششیِ نهاییِ فولاد؛ تنشِ کششیِ نهاییِ موردِ انتظار (Fue) = Fu × Rt.
•چرا «موردِ انتظار» لازم است: در طراحیِ لرزهای برایِ ظرفیت، باید فرض کرد فولادِ ناحیهیِ شکلپذیر از مقدارِ اسمی قویتر درآمده — وگرنه اجزایِ مجاور زودتر از ناحیهیِ شکلپذیر میشکنند.
ردهبندیِ مقاطع بر اساسِ کمانشِ موضعی
•مقطعِ فشرده: نسبتِ پهنا به ضخامتِ همهیِ اجزا چنان است که تا رسیدن به لنگرِ خمشیِ پلاستیکِ مقطع، در هیچ جزئی کمانشِ موضعی رخ نمیدهد.
•مقطعِ غیرفشرده: تا رسیدنِ تنش در اجزایِ فشاری به آستانهیِ تنشِ تسلیم کمانشِ موضعی رخ نمیدهد — ولی تا لنگرِ پلاستیک دوام نمیآورد.
•مقطعِ فشردهیِ لرزهای: سختگیرانهترین رده — علاوه بر توسعهیِ کاملِ تنشِ تسلیم، باید کرنشِ فرا ارتجاعیِ کافی برایِ تشکیلِ مفصلِ پلاستیک با چرخشِ موردِنظر را هم بدونِ کمانشِ موضعی تحمل کند.
ترتیبِ سختگیری: لاغر ← غیرفشرده ← فشرده ← فشردهیِ لرزهای (سختگیرانهترین).
•مقطعِ با اجزایِ لاغر: نسبتِ پهنا به ضخامتِ دستِکم یک جزء چنان است که در محدودهیِ رفتارِ الاستیک در آن جزء کمانشِ موضعی رخ میدهد.
•مقطعِ با اجزایِ غیرلاغر: در محدودهیِ رفتارِ الاستیک در هیچ جزئی کمانشِ موضعی رخ نمیدهد.
•اجزایِ با یک لبهیِ مقید در برابرِ دو لبهیِ مقید: ورقِ تحتِ فشار یک یا دو لبهاش در راستایِ بارگذاری به بقیهیِ مقطع متصل است — این تفکیک مبنایِ جدولهایِ حدِ لاغری در ۱۰-۲-۲ است.
حالتهایِ کمانش
•کمانشِ خمشی: کمانشِ عضوِ فشاری با خم شدن حولِ یکی از محورهایِ اصلیِ مقطع.
•کمانشِ پیچشی و کمانشِ خمشی-پیچشی: حالتهایی که در مقاطعِ بازِ نامتقارن یا تکمحورِ متقارن (مثلِ نبشیِ تک و سپری) حاکم میشوند.
•کمانشِ جانبی-پیچشی (LTB): حالتِ حدیِ حاکم بر تیرهایِ خمشیِ مهارنشده — پایهیِ کلِ بخشِ ۱۰-۲-۵.
•کمانشِ موضعی: کمانشِ خودِ ورقهایِ تشکیلدهندهیِ مقطع پیش از آنکه کلِ عضو ناپایدار شود.
•کمانشِ برشی: کمانشِ جانِ تیر تحتِ تنشِ برشی — نقطهیِ شروعِ «عملِ میدانِ کششی».
•پایداری در برابرِ ناپایداری: پایداری یعنی تغییرِ کمِ بار یا هندسه، تغییرمکانِ بزرگ ایجاد نکند؛ ناپایداری دقیقاً عکسِ آن است.
انواعِ اتصالِ پیچی و رفتارِ اتصال
•اتصالِ اتکایی: انتقالِ برش از طریقِ اتکایِ بدنهیِ پیچ به جدارهیِ سوراخ؛ از مقاومت در برابرِ لغزش صرفنظر میشود.
•اتصالِ پیشتنیده: مکانیزمِ انتقالِ برش همان اتکایی است، ولی پیچها هنگامِ نصب باید پیشتنیده شوند.
•اتصالِ لغزشِ بحرانی: هیچ لغزشی بینِ سطوحِ تماس مجاز نیست و انتقالِ برش از طریقِ اصطکاکِ بینِ سطوحِ تماس انجام میشود.
تفکیکِ پرتکرارِ آزمون: اتکایی = اتکایِ بدنهیِ پیچ؛ لغزشِ بحرانی = اصطکاکِ سطوح. پیشتنیده بودن بهتنهایی اتصال را لغزشِ بحرانی نمیکند.
•اتصالِ ساده (مفصلی): از نظرِ دوران انعطافپذیر است و لنگری به تکیهگاه منتقل نمیکند.
•اتصالِ گیردارِ تیر به ستون: زاویهیِ بینِ تیر و ستون پس از تغییرشکل تقریباً بدون تغییر میماند و لنگرِ خمشیِ تیر به ستون منتقل میشود.
•اتصالِ گیردارِ پیشتأییدشده الزاماتش در ۱۰-۳-۷ است؛ اتصالِ گیردارِ تأییدشده طبقِ ۱۰-۳-۸ تأیید میشود.
•عملِ اهرمی: افزایشِ نیرویِ کششیِ پیچ در اثرِ اتکایِ لبهیِ ورقِ اتصالِ انتهایی به سطحِ تکیهگاه — در ورقهایِ انتهاییِ انعطافپذیر باید حتماً لحاظ شود.
•برشِ قالبی: گسیختگیِ کششی در راستایِ عمود بر نیرو، همراه با تسلیم یا گسیختگیِ برشی در راستایِ موازیِ نیرو.
•تأخیرِ برشی: توزیعِ غیریکنواختِ تنشِ کششی در ناحیهیِ اتصال — دلیلِ وجودِ «سطحِ مقطعِ خالصِ مؤثر».
انواعِ جوش
•جوشِ شیاری با نفوذِ کامل (CJP): فلزِ جوش در کلِ ضخامتِ ورقِ متصلشده نفوذ میکند.
•جوشِ شیاری با نفوذِ نسبی یا ناقص (PJP): فلزِ جوش فقط در بخشی از ضخامتِ ورق نفوذ میکند.
•جوشِ گوشه: مقطعِ عموماً مثلثی؛ در اتصالِ T، اتصالِ رویهم یا اتصالِ L به کار میرود.
•جوشِ گوشهیِ تقویتی: جوشِ گوشهای که رویِ جوشِ شیاری یا زیرِ آن اضافه میشود.
•جوشِ انگشتانه در برابرِ جوشِ کام: انگشتانه داخلِ سوراخِ دایرهای و کام داخلِ سوراخِ لوبیاییشکل اجرا میشود.
•جوشِ بحرانیِ لرزهای: جوشهایِ مشخصشده در فصلِ ۱۰-۳ که فلزِ جوششان باید مشخصاتِ ویژه داشته باشد.
•برگشتِ جوش: طولِ کوتاهی از جوشِ گوشه که در انتهایِ یک ضلع رویِ ضلعِ متقاطع برگردانده میشود تا زنجیرهیِ جوش ناگهانی قطع نشود.
سیستمهایِ باربرِ جانبیِ لرزهای (SFRS)
•قابِ خمشیِ فولادی در سه رده: معمولی، متوسط و ویژه — به ترتیبِ افزایشِ شکلپذیریِ موردِ انتظار.
•قابِ مهاربندیشدهیِ همگرا در دو رده: معمولی و ویژه.
•قابِ مهاربندیشدهیِ واگرا: در یک انتهایِ مهاربند محورهایِ تیر، ستون و مهاربند همگرا و در انتهایِ دیگر واگراست؛ شکلپذیری از تغییرشکلِ فرا ارتجاعیِ خمشی یا برشیِ تیرِ پیوند تأمین میشود.
•تیرِ پیوند: بخشی از تیر بینِ محلِ تقاطعِ دو مهاربند با تیر، یا بینِ تقاطعِ مهاربند با تیر تا وجهِ ستون.
•دورانِ تیرِ پیوند: تغییرمکانِ نسبیِ دو انتهایِ تیرِ پیوندِ عمود بر محورِ طولی، تقسیم بر طولِ تیرِ پیوند — شاملِ دورانِ الاستیک و غیرالاستیک.
•عضوِ مهاربندیِ کمانشتاب: هستهیِ فولادیِ باربر + غلافِ بیرونی؛ غلاف بدونِ مشارکت در باربریِ محوری فقط هسته را در برابرِ کمانش مهار میکند.
•دیوارِ برشیِ فولادیِ ویژه: ورقِ فولادیِ تقویتنشده محصور بینِ جزءِ مرزیِ افقی (HBE، تیرها) و جزءِ مرزیِ قائم (VBE، ستونها).
•ناحیهیِ حفاظتشده: ناحیهای که انتظار میرود تغییرشکلِ فرا ارتجاعی در آن تشکیل شود و باید عاری از هر عملیاتی باشد که عملکردِ شکلپذیرِ عضو را مخدوش کند؛ موقعیت و طولش در فصلِ ۱۰-۳ آمده.
•تیرهایِ با مقطعِ کاهشیافته: پهنایِ دو بال در ناحیهای مشخص کم میشود تا مفصلِ پلاستیک مطمئناً همانجا تشکیل شود و تقاضایِ نیروییِ اتصال، چشمهیِ اتصال و ستون کمتر شود.
اعضایِ مختلطِ فولادی-بتنی
•عضوِ مختلط: عضوی که بخشِ فولادی و بخشِ بتنیِ آن بهصورتِ مشترک باربری میکنند.
•تیرِ مختلطِ محاط در بتن: مقطعِ فولادی بهطورِ کامل داخلِ بتن مدفون است.
•تیرِ مختلطِ پرشده با بتن: برعکس — بخشِ بتنی بهطورِ کامل داخلِ مقطعِ فولادی قرار گرفته است.
•روشِ توزیعِ تنشِ پلاستیک: بخشِ فولادیِ مقطع کاملاً پلاستیک فرض میشود و دورترین تارِ فشاریِ بتن در آستانهیِ کرنشِ نهایی است.
•روشِ سازگاریِ کرنش: بر مبنایِ روابطِ تنش-کرنشِ مصالح، توزیعِ خطیِ کرنش در عمقِ مقطع و محدود کردنِ حداکثر کرنشِ فشاریِ بتن.
•برشِ افقی در تیرِ مختلط: نیرویِ برشیِ افقیِ بینِ تیرِ فولادی و دالِ بتنیِ متکی بر آن که از عملکردِ خمشیِ مختلط ناشی میشود — وظیفهیِ برشگیرها.
•ناحیهیِ انتقالِ بار: ارتفاعِ کلِ اتصالِ تیر به ستون که نیروهایِ خارجی از طریقِ آن به عضوِ مختلط منتقل میشود.
•پهنایِ مؤثر: پهنایِ کاهشیافتهیِ ورق یا دال که رفتارِ ناشی از توزیعِ یکنواختِ تنش در آن، معادلِ رفتارِ واقعیِ توزیعِ غیریکنواخت است.
تحلیلِ سازه و آثارِ مرتبهیِ دوم
•تحلیلِ الاستیکِ مرتبهیِ اول: تغییرشکلها کوچک فرض میشوند و رفتارِ مصالح در محدودهیِ الاستیک است.
•آثارِ P-δ: آثارِ اضافیِ بارها بهعلتِ تغییرشکل در طولِ عضو.
•آثارِ P-Δ: آثارِ اضافیِ بارها بهعلتِ تغییرمکانِ جانبیِ نسبیِ کلِ سیستمِ سازهای (برونمحوریِ دو انتهایِ عضو نسبت به هم).
تفکیکِ پرتکرار: دلتایِ کوچک = داخلِ عضو؛ دلتایِ بزرگ = کلِ طبقه یا سازه.
•بارِ جانبیِ فرضی: نیرویِ افقیِ فرضی برایِ منظور کردنِ آثارِ نواقصِ هندسیِ اولیه، که در محلِ اثرِ بارهایِ ثقلی اعمال میشود.
•ضریبِ طولِ مؤثر (K) و طولِ مؤثرِ عضو: مبنایِ محاسبهیِ لاغری و ظرفیتِ فشاری (پیوستِ ۲ به آن اختصاص دارد).
•انحنایِ ساده در برابرِ انحنایِ مضاعف: ساده یعنی در طولِ دهانه نقطهیِ عطف وجود ندارد؛ مضاعف یعنی دارد.
•عملِ میدانِ کششی: پس از کمانشِ قطریِ جان، نیرویِ کششی در جان توسعه مییابد و تعادل از طریقِ فشار در سختکنندههایِ عرضی برقرار میشود.
کنترلِ کیفیت و تضمینِ کیفیت
•کنترلِ کیفیت: سازنده و نصاب در حینِ اجرا کارِ انجامشده را با مشخصاتِ فنی مطابقت میدهند و بازرسی میکنند.
•تضمینِ کیفیت: شرکتِ عامل یا بازرسِ تضمینِ کیفیت انطباقِ کارِ اجراشده با مدارکِ فنیِ تأییدشده و استانداردهایِ مرجع را پیادهسازی میکند.
تفاوتِ کلیدی: بازرسِ تضمینِ کیفیت شخصِ حقیقی یا حقوقیِ مستقل است و بازرسی را قبل و حینِ اجرا سازماندهی میکند؛ بازرسِ کنترلِ کیفیت در حینِ اجرا و رویِ عملیاتِ اجراشده بازرسی میکند.
•آزمونِ غیرمخرب: آزمایشی که به عضوِ سازهای آسیب نمیزند و پیوستگیِ مصالح و اجزایِ مقطع را بههم نمیزند.
•آزمایشِ طاقتِ نمونهیِ شیاردادهشدهیِ شارپی: آزمایشِ دینامیکی که میزانِ جذبِ انرژیِ نمونهیِ فولادی را در برابرِ تردشکنی مشخص میکند.
•مشخصاتِ فنیِ عمومی در برابرِ خصوصی، و نقشههایِ طراحی: مدارکِ مبنایِ کنترل هستند.
سطحِ مقطعها و اجزایِ تقویتی
•سطحِ مقطعِ کلیِ عضو، سطحِ مقطعِ خالص (کل منهایِ تصویرِ سوراخها و شکافها) و سطحِ مقطعِ خالصِ مؤثر (خالص با اعمالِ اثرِ تأخیرِ برشی).
•مقطعِ تبدیلیافته: مقطعِ معادلِ مختلط پس از تبدیلِ بتن به فولادِ همارز.
•ورقِ پیوستگی: ورقِ تقویتی در امتدادِ بالهایِ تیر در چشمهیِ اتصال که به بال و جانِ ستون متصل میشود.
•ورقِ مضاعف: ورقِ اضافیِ موازیِ جان در ناحیهیِ چشمهیِ اتصال که مقاومتِ برشیِ چشمهیِ اتصال را زیاد میکند.
•چشمهیِ اتصال: ناحیهیِ جانِ ستون محصور بینِ بالهایِ ستون و ورقهایِ پیوستگی، که لنگرِ تیر را به ستون منتقل میکند و تنشِ برشیِ زیادی تحمل میکند.
•سختکننده و سختکنندهیِ عرضی، بست، ورقِ پرکننده، ورقِ پوششی و ورقِ دیافراگمی، اجزایِ تقویتیِ پرکاربردِ این مبحثاند.
•وصله: اتصالِ دو عضو در راستایِ تنشهایِ وارده، برایِ ساختنِ عضوی با طولِ بزرگتر.
•پیشخیز: انحنایِ ایجادشده در تیر یا خرپا قبل از بارگذاری برایِ جبرانِ تغییرمکانِ ناشی از بارِ ثقلی.
جدولِ مرورِ سریع
مقاومتِ طراحی (LRFD)مقاومتِ اسمی × ضریبِ کاهشِ مقاومت
مقاومتِ مجاز (ASD)مقاومتِ اسمی ÷ ضریبِ اطمینان
تعریفِ آماریِ تنشِ تسلیمِ مشخصه۵٪ احتمالِ نقض
تنشِ تسلیمِ موردِ انتظارFye = Ry × Fy
تنشِ کششیِ نهاییِ موردِ انتظارFue = Rt × Fu
ترتیبِ سختگیریِ ردهیِ مقطعلاغر ← غیرفشرده ← فشرده ← فشردهیِ لرزهای
اتصالِ اتکاییانتقالِ برش با اتکایِ بدنهیِ پیچ
اتصالِ لغزشِ بحرانیانتقالِ برش با اصطکاکِ سطوحِ تماس
CJP در برابرِ PJPنفوذ در کلِ ضخامت / بخشی از ضخامت
جوشِ انگشتانه / جوشِ کامسوراخِ دایرهای / سوراخِ لوبیایی
آثارِ P-δبهعلتِ تغییرشکل در طولِ عضو
آثارِ P-Δبهعلتِ تغییرمکانِ جانبیِ نسبیِ کلِ سازه
HBE / VBEجزءِ مرزیِ افقی (تیر) / قائم (ستون) دیوارِ برشیِ فولادی
غلافِ مهاربندِ کمانشتاببدونِ مشارکت در باربریِ محوری
اتصالِ گیردارِ پیشتأییدشده / تأییدشدهبندِ ۱۰-۳-۷ / بندِ ۱۰-۳-۸
ویرایشِ مرجعِ این مبحثویرایشِ پنجم (۱۴۰۱)
برو به آزمونِ همین فصل