مطالعه و خودآزمونِ مباحث‹مبحث ۱۰ — طرح و اجرایِ ساختمانهایِ فولادی‹پایداری و الزاماتِ مقاطع‹درسنامه
مبحث ۱۰ — طرح و اجرایِ ساختمانهایِ فولادی
درسنامه — پایداری و الزاماتِ مقاطع
خلاصهیِ بندهایِ ۱۰-۲-۱ و ۱۰-۲-۲، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
نقشهیِ فصلِ ۱۰-۲ (الزاماتِ طراحی)
•فصلِ ۱۰-۲ ده بخش دارد: ۱۰-۲-۱ پایداری، ۱۰-۲-۲ مقاطع، ۱۰-۲-۳ کشش، ۱۰-۲-۴ فشار، ۱۰-۲-۵ خمش، ۱۰-۲-۶ برش، ۱۰-۲-۷ ترکیبِ نیروها، ۱۰-۲-۸ اعضایِ مختلط، ۱۰-۲-۹ اتصالات، ۱۰-۲-۱۰ حالتهایِ حدیِ بهرهبرداری.
تبصرهیِ مهم: الزاماتِ این فصل عمدتاً بر اساسِ حالتهایِ حدیِ مقاومت تنظیم شده؛ برایِ حالتهایِ حدیِ بهرهبرداری باید بخشِ ۱۰-۲-۱۰ توأم با قضاوتِ مهندسی به کار رود.
•رعایتِ این فصل بهتنهایی کافی نیست — همراه با فصلهایِ ۱۰-۱، ۱۰-۳ و ۱۰-۴ الزامی است.
پنج اثری که برایِ تأمینِ پایداری باید لحاظ شود (۱۰-۲-۱-۱)
•۱) تغییرشکلهایِ محوری، خمشی و برشیِ اعضا و تغییرشکلِ سایرِ اجزا (نظیرِ اتصالات) که در جابجاییِ سازه مؤثرند.
•۲) آثارِ مرتبهیِ دوم، شاملِ هر دو اثرِ P-δ و P-Δ.
•۳) نواقصِ هندسی، شاملِ کجی و ناشاقولی.
•۴) کاهشِ سختیِ اعضا ناشی از رفتارِ غیرالاستیک و اثرِ تنشهایِ پسماند.
•۵) عدمِ قطعیت در برآوردِ سختی و مقاومت.
برایِ پوششِ این پنج اثر، فقط دو روش مجاز است: روشِ تحلیلِ مستقیم و روشِ طولِ مؤثر.
آثارِ مرتبهیِ دوم و روشهایِ تحلیلِ آن (۱۰-۲-۱-۲ و ۱۰-۲-۱-۴)
•P-δ: آثارِ اضافیِ بارها بهعلتِ تغییرشکل در فاصلهیِ دو انتهایِ خودِ عضو.
•P-Δ: آثارِ اضافیِ بارها بهعلتِ تغییرمکانِ جانبیِ نسبیِ کلِ سیستمِ سازهای — که از برونمحوریِ یک انتهایِ عضو نسبت به انتهایِ دیگر ناشی میشود.
•دو روشِ مجازِ تحلیلِ مرتبهیِ دوم: (الف) تحلیلِ الاستیکِ مرتبهیِ دوم، (ب) تحلیلِ الاستیکِ مرتبهیِ اولِ تشدیدیافته — که الزاماتش در پیوستِ ۳ آمده است.
نکتهیِ بسیار پرتکرار (تبصرهیِ ۱): در LRFD تحلیلِ مرتبهیِ دوم مستقیماً تحتِ ترکیباتِ همان روش انجام میشود؛ ولی در ASD باید تحلیل تحتِ ۱٫۶ برابرِ ترکیباتِ ASD انجام شود و سپس همهیِ نتایج بر ۱٫۶ تقسیم شوند.
•دلیلِ آن ضریبِ ۱٫۶: آثارِ مرتبهیِ دوم غیرخطیاند، پس باید در ترازِ بارِ نهایی محاسبه و بعد به ترازِ بارِ بهرهبرداری برگردانده شوند.
•تبصرهیِ ۲ — شرایطِ صرفنظر از P-δ (با تشدیدِ لنگرها با ضریبِ B1 طبقِ پیوستِ ۳): ۱) بارهایِ ثقلی عمدتاً توسطِ ستونها، دیوارها یا قابهایِ قائم تحمل شود، ۲) نسبتِ تغییرمکانِ مرتبهیِ دوم به اول (یا تقریباً B2) در تمامِ طبقات ≤ ۱٫۷ باشد، ۳) حداکثر یکسومِ بارهایِ ثقلیِ کلِ سازه توسطِ ستونهایِ قابهایِ خمشی تحمل شود.
روشِ تحلیلِ مستقیم (۱۰-۲-۱-۵-۱)
محدودیت: هیچ محدودیتی ندارد — برایِ تمامِ سازههایِ فولادی و مختلط مجاز است. این تفاوتِ اصلیاش با روشِ طولِ مؤثر است.
•الزامِ ۱: تحلیل باید یکی از روشهایِ مرتبهیِ دوم باشد.
•الزامِ ۲: آثارِ نواقصِ هندسیِ اولیه در تحلیلِ مرتبهیِ دوم منظور شود.
•الزامِ ۳: تحلیلِ مرتبهیِ دوم بر اساسِ سختیِ کاهشیافته انجام شود.
الزامِ ۴ (نکتهیِ کلیدی): مقاومتِ موجودِ همهیِ اعضایِ فشاری با ضریبِ طولِ مؤثرِ برابرِ یک (K = ۱) تعیین میشود — در این روش اصلاً سراغِ پیوستِ ۲ نمیرویم.
بارِ جانبیِ فرضی و نواقصِ هندسیِ اولیه (۱۰-۲-۱-۵-۱-۱)
•نواقصِ هندسی یا باید مستقیماً مدل شوند، یا — در سازههایی که بارِ ثقلی عمدتاً توسطِ ستونها، دیوارها یا قابهایِ قائم تحمل میشود — با اعمالِ بارِ جانبیِ فرضی در طبقات جایگزین شوند.
ضریبِ بارِ جانبیِ فرضی: Ni = ۰٫۰۰۲ × Yi، که Yi بارِ ثقلیِ طبقهیِ i متناسب با ضرایبِ بارِ همان ترکیبِ بارگذاری است.
•توزیعِ بارِ جانبیِ فرضی در کفِ هر طبقه باید مشابهِ توزیعِ بارهایِ ثقلیِ همان طبقه باشد.
بارِ جانبیِ فرضی باید به کلیهیِ ترکیباتِ بارگذاری اضافه شود؛ استثنا: اگر نسبتِ تغییرمکانِ مرتبهیِ دوم به اول (یا تقریباً B2) در همهیِ طبقات ≤ ۱٫۷ باشد، میتوان آن را فقط در ترکیباتِ بارِ ثقلی منظور کرد.
•بارهایِ جانبیِ فرضی باید در راستایی اعمال شوند که بیشترین اثرِ ناپایداری را دارد؛ در ترکیباتِ ثقلی بهصورتِ مجزا در دو راستایِ متعامد و رفتوبرگشتی.
تبصرهیِ مهم: اعمالِ نواقصِ هندسیِ اولیه فقط برایِ تعیینِ مقاومتهایِ موردنیاز است — برایِ کنترلِ دریفت، خیزِ تیر، ارتعاش و محاسبهیِ زمانِ تناوب لازم نیست.
کاهشِ سختیِ اعضا (۱۰-۲-۱-۵-۱-۲)
گامِ ۱: ضریبِ کاهشِ ۰٫۸ برایِ کلیهیِ سختیهایی که در پایداریِ سازه مؤثرند (اعمالش به همهیِ اعضا، حتی بیتأثیرها، هم مجاز است).
•گامِ ۲: علاوه بر ۰٫۸، یک ضریبِ کاهشِ اضافیِ τb فقط رویِ سختیِ خمشی اعضایِ مؤثر در پایداری اعمال میشود؛ τb تابعِ نسبتِ مقاومتِ محوریِ فشاریِ موردنیاز به مقاومتِ تسلیمِ محوریِ عضو است.
•اگر عضوِ فشاری لاغر باشد، در تعیینِ مقاومتِ تسلیمِ محوری باید از مساحتِ مؤثرِ مقطع استفاده شود.
استثنا: در اعضایِ با مقطعِ مختلطِ پرشده با بتن یا محاط در بتن، مقدارِ τb برابرِ ۰٫۸ در نظر گرفته میشود.
میانبرِ مجاز: میتوان τb را برایِ همهیِ نسبتها برابرِ یک فرض کرد، مشروط بر اعمالِ یک بارِ جانبیِ فرضیِ اضافیِ ۰٫۰۰۱ × Yi به همهیِ طبقات — این بارِ اضافی باید در همهیِ ترکیبات (حتی ترکیباتِ شاملِ بارِ جانبی) منظور شود.
•اگر مقرراتِ مصالحِ دیگری (غیرِ فولاد) ضریبِ کاهشِ سختیِ کوچکتری الزام کند، همان ضریبِ کوچکتر ملاک است.
تبصره: سختیِ کاهشیافته هم فقط برایِ تعیینِ مقاومتهایِ موردنیاز است و برایِ کنترلِ دریفت، خیز، ارتعاش و زمانِ تناوب نباید استفاده شود.
روشِ طولِ مؤثر و مقایسه با تحلیلِ مستقیم (۱۰-۲-۱-۵-۲)
•محدودیتِ ۱: بارهایِ ثقلی عمدتاً توسطِ ستونها، دیوارها یا قابهایِ قائم تحمل شوند.
محدودیتِ ۲ (عددِ کلیدی): نسبتِ تغییرمکانِ جانبیِ مرتبهیِ دوم به مرتبهیِ اول (یا تقریباً B2) در کلیهیِ طبقات باید ≤ ۱٫۵ باشد — اگر سازه نرمتر از این باشد، روشِ طولِ مؤثر مجاز نیست.
•الزامِ ۱: تحلیلِ مرتبهیِ دوم، ولی بدونِ هیچگونه کاهشِ سختی.
•الزامِ ۲: آثارِ نواقصِ هندسیِ اولیه همچنان باید منظور شود.
الزامِ ۳: مقاومتِ موجودِ اعضایِ فشاری بر اساسِ ضریبِ طولِ مؤثر K تعیین میشود که متناسب با نوعِ سیستمِ باربر از پیوستِ ۲ به دست میآید.
جمعبندیِ مقایسه — تحلیلِ مستقیم: بدونِ محدودیت، با کاهشِ سختی، K=۱. طولِ مؤثر: محدود به B2 ≤ ۱٫۵، بدونِ کاهشِ سختی، K از پیوستِ ۲.
•خلاصهیِ هر دو روش در جدولِ ۱۰-۲-۱-۱ آمده است.
طبقهبندیِ مقاطع از منظرِ کمانشِ موضعی (۱۰-۲-۲-۲)
برایِ فشارِ محوری مقاطع فقط به دو گروه تقسیم میشوند: مقاطعِ با اجزایِ غیرلاغر و مقاطعِ با اجزایِ لاغر (مرجع: جدولهایِ ۱۰-۲-۲-۱ و ۱۰-۲-۲-۲).
برایِ لنگرِ خمشی مقاطع به سه گروه تقسیم میشوند: فشرده، غیرفشرده و با اجزایِ لاغر (مرجع: جدولهایِ ۱۰-۲-۲-۳ و ۱۰-۲-۲-۴).
•این تفاوتِ «دو گروه در فشار، سه گروه در خمش» یکی از پرتکرارترین نکاتِ آزمونیِ این بخش است.
شرطِ اضافیِ مقطعِ فشرده: علاوه بر محدودیتِ نسبتِ پهنا به ضخامت، بالها باید بهطورِ سراسری و پیوسته به جان یا جانها متصل باشند.
•مقطعِ غیرفشرده: نسبتِ پهنا به ضخامتِ یک یا چند جزء از حدِ فشردگی بیشتر ولی از حدِ لاغری کمتر است.
•مقطعِ با اجزایِ لاغر: دستِکم یکی از اجزایِ فشاری از حدِ لاغری فراتر رفته است.
پهنایِ آزادِ اجزا (۱۰-۲-۲-۳ و ۱۰-۲-۲-۴)
•اجزایِ با یک لبهیِ مقید: فقط در یک لبه و در امتدادِ موازی با نیرویِ فشاری به اجزایِ دیگر متصلاند.
بالِ نیمرخِ I و سپری (T): پهنایِ آزاد b = نصفِ پهنایِ کلِ بال.
ساقِ نبشی (L)، بالِ ناودانی (U) و نیمرخِ Z: پهنایِ آزاد b = کلِ بعدِ اسمیِ بال (نه نصف).
•مقطعِ ساختهشده از ورق: b = فاصلهیِ لبهیِ آزاد تا اولین ردیفِ پیچ یا خطِ جوش.
•تیغه (جانِ) نیمرخِ سپری T: پهنایِ آزاد d = ارتفاعِ کلِ مقطعِ سپری.
•اجزایِ با دو لبهیِ مقید: در هر دو لبه و در امتدادِ موازی با نیرویِ فشاری متصلاند.
•جانِ مقاطعِ نوردشده: h = فاصلهیِ بینِ نقاطِ شروعِ گردیِ ریشهیِ اتصالِ جان به بال.
•جانِ مقاطعِ ساختهشده از ورق: h = فاصلهیِ بینِ نزدیکترین دو ردیفِ پیچ؛ و اگر جوشی باشد، h = فاصلهیِ خالصِ بینِ دو بال.
جدولِ مرورِ سریع
تعدادِ بخشهایِ فصلِ ۱۰-۲۱۰ بخش
روشهایِ مجازِ تأمینِ پایداریتحلیلِ مستقیم و طولِ مؤثر
محدودیتِ روشِ تحلیلِ مستقیمندارد
سقفِ B2 برایِ روشِ طولِ مؤثر۱٫۵
آستانهیِ B2 برایِ صرفنظر از P-δ و سادهسازیِ بارِ فرضی۱٫۷
ضریبِ تحلیلِ مرتبهیِ دوم در ASDتحلیل با ۱٫۶ برابر، سپس تقسیم بر ۱٫۶
ضریبِ بارِ جانبیِ فرضیNi = ۰٫۰۰۲ × Yi
بارِ جانبیِ فرضیِ اضافی وقتی τb = ۱۰٫۰۰۱ × Yi
ضریبِ کاهشِ سختیِ پایه۰٫۸
τb در اعضایِ مختلطِ پرشده یا محاط در بتن۰٫۸
ضریبِ طولِ مؤثر در روشِ تحلیلِ مستقیمK = ۱
سهمِ مجازِ ستونهایِ قابِ خمشی از بارِ ثقلی (شرطِ حذفِ P-δ)حداکثر یکسوم
گروههایِ مقطع در فشارِ محوری۲ گروه: غیرلاغر و لاغر
گروههایِ مقطع در لنگرِ خمشی۳ گروه: فشرده، غیرفشرده، لاغر
پهنایِ آزادِ بالِ I و Tنصفِ پهنایِ کل
پهنایِ آزادِ ساقِ نبشی و بالِ ناودانیکلِ بعدِ اسمی
برو به آزمونِ همین فصل