قاب‌های خمشی فولادی — مبحث ۱۰ مقررات ملی ساختمان (فصل ۱۱)
خلاصه درسنامه، نکات کلیدی و نمونه سوال «قاب‌های خمشی فولادی» (بند ۱۰-۳-۳) از مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی). این فصل در آزمون تعاملی سایت ۱۸ سوال دارد.
فهرست مطالب
- نردبان سه‌پله‌ای قاب‌های خمشی
- قاب‌های خمشی معمولی — OMF (۱۰-۳-۳-۱)
- رده‌ی مقاطع و مهار جانبی تیرها در IMF و SMF
- مهار جانبی بال‌های ستون
- ورق‌های مضاعف چشمه‌ی اتصال
- ورق‌های پیوستگی
- استثناهای ستون‌ها در الزامات سخت‌گیرانه
- قاب خمشی خرپایی ویژه (STMF) و سیستم کنسولی ویژه (SCCS)
خلاصه درسنامه
نردبان سه‌پله‌ای قاب‌های خمشی
- **OMF (معمولی)**: انتظار تغییرشکل‌های فرا ارتجاعی **حداقلی**؛ به همین دلیل مقررات تکمیلی حداقلی دارد.
- **IMF (متوسط)**: توانایی تحمل تغییرشکل‌های فرا ارتجاعی **محدود**.
- **SMF (ویژه)**: توانایی تحمل تغییرشکل‌های فرا ارتجاعی **قابل ملاحظه**.
- ⚠️ عدد تعریف‌کننده‌ی IMF: اتصالات خمشی تیر به ستون باید دوران حداقل **۰٫۰۲ رادیان** را بدون کاهش قابل توجه مقاومت تحمل کنند.
- ⚠️ عدد تعریف‌کننده‌ی SMF: همان توانایی، ولی در دوران حداقل **۰٫۰۴ رادیان** — یعنی دو برابر IMF.
- ⚠️ راه احراز این شرط: **آزمایش‌های بخش ۱۰-۳-۸**؛ و در صورت عدم انجام آزمایش، استفاده از **اتصالات پیش‌تأییدشده‌ی بخش ۱۰-۳-۷** بلامانع است.
- در هر سه سیستم، علاوه بر الزامات این بخش باید الزامات فصل‌های ۱۰-۱، ۱۰-۲ و بخش ۱۰-۳-۲ هم رعایت شود.
قاب‌های خمشی معمولی — OMF (۱۰-۳-۳-۱)
- سبک‌ترین سطح الزامات؛ فقط «مقررات تکمیلی حداقلی» دارد.
- ⚠️ محدودیت مقطع تیر: در **دو انتهای تیر، در طولی برابر عمق تیر**، هرگونه تغییر در پهنای بال یا ضخامت بال **مجاز نیست**.
- ⚠️ در سایر نواحی تیر، تغییر تدریجی از ورق بزرگ‌تر به کوچک‌تر باید با شیب حداکثر **۱٫۰ به ۲٫۵** انجام شود.
- منطق این قاعده: دو انتهای تیر جایی است که مفصل پلاستیک تشکیل می‌شود؛ هر ناپیوستگی هندسی آن‌جا تمرکز تنش و شکست زودرس ایجاد می‌کند.
رده‌ی مقاطع و مهار جانبی تیرها در IMF و SMF
- ⚠️ در هر دو سیستم IMF و SMF، اجزای مقاطع **تیرها و ستون‌ها** باید از نوع **فشرده‌ی لرزه‌ای** باشند (با حدود جدول ۱۰-۳-۲-۴).
- تفاوت در مقدار حد لاغری است: SMF حد سخت‌گیرانه‌تری نسبت به IMF دارد.
- ⚠️ کلیه‌ی تیرهای باربر لرزه‌ای باید مهار جانبی کافی داشته باشند، به‌طوری‌که در تعیین مقاومت خمشی اسمی، **کمانش جانبی-پیچشی تعیین‌کننده نباشد**.
- مهار جانبی باید در محل اتصال، از **تغییرمکان جانبی هر دو بال تیر** یا از **پیچش کل مقطع** به‌طور مؤثر جلوگیری کند.
- ⚠️ چهار محلی که مهار جانبی **اضافی** الزامی است: محل بارهای متمرکز خارجی، محل تغییر مقطع تیر، محل‌هایی که تحلیل احتمال تشکیل مفصل پلاستیک را نشان می‌دهد، و محل‌هایی که بخش ۱۰-۳-۷ برای اتصالات پیش‌تأییدشده پیش‌بینی کرده است.
مهار جانبی بال‌های ستون
- ⚠️ بال‌های ستون در **تراز بال بالا و پایین تیر** باید مهار جانبی داشته باشند.
- ⚠️ هر مهار جانبی باید برای مقاومت موردنیاز برابر **۲ درصد مقاومت موجود بال تیر** طراحی شود.
- **مهار مستقیم**: استفاده از یک عضو یا دال عرشه و اتصال آن به بال ستون.
- **مهار غیرمستقیم**: مهاری که مستقیما به بال ستون وصل نمی‌شود، بلکه از طریق **ورق‌های پیوستگی** و اتصال ورق برش جان تیر متعامد به جان ستون (در حدفاصل ورق‌های پیوستگی) تأمین می‌گردد.
ورق‌های مضاعف چشمه‌ی اتصال
- ⚠️ حداقل ضخامت ورق مضاعف: **۶ میلی‌متر**.
- ⚠️ تعریف «در تماس»: اگر فاصله‌ی بین ورق مضاعف و جان ستون **کوچک‌تر یا مساوی ۲ میلی‌متر** باشد، ورق در تماس با جان قلمداد می‌شود و می‌تواند در یک یا هر دو طرف جان تعبیه شود.
- ⚠️ در غیر این‌صورت (فاصله‌ی بیشتر از ۲ میلی‌متر)، ورق‌های مضاعف باید **به‌صورت متقارن و در هر دو طرف** جان ستون به کار روند.
- ⚠️ اگر **ورق پیوستگی لازم نباشد**: ورق‌های مضاعف باید حداقل **۱۵۰ میلی‌متر** از بالا و پایین بال‌های تیر ادامه یافته و با **جوش گوشه** به جان ستون جوش شوند.
- ⚠️ اگر **ورق پیوستگی وجود داشته باشد**: ورق مضاعف در محل ورق پیوستگی **قطع** شده و با جوش شیاری (کامل یا ناقص) یا جوش گوشه به آن جوش می‌شود؛ مقاومت موردنیاز این جوش حداقل **۰٫۷۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف** است.
ورق‌های پیوستگی
- ⚠️ جوش ورق پیوستگی به **بال ستون** باید از نوع **جوش شیاری با نفوذ کامل (CJP)** باشد.
- ⚠️ استثنا: اگر ضخامت ورق پیوستگی **کوچک‌تر یا مساوی ۲۰ میلی‌متر** باشد، استفاده از **جوش گوشه‌ی دوطرفه** هم مجاز است.
- ⚠️ در صورت استفاده از جوش گوشه‌ی دوطرفه، بعد جوش در هر طرف نباید از **۰٫۷۵ ضخامت ورق پیوستگی** کوچک‌تر باشد.
- ورق پیوستگی نیروی متمرکز بال تیر را به جان ستون منتقل می‌کند و از خمش موضعی بال ستون جلوگیری می‌کند.
استثناهای ستون‌ها در الزامات سخت‌گیرانه
- ⚠️ استثنای اول: ستون‌هایی از یک طبقه که مجموع مقاومت برشی موجودشان کمتر از **۲۰ درصد** کل مقاومت برشی ستون‌های آن طبقه باشد، **و** مجموع مقاومت آن‌هایی که روی یک محورند کمتر از **۳۳ درصد** کل مقاومت آن محور باشد.
- ⚠️ تعریف «محور ستون»: محور یا محورهای موازی که در فاصله‌ی کمتر از **۱۰ درصد بعد پلان طبقه** (در جهت عمود بر محور) از یکدیگر قرار گرفته‌اند.
- ⚠️ استثنای دوم: ستون‌های طبقه‌ای که نسبت «مجموع مقاومت برشی موجود به مقاومت برشی موردنیاز ستون‌ها» در آن، **۵۰ درصد بیشتر** از همین نسبت در طبقه‌ی فوقانی باشد.
- منطق: این ستون‌ها عملا سهم ناچیزی در باربری جانبی دارند یا ظرفیت ذخیره‌ی کافی دارند، پس نیازی به سخت‌گیری کامل لرزه‌ای ندارند.
قاب خمشی خرپایی ویژه (STMF) و سیستم کنسولی ویژه (SCCS)
- ⚠️ در STMF، اجزای مقطع ستون‌ها باید **فشرده‌ی لرزه‌ای** باشند و استفاده از **ستون‌های با مقطع متشکل از چند نیمرخ بست‌دار مجاز نیست**.
- در «بخش ویژه»ی خرپا، اجزای مقاطع بال‌ها و اعضای قائم هم باید فشرده‌ی لرزه‌ای باشند.
- ⚠️ در همان بخش ویژه، نسبت عرض به ضخامت اعضای قطری با تسمه‌های نوردشده نباید از **۲٫۵** بیشتر باشد.
- ایده‌ی STMF: شکل‌پذیری در یک «بخش ویژه»ی میانی خرپا متمرکز می‌شود و بقیه‌ی خرپا الاستیک می‌ماند.
- SCCS (سیستم کنسولی فولادی ویژه) پنجمین سیستم بخش ۱۰-۳-۳ است و شکل‌پذیری‌اش از مفصل پلاستیک پای ستون کنسولی تأمین می‌شود.
اعداد و ضوابط کلیدی این فصل
| موضوع | مقدار / ضابطه |
|---|---|
| پنج سیستم بخش ۱۰-۳-۳ | OMF، IMF، SMF، STMF، SCCS |
| دوران لازم اتصال IMF | ۰٫۰۲ رادیان |
| دوران لازم اتصال SMF | ۰٫۰۴ رادیان |
| راه احراز دوران | آزمایش ۱۰-۳-۸ یا اتصال پیش‌تأییدشده‌ی ۱۰-۳-۷ |
| ممنوعیت تغییر بال در OMF | در طولی برابر عمق تیر در دو انتها |
| حداکثر شیب تغییر تدریجی ورق | ۱٫۰ به ۲٫۵ |
| رده‌ی مقاطع IMF و SMF | فشرده‌ی لرزه‌ای (جدول ۱۰-۳-۲-۴) |
| نیروی طراحی مهار جانبی بال ستون | ۲٪ مقاومت موجود بال تیر |
| حداقل ضخامت ورق مضاعف | ۶ میلی‌متر |
| مرز «در تماس» بودن ورق مضاعف | فاصله ≤ ۲ میلی‌متر |
| ادامه‌ی ورق مضاعف بدون ورق پیوستگی | ۱۵۰ میلی‌متر از بالا و پایین بال تیر |
| جوش ورق مضاعف به ورق پیوستگی | ≥ ۰٫۷۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف |
| جوش ورق پیوستگی به بال ستون | CJP؛ یا گوشه‌ی دوطرفه اگر ضخامت ≤ ۲۰ میلی‌متر |
| بعد جوش گوشه‌ی دوطرفه | ≥ ۰٫۷۵ ضخامت ورق پیوستگی |
| آستانه‌ی استثنای ستون | < ۲۰٪ برش طبقه و < ۳۳٪ برش محور |
| تعریف محور ستون | فاصله‌ی کمتر از ۱۰٪ بعد پلان طبقه |
| ستون بست‌دار در STMF | مجاز نیست |
| نسبت عرض به ضخامت قطری تسمه‌ای STMF | حداکثر ۲٫۵ |
نمونه سوال با پاسخ تشریحی
سوال ۱: اتصالات خمشی تیر به ستون در قاب‌های خمشی **ویژه (SMF)** باید توانایی تحمل چه دورانی را داشته باشند؟
الف) ۰٫۰۱ رادیان
ب) ۰٫۰۲ رادیان
ج) ۰٫۰۳ رادیان
د) ۰٫۰۴ رادیان
پاسخ صحیح: گزینه د — ۰٫۰۴ رادیان
طبق ۱۰-۳-۳-۳، اتصالات خمشی SMF باید دوران حداقل ۰٫۰۴ رادیان را بدون کاهش قابل توجه در مقاومت موجود تحمل کنند — دو برابر IMF که ۰٫۰۲ رادیان است.
طبق ۱۰-۳-۳-۳، اتصالات خمشی SMF باید دوران حداقل ۰٫۰۴ رادیان را بدون کاهش قابل توجه در مقاومت موجود تحمل کنند — دو برابر IMF که ۰٫۰۲ رادیان است.
سوال ۲: در قاب خمشی معمولی (OMF)، تغییر در پهنا یا ضخامت بال تیر در چه ناحیه‌ای مجاز نیست؟
الف) در وسط دهانه، به طول عمق تیر
ب) در دو انتهای تیر، در طولی برابر عمق تیر
ج) در دو انتهای تیر، در طولی برابر دو برابر عمق تیر
د) در سرتاسر طول تیر
پاسخ صحیح: گزینه ب — در دو انتهای تیر، در طولی برابر عمق تیر
طبق بند ت از ۱۰-۳-۳-۱، در دو انتهای تیر در طولی برابر عمق تیر، ایجاد هرگونه تغییر در پهنای بال یا ضخامت بال مجاز نیست — چون همان‌جا مفصل پلاستیک تشکیل می‌شود.
طبق بند ت از ۱۰-۳-۳-۱، در دو انتهای تیر در طولی برابر عمق تیر، ایجاد هرگونه تغییر در پهنای بال یا ضخامت بال مجاز نیست — چون همان‌جا مفصل پلاستیک تشکیل می‌شود.
سوال ۳: کدام مورد جزو محل‌هایی که تعبیه‌ی مهار جانبی **اضافی** الزامی است، **نیست**؟
الف) محل اعمال بارهای متمرکز خارجی
ب) محل تغییر مقطع تیر
ج) محل احتمالی تشکیل مفصل پلاستیک
د) وسط دهانه‌ی هر تیر، بدون استثنا
پاسخ صحیح: گزینه د — وسط دهانه‌ی هر تیر، بدون استثنا
چهار محل الزامی عبارت‌اند از: بارهای متمرکز خارجی، تغییر مقطع تیر، محل احتمالی مفصل پلاستیک، و محل‌هایی که بخش ۱۰-۳-۷ برای اتصالات پیش‌تأییدشده پیش‌بینی کرده است. «وسط دهانه به‌طور مطلق» جزو این فهرست نیست.
چهار محل الزامی عبارت‌اند از: بارهای متمرکز خارجی، تغییر مقطع تیر، محل احتمالی مفصل پلاستیک، و محل‌هایی که بخش ۱۰-۳-۷ برای اتصالات پیش‌تأییدشده پیش‌بینی کرده است. «وسط دهانه به‌طور مطلق» جزو این فهرست نیست.
سوال ۴: در صورتی که نیاز به ورق پیوستگی نباشد، ورق مضاعف باید چقدر از بالا و پایین بال‌های تیر ادامه یابد؟
الف) ۱۰۰ میلی‌متر
ب) ۱۵۰ میلی‌متر
ج) ۲۰۰ میلی‌متر
د) ۳۰۰ میلی‌متر
پاسخ صحیح: گزینه ب — ۱۵۰ میلی‌متر
طبق بند ۴ از ضوابط ورق مضاعف، در این حالت ورق‌های مضاعف باید حداقل ۱۵۰ میلی‌متر از بالا و پایین بال‌های فوقانی و تحتانی تیر ادامه یافته و با جوش گوشه به جان ستون جوش شوند.
طبق بند ۴ از ضوابط ورق مضاعف، در این حالت ورق‌های مضاعف باید حداقل ۱۵۰ میلی‌متر از بالا و پایین بال‌های فوقانی و تحتانی تیر ادامه یافته و با جوش گوشه به جان ستون جوش شوند.
سوال ۵: وقتی ورق پیوستگی وجود دارد، مقاومت موردنیاز جوش ورق مضاعف به ورق پیوستگی حداقل چقدر است؟
الف) ۰٫۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف
ب) ۰٫۷۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف
ج) برابر مقاومت برشی موجود ورق مضاعف
د) ۲۵ درصد مقاومت برشی ورق مضاعف
پاسخ صحیح: گزینه ب — ۰٫۷۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف
طبق بند ۵ از ضوابط ورق مضاعف، ورق‌های مضاعف در محل ورق‌های پیوستگی قطع شده و مقاومت موردنیاز جوش شیاری با نفوذ ناقص یا جوش گوشه باید حداقل برابر ۰٫۷۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف باشد.
طبق بند ۵ از ضوابط ورق مضاعف، ورق‌های مضاعف در محل ورق‌های پیوستگی قطع شده و مقاومت موردنیاز جوش شیاری با نفوذ ناقص یا جوش گوشه باید حداقل برابر ۰٫۷۵ مقاومت برشی موجود ورق مضاعف باشد.
سوال ۶: در قاب خمشی خرپایی ویژه (STMF)، استفاده از چه نوع ستونی مجاز **نیست**؟
الف) ستون با مقطع I نوردشده
ب) ستون با مقطع قوطی
ج) ستون با مقطع متشکل از چند نیمرخ بست‌دار
د) ستون با مقطع ساخته‌شده از ورق
پاسخ صحیح: گزینه ج — ستون با مقطع متشکل از چند نیمرخ بست‌دار
طبق بند الف از ۱۰-۳-۳-۴، اجزای مقطع ستون‌ها باید از نوع فشرده‌ی لرزه‌ای باشند و استفاده از ستون‌های با مقطع متشکل از چند نیمرخ بست‌دار مجاز نیست.
طبق بند الف از ۱۰-۳-۳-۴، اجزای مقطع ستون‌ها باید از نوع فشرده‌ی لرزه‌ای باشند و استفاده از ستون‌های با مقطع متشکل از چند نیمرخ بست‌دار مجاز نیست.
سایر فصل‌های مبحث ۱۰
فصل ۱: تعاریففصل ۲: الزامات عمومیفصل ۳: پایداری و الزامات مقاطعفصل ۴: اعضای کششیفصل ۵: اعضای فشاریفصل ۶: لنگر خمشیفصل ۷: برش و ترکیب نیروهافصل ۸: اعضای مختلطفصل ۹: اتصالات و بهره‌برداریفصل ۱۰: دامنه و الزامات لرزه‌ای عمومیفصل ۱۲: قاب‌های مهاربندی‌شده و دیوار برشیفصل ۱۳: سیستم‌های لرزه‌ای مختلطفصل ۱۴: اتصالات پیش‌تأییدشده و روش تأییدفصل ۱۵: ساخت، نصب و جوشفصل ۱۶: پیچ، انبار و رنگ‌آمیزیفصل ۱۷: رواداری‌ها و کنترل کیفیتفصل ۱۸: پیوست‌های ۱ تا ۶
مباحث مرتبط
مبحث ۱۰: طرح و اجرای ساختمان‌های فولادیهمه مباحث ۲۴گانهآزمون آنلاینابزارهای محاسباتی