بررسي اثر بازشوها در كاهش سختي دال‌هاي بتن آرمه در قالب‌هاي بتني
نويسنده: دكتر ايزدي‌نيا (1)، مسعود كريمي (2)
The effect of back wash study in the decreasing hardness of reinforced concrete slabe in the concerte frames
از اين رو، در اين مقاله تلاش شده است كه اثر بازشوها به عنوان يكي از عوامل كاهنده‌ي سختي و صلبيت ديافراگم‌ها مورد بررسي قرار گيرد. براي فراهم آمدن امكان بررسي موضوع، از يك قاب سه طبقه و سه دهانه در هر راستا با سقف‌هايي از نوع دال بتني استفاده شده است و قاب مذكور در حالات مختلفي از بازشوهاي مستطيلي شكل تعبيه شده در پانلي از آن، و با اعمال نيروي زلزله مورد بررسي قرار گرفته است.
در هر بار آناليز از يك بازشو با ابعاد و موقعيت قرارگيري مشخصي در قالب استفاده شده و نتيايج حاصل از آن، با نتايج حاصل از حالت قاب بدون بازشو مقايسه شده است، و ميزان تغييرات در سختي دال‌ها به صورت غيرمستقيم با بررسي تنش‌هاي اصلي كششي در آن‌ها به دست آمده‌اند.
در پايان مشاهده خواهد شد كه در اثر اعمال داكت‌ها، سختي دال كاهش مي‌يابد و هر چه وسعت داكت بيش‌تر باشد، كاهش سختي و صلبيت دال نيز بيش‌تر خواهد بود، كه در اين ميان علاوه بر ضوابط آيين‌نامه‌ي 2800، از تغييرات تنش كششي اصلي در بررسي عملكرد صلب سازه نيز استفاده شده است، همچنين پس از مدل‌‌سازي‌هاي انجام گرفته در اين تحقيق، آشكار شد كه اثر داكت‌ها در سقف‌هاي پايين‌تر بيش‌تر است و هر چه محل قرارگيري آن دورتر از مراكز جرم ديافراگرم بدون بازشو باشد، اثرات از بيش‌تر خواهد بود.
كليدواژه‌ها: ديافراگم صلب، بازشو، دال، سختي.
1) از حيث اندازه يا به عبارت بهتر، مساحت داكت.
2) از حيث محل و موقعيت قرارگيري.
با تعبيه‌ي باز شو در دال با هر سطحي، سختي آن كاهش مي‌يابد؛ ولي رفتار دال براي بازشوهاي كوچك همچنان صلب مي‌ماند و كاهش سختي ايجاد شده تأثيري بر رفتار ديافراگم‌ها ندارد. اما منظور از داكت كوچك، داكتي با چه سطحي‌ست؟ اين بررسي در پي پاسخ گفتن به همين پرسش است. همچنين امكان دارد كه داكتي در جايي از دال قرار گيرد كه تأثير كم‌تري نسبت به داكتي با همان سطح در جاي ديگري از پانل در ميزان سختي و صلبيت آن داشته باشد.
فراتر از دو جنبه‌ي ياد شده، اگر بنا به ضرورت‌هاي معماري و ... داكت بزرگي كه حتماً باعث كاهش شديد سختي و ايجاد رفتار غيرصلب در ديافراگم مي‌شود در دالي تعبيه گردد، براي جبران سختي كاهش يافته و حفظ رفتار صلب آن چه روشي وجود دارد چه بايد كرد؟
در مدل‌سازي بسياري از ساختمان‌ها در محيط نرم‌افزارهاي رايج آناليز و طراحي سازه‌هاف از فرض ديافراگم صلب استفاده مي‌شود و در صورت بروز رفتارهاي غيرصلب در سازه، طراحي انجام گرفته مي‌تواند نامناسب باشد.
رابطه‌ي 4: فرمول تعيين نيروي زلزله V=CW
رابطه‌ي 5: رابطه‌ي ضريب (C)
رابطه‌ي 6: (20 درصد بار زنده‌ي كل قاب) + (كل بار مرده‌ي كل قاب) = W
ـ بار مرده‌ي واحد سطح:
و كل بار مؤثر عبارت است از:
لازم به توضيح است كه در تعيين تغيير مكان ديافراگم به روش تقريبي، هر پانل مانند يك تير تيغه با تكيه‌گاه‌هاي ساده مدل شده و مجموع تغيير شكل‌هاي خمشي و برشي آن محاسبه مي‌گردد.
در ادامه، يك بازشوي گسترده در قاب مورد بررسي در سه پانل متفاوت تعبيه گرديده، كه نتايج آن در جدول زير ارائه شده است.
همان طور كه مشاهده مي‌شود، با وجود بازشوهاي گسترده در قاب به عنوان يك عامل كاهنده‌ي سختي، همچنين ديافراگم‌ها صلبيت خود را حفظ كرده‌اند و در اين جا تعريف يك معيار مكمل ضابطه‌ي 2800 احساس مي‌شود كه در ادامه به آن پرداخته مي‌شود.
در اين بخش، به بررسي و مقايسه‌ي مقادير تنش در گره‌هاي مشخص شده در شكل‌هاي ارائه شده در زير در پانل محل داكت پرداخته و مقادير در دو قاب با و بدون داكت مقايسه مي‌شوند، تا بتوان به نتايجي در مورد مساحت حدي داكت‌ها و دسته‌بندي آن‌ها دست يافت.
مقدار ضابطه‌ي مذكور براي بازشوهاي گسترده‌ي مختلف و در هر سه طبقه كم‌تر از عدد 5/0 مي‌باشد و عدد 5/0 كران بالاي ضابطه‌ي ديافراگم صلب آيين‌نامه‌ي 2800 است؛ و اين بدين معني‌ست كه طبق آيين‌نامه، قاب مورد بررسي با بازشوهاي گسترده‌ي مذكور نيز داراي عملكرد صلب مي‌باشد، كه اين تأييد مورد ترديد است و اين فرضيه را تقويت مي‌كند كه ضابطه‌ي آيين‌نامه‌ي 2800 شرط لازم براي صلبيت دال‌ها مي‌باشد و نه شرط كافي؛ بنابراين، ضرورت به كارگيري يك معيار مكمل در كنار ضابطه‌ي اوليه ضروري مي‌باشد. (نوآوري)
به دليل قرارگيري بازشوهاي گسترده مانند دستگاه پله و ناگسترده مانند انواع داكت‌هاي تأسيساتي در دال‌ها، توزيع تنش‌هاي اصلي در پيرامون داكت در دال، تيرهاي پانل با داكت و حتي در دال‌هاي پانل‌هاي پيراموني تغييراتي ايجاد كرده و باعث افزايش مقادير تنش گرديده كه مي‌تواند با ايجاد ترك در نقاط ضعيف سختي دال را كاهش دهد.
2- ميزان افزايش تنش اصلي در اثر بازشوي گسترده در گره‌هاي پيراموني آن در سقف يكم به سوم افزايش مي يابد كه در جدول 10 ارائه شده است.
3- هر چه نسبت اندازه‌ي (مساحت) داكت به اندازه‌ي (مساحت) دال در برگيرنده‌ي آن بيش‌تر باشد، درصد تغييرات تنش اصلي كششي در آن بيش‌تر خواهد بود كه شكل و جدول 11 ارائه شده است.
4- اثر عمده‌ي تعبيه‌ي بازشويي در يك پانل از قاب، در گره‌هاي واقع در همان پانل مي‌باشد و در پانل‌هاي مجاور اثري ناچيز دارد.
2- آيين‌نامه‌ي آبا در همه‌ي حالات بازشو، آناليز دال و تعيين نيروهاي داخل ناشي از بار جانبي را لازم دانسته تا مقادير تنش اصلي كششي از تحمل مقاطع فراتر نرود و در صورت وجود تنش‌هاي مازاد و يا انجام نگرفتن آناليز براي جلوگيري از بروز ترك و كاهش سختي دال، توصيه به قراردهي آرماتورهاي اضافي به اندازه‌ي سطح مقطع بريده شده از شبكه‌ي مش دال مي‌نمايد كه جهت قراردهي آن‌ها به صورت 45 درجه باشد.
3- در صورتي كه بازشويي در فاصله‌ي كم‌تر از 10 برابر ضخامت دال از محل تكيه‌گاه خود كه در اين تحقيق تيرهاي پيراموني مي‌باشند، تعبيه گردد، علاوه بر كنترل تنش‌هاي اصلي كششي بايد تنش برشي اصلي نيز در نقاط پيرامون داكت بررسي و كنترل شود.
در اين شرايط آيين‌نامه‌ي آبا با اعمال تغيير در روابط تعيين كننده‌ي توان برشي مقاطع، موجب كاهش آن مي‌گردد و به دليل عدم استفاده از آرماتور برشي، تنها راه افزايش توان مقطع، افزايش ضخامت دال مي‌باشد.
1- تهيه كننده: كميته‌ي بازنگري آيين‌نامه‌ي طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله، عنوان: «آيين‌نامه‌ي طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 84-2800»، انتشارات مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، ويرايش سوم، نشريه‌ي شماره ض ـ 253، چاپ ششم، سال چاپ: 1384، صفحات 125 تا 135.
2- مؤلف: امير مسعود كي‌نيا، عنوان: «آناليز و طراحي سازه‌هاي بتن آرمه»، انتشارات جهاد سازندگي واحد دانشگاه صنعتي اصفهان، چاپ هشتم، تاريخ چاپ: پاييز 1378.
3- تهيه كننده: معاونت امور فني و تدوين معيارها، عنوان: «آيين‌نامه‌ي بتن ايران (آبا) ـ بخش دوم»، ناشر: سازمان برنامه و بودجه، ويرايش دوم: نشريه‌ي شماره‌ي 120.
ماهنامه‌ي دانش نما، شماره 171-170، تير ـ مرداد 88
چكيده
از اين رو، در اين مقاله تلاش شده است كه اثر بازشوها به عنوان يكي از عوامل كاهنده‌ي سختي و صلبيت ديافراگم‌ها مورد بررسي قرار گيرد. براي فراهم آمدن امكان بررسي موضوع، از يك قاب سه طبقه و سه دهانه در هر راستا با سقف‌هايي از نوع دال بتني استفاده شده است و قاب مذكور در حالات مختلفي از بازشوهاي مستطيلي شكل تعبيه شده در پانلي از آن، و با اعمال نيروي زلزله مورد بررسي قرار گرفته است.
در هر بار آناليز از يك بازشو با ابعاد و موقعيت قرارگيري مشخصي در قالب استفاده شده و نتيايج حاصل از آن، با نتايج حاصل از حالت قاب بدون بازشو مقايسه شده است، و ميزان تغييرات در سختي دال‌ها به صورت غيرمستقيم با بررسي تنش‌هاي اصلي كششي در آن‌ها به دست آمده‌اند.
در پايان مشاهده خواهد شد كه در اثر اعمال داكت‌ها، سختي دال كاهش مي‌يابد و هر چه وسعت داكت بيش‌تر باشد، كاهش سختي و صلبيت دال نيز بيش‌تر خواهد بود، كه در اين ميان علاوه بر ضوابط آيين‌نامه‌ي 2800، از تغييرات تنش كششي اصلي در بررسي عملكرد صلب سازه نيز استفاده شده است، همچنين پس از مدل‌‌سازي‌هاي انجام گرفته در اين تحقيق، آشكار شد كه اثر داكت‌ها در سقف‌هاي پايين‌تر بيش‌تر است و هر چه محل قرارگيري آن دورتر از مراكز جرم ديافراگرم بدون بازشو باشد، اثرات از بيش‌تر خواهد بود.
كليدواژه‌ها: ديافراگم صلب، بازشو، دال، سختي.
مقدمه
1) از حيث اندازه يا به عبارت بهتر، مساحت داكت.
2) از حيث محل و موقعيت قرارگيري.
با تعبيه‌ي باز شو در دال با هر سطحي، سختي آن كاهش مي‌يابد؛ ولي رفتار دال براي بازشوهاي كوچك همچنان صلب مي‌ماند و كاهش سختي ايجاد شده تأثيري بر رفتار ديافراگم‌ها ندارد. اما منظور از داكت كوچك، داكتي با چه سطحي‌ست؟ اين بررسي در پي پاسخ گفتن به همين پرسش است. همچنين امكان دارد كه داكتي در جايي از دال قرار گيرد كه تأثير كم‌تري نسبت به داكتي با همان سطح در جاي ديگري از پانل در ميزان سختي و صلبيت آن داشته باشد.
فراتر از دو جنبه‌ي ياد شده، اگر بنا به ضرورت‌هاي معماري و ... داكت بزرگي كه حتماً باعث كاهش شديد سختي و ايجاد رفتار غيرصلب در ديافراگم مي‌شود در دالي تعبيه گردد، براي جبران سختي كاهش يافته و حفظ رفتار صلب آن چه روشي وجود دارد چه بايد كرد؟
در مدل‌سازي بسياري از ساختمان‌ها در محيط نرم‌افزارهاي رايج آناليز و طراحي سازه‌هاف از فرض ديافراگم صلب استفاده مي‌شود و در صورت بروز رفتارهاي غيرصلب در سازه، طراحي انجام گرفته مي‌تواند نامناسب باشد.
روند انجام تحقيق
بررسي قاب بدون داكت
تعيين ضخامت دال
ـ كنترل ضخامت بر اساس معيار برش:
رابطه‌ي 4: فرمول تعيين نيروي زلزله V=CW
رابطه‌ي 5: رابطه‌ي ضريب (C)
رابطه‌ي 6: (20 درصد بار زنده‌ي كل قاب) + (كل بار مرده‌ي كل قاب) = W
ـ بار مرده‌ي واحد سطح:
و كل بار مؤثر عبارت است از:
كنترل صلبيت با روابط تقريبي و محاسبات نرم‌افزاري (عددي) بر اساس ضابطه‌ي آيين‌نامه‌ي 2800
لازم به توضيح است كه در تعيين تغيير مكان ديافراگم به روش تقريبي، هر پانل مانند يك تير تيغه با تكيه‌گاه‌هاي ساده مدل شده و مجموع تغيير شكل‌هاي خمشي و برشي آن محاسبه مي‌گردد.
بررسي قاب با داكت
در ادامه، يك بازشوي گسترده در قاب مورد بررسي در سه پانل متفاوت تعبيه گرديده، كه نتايج آن در جدول زير ارائه شده است.
همان طور كه مشاهده مي‌شود، با وجود بازشوهاي گسترده در قاب به عنوان يك عامل كاهنده‌ي سختي، همچنين ديافراگم‌ها صلبيت خود را حفظ كرده‌اند و در اين جا تعريف يك معيار مكمل ضابطه‌ي 2800 احساس مي‌شود كه در ادامه به آن پرداخته مي‌شود.
ارائه‌ي معيار بررسي تنش اصلي در تعيين دقيق‌تر رفتار صلب دال
ارائه‌ي روش مكمل در دال بدون داكت
ارائه‌ي روش مكمل در دال با داكت
در اين بخش، به بررسي و مقايسه‌ي مقادير تنش در گره‌هاي مشخص شده در شكل‌هاي ارائه شده در زير در پانل محل داكت پرداخته و مقادير در دو قاب با و بدون داكت مقايسه مي‌شوند، تا بتوان به نتايجي در مورد مساحت حدي داكت‌ها و دسته‌بندي آن‌ها دست يافت.
ارائه‌ي روش مكمل در دال با بازشوي گسترده‌ي گوشه در پانل مجاور پانل با داكت
جمع‌بندي و نتيجه‌گيري
1- مقايسه‌ي روابط تقريبي و محاسبات عددي ضابطه‌ي صلبيت ديافراگم‌هاي افقي در آيين‌نامه‌ي زلزله‌ي ايران موسوم به آيين‌نامه‌ي 2800:
2- نتيجه‌ي بررسي صلبيت ديافراگم‌هاي افقي در قاب مورد مطالعه بر اساس آيين‌نامه‌ي زلزله‌ي ايران موسوم به آيين‌نامه‌ي 2800:
2-1- نتايج بررسي ضابطه صلبيت آيين‌نامه‌ي 2800 در قاب مورد بررسي در حالات مختلفي از بارگذاري زلزله و وجود بازشو:
2-1-1- قاب بدون بازشو:
2-1-2- قاب با بازشو:
مقدار ضابطه‌ي مذكور براي بازشوهاي گسترده‌ي مختلف و در هر سه طبقه كم‌تر از عدد 5/0 مي‌باشد و عدد 5/0 كران بالاي ضابطه‌ي ديافراگم صلب آيين‌نامه‌ي 2800 است؛ و اين بدين معني‌ست كه طبق آيين‌نامه، قاب مورد بررسي با بازشوهاي گسترده‌ي مذكور نيز داراي عملكرد صلب مي‌باشد، كه اين تأييد مورد ترديد است و اين فرضيه را تقويت مي‌كند كه ضابطه‌ي آيين‌نامه‌ي 2800 شرط لازم براي صلبيت دال‌ها مي‌باشد و نه شرط كافي؛ بنابراين، ضرورت به كارگيري يك معيار مكمل در كنار ضابطه‌ي اوليه ضروري مي‌باشد. (نوآوري)
2-2- تعيين بازشوي بحراني از منظر موقعيت قرارگيري در پانل
2-3- تعيين بازشوي بحراني در طبقات
3- نتايج معيار مكمل تعيين صلبيت ديافراگم‌ها در كنار ضابطه‌ي صلبيت آيين‌نامه‌ي 2800
به دليل قرارگيري بازشوهاي گسترده مانند دستگاه پله و ناگسترده مانند انواع داكت‌هاي تأسيساتي در دال‌ها، توزيع تنش‌هاي اصلي در پيرامون داكت در دال، تيرهاي پانل با داكت و حتي در دال‌هاي پانل‌هاي پيراموني تغييراتي ايجاد كرده و باعث افزايش مقادير تنش گرديده كه مي‌تواند با ايجاد ترك در نقاط ضعيف سختي دال را كاهش دهد.
2- ميزان افزايش تنش اصلي در اثر بازشوي گسترده در گره‌هاي پيراموني آن در سقف يكم به سوم افزايش مي يابد كه در جدول 10 ارائه شده است.
3- هر چه نسبت اندازه‌ي (مساحت) داكت به اندازه‌ي (مساحت) دال در برگيرنده‌ي آن بيش‌تر باشد، درصد تغييرات تنش اصلي كششي در آن بيش‌تر خواهد بود كه شكل و جدول 11 ارائه شده است.
4- اثر عمده‌ي تعبيه‌ي بازشويي در يك پانل از قاب، در گره‌هاي واقع در همان پانل مي‌باشد و در پانل‌هاي مجاور اثري ناچيز دارد.
4- بررسي و مقايسه‌ي ضوابط آيين‌نامه‌ي بتن ايران (آبا) در خصوص تعبيه‌ي بازشوها
2- آيين‌نامه‌ي آبا در همه‌ي حالات بازشو، آناليز دال و تعيين نيروهاي داخل ناشي از بار جانبي را لازم دانسته تا مقادير تنش اصلي كششي از تحمل مقاطع فراتر نرود و در صورت وجود تنش‌هاي مازاد و يا انجام نگرفتن آناليز براي جلوگيري از بروز ترك و كاهش سختي دال، توصيه به قراردهي آرماتورهاي اضافي به اندازه‌ي سطح مقطع بريده شده از شبكه‌ي مش دال مي‌نمايد كه جهت قراردهي آن‌ها به صورت 45 درجه باشد.
3- در صورتي كه بازشويي در فاصله‌ي كم‌تر از 10 برابر ضخامت دال از محل تكيه‌گاه خود كه در اين تحقيق تيرهاي پيراموني مي‌باشند، تعبيه گردد، علاوه بر كنترل تنش‌هاي اصلي كششي بايد تنش برشي اصلي نيز در نقاط پيرامون داكت بررسي و كنترل شود.
در اين شرايط آيين‌نامه‌ي آبا با اعمال تغيير در روابط تعيين كننده‌ي توان برشي مقاطع، موجب كاهش آن مي‌گردد و به دليل عدم استفاده از آرماتور برشي، تنها راه افزايش توان مقطع، افزايش ضخامت دال مي‌باشد.
پي‌نوشت‌ها:
1- استاديار دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجف‌آباد، lzadiniam2002@yahoo.com
2- دانشجوي كارشناسي ارشد سازه، دانشگاه آزاد اسلامي واحد نجف‌آباد
1- تهيه كننده: كميته‌ي بازنگري آيين‌نامه‌ي طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله، عنوان: «آيين‌نامه‌ي طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 84-2800»، انتشارات مركز تحقيقات ساختمان و مسكن، ويرايش سوم، نشريه‌ي شماره ض ـ 253، چاپ ششم، سال چاپ: 1384، صفحات 125 تا 135.
2- مؤلف: امير مسعود كي‌نيا، عنوان: «آناليز و طراحي سازه‌هاي بتن آرمه»، انتشارات جهاد سازندگي واحد دانشگاه صنعتي اصفهان، چاپ هشتم، تاريخ چاپ: پاييز 1378.
3- تهيه كننده: معاونت امور فني و تدوين معيارها، عنوان: «آيين‌نامه‌ي بتن ايران (آبا) ـ بخش دوم»، ناشر: سازمان برنامه و بودجه، ويرايش دوم: نشريه‌ي شماره‌ي 120.
ماهنامه‌ي دانش نما، شماره 171-170، تير ـ مرداد 88
/ج
