کنفرانس علمی ( بررسی تغییرات آیین نامه ای و اعمال آنها در طراحی سوله )

1. کنفرانس علمی( بررسی تغییرات آیین نامه ای و اعمال آنها در طراحی سوله ) شرکت سوله پردازسپاهان – شهرداری شیراز تابستان 93 سخنرانان : مهندس امید خالدان – دکتر محمد رضا یزدانبخش

2. آشنایی با طراحی به روش حالت حدی (LRFD)در طراحی سوله

3. آشنایی با طراحی به روش حالت حدی (LRFD)در طراحی سوله مقایسه روشهای طراحی به روش تنش مجاز و حالت حدی در طراحی سوله روش قبلی: روش الاستیک-تنش مجاز –ASD fa < Fa یا تنش محاسباتی تنش مجاز > بارها بدون ضریبند. تنش را محاسبه میکنیم. روش جدید: روش پلاستیک- مقاومت نهایی (روش حدی) –LRFD Ru < ØRnمقاومت مورد نیاز <مقاومت اسمی بارها ضریبدارند. نیرو را محاسبه میکنیم. در آئین نامه بارگذاری جدید بارگذاری معمولا قاب دوم از نظر بار باد فشار بیشتری جذب میکند و ممکن است نسبت به سایر قابها از نظر جابجایی یا تنش بحرانی شود. در آئین نامه های جدید به جای بار باد معمولی بار باد داخل نیز اظافه شده است. در آئین نامه های جدید به جای دو حالت بار برف متقارن و نامتقارن حدود 6 حالت مختلف بار برف بر سازه قابل اعمال است. در آئین نامه جدید استفاده از روش تنش مجاز حذف شده است. در روش حالت حدی برای کنترل کمانش موضعی روابط سختگیرانه تری وضع شده است. از نظر الزامات طرح لرزه ای مقاطع سازه ای بایستی در حالت قاب خمشی معمولی "فشرده" باشند.

4. عضو غیرلاغر یعنی اینکه عضو قادر باشد اولین تسلیم و کرنشهای فراتر از آن را تجربه کند. در مورد بارهای ثقلی و مقایسه ترکیبات بار D+L و 1.25D+1.5L هر چه نسبت بار زنده به مرده بیشتر باشد (از جمله در سوله ها) ، استفاده از روش حدی بدلیل بالاتر بودن ضریب بار زنده موجب سنگین تر شدن طراحی خواهد شد.مثلا اگر LL=0.5DL باشد روش حالت حدی حدود 11% صرفه اقتصادی و اگر LL=10DL باشد روش حالت حد موجب 4 درصد افزایش هزینه ها خواهد شد. اما در حالت وجود بار زلزله اندکی حالت حدی غیر اقتصادی تر است. اگر چه در روابط کنترل کمانش موضعی بال و جان مقاطع فشرده I شکل در آئین نامه های ASD و LRFD تفاوت چندانی وجود ندارد و حتی در روابط مقاطع غیر فشرده آئین نامه ASD حدود 25 درصد سهل گیرانه تر برخورد کرده، اما بدلیل اینکه آئین نامه LRFD استفاده از مقاطع فشرده را برای مقاطع تیر و ستون سازه ها در بخش ضوابط طرح لرزه ای حتی برای حالت قاب خمشی معمولی الزامی کرده است، تفاوت زیادی بین مقاطع انتخابی دو آئین نامه پیش می آید.

5. - کمانش کلی نیز مانند مقاومت در دو حالت الاستک و غیرالاستیک اتفاق می افتد.در واقع عددی حدود KL/R=136 مرز بین کمانش الاستیک و غیرالاستیک است. و هرچه کمتر باشد بهتر است (مثلا حدود 60که Fcr=0.83Fy را نتیجه میدهد و منطقی است). برای اینکه در خمش حالت حدی به Mn=Zfy برسیم باید هم b/t مقطع را کنترل و آن را فشرده کنیم و هم به میزان لازم از مهار جانبی برای جلوگیری از کمانش پیچشی جانبی استفاده کنیم. به همین جهت سوای بحث کمانش موضعی که با روابط کنترل میگردد، فرمولهای مربوط به محاسبه ظرفیت مجاز مقطع بخصوص در فشار و خمش بسیار در ارتباط با بحث کمانش پیچشی جانبی یا خمشی و همچنین لاغری مقطع هستند و جریمه های سنگینی برای نزدیک شدن به کمانش وضع میکنند. به عنوان مثال در مورد یک سوله واقعی که در برنامه SAP مدل شده است، با تغییر عرض بال ستون از 25 به 20 و با حفظ ابعاد قبلی جان و ضخامت بال 10میلیمتر مقدار مقاومت فشاری از عدد97تن به 50 تن کاهش یافت. شایان ذکر است بار باد طبق روابط جدید اگر چه دقیق تر شده و به عوامل مختلفی بستگی دارد، اما مقدار خالص آن نسبت به آئین نامه قبلی تا حدودی کمتر شده است. در مورد بار برف هم حداقل در حالت متوازن برای شهرهای با برف سنگین کاهشی در آئین نامه جدید داشته است، البته حالات متنوع تری چون ریزش و لغزش به آن اظافه شده است که میتواند قسمتهایی از پروژه را تحت تاثیر قرار دهد. یا در مناطق با برف کم ممکن است بار برف حداقل پروژه را نسبت به آئین نامه قبل سنگین تر کند. آئین نامه ویرایش قدیم و جدید را از خیلی منظرها نمیتوان به دقت با هم مقایسه کرد ، چون اساسا تغییرات خیلی وسیع هستند و پارامترهای متنوعی در آنها دخیل شده اند .مثلا در مورد بار باد نوع بازشوها ، منطقه قرارگیری پروژه ، اثرات جهشی ،...کلا موضوعات جدیدی هستند. و در مورد بار برف منطقه بندی بار برف ، شکل کلی سوله که شامل ریزش و لغزش برف بشود یا نه و اثرات سازه های مجاور کلا موضوعات جدیدی هستند. ضمن این که علاوه بر بارهای اعمالی ، ترکیبات بار و همینطور آئین نامه های طراحی نیز تغییر کرده اند.

6. بررسی بارگذاری سوله بر اساس مبحث 6 مقررات ملی ساختمان 1392 الف) بارگذاری برف (برداشتی از آیین نامه آمریکا- ASCE 07-2010) -بار برف بام Pr = 0.7 Cs CtCeIsPg Pg = بار برف روی زمین ضریب برفگیری Ce با توجه به گروه ناهمواری محیط پروژه و شرایط محیطی از جدول زیر استخراج میشود:

7. a - ناهمواري زياد - شهروحومه – باغ - موانع بالاي 9 متر b - ناهمواري متوسط - موانع کمتر از 9 متر c - ناهمواري کم- دریا - درياچه - باتلاق و نمکزار- بدون مانع ضریب برفگیری (ضریب شرایط محیطی) نشان دهنده میزان در معرض بودن تابش خورشید یا جریان باد برای هر سقف است و بنابراین سقفی که عموما بالاتر از سقفهای سازه های مجاورش باشد و فاقد برآمدگیهای بزرگ روی خودش باشد برف ریز (Fully Exposed) است و بامی که پایینتر از سازه های مجاور بوده یا دارای برجستگیهای قابل توجهی باشد برف گیر (Shelter Exposed) بوده و در شرایط بینابینی حالت نیمه برفگیر (Partial Exposed) در نظر گرفته میشود. در یک سوله چنددهانه ممکن است تعدادی از دهانه ها برف گیر ، تعدادی برف ریز و تعدادی نیمه برفگیر باشند.

8. از سازه های با دمای کمی بالاتر از صفر میتوان انبار میوه را نام برد. سازه های با زیر بام باز مانند سایبان و سازه هی با دمای زیر صفر مانند سردخانه ها. بسته به مصالح به کاررفته در ساخت پوشش سقف سوله نوع پوشش لغزنده یا غیر لغزنده خواهد بود. که غالبا برای پوشش ساندویچ پانل یا پوشش ورق موجدار فولادی در صورتیکه موجها در راستای عمود بر شیب سقف باشند میتوان آنها را لغزنده تعریف نمود. برای بدست آوردن ضریب شیب Cs از جداول زیر استفاده میشود:

9. انواع بارگذاری برف روی سوله : الف- بار برف متوازن Balanced Snow Load)) -همان Pr است که به طور یکنواخت بر بام اعمال میگردد. ب- بار برف نامتوازن UnBalanced Snow Load))

10. Pr بدلیل تابش آفتاب ،سایه اندازی و وزش باد بار برف نامتوازن برای شیبهای بین 4 و 60 درصد و قوسهایی که زاویه خط پای شیب تا تاج بین 10 تا 60 درجه باشد، در نظر گرفته میشود. در واقع برای شیبهای خیلی کم و خیلی زیاد لحاظ نمیشود. برای حالت شیبدار توزیع بار برف نامتوازن به صورت زیر است:

12. ارتفاع برف انباشت : i = tan α (radian) Lu=max{6m,w} ɣ = 0.43Pg+2.2 ≤4.7 KN/m3 و در حالت سقف قوسی توزیع به شکل زیر خواهد بود: در این شکلها Pr= Pf x Cs

14. منظور از خطوط نقطه چین در اشکال بالا این است که اگر در پای بام قوسی مانعی که از ریزش برف جلوگیری کند باشد مثلا در فاصله یک متری بام ،زمین یا بام دیگری باشد در اینصورت باربرف نامتوازن باید حتی در شیب بیشتر از 30 درجه نیز در حد حداکثر (2Pr/Ce) حفظ گردد. پ- بار برف حداقل (Minimom Snow Load) برای بامهای شیبدار با شیب کمتر از 15 درجه وبامهای قوسی با زاویه بین تاج و پای قوس کمتر از 10 درجه باید لحاظ شود: Pm=IsPg : Pg≤1 KN/m2 Pm=Is:Pg>1 KN/m2 ت- بار برف انباشتگی یا دریفت (Drift Snow Load) این حالت بار همراه با بار متوازن در نظر گرفته میشود و ناشی از انباشت برف در بام پایینتر از یک بام بالایی یا اطراف برجستگیهای روی بام است. مقدار آن برای سمت رو به باد و پشت به باد متفاوت است و به اختلاف ارتفاع دو بام بالاتر و پایین تر بستگی دارد. ضمنا اگر بام بالاتر و پایینتر از هم فاصله داشنه باشند نیز با شرایطی بار برف انباشتگی لحاظ خواهد شد.

16. در شکلهای فوق Hc=اختلاف ارتفاع دو بام - hbHb=Pr / ɣs • در صورتی که hc / hb ≤ 0.2 باشد، یعنی اختلاف ارتفاع دو بام کم باشد، انباشت برف در نظر گرفته نمیشود. • در صورتی که برای رو به باد محاسبه انباشتگی برف میشود سه چهارم hd به عنوان ارتفاع مثلث برف انباشتگی منظور میشود و در این حالت luبرابر با طول بام پایینتر میباشد. • در مورد سازه های مجاور نیز اگر فاصله دو سازه (d) از 6 برابر اختلاف ارتفاع دو سازه ((h و 6 متر کمتر باشد، بار برف انباشتگی در نظر گرفته میشود که در این حالت • عرض توزیع برف انباشتگی W=Min{6hd , 6h-d} • ارتفاع مثلث انباشت برف = Min{hd , h-d/6}

17. ارتفاع قسمت خط چین باید با درونیابی به دست آید. ث- بار لغزش برف (Slide Snow Load)در صورتیکه در سقف بالاتر مجاور (چسبیده یا با فاصله از سقف پایینتر) شیب سقف بیشتر از 2% بوده و سقف لغزنده باشد یا سقف غیر لغزنده بوده و شیب سقف بیشتر از 15% باشد لغزش برف روی بام پایینتر منظور میشود و مقدار آن به عرض بام بالاتر بستگی دارد.

18. KN/m

19. فشار بار برف لغزنده (نیرو بر واحد سطح) از رابطه زیر بدست می آید و در طول 4.5 متر توزیع میشود: • بار برف لغزنده نیز در شرایطی در مورد دو ساختمان مجاور موضوعیت دارد. اگرh/d > 1 و همچنین d<4.5 m باشد:

20. ج- سربار باران بر برف این بار در مناطق با برف کم و متوسط 2 و 3 برای بامهای تقریبا افقی در نظر گرفته میشود و مقدار آن برابر بار برف متوازن بعلاوه 25 کیلوگرم بر مترمربع سربار باران میباشد. چ- بارجزئی برف (Partial Snow Loading) مربوط به بارگذاری نامنظم در دهانه های مختلف یک تیر پیوسته چنددهانه میباشد که معمولا در سوله ها مصداق ندارد. ب)بارگذاری باد فشار يا مکش خارجي تحت بار باد P = Iw x q x Ce x Cg x Cp برای محاسبه ضریب بادگیری Ceساختمانها به دو گروه کوتاه مرتبه و بلند مرتبه تقسیم میشوند. اگر H ارتفاع ساختمان و D بزرگترین بعد ساختمان در پلان باشد:

21. محاسبه ضريب بادگيري (ضریب شرایط محیطی) (Exposion Coefficient) Ce: الف- چنانچه طول امتداد ناهمواری ها در یک سمت کمتر از 50 متر باشد آن سمت زمین باز تلقی شده و از رابطه زیر مقدار Ce بدست می آید: Ce=(h/10)0.2 > 0.9 ب- چنانچه طول امتداد ناهمواری ها در یک سمت بیشتر از یک کیلومتر باشد آن سمت زمین پرتراکم تلقی شده و از رابطه زیر مقدار Ce بدست می آید: Ce=0.7(h/12)0.3 > 0.7 پ- چنانچه طول امتداد ناهمواری ها در یک سمت بیشتر از 50 متر و کمتر از یک کیلومتر باشد و ساختمان کوتاهتر از 100 متر باشد آن سمت زمین با تراکم متوسط تلقی شده و از رابطه زیر مقدار Ce بدست می آید: که Xrطول زمین ناهموار در بالادست جریان باد و h ارتفاع مبنای سازه میباشد. در ساختمانهایی که روی تپه یا پرتگاه با شیب ماکزیمم بالاتر از 10% باید اثرات خیز سرعت لحاظ شود. به همین منظور در نزدیکی قله و در فاصله kLh ضریب بادگیری به صورت زیر اصلاح میشود: ضریب خیز سرعت نسبی در راس قله

23. ضریب اثر جهشی باد(ضریب اوجی یا گردبادی) Cg برای اعضای اصلی سازه برابر 2، برای اعضای کوچکبرابر 2.5 و برای فشارهای داخلی برابر 2 در نظر گرفته میشود. ضریب فشار (Pressure Coefficient) Cp نسبت بی بعد فشار باد بر روی سطوح ساختمان به فشار سرعتی باد در ارتفاع مبنا است. با توجه به مشکل بودن برآورد دقیق ضرایب فشار و جهشی و اینکه این مقادیر از آزمایشات تونل باد به دست می آیند و تفکیک آنها از هم کار ساده ای نیست معمولا از ضریب بیشینه مرکب فشار و باد جهشی استفاده میگردد. با توجه به شيب سقف و طبق بارگذاري حالت اول در شکل زیر ضريب بيشينه مرکب فشار و باد جهشي خارجي CgCpبراي باد عموما عمود بر لبه به دست مي آيد:

24. برای بار باد عموما موازی با لبه:

26. برای محاسبه ضرایب فشار بار باد داخل ساختمانها به سه گروه طبقه بندی میشوند: در گروه اول که شامل ساختمانهای بدون هرگونه بازشوی بزرگ است و بازشوهای کوچک مساحتی کمتر از 0.1 درصد مساحت کل سطوح را دارند: Cpi= - 0.15 صفر تا درگروه دوم که ساختمانهایی است که در صورت وجود بازشوی بزرگ میتوان به بسته بودن آنها در طول طوفان اطمینان پیدا کرد: Cpi= - 0.45 ~ 0.3 در گروه سوم که احتمال باز بودن بازشوهای بزرگ در زمان طوفان وجود دارد: Cpi= - 0.7 ~ 0.7 اگر چه آئین نامه عدد Cgi=2 را برای ضریب اثر جهشی باد داخلی پیشنهاد میکند اما برای سازه های بزرگ که یک حجم تیغه بندی نشده منفرد را احاطه میکند ،میتوان با روابط دقیقتر آن را محاسبه نمود: V0حجم داخلی بر حسب متر مربع=

27. که A مساحت کل همه بازشوهای خارجی بر حسب m2 و As مساحت کل سطح داخلی حجم مورد نظر به جز زمین بر حسب m2 و δ میزان انعطاف پذیری پوسته ساختمان است. بارگذاری جزئی باد: ج) ترکیبات بار : ترکیب بارهای حالتهای حدی مقاومت در طراحی ساختمانهای فولادی:

28. مقایسه روش های طراحی به روش تنش مجاز و حالت حدی

29. جدول 1 – محدودیت نسبت پهنای آزاد به ضخامت در اجزای فشاری مقایسه بین روابط فشردگی در حالت تنش مجاز و حالت حدی برای مقاطع Iشکلاز آنجا که کاربردی ترین مقطع در سازه ها مقاطع Iتک و جفت در تیر ها و ستون ها است ، لذا در جداول زیر مقایسه ای بین روابط فشردگی بال ها و جان های این مقاطع در حالت تنش مجاز و حالت حدی صورت گرفته است.در روابط زیر از مقادیر kg/cm2E=2.1x106 و kg/cm2Fy=2400استفاده شده است .

31. جدول 1 – درصد اختلاف در مقادیر محدودیت نسبت پهنا به ضخامت روش های تحلیل با لحاظ آثار مرتبه دوم طبق AISC 360-05 در ETABS ضوابط لحاظ آثار مرتبه دوم مطابق AISC 360-05 انواع روش های تحلیل مطابق AISC 360-50 در شکل زیر نشان داده شده است .

32. ترکیب بارها در روش تنش مجازدر طراحی سازه ها ، احتمال هم زمانی تاثیر بارها باید به شرحی که در یر گفته شده است ، در نظر گرفته شوند . اجزای سازه باید برای ترکیبی از بارها که بیشترین اثر را در آن جزئ ایجاد می کند ، طراحی شوند ترکیب بارگذاری در ساختمان ها در طراحی به روش تنش مجاز

33. ضرایب تحلیل مقاومت طبق مبحث دهم ویرایش 92

34. ترکیب بارهای خلاصه شده برای روش های مختلف طراحی ( مبحث دهم ویرایش 87 )

35. ترکیب بارهای خلاصه شده برای طراحی به روش حالات حدی ( مبحث ششم ویرایش 92 )