آموزش طراحی مهاربند همگرای فولادی(گام به گام+مثال عملی)

سختی و شکل پذیری دو موضوع اساسی در طراحی سازه ­ها در برابر زلزله می­باشند. ایجاد سختی به منظور کنترل تغییر مکان ­های جانبی سازه و شکل پذیری برای قابلیت جذب انرژی و تحمل تغییر شکل ­های خمیری از اهمیت زیادی برخوردارند. اضافه نمودن مهاربند به قاب، سختی قاب را افزایش داده و تغییر مکان­های جانبی و اثر نیروهای جانبی را کاهش می­دهد. مهاربندها از نظر شکل هندسی به دو دسته­ ی مهاربندهای همگرا و مهاربندهای واگرا تقسیم بندی می­شوند. در این مقاله سعی شده به برررسی کلیه ­ی ضوابط مربوط به طراحی این نوع از مهاربندها پرداخته شود.

سرفصل‌های این مقاله:

1. بررسی مفاهیم پایه
2. مدلسازی و طراحی مهاربندها در نرم افزار ایتبس 2019
3. کنترل ضوابط طراحی لرزه ای قاب­ های مهاربندی شده ­ی همگرای معمولی
4. کنترل ضوابط طراحی لرزه­ ای قاب­ های مهاربندی شده­ ی همگرای ویژه
5. طراحی ورق گاست

تعریف و اهداف

در این مقاله ابتدا به بررسی الزامات طراحی لرزه­ ای قاب مهاربندی شده­ ی همگرای معمولی و قاب مهاربندی شده­ ی همگرای ویژه پرداخته شده است؛ در ادامه نکات مربوط به طراحی اتصال مهاربند (ورق گاست) بیان گردیده. از این رو در ادامه سعی شده ابتدا کلیه­ ی ضوابط آیین نامه ­ای بیان شود؛ در این راستا علاوه بر بیان فرمول­­ ها و چگونگی انجام کنترل­ های دستی، به مدلسازی و بررسی ضوابط با استفاده از نرم افزار ایتبس 2019 پرداخته شده است.

الزامات طراحی لرزه ­ای قاب­های مهاربندی شده ­ی همگرای معمولی

بر اساس بند 10-3-4-2  مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش1401، در این گونه قاب‌های مهاربندی شده، خروج از مرکزیت کمتر از عمق تیر مجاز است مشروط بر اینکه در طراحی اعضا لنگرهای ناشی از خروج از مرکزیت بر اساس ترکیبات بارگذاری زلزله‌ی تشدید یافته ΩE در نظر گرفته شود.

 بند 10-3-4-1-2  مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش1401

کنترل فشردگی

بر اساس بند 10-3-4-1-5 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، مقاطع اعضای مهاربندی شده باید از نوع فشرده‌ی لرزه‌ای با محدودیت نسبت پهنا به ضخامت برابرλ md مطابق مقادیر جدول 10-3-2-4 باشند.

همچنین در تبصره ذکر شده؛ در قاب‌های مهاربندی شده‌ی همگرای معمولی و با رفتار کششی تنها و با نسبت لاغری بزرگ تر از 200 هیچ گونه محدودیتی برای نسبت پهنا به ضخامت اجزای مقاطع مهاربندی وجود ندارد.

 بند 10-34-1-5-1 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش1401

لاغری مهاربندهای به شکل 7 و8

بر اساس بند 10-3-4-1-5-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، ضریب لاغری مهاربندهای 7 و 8 نباید از 4  تجاوز نماید.

ضوابط مربوط به تیرهای دهانه­ ی مهاربندی شده

بر اساس مبحث دهم ویرایش 1401، الزامات تیرها و اتصالات آن‌ها به ستون‌ها و اتصالات اعضای مهاربندی به صورت زیر می‌باشد؛

بند 10-3-4-1-5-3 و 10-3-4 -1-6 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش1401

لاغری مهاربندها در قابهای مهاربندی شده همگرای ویژه

بر اساس بند 10-3-4-2-5-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401، ضریب لاغری KL/r  در قاب­ های مهاربندی شده همگرای ویژه، اعضای مهاربندی   نباید از 200 تجاوز کند. و همچنین الزامات تکمیلی مطابق  زیر در مبحث دهم ارائه شده است؛

شکل 4: بند 10-3-4-2-5-2 ، مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش1401

مدل سازی مهاربندها در نرم افزار ایتبس 2019

جهت مدلسازی مهاربندها در نرم افزار ایتبس باید همواره نمای مدل را در نظر داشته باشیم و در صورتی که در حالت پلان قرا داشته باشیم، دستور مدلسازی مهاربندها غیرفعال خواهد بود. جهت مدلسازی مهاربندهای ضربدری، قطری، مهاربندهای 7 و 8 آیکن  را انتخاب کرده و روی دهانه­ های مورد نظر کلیک می­کنیم. با انتخاب گزینه های V و inverted V در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر، مهاربندهای 7 و 8 رسم میگردد. Eccen back و Eccen forward مربوط به مهاربندهای قطری و گزینه­ ی X مربوط به مهاربند ضربدری می­باشد. جهت ترسیم سایر مهاربندها می­توان از گزینه­ ی  استفاده نمود.

پیشنهاد آموزشی:آموزش پروژه محور طراحی سازه فولادی و بتنی با ایتبس و سیف

شکل تعیین نوع مهاربند در هنگام ترسیم

در اختصاص مقاطع بادبندها باید در نظر داشته باشیم که در هر دهانه، هیچ بادبندی نسبت به بادبند بالایی خود ضعیف ­تر نباشد.

تنظیمات قبل از طراحی مهاربندها

در این قسمت به تنظیمات خاص طراحی مهاربندها در نرم افزار ایتبس 2019 خواهیم پرداخت.

در این راستا ابتدا از منوی زیر، نوع قاب مورد نظر و پارامترهای مربوط به آن را وارد میکنیم.

Design > Steel Frame Design > Veiw/Revise Preferences

سپس در قسمت Framing Type نوع قاب سازه ­ای مورد نظر را انتخاب می­کنیم (OCBF قاب مهاربندی شده ­ی همگرای معمولی،  ICBF قاب مهاربندی شده ­ی همگرای متوسط، قاب­های مهاربندی شده­ ی ضد کمانشBRBF، قاب­های مهار شده برون محور EBF).

پس از انتخاب مهاربندهای مورد نظر، از منوی Design، با استفاده از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم.

Design > Steel Frame Design > Veiw/Revise Overwrites

برای بادبندهای ضربدی در قسمت­های Unbrace Length Ratio (Major) و Unbrace Length Ratio (Minor) به ترتیب عدد 0.5 و 0.67 را وارد می­کنیم. برای بادبندهای قطری مقادیر فوق را برابر با عدد یک را قرار می­دهیم.

شکل تعیین پارامترهای طراحی مهاربند ضربدری

در صورت استفاده از مقطع تک در مهاربندها به جای استفاده از مقاطع دوبل، مقدار Effective Length Factor (KLTB) در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل فوق به منظور عدم کنترل کمانش پیچشی-خمشی برابر با 0.1 در نظر گرفته می­شود.

باید در نظر داشت که نرم افزار ایتبس ضوابط طراحی لرزه­ ای را برای مقاطع دوبل ایجاد شده در محیط SD کنترل نمی­کند. از این رو جهت کنترل ضوابط لرزه­ ای توسط نرم افزار برای این مقاطع می­توان از مقاطع تک معادل استفاده نمود.

مشاهده نتایج طراحی مهاربندها

پس از آنالیز و طراحی سازه با انجام کلیک راست بر روی عضو وارد پنجره ­ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم. سپس با انتخاب گزینه ­ی Detail، جزئیات کاملی از محاسبات انجام گرفته بر روی بادبند نمایش داده می­شود.

طراحی قاب مهاربندی شده­ ی همگرای ویژه با استفاده از نرم ­افزار ایتبس 2019

بر اساس بند 10-3-4-2-3مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401، مقاومت طراحی تیرها، ستون­ ها و اتصالات آن­ها در قاب­ های مهاربندی شده ­ی همگرای ویژه نباید از نیروهای ناشی از تحلیل­های زیر کوچکتر در نظر گرفته شوند.

الف) تحلیلی که در آن فرض می­شود نیروی مهاربندهای کششی برابر R_yF_yA_g و نیروی مهاربندهای فشاری برابر 1.14 F_cre A_g می­باشد.

ب) تحلیلی که در آن فرض می­شود نیروی مهاربندی­های کششی برابر R_yF_yA_g و نیروی مهاربندی­های فشاری برابر 0.3×1.14 F_cre A_g می­باشد.

که در آن:

R_y = نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به حداقل تنش تسلیم فولاد مهاربندی­

F_y = تنش تسلیم فولاد مهاربندی

A_g = سطح مقطع کلی عضو مهاربندی

F_cre = تنش فشاری مورد انتظار ناشی از کمانش، با این شرط که در آن به جای F_y از R_y F_y استفاده شده باشد.

باید توجه داشت که در سیستم قاب مهاربندی شده ­ی همگرای ویژه کنترل فوق به صورت خود به خود توسط نرم افزار انجام نمی­گیرد؛ لذا باید مراحل زیر جهت کنترل این بند در نظر گرفته شود.

برای انجام تحلیل­های فوق اعضای مهاربندی می­توانند از مدل تحلیلی حذف گردیده و در محل اتصال آن­ها مطابق بندهای (الف) و (ب) در فوق، نیروی نظیر آن­ها به مدل تحلیلی اعمال شود. سپس با بستن حرکت جانبی قاب و اعمال بارهای ثقلی ضریب دار (ضرایبی که در حضور نیروی زلزله مورد استفاده قرار می­گیرند)، اقدام به تحلیل سازه شود.

بند 10-3-11-2 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401

جهت انجام کنترل ­های فوق در نرم افزار ایتبس 2019 می­توان به صورت زیر عمل کرد:

• ابتدا از فایل اصلی Save as میگیریم.
• سپس باید مقادیر R_yF_y A_g و F_cre A_g محاسبه گردد. در این راستا می­توان تنش تسلیم فولاد را از مسیر زیر در مقدار R_y ضرب کرد.

انتخاب فولاد مورد استفاده<Define > Material Properties

 تغییر مقدار تنش تسلیم فولاد به مقدار R_yF_y

• سازه را تحلیل و طراحی نموده و با کلیک بر روی عضو به جزئیات طراحی مهاربندها (همانند جدول (1)) دسترسی پیدا می­کنیم.

این مقادیر را برای تمامی مهاربندها به دست می­آوریم.

پس از اینکه مقادیر فوق را با مقدار F_y R_y به دست آوردیم، مقدار F_y را در فایل مجدداً اصلاح می­کنیم.

در مرحله ­ی بعد، باید مهاربندها را حذف کرده و سپس نیروهای محاسبه شده در گام قبل را به جای آن­ها در گره­ ها اعمال نماییم. بدین منظور می­توان مهاربندها را انتخاب نمود و سختی­ های آن­ها عددی نزدیک به صفر وارد کنیم.  

از این رو از مسیر زیر وارد پنجره­ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم؛ و در قسمت Cross-section (axial)Area مقدار 0.001 را وارد می­کنیم.

Define > Section Properties > Frame Section  انتخاب مقطع مورد نظر < Property Modifiers

شکل  اعمال عددی نزدیک به صفر به سختی مهاربند در نرم افزار ایتبس

سپس از مسیر زیر بارهایی را به صورت بارهای نشان داده شده در شکل زیر تعریف می­کنیم.

Define > Load Pattern

شکل تعریف بارهای کششی و فشاری مهاربندها هنگام اعمال بارجانبی در راستای A و B

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است، با اعمال نیروی زلزله در جهت (A) مهاربندهایی که در راستای مهاربندهای قرمز رنگ قرار دارند تحت کشش و مهاربندهایی که در راستای مهاربندهای آبی رنگ قرار گرفته­ اند تحت فشار قرار خواهند گرفت؛ و با اعمال نیروی زلزله در جهت (B) مهاربندهای آبی رنگ تحت کشش قرار گرفته و مهاربندهای قرمز تحت فشار قرار خواهند گرفت.

شکل نمایش مهاربندهای فشاری و کششی تحت نیروی جانبی در راستای X و Y

در ادامه بار معادل کششی و فشاری را از طریق منوی زیر به انتهای مهاربندها وارد می­کنیم.

به این صورت که ابتدا با انتخاب مهاربندهای قرمز رنگ نیرویی به مقدار  1894 kN= R_y F_y A_g همانند شکل ­های زیر به دو انتهای مهاربند وارد می­کنیم.

شکل اعمال نیروی کششی در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای A باشد

شکل نمایش نیروی کششی در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای A می­باشد

سپس با انتخاب مهاربندهای آبی رنگ نیرویی به مقدار  1123 kN= 1.14 F_cre A_g همانند شکل­ زیر به دو انتهای مهاربند وارد می­شود.

شکل نمایش نیروی فشاری اعمال شده در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای A می­باشد

نیروهای کششی و فشاری ناشی از نیروی جانبی جهت B نیز به همین صورت وارد می­شود:

شکل اعمال نیروی فشاری در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای B می­باشد.

شکل نمایش نیروی فشاری  اعمال شده در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای B می­باشد

شکل اعمال نیروی کششی در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای B می­باشد

شکل  نمایش نیروی کششی در راستای مهاربند هنگامی که نیروی جانبی در راستای B می­باشد

از آنجایی که نیروهای اعمال شده سبب ایجاد نیروی محوری در تیرهای می­گردد؛ جهت تأثیرگذاری نیروی حاصل از بارگذاری در تیرها، از مسیر زیر دیافراگم سقف­ ها را به semi-rigid تغییر می­دهیم.

Define > Diaphragms > Modify/ Show diaphragm

شکل تعریف دیافراگم نیمه صلب

باید در نظر داشت که با توجه به حذف سختی مهاربندها، سازه ناپایدار شده است. بنابر این جهت جلوگیری از ناپایداری سازه حداقل دو نقطه از نقاط کف در هر طبقه باید مهار شوند. در این راستا دو نقطه­ ی دلخواه را انتخاب کرده و سپس حرکت جانبی در راستای مورد نظر را با استفاده از مسیر زیر مقید می­کنیم:

Assign > Joint >Restraints

شکل مقید سازی گره ­های سقف ­ها و پایدار سازی سازه

باید توجه نمود نقاط انتخابی نباید از دهانه ­ی مربوط به دهانه­ ی مهاربند باشند.

در ادامه ترکیبات بارگذاری به صورت ترکیب بارهای نمایش داده شده در زیر را با استفاده از مسیر زیر تعریف می­کنیم.

Define > Load Combinations > Add new Combo

سازه­ ی مورد نظر را تحت ترکیب بارهای ذکر شده تحلیل و طراحی می­کنیم. در صورتی لزوم مقاطع تیرها و ستون­ ها باید تقویت گردند.

طراحی لقمه­ ها

در مهاربندها هنگامی که برای آن­ها از مقاطع دوبل استفاده گردد و به جهت اینکه این مقاطع بتوانند به خوبی به ورق­ های اتصال متکی شوند، لازم است که بین دو نیمرخ مهاربندها به مقدار ضخامت ورق­های اتصال فضای خالی قرار داده شود. حال با توجه به اینکه الزاماً باید از این فاصله بین نیمرخ ­ها استفاده شود، لازم است که در طول مهاربندها از یک سری قطعات اصطلاحاً آن­ها را لقمه می­نامند استفاده نمود. در مورد استفاده از لقمه در مهاربندهای دوبل می­توان از ضوابط زیر استفاده نمود:

ضریب لاغری حداکثر هر نیمرخ در فاصله­ ی بین دو لقمه (فاصله­ای که عملاً هیچ لقمه ای وجود ندارد) از 3/4 ضریب لاغری حداکثر کل مقطع مرکب بیشتر نشود.

ابعاد لقمه ­ها بر اساس ملزومات اجرایی تعیین می­گردد. بدین صورت که ابعاد لقمه ­ها باید به گونه ­ای باشد که ارتفاع لقمه­ ها حدود 3 سانتی­متر از از ارتفاع مقطع مرکب برای اجرای جوشکاری بزرگتر باشد.

پیشنهاد آموزشی:آموزش نظارت ساختمان – صفر تا صد نظارت ساختمان بتنی و فولادی

شکل استفاده از لقمه در مهاربندها

طراحی اتصال ورق گاست

ورق های مهاربند از حیاتی ­ترین المان­ های قاب های مهاربندی هستند. گسیختگی این اتصالات می­تواند به افت قابل ملاحظه مقاومت و سختی قاب مهاربندی مقاوم در برابر بار جانبی منتهی گردد. از این رو درک صحیح رفتار این ورق­ها، به طراحی هرچه بهتر ورق­ های گاست در سازه فولادی منجر می­شود.

مقاومت مورد نیاز اتصالات مهاربندی

در این قسمت به مقاومت مورد نیاز اتصالات مهاربندی پرداخته می­شود. قبل از استخراج نیروی لازم جهت طراحی مهاربندها باید اطمینان حاصل گردد که که مقادیر R  و  Ω برای بادبند درست وارد شده باشد.

مقاومت اتصالات مهاربندی ها قاب مهاربندی شده همگرای معمولی

مطابق بند 10-3-4-1-6 مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401، مقاومت مورد نیاز اتصالات مهاربندی­ ها در قاب­ های مهاربندی شده ­ی همگرای معمولی مطابق بندهای زیر می‌باشد؛

قاب مهاربندی شده همگرای ویژه

در قاب مهاربندی شده همگرای ویژه مطابق بند 10-3-4-2-6-3مبحث دهم ویرایش 1401، مقاومت مورد نیاز اتصالات مهاربندی ­ها، باید به شرح زیر در نظر گرفته شود.

بند 10-3-4-2-6-3مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401 (مقاومت مورد نیاز اتصال مهاربندی قاب مهاربندی شده همگرای ویژه)

تعیین ابعاد و هندسه­ ی ورق گاست

شکل زیر نوعی قاب مهاربندی شده­ ی همگرا را نشان می­دهد؛ که در آن حداقل طول منطقه­ ی مفصلی برابر 2t بین انتهای مهاربند و خط آزاد خمش رعایت شده است. همان طور که در شکل زیر نمایش داده شده برای تعیین ابعاد ورق گاست چهار بعد وجود دارد. در ادامه نحوه­ ی به دست آوردن ابعاد ورق گاست شرح داده خواهد شد. روابط ارائه شده در این قسمت برای حالت­ هایی که زاویه­ ی بین محور مهاربند با خط افقی بین 30 تا 60 درجه می­باشد قابل استفاده است. باید توجه نمود که مهاربندها با زاویه­ های بزرگتر از 60 و کوچتر از 30 درجه اقتصادی نبوده و می­تواند موجب ایجاد ورق های گاست نسبتاً بزرگ شوند.

شکل ابعاد مورد نیاز برای محاسبه­ ی ابعاد ورق گاست

انتخاب طول ناحیه مفصلی

طول ناحیه مفصلی ورق گاست حداقل برابر دو برابر ضخامت ورق گاست می­باشد.این طول از انتهای مهاربند در امتداد محور آن تا نزدیک­ترین خط آزاد خمش گذرنده از نزدیکترین کنج ورق گاست به انتهای مهاربند اندازه گیری می شود. جهت در نظر گیری رواداری­ های مجاز حین نصب مهاربند، باید طول ناحیه مفصلی بزرگ­تر از (2t) در نظر گرفته شود. باید در نظر داشت بر اساس آزمایشات انجام گرفته حداکثر اندازه طول ناحیه مفصلی برابر با (4t) می­باشد.

محاسبه عرض ورق گاست در ناحیه مفصلی (w) و ضخامت ورق گاست (t_g)

عرض ورق گاست در ناحیه مفصلی (W) یکی از مهمترین پارامترها در طراحی ورق گاست برای کمانش خارج از صفحه مهاربند می باشد. عرض مورد نیاز (W) به ضخامت ورق گاست، تنش تسلیم آن و نیروی کششی اعمال شده بستگی دارد. عرض ورق گاست برای تحمل نیروی محوری اعمال شده از روش ویتمور تعیین می­گردد. در این روش به پیشنهاد ویتمور برای ورق­ های گاست پیچ شده، همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است، خطوط 30 درجه از اولین ردیف پیچ روی ورق گاست کشیده شده تا محور مرکزی آخرین پیچ را قطع کند. عرض ورق گاست بین دو نقطه تقاطع، در طراحی به عنوان عرض مؤثر ورق گاست برای تحمل بار اعمال شده مورد استفاده قرار می­گیرد. در طراحی سطح خارج از عرض ویتمور برای تحمل بار اعمالی اصلاً در نظر گرفته نمی­شود. پروفسور آستانه اصل و همکارانش استفاده از روش ویتمور را برای اتصالات جوشی گسترش دادند. در این شکل خطوط 30 درجه از نقطه شروع جوش کشیده شده است تا خط عبوری از انتهای جوش را قطع کند.

شکل عرض ویتمور الف) اتصال پیچی ورق گاست ب) اتصال جوشی ورق گاست

عرض ویتمور (W_whitmore)  با استفاده از روابط زیر برای اتصالات جوشی و پیچی می تواند استفاده شود.

 محاسبه­ ی زوایای لبه­ ی ورق گاست با محور مهاربند

باید توجه نمود که استفاده از ورق­ های گاست متقارن نسبت به محور مهاربند پیشنهاد می­شود. در صورتی که α₁ و α₂ برابر با زاویه­ ی لبه ­ی ورق گاست با محور مهاربند باشد؛ با گذاشتن ورق گاست در مرکز محور مهاربند، اندازه ­های W₁ و W₂ و همچنین مقادیر α₁ و α₂ برابر می­شوند. در صورتی که زوایای α₁ و α₂ برابر نباشند، بهتر است که بیشتر از دو درجه با هم اختلاف نداشته باشند. باید توجه نمود مقدار مناسب α₁ و α₂ بین 25 تا 30 درجه می­باشد.

با توجه به هندسه­ ی ورق گاست مطابق شکل 52 زوایای ₁ α و ₂ α مطابق زیر محاسبه می­شوند:

شکل هندسه­ی ورق گاست

در این حالت ابعاد W_P1 و W_P2 که در شکل فوق ارائه شده است، با استفاده از روابط زیر قابل محاسبه می­باشند

تعیین ابعاد ورق گاست

خط آزاد خمش گذرنده از کنج ورق گاست، بسته به زاویه ­ی مهاربند با محور افقی، عمق تیر و عمق ستون، زوایای لبه­ ی ورق گاست با مهاربند (α₁ و α₂)، بر روی بال تیر و یا بال ستون قرار می­گیرد. در حالتی خاص ممکن است خط آزاد خمش بال تیر و بال ستون را همزمان قطع کند. کوچکترین تغییر در هر یک از این پارامترها می­تواند موقعیت این خط و ابعاد ورق گاست را تحت تأثیر قرار دهد. زاویه­ ی کم مهاربند، تیرهای عمیق و ستون­ های کم عمق موجب تشکیل نزدیک­ترین کنج به انتهای مهاربند روی بال تیر می­گردد؛ و زاویه ی زیاد مهاربندها تیرهای کم عمق و ستون­ های عمیق باعث تشکیل نزدیک­ترین کنج به انتهای مهاربند روی بال ستون می­گردد.

تعیین ابعاد ورق گاست در صورتی که نقطه­ ی تقاطع خط آزاد خمش روی تیر باشد

جهت محاسبه ­ی ­ابعاد ورق گاست (با توجه به شکل زیر) هنگامی که نقطه ­ی تقاطع خط روی خط آزاد خمش روی تیر باشد به صورت زیر است:

شکل پارامترهای تعیین ابعاد ورق گاست در صورتی که نقطه ­ی تقاطع خط آزاد خمش روی تیر باشد

تعیین ابعاد ورق گاست در صورتی که نقطه­ ی تقاطع خط آزاد خمش روی ستون باشد

هنگامی که نقطه­ ی تقاطع خط آزاد خمش روی ستون باشد، می­توان از روابط زیر جهت محاسبه­ ی ابعاد ورق گاست استفاده نمود:

شکل  پارامترهای تعیین ابعاد ورق گاست در صورتی که نقطه­ ی تقاطع خط آزاد خمش روی ستون باشد.

برای حالت خاصی که نقطه ­ی تقاطع خط آزاد خمش بر روی ستون و تیر به طور همزمان قرار دارد، ابعاد ورق گاست با استفاده از روابط ارائه شده برای هر کدام از روابط فوق می­تواند تعیین گردد.

ضخامت ورق گاست

جهت تعیین ضخامت ورق گاست ابتدا نیروی طراحی اتصال با توجه به نوع قاب مشخص می­شود. برای مثال با فرض اینکه قاب مورد نظر مهاربندی شده ­ی همگرای ویژه باشد مقاومت کششی برابر است با R_yF_y A_g. در صورتی که در از دوبل ناودانی 100 عنوان مهاربند استفاده شده باشد، مقاومت کششی مورد نیاز اتصال مهاربندی به شرح زیر می­باشد:

بنابر این از ورق گاست با ضخامت 1 سانتی متر استفاده می­شود.

طراحی جوش گوشه اتصال مهاربندی

بنابراین بعد جوش برابر با 6 میلی­متر انتخاب می­شود.

جهت طراحی طول جوش گوشه به صورت زیر عمل می­کنیم:

با فرض استفاده از الکترود (E70)

با توجه به اینکه از دوبل ناودانی استفاده شده است و برای هر ناودانی دو خط جوش در دو سمت ناودانی وجود دارد، بنابر این طولی از ناودانی که با جوش به ورق گاست متصل می­شود برابر است با  : سانتی متر 28=110/4

کنترل برش قالبی

کنترل برش قالبی برای مهاربند ارائه شده در مثال قبل (مهاربند دوبل  +UNP100ورق گاست به ضخامت 1 سانتی­متر) با مشخصات ارائه شده در شکل (35) به شرح زیر میباشد:

شکل  مشخصات مهاربند جهت محاسبه­ی سطح مقطع خالص و سطح مقطع کل تحت کشش و برش

سوالات متداول:

• آیا استفاده از تک مهاربند در یک راستای ساختمان در یک طرف مرکز جرم مجاز است؟

استفاده از این سیستم منع آیین نامه ­ای ندارد؛ اما باید توجه داشت که تنها مهاربند تنها برش ناشی از زلزله تحمل می­کند و پیچش را تحمل نمی­کند. با استفاده از این سیستم در ساختمان به احتمال زیاد پیچش شدید خواهیم داشت. در نتیجه ضریب نامعینی و خروج از مرکزیت زلزله را باید افزایش دهیم. بنابر این طرح غیر اقتصادی خواهد شد.

• حداکثر مقدار خروج از مرکزیت مهاربندهای 7 و 8 به طوری که در گروه مهاربندهای همگرا قرار داده شوند چه مقدار است؟

مهاربندهای 7 و 8 که در محل اتصال به تیر دارای خروج از مرکزیت کمتر از ارتفاع تیر هستند، به عنوان مهاربند­ی های همگرا محسوب می­شوند.

• حداکثر ازتفاع سازه­ها برای استفاده از سیستم OCBF چه مقدار است؟

15 متر

منابع

• آیین نامه طراحی ساختمان ­ها در برابر زلزله استاندارد 2800 (ویرایش 4)
• مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1401
• پک پاراسیویل امیرطاها نوروزی
• جزوه نکات مدلسازی و طراحی سازه بتنی و فولادی (نویسنده دکتر مسعود حسین زاده اصل)
• کتاب طراحی سازه­ های بتنی با نرم افزار ایتبس (نویسندگان: مهندس رضا سلطان آبادی و مهندس احمد رضا جعفری)
• کتاب طراحی اتصالات سازه­ های فولادی به روش ضرایب بار و مقاومت (نویسندگان: نادر فنایی، فرزانه قلمزن اصفهانی)
• کتاب طراحی سازه ­های فولادی به روش LRFD در ETABS (نویسنده: مهندس مهدی ترابی)
• کتاب طراحی سازه ­های فولادی (نویسنده: شاپور طاحونی)

• 18 آوریل, 2025