آموزش جامع طراحی سقف دال بتنی در نرم افزار SAFE 2016

سقف دال بتنی یکی از اجزای مهم و سقف های متداول و پرکاربرد در ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی است. طراحی و اجرای سقف دال بتنی باید به گونه‌ای باشد که امنیت و پایداری ساختمان را تامین کند و همچنین نیازهای کاربران ساختمان را در بر بگیرد. از دال بتنی معمولاً برای کاربری هایی با بارهای نسبتاً سنگین مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع سقف دارای انواع مختلفی است که در مقاله دال بتنی به بررسی آن ها پرداختیم. با توجه به گستردگی استفاده از دال های بتنی متکی بر تیر در ساختمان ها در این مقاله به بررسی ضوابط آیین نامه ای و طراحی این نوع از دال های بتنی در نرم افزار SAFE 2016 پرداخته خواهد شد.

سرفصل‌های این مقاله:

1. تعریف و اهداف
2. روش آنالیز دال ­ها
3. بررسی ضوابط آیین نامه­ ای طراحی دال
4. طراحی دال­ های بتنی متکی بر تیر در نرم افزار SAFE 2016

انواع دال بتنی : یک طرفه و دوطرفه

بر اساس بند 9-18-2-1، مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، سیستم دال به مجموعه ای از قطعات صفحه ای با تیر و یا بدون تیر گفته می شود، که تحت اثر بارهای عمود بر صفحه ی خود قرار می گیرند.

به طور کلی دال های بتنی بر اساس عملکرد به دو گروه دال های یک طرفه و دال های دوطرفه تقسیم بندی می شوند.

چنانچه نسبت بعد بزرگ چشمه به بعد کوچک آن بزرگتر از 2 باشد، رفتار دال یک طرفه و چنانچه کوچکتر و یا مساوی 2 باشد رفتار دال دو طرفه است. طراحی دال های یک طرفه دقیقا مشابه طراحی تیر بتنی بوده با این تفاوت که دال را برای یک متر عرض طراحی می کنیم.

دال های بتنی انواع مختلفی دارند. با توجه به اهمیت سیستم تیر دال به عنوان یکی از متداول ترین سیستم های دال دو طرفه در این مقاله سعی شده است که نکات و ضوابط آیین نامه ای این نوع دال ها بیان شده، و در ادامه به چگونگی طراحی این سیستم در نرم افزار SAFE  پرداخته شود.

روش آنالیز دال ها

جهت آنالیز دال ها می توان از رابطه ی صفحات و پوسته استفاده نمود. رابطه ی مشهور صفحات و پوسته ها به شرح زیر می باشد:

رابطه ی فوق یک رابطه ی مرتبه چهار می باشد، D صلبیت خمشی صفحه، w تابع تغییر شکل صفحه و pz(x,y) بارهای عمودی وارده بر صفحات می باشد. برای حل معادله دیفرانسیل فوق، روش های متعددی توسط محققین پیشنهاد شده است. نرم افزار SAFE از جمله نرم افزارهای قدرتمند جهت تحلیل دال ها شمرده می شوند. این نرم افزار نیز جهت آنالیز دال ها از رابطه ی صفحات و پوسته استفاده کرده، و جهت حل معادله ی دیفرانسیل ذکر شده از روش اجزا محدود استفاده می کند.

آشنایی با دال های متکی بر تیر

سیستم تیر- دال، یا همان دال های متکی بر تیر یکی از متدوال ترین انواع دال های بتن آرمه می باشند. در این سیستم علاوه بر وجود دال بتنی در بین ستون ها از تیر جهت بالا رفتن سختی خمشی و برشی استفاده می گردد. در این سیستم بارهای وارد بر دال بسته به ابعاد چشمه ها به صورت یک طرفه یا دو طرفه به تیرها منتقل می شود؛ و سپس از طریق تیرها به ستون ها انتقال می یابد. استفاده از این نوع سیستم در کف ها به دلیل وجود تیرهای بتنی، علاوه بر افزایش سختی خمشی خارج از صفحه، مشکل تغییر شکل در سقف ها را نسبت به سیستم دال تخت رفع می نماید. علاوه بر این با توجه به وجود تیر در بین ستون ها یک سیستم باربر جانبی مناسب در کل سازه ایجاد می گردد، که مشکلات مربوط به تغییر مکان جانبی را نیز برطرف می نماید.

طراحی دال بتنی متکی بر تیر در SAFE 2016

از آنجایی که استفاده از دال ­های بتنی متکی بر تیر یکی از پرکاربردترین انواع سقف ­ها می­باشد؛ و در سازه­ هایی با میزان زیاد بار زنده نظیر پارکینگ­ ها و فروشگاه­ ها کاربرد زیادی دارد، در این بخش از مقاله به شرح چگونگی طراحی این نوع از دال­ها در نرم افزار SAFE 2016 خواهیم پرداخت. علاوه بر این کلیه ی نکات مربوط به طراحی ذکر شده و به کنترل ضوابط آیین نامه­ ای پرداخته خواهد شد.

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

حداقل ضخامت دال بتنی

جهت کنترل ضخامت مورد نیاز در دال ها کنترل های آیین نامه ای وجود دارد؛ علاوه بر این کنترل برش از عوامل تعیین کننده ی ضخامت مورد نیاز دال ها می باشد. باید توجه نمود، چنانچه ضخامت دال از مقادیر حداقل آیین نامه بیشتر باشد نیازی به کنترل تغییر شکل و خیز در دال نمی باشد. لازم به ذکر است مقادیر ذکر شده در استاندارد مقادیری محافظه کارانه بوده و می توان با فرض ضخامت دال بر مبنای حداقل های اجرایی و محاسبه و کنترل تغییر شکل ها با تحلیل غیر خطی و آنالیز ترک خوردگی و مقایسه ی مقادیر به دست آمده با مقادیر مجاز به طراحی اقتصادی تری دست یافت.

جهت تعیین حداقل ضخامت دال بتنی ابتدا باید مشخص گردد که دال مورد نظر یک طرفه است و یا دوطرفه می باشد. بر اساس جدول 9-9-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 حداقل ضخامت دال های یک طرفه  توپر به شرح زیر می باشد:

جدول فوق برای فولاد با تنش تسلیم fy=420 MPa تنظیم شده است. برای سایر انواع فولاد، مقادیر جدول باید در ضریب (0.4 + fy/700)  ضرب شوند.

براساس بخش 9-10-6-1 حداقل ضخامت دال هایی که تمام اعضای آن ها بر روی تیرها تکیه دارند و نسبت طول دهانه ی بزرگتر به کوچکتر از 2 کمتر می باشد (دال های دوطرفه)، به شرح زیر است:

1) در صورتی که نسبت αm مساوی یا کوچکتر از 0.2 باشد، حداقل ضخامت دال بر اساس جدول نشان داده شده در شکل زیر به دست می آید. در حقیقت در این حالت با توجه به مقدار کم αm (میانگین سختی نسبی تیرهای اطراف دال به سختی دال)، از مقادیر حداقل ضخامت دال دوطرفه بدون تیر میانی استفاده می شود.

2) در دال هایی که نسبت αm بزرگتر از 0.2 و کوچکتر از 2 باشد، از آنجایی که میانگین نسبت خمشی تیرهای اطراف دال به سختی خود دال در این نوع سقف ها قابل ملاحظه است، به طراح اجازه داده خواهد شد که جهت تعیین حداقل ضخامت دال از سختی خمشی تیرهای اطراف دال استفاده نماید. در این حالت حداقل ضخامت دال بر اساس رابطه ی زیر به دست می آید:

بر اساس این بند از استاندارد در دال هایی که نسبت αm در آن ها بزرگتر از 2 باشد، حداقل ضخامت دال بر اساس رابطه ی زیر محاسبه می گردد:

پارامترهای ذکر شده در روابط فوق به شرح زیر می­باشد:

Ln: طول دهانه ی آزاد در امتداد دهانه ی بزرگتر دال های دو طرفه که برابر فاصله ی برتابر تیرهای تکیه گاهی می باشد.

αm: متوسط مقدار α برای تمام تيرهای روی لبه يک چشمه دال.

α: نسبت سختی خمشی مقطع تير به سختی خمشی نواری از دال كه از طرفين به محورهای مركزی چشمه های مجاور در صورت وجود، محدود شده باشد.

β: نسبت طول دهانه آزاد بزرگتر به طول دهانه آزاد كوچكتر در دال های دوطرفه.

با توجه به اینکه در پروژه ها برای طراحی دال بتنی چندین پنل طراحی وجود دارد و کنترل ضخامت دال برای کلیه ی چشمه های سقف امری وقت گیر می باشد، بنابراین لازم است که دال هایی که به بیشترین ضخامت نیاز دارند شناسایی شوند. باید در نظر داشت که در دال ها دهانه هایی که بیشترین ابعاد را داشته باشند بحرانی تر می باشند. در پروژه هایی که اندازه ی دهانه ها با یکدیگر برابر باشد دهانه های کناری که از پیوستگی کمتری در لبه های خود برخوردارند بحرانی تر بوده و به ضخامت بیشتری نیاز دارند.

پس از تعیین حداقل ضخامت دال بتنی بر اساس محدودیت های آیین نامه ای، لازم است مسئله ی برش در دال ها نیز مورد بررسی قرار گیرد. در دال های متکی بر تیر مسئله ی برش یک طرفه و در دال های تخت مسئله ی برش پانچ از اهمیت زیادی برخوردار می باشد.

جهت کنترل برش یک طرفه لازم است که ضخامت دال به گونه ای در نظر گرفته شود که با توجه به کم بودن ضخامت دال و مشکلات اجرایی نیازی به خاموت بندی در دال نباشد. جهت کنترل برش یک طرفه باید سطح بارگیر تیر بحرانی (تیر بلندتری که سطح بارگیر بیشتری دارد) محاسبه گردد.

جهت محاسبه ی برش یک طرفه مقدار سطح بارگیر تیر به فاصله ی d از بر تکیه گاه تیر می باشد. در این حالت مقدار d برابر با ارتفاع مؤثر دال بتنی می باشد. جهت به دست آوردن مقدار نیروی برشی وارده بر دال در فاصله ی d از بر تکیه گاه، بارهای ضریبدار Wu شامل بار مرده ی کف سازی، وزن ناشی از دال بتنی، بار معادل تیغه بندی و مقدار بار زنده در سطح بارگیر مورد نظر ضرب می گردد.

Vu =Wu×A

جهت به دست آوردن ظرفیت برشی دال مورد نظر از رابطه ی زیر استفاده می شود:

در رابطه ی فوق مقدار f’c برابر با مقاومت فشاری بتن، b برابر با عرض تکیه گاه و d برابر با عمق مؤثر دال بتنی می باشد. واحد تمامی پارامترهای استفاده شده در رابطه ی فوق بر حسب کیلوگرم و سانتی متر می باشد.

dقطر آرماتور وجه تحتانی – پوشش روی آرماتورها – ضخامت دال= (عمق مؤثر دال) 

چنانچه مقدار نیروی برشی از مقدار ظرفیت برشی دال کمتر باشد، ضخامت دال مورد نظر جوابگو می باشد.

Vu ≤ φVc

در رابطه ی فوق φ برابر با ضریب کاهش مقاومت می باشد و مقدار آن برابر با 0.75 می باشد.

ایجاد مدل و تعریف شبکه ها

جهت مدلسازی دال ها در نرم افزار SAFE هم می توان از خروجی نرم افزار ایتبس استفاده نمود و هم می توان به طور مستقیم خطوط شبکه و دال را در نرم افزار مدل کرد. در ادامه ی این مقاله به شرح چگونگی مدلسازی مستقیم دال در نرم افزار SAFE خواهیم پرداخت. در این راستا پس از اجرای نرم افزار SAFE، از طریق منوی File گزینه ی New Model را انتخاب کرده و وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر می شویم.

با انتخاب گزینه ی Grid Only در پنجره ی نشان داده شده در تصویر بالا، وارد پنجره ی نشان داده شده در زیر می شویم. در پنجره ی مذکور اطلاعات مربوط به Grid Lineها را وارد می نماییم.

معرفی مشخصات مصالح

پس از مشخص کردن آکس ها در نرم افزار SAFE نوبت به تعیین مشخصات مصالح می رسد. در این مرحله سه نوع مصالح شامل بتن دارای وزن مخصوص مشخص، بتن بدون وزن مخصوص و آرماتورها، در نرم افزار معرفی می شود. جهت معرفی مصالح ازمسیر زیر وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر می شویم:

پیشنهاد آموزشی:مینی دوره هنر بتن ریزی | دو روز قبل تا دو روز بعد از بتن ریزی

Define>Material

در پنجره ­ی نشان داده شده با انتخاب گزینه ­ی Modify/Show Material می­توان مشخصات مصالح موجود را اصلاح نمود. مشخصات بتن C25 مطابق شکل زیر تنظیم می­گردد. در قسمت Material Name (نام مصالح) C25، Material Type نوع مصالح وارد می­شود. سایر پارامترها شامل وزن مخصوص بتن، مدول الاستیسیته، ضریب پواسون و… برای بتن C25، در شکل زیر نمایش داده شده است.

برای معرفی بتن با وزن مخصوص صفر با انتخاب گزینه­ ی Add New Material در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل، در قسمت Material Name نام مصالح C0 را وارد کرده و در قسمت Material Type نوع مصالح وارد می­کنیم. در قسمت Weight per Unit Volume وزن مخصوص بتن را برابر با صفر وارد می­کنیم.

جهت تعریف مشخصات آرماتورها با انتخاب گزینه ی CSA-G30.18Gr400 و انتخاب گزینه ی Modify/Show Material مشخصات آرماتورها را مانند تصویر زیر تغییر می دهیم. در این پنجره نیز قسمت Weight of Elasticity, E مربوط به وزن مخصوص می باشد که برای فولاد برابر با 7850 کیلوگرم بر مترمکعب می باشد. مقادیر Fy و Fu برابر با تنش جاری شدن و تنش گسیختگی فولاد می باشد.

معرفی مشخصات دال

جهت معرفی مشخصات دال ها در نرم افزار SAFE، از مسیر زیر وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل می شویم.

Define>Slab Property

سپس با انتخاب گزینه ی Add New Property وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر خواهیم شد. در این پنجره در قسمت Slab Material بتن تعریف شده در مرحله ی قبل C25 و در قسمت Type گزینه ی Slab را انتخاب می کنیم؛ سپس در قسمت Thickness ضخامت دال مورد نظر را وارد می کنیم.

معرفی مشخصات تیرها

هدف از مدل کردن تیرها تنها در نظرگیری سختی این اعضا در آنالیز و طراحی دال می باشد؛ و تیرها در مدل طراحی نخواهند شد.

جهت معرفی مشخصات تیرها دو حالت ممکن است ایجاد گردد:

در حالت اول از عملکرد مشترک تیرها و دال ها صرف نظر می کنیم؛ در صورتی که در حالت دوم عملکرد مشترک تیرها و دال ها را در نظر می گیریم.

در حالت اول سختی تیرها کاهش داده شده و دال ها نقش بیشتری در باربری ایفا می کنند. در حقیقت این حالت به صورت روشی در جهت اطمینان عمل می کند. حالت دوم به صورت روشی اقتصادی عمل می کند؛ و این روش به واقعیت نزدیک تر می باشد. در حالت دوم تیرها با توجه به عرض مؤثری که دارند به صورت L شکل و T شکل مدل می شوند. از این رو تمام تیرهای پیرامونی به صورت L شکل و تیرهای داخلی به صورت T شکل مدل می گردند.

بر اساس بند 9-6-3-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، در تیرهای T شکل که دارای دال یکپارچه و یا مرکب می باشند، عرض مؤثر بال  bf، باید برابر با عرض جان تیر، bw، به اضافه ی قسمتی از بال در هر طرف تیر مطابق جدول 9-6-1 از همین مبحث، در نظر گرفته شود. در این جدول h ضخامت دال و Sw فاصله ی آزاد بین جان تیر مورد نظر و جان تیر مجاور آن می باشد.

جهت تعریف مقطع تیرها در نرم افزار SAFE 2016، از منوی زیر اقدام می کنیم.

Define>Beam Property

سپس جهت معرفی مقطع تیرها بر روی گزینه ی Add New Property کلیک کرده و وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر می شویم. در قسمت Property Name، نام مقطع را نوشته و در قسمت Beam Material بتن C0 تعریف شده در مرحله قبل را انتخاب می کنیم.

قسمت های Rebar Material و  Rebar Material Shear مربوط به آرماتورهای طولی و برشی تیرها می باشند. در قسمت Beam Shape Type با انتخاب گزینه ی L Beam تیرهای L شکل و با انتخاب گزینه ی T Beam تیرهای T شکل مدل می شوند. در صورتی که از حالت اول استفاده شود یعنی از عملکرد مشترک تیر و دال صرف نظر گردد، گزینه ی Rectangular Beam را در این قسمت انتخاب می کنیم. پس از انتخاب شکل تیر پارامترهای هندسی تیرها را وارد می کنیم.

تعریف مشخصات ستون

همانند آنچه در مورد تیرها نیز عنوان شد، هدف از مدل کردن ستون ها نیز تنها در نظرگیری سختی این اعضا در آنالیز و طراحی دال می باشد؛ و ستون ها نیز همانند تیرها در مدل طراحی نخواهند شد.

جهت معرفی مشخصات ستون ها از منوی Define وارد پنجره ی Column Properties می شویم. در پنجره ی جدید ظاهر شده، بر روی گزینه ی Add New Property کلیک کرده؛ و سپس وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر می شویم. در قسمت Property Name، نام مقطع ستون مورد نظر را نوشته و در قسمت Material بتن C0 را انتخاب می کنیم. در قسمت Column Shape گزینه ی Rectangular را برای ستون مستطیلی انتخاب می کنیم. ابعاد ستون مورد نظر را در  قسمت های Parallel to 2-Axis و Parallel to 3-Axis، وارد می کنیم.

سپس گزینه ی Include Automatic Drop Panel Over Column را فعال می کنیم. با فعال کردن این گزینه نرم افزار یک ناحیه مکعبی شکل صلب را به انتهای ستون در قسمتی که ستون به دال بتنی متصل است، به صورت خودکار اختصاص داده؛ و سختی این ناحیه را افزایش می دهد. قسمت Automatic Drop Panel Dimensions مربوط به کتیبه ها می باشد. این گزینه را معمولاً در دال های تخت که نیاز به کتیبه دارند فعال می کنیم. قسمت Automatic Column Capital (Drop Cap) Dimensions مربوط به سرستون ها با ابعاد متغییر می باشد.

معرفی الگوهای بارگذاری

جهت طراحی دا ها تنها نیاز به بارهای ثقلی می باشد. بارهای ثقلی شامل بار مرده ی اجزای سازه ای، بار مرده ی کفسازی، بار زنده و بار معادل تیغه بندی می باشد. جهت تعریف الگوهای بار ذکر شده از مسیر زیر وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر می شویم.

Define>Load Pattern

سپس الگوهای بارگذاری را مطابق آنچه در شکل نمایش داده است تعریف می کنیم. دقت شود بار مرده ی کف سازی و اجزای سازه ای به طور مجزا تعریف شود این امر در کنترل تغییر شکل دال ها از اهمیت برخوردار است.

جهت تعریف الگوهای بارگذاری برای بار مرده Dead مقدار ضریب Self Weight Multiplier را برابر با واحد وارد می کنیم؛ و برای سایر الگوهای بارگذاری این مقدار برابر با صفر می باشد. ضریب فوق در وزن المان های سازه ای ضرب شده و به این صورت وزن المان ها در آنالیز در نظر گرفته می شود. در ادامه باقی الگوهای بارگذاری به صورت شکل تعریف می شود. باید توجه داشت نوع بار معادل تیغه بندی بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398به صورت زیر تعریف می شود.

• بار معادل تیغه بندی تا 1 کیلونیوتن بر متر مربع از نوع بار زنده می باشد.
• بار معادل تیغه بندی بیشتر از 1 کیلونیوتن بر متر مربع از نوع بار مرده می باشد.

از آنجایی که بار متعارف تیغه های ساختمان ها در ایران بیشتر 1 کیلونیوتن بر متر مربع می باشد، بار تیغه بندی باید از نوع مرده در نظر گرفته شود.

معرفی حالت های بارگذاری

حالت های بارگذاری جهت تعریف نوع رفتار الگوهای بار تعریف شده در مرحله ی قبل، به نرم افزار معرفی می شود. به طور کلی سه حالت برای آنالیز الگوهای بار وجود دارد:

1. آنالیز استاتیکی
2. آنالیز مودال یا دینامیکی
3. آنالیز هایپراستاتیک

جهت تعریف حالت های بارگذاری از طریق منوی زیر وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل می شویم:

Define > Load Case

در پنجره ی نشان داده شده به طور پیش فرض تمام الگوهای بارگذاری تعریف شده در مرحله ی قبل وجود دارد. حالات بارهای مرده و زنده برای طراحی کلیه دال ها باید به صورت استاتیکی خطی در نظر گرفته شود. از این رو پس از انتخاب حالت بارگذاری مورد نظر با کلیک بر روی Modify/ Show Case وارد پنجره ای جهت تعریف حالت بارگذاری استاتیکی خطی در پنجره ی فوق در قسمت Load Case Type، گزینه ی Static و در قسمت Analysis Type گزینه ی Linear را انتخاب می کنیم.

ترکیبات بارگذاری

همانگونه که قبلاً نیز اشاره کردیم، جهت طراحی دال بتنی تنها از بارهای ثقلی استفاده می شود. بنابر این جهت طراحی دال ها از ترکیب بارهای دارای بار ثقلی تنها استفاده می شود؛ اما در دال هایی که همراه با تیر نباشند یا فاصله ی دهانه ها از یکدیگر زیاد باشد ممکن است بارهای جانبی دیافراگم در طراحی غالب شود.

بر اساس استاندارد ACI318-19 ترکیب بارهای دارای بارهای ثقلی به شرح زیر می باشد:

U= 1.4 (Dead+ SD+Part)
U= 1.2(Dead+ SD+Part) + 1.6L

جهت تعریف کردن ترکیب بارها از منوی زیر وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل می شویم؛ و ترکیب بارهای ذکر شده در قسمت بالا را با انتخاب گزینه ی Add New Combo در پنجره ی جدید باز شده در ایجاد می کنیم.

Define> Load Combination

در پنجره ی نشان داده شده در بالا نوع بارها و ضرایب مربوطه به هر بار در ترکیب بار مورد نظر را وارد می کنیم؛ و در قسمت Design Selection، نوع طراحی را که از این ترکیب بار استفاده می شود باید انتخاب کرد. در طراحی دال ها فقط باید گزینه ی Strength (Ultimate) انتخاب گردد. تمامی ترکیب بارهای مورد نیاز به همین صورت تعریف می گردد.

ترسیم مدل

پس از انجام تنظیمات اولیه و تعریف مقاطع نوبت به ترسیم المان ها می رسد. در این راستا تیرها، ستون ها و دال به شرح زیر رسم می گردند:

ترسیم ستون­ها

همانگونه که قبلاً نیز اشاره گردید، جهت مدل سازی دقیق­تر و کامل­ تر دال­ها نیاز به ترسیم ستون­ها می­باشد. جهت ترسیم ستون­ها می­توان از منوی Draw گزینه­ ی Draw Column را انتخاب نمود و  در قسمت Property Blow و Property Above مقطع ستونهایی که در بالا و پایین دال وجود دارند را انتخاب می­کنیم. قسمت Height Above و Height Below مربوط به ارتفاع ستون­های بالا و پایین دال می­باشد. در قسمت Cardinal Point (See tooltip) گزینه­ ی 10 Centroid را انتخاب می­کنیم. با انتخاب این گزینه ستون­ ها در محل آکس مورد نظر رسم می­گردند. با کلیک بر روی آکس ­های مورد نظر ستون­های مورد نظر رسم می­گردند.

ترسیم تیرها

جهت مدلسازی دقیق­تر و کامل­تر دال­ها نیاز به ترسیم تیرها نیز می­باشد. جهت ترسیم تیرها می­توان از منوی Draw گزینه ­ی Draw Beam را انتخاب کرده  تا پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر نمایش داده شود. پیش ­فرض ­های پنجره­ ی نشان داده شده مناسب بوده و نیازی به تغییر ندارد. با انتخاب نقاط ابتدا و انتهای تیرها نسبت به رسم تیرها اقدام می­نماییم.

ترسیم دال­ها

پس از مدلسازی تیرها و دال­ها نوبت به مدل سازی دال­ها می­رسد. برخلاف نرم ­افزار ایتبس که دال­ها در هر پنل به صورت جدا جدا ترسیم می­شوند، در نرم ­افزار Safe بهتر است که دال­ ها به صورت یکپارچه مدل شوند. جهت مدل کردن دال­ ها می­توان از منوی Draw گزینه­ ی Draw Slabs/ Areas را انتخاب کرده و در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل روند ترسیم دال، در قسمت Type of Object گزینه­ ی Slab را انتخاب کرده و در قسمت Property مقطع دال تعریف شده در مرحله­ ی قبل را انتخاب می­کنیم. جهت ترسیم دال در نقاط کلیه­ ی گوشه­ ی دال کلیک کرده تا به نقطه­ ی اولیه برگردیم. در این حالت دال را به صورت پیوسته ترسیم می­کنیم. طبق شکل دال ترسیم شده تا مرکز ستون­ها ترسیم می­شوند.

شکل  روند ترسیم دال

شکل  ترسیم دال

برای اینکه دال ترسیم شده تمام سطح ستون را پوشش دهد می­توان به صورت زیر عمل نمود:

سطح مورد نظر را انتخاب کرده سپس با استفاده از گزینه­ ی Reshape Object  نقاط گوشه­ ی دال را انتخاب کرده و در گوشه­ ی ستون قرار می­دهیم؛ به گونه ­ای که دال تمام سطح ستون را پوشش دهد.

شکل  ترسیم دال به گونه­ ای که تمام سطح ستون را پوشش دهد

اعمال ضرایب ترک­خوردگی تیرها و ستون­ها

بر اساس بند 3-5-5 استاندارد 2800 ویرایش چهارم، ضرایب ترک خوردگی تیرها برابر 0.35 و برای ستون­ها 0.7 می­باشد.

 بند 3-5-5 استاندارد 2800 ویرایش چهارم (ضریب ترک ­خوردگی اعضا)

جهت اعمال ضرایب ترک­ خوردگی به تیرها و ستون­ها در نرم­ افزار Safe2016 به صورت زیر عمل می­کنیم:

ابتدا تمامی تیرها را انتخاب کرده و از منوی زیر وارد پنجره ­ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم؛ و در قسمت Moment of Inertia about 3 Axis مقدار 0.35 را وارد میکنیم.

Assign> Beam Data> Property Modifiers

شکل اعمال ضریب ترک­ خوردگی تیرها

پس از اعمال ضریب ترک خوردگی تیرها نوبت به ضریب ترک خوردگی ستون­ها می­باشد. در این مرحله نیز با انتخاب ستون­ها از منوی زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل (31) شده و در قسمت Moment of Inertia about 2 axis و Moment of inertia about 3 axis  ضریب 7/0 را وارد می­کنیم.

…Assign> Column/Brace Data> Property Modifiers

شکل اعمال ضریب ترک­ خوردگی ستون­ها

اعمال ضریب ترک­ خوردگی دال­ها

بر اساس بند 6.6.3.1.1 استاندارد ACI318-19 ضرایب ترک­ خوردگی در دال­ها برابر 0.25  در نظر گرفته می­شود. جهت اعمال ضرایب ترک­ خوردگی دال­ها، ابتدا دال­های مورد نظر را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر شده و ضرایب ترک­ خوردگی 0.25 را به گزینه­ های Bending m11 Direction، Bending m22 Direction، Bending m12 Direction اختصاص می­دهیم.

Assign> Slab Data> Property Modifiers

…

شکل  اعمال ضریب ترک­ خوردگی دال­ها

شکل  ضرایب ترک­ خوردگی دال­ها بر اساس بند 6.6.3.1.1 استاندارد ACI318-19

ترسیم نوارهای طراحی

مدلسازی نوارهای طراحی یکی از مهمترین مراحل طراحی دال­ها می­باشد. در واقع نرم افزار تمام نیروها را به نوارهای طراحی وارد کرده و مقدار آرماتور مورد نیاز را محاسبه می­نماید. در نرم ­افزار Safe جهت طراحی دال­ها از روش طرح مستقیم استفاده می­کنیم. بر اساس روش طرح مستقیم در دال­های بتنی به جای اینکه کل دال را به صورت یکپارچه در نظر بگیریم؛ دال را به چند نوار تقسیم کرده و آرماتورها را در نوارهای ذکر شده محاسبه می­نماید. نوارهای ترسیمی در دال­ها به شرح زیر می­باشند.

• نوارهای ستونی: نوارهای ستونی در دو سمت محور ستون­ها واقع می­شود و عرض آن در هر سمت محور برابر با 25 l₁ و یا 0.25 l₂ هر کدام کوچکتر است، میباشد.

نوار میانی: به نوار قرار گرفته در حد فاصل دو نوار ستونی نوار میانی گفته می­شود.

شکل  نوارهای طراحی دال

جهت رسم نوارهای طراحی باید عرض نوارها شامل نوارهای ستونی و نوارهای میانی را به دست آوریم. همان­گونه که در قسمت بالا نیز شرح داده شد، عرض نوارها به صورت زیر محاسبه می­گردد:

در نرم افزار SAFE هر دو گزینه­ ی نوارهای میانی و ستونی جهت رسم موجود می­باشد. بنابر این با محاسبه­ ی عرض نوارها در چشمه­ های مختلف دال بتنی نوارهای چشمه های مختلف را رسم کرد. از آنجایی که در نرم­افزار SAFE نوار میانی و یا نوار ستونی تأثیری بر نتایج آرماتورهای خمشی ندارد می­توان تمامی نوارها را به صورت نوار ستونی رسم کرد. باید توجه داشت هرچه عرض نوارهای طراحی کوچکتر انتخاب شود دقت طراحی آرماتورهای خمشی بیشتر می­باشد؛ اما انتخاب عرض بسیار کم برای نوارها نقشه­ های اجرایی شلوغ ­تری را به همراه دارد؛ که این امر مناسب نمی­باشد. لذا باید عرض نوارها در محدوده­ ی مناسبی انتخاب گردد.

مدلسازی و رسم نوارهای طراحی در هر دو راستای متعامد در نرم افزار SAFE الزامی است. از این­ رو در نرم افزار SAFE سه لایه­ ی A، B وOther جهت رسم نوارها وجود دارد. به عنوان یک قرارداد می­توان لایه­ ی A را برای نوارهای رسم شده در راستای X و لایه­ ی B را برای نوارهای رسم شده در راستای Y در نظر گرفت. جهت رسم نوارها عرض نوار در سمت راست و سمت چپ مرکز نوار، در قسمت ابتدایی و انتهایی نوار، به نرم افزار معرفی می­شود.

جهت مدل سازی نوارهای طراحی از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم.

Draw > Draw Design Strips

شکل  تنظیمات لازم جهت رسم نوارهای طراحی دال

در پنجره­ ی نشان داده شده، در قسمت Strip Layar گزینه­ ی A را برای نوارهای رسم شده در راستای X و گزینه­ ی B را برای لایه­ های در راستای Y انتخاب می­کنیم. در قسمت Strip Design Type گزینه­ ی Column Strip را انتخاب می­کنیم. قسمت Start Width Left مربوط به عرض نوار در سمت چپ مرکز نوار و در قسمت ابتدای نوار میباشد؛ و قسمت Start Width Right مربوط به عرض نوار در سمت راست مرکز نوار و در قسمت ابتدای نوار است. قسمت­های End Width Left و End Width Right نیز مربوط به عرض نوار در سمت چپ و سمت راست مرکز نوار در قسمت انتهای نوار میباشد.

پس از تنظیم پارامترهای ذکر شده در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر، با کلیک بر روی نقاط ابتدا و انتهایی نوار، نوار مورد نظر را رسم می­کنیم. برای رسم نوارهای میانی می­توان در قسمت Strip Design Type گزینه­ی Middle Strip را انتخاب کرد؛ اما همان­گونه که قبلاً نیز اشاره گردید انتخاب این گزینه تأثیری در نتیجه­ ی طراحی آرماتورهای خمشی ندارد.

شکل رسم نوارهای طراحی دال

در مواردی که ستون­ها دقیقاً در یک راستا نباشند، نوارهای طراحی باید به موازات تیرهای مورب ترسیم گردند.

اعمال بارهای وارده به دال

همان­گونه که قبلاً نیز اشاره شد در طراحی دال­ها تنها بارهای ثقلی در نظر گرفته میشوند. از این رو بارهای سطحی شامل بارهای مرده و زنده به سطح دال و بارهای خطی دیوارهای پیرامونی را به صورت بار مرده اعمال می­کنیم.

جهت اعمال بارهای خطی ابتدا تیرهای مورد نظر را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار دیوارهای پیرامونی را به تیرها اعمال می­کنیم.

Assign > Load Data > Distributed Load on Lines

در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر در قسمت Load Pattern Name بار Dead و در قسمت Load Type and Direction گزینه ­ی Force و Gravity را انتخاب می­کنیم. مقدار بار خطی مورد نظر را در قسمت Uniform Load وارد می­کنیم.

جهت اعمال بارهای سطحی به دال­ های مورد نظر، پس از انتخاب دال­ها از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم.

Assign > Load Data > Surface Loads

در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر در قسمت Load Pattern Name بار Dead و در قسمت Load Direction گزینه­ ی Gravity را انتخاب می­کنیم. مقدار بار سطحی مورد نظر را در قسمت Uniform Load وارد می­کنیم.

شکل اعمال بارهای سطحی وارد بر دال

تنظیمات قبل از طراحی

قبل از انجام آنالیز در نرم افزار SAFE باید تنظیماتی را به شرح زیر در نرم ­افزار انجام دهیم:

• جهت تقسیم بندی اجزاء محدود المان سقف از منوی زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم.

…Run > Automatic Slab Mesh Option

در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل (39)، گزینه­ ی Use Rectangular Mesh را فعال می­کنیم. جهت بالا بردن دقت تقسیم بندی اجزاء محدود هر دو گزینه­ ی Use Localized Meshing و Merge Point Where Possible را فعال می­کنیم. در قسمت Approximate Maximum Mesh Size مقدار 0.5 تا 1 متر را وارد می­کنیم. کوچک بودن ابعاد تقسیم بندی موجب بالا رفتن دقت آنالیز می­شود. کوچک بودن بیش از اندازه­ ی ابعاد وارد شده موجب افزایش زمان آنالیز می­شود.

شکل تنظیمات لازم جهت انجام آنالیز در نرم افزار Safe2016

• جهت انجام تنظیمات مربوط به آنالیز پیشرفته از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیرمی­شویم:

…Run > Advanced Modeling Options

با فعال کردن گزینه ­ی Add Rigid Diaphragm Constraint at Top of Columns and Walls Above، یک دیافراگم فرضی در انتهای المان­ ستون ­های طبقه ­ی بالا در نظر گرفته می­شود، تا ستون­ها و دیوارها به هم متصل شده و جابجایی آن­ها به یکدیگر وابسته گردد.

شکل تنظیمات مربوط به آنالیز پیشرفته دال

• جهت انتخاب آیین نامه­ ی طراحی مورد نظر از منوی زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر شده و آیین نامه­ ی مورد نظر را در قسمت Design Code انتخاب می­کنیم.

…Design > Design Preferences

• در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر، در قسمت Cover Slabs تنظیمات مربوط به حداقل پوشش آرماتورهای دال را انجام می­دهیم؛ و در قسمت Clear Cover Top و Clear Cover Bottom مقدار پوشش حداقل دال را وارد می­کنیم. با انتخاب گزینه­ ی Two Way در قسمت Slab Type for Minimum Reinforcing تعیین می­کنیم که در هر دو جهت اصلی حداقل آرماتور در نظر گرفته شود.

شکل تنظیم پوشش آرماتور دال

• جهت انتخاب ترکیب بارهای طراحی از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم. در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر کنترل می­کنیم که ترکیب بارهای مورد نظر در لیست ترکیب بارهای طراحی نرم­ افزار موجود باشند.

…Design > Design Combos

شکل ترکیب بارهای طراحی

آنالیز و طراحی دال در نرم ­افزار SAFE

جهت آنالیز دال مورد نظر گزینه­ ی Run Analysis & Design را از منوی Run انتخاب میکنیم. جهت مشاهده­ ی آرماتورهای خمشی از منوی زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم.

…Display > Show Slab Design

در پنجره­ ی نشان داده شده در قسمت Design Basis گزینه­ ی Strip Based را انتخاب کرده و در قسمت Display Type گزینه­ ی Enveloping Flexural Reinforcement را انتخاب می­کنیم. در قسمت Rebar Location Shown با انتخاب گزینه­ ی Show Top Rebar آرماتورهای فوقانی و با انتخاب گزینه­ ی Show Bottom Rebar آماتورهای تحتانی دال نمایش داده می­شود. در قسمت Choose Strip Direction  با انتخاب گزینه ی Layer A آرماتورهای جهت X و با انتخاب گزینه ­ی Layer B آرماتورهای جهت Y نمایش داده می­شود. در قسمت Typical Uniform Reinforcing با انتخاب گزینه­ ی Define by Bar Size and Bar Spacing قطر و فاصله­ ی آرماتورهای سراسری را انتخاب می­کنیم. با انتخاب گزینه ­ی Apply پس از تنظیم پارامترهای ذکر شده، مقدار آرماتورهای تقویی مورد نیاز در نوارهای طراحی گزارش داده می­شود. باید توجه داشت قطر و فاصله­ ی آرماتورهای سراسری بر اساس حداقل آرماتورخمشی مورد نیاز دال تعیین می­شود؛ و بر اساس بند 9-10-7-1-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان به شرح زیر می­باشد:

الف)  حداقل آرماتور خمشی، A_s,min، برابر با 0.0018A_g بوده و یا مطابق آنچه در بند (ب) زیر تعریف شده است، محاسبه می­شود. این آرماتور باید در نزدیکی سطح کششی در جهت دهانه، و در عرض دال (b_slab) تعبیه شود.

بر اساس رابطه­ ی ذکر شده برای دال ارائه شده در این مثال از  12 φ با فاصله ­ی 25 سانتی ­متر جهت آرماتور سراسری استفاده شده است. بر اساس بند 9-10-7-3-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، حداقل فاصله­ ی آرماتورهای طولی در مقاطع بحرانی دال­های توپر کمترین مقدار 2h و 350 میلی­ متر می­باشد.

بند 9-10-7-1-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 (حداقل آرماتور خمشی دال­ها)

شکل تنظیمات مربوط به آرماتورهای طولی دال

جهت کنترل برش و مشاهده­ ی آرماتورهای برشی طراحی دال در قسمت Design Type در پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر، گزینه­ ی Shear Reinforcement را انتخاب کرده و در قسمت Choose Strip Direction تمام لایه­ های طراحی را انتخاب میکنیم. سپس با انتخاب گزینه ­ی Apply مقادیر نسبت A_v/S در دال نمایش داده میشود. با حرکت موس بر روی قسمت­ های مختلف دال مقدار A_v/S در بخش ­های مختلف دال نمایش داده می­شود.

شکل تنظیمات مربوط به آرماتور برشی دال

کنترل خیز در دال­ها

بر اساس بند 9-10-6-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، خیز آنی و دراز مدت باید مطابق با ضوابط بهره­ برداری بند 9-19 همین مبحث محاسبه شود؛ و نیز برای دال ­های دوطرفه با شرایط الف و ب از محدودیت­ های مندرج در بند 9-19-2-4 استاندارد مذکور بیشتر نشود.

الف) دال­ هایی که محدودیت های حداقل ضخامت ذکر شده در بند 9-10-6-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 را تأمین نمی­کنند.

ب) دال­های دو طرفه­ ای که فاقد تیرهای داخلی بین تکیه­ گاه ­ها در کلیه­ ی لبه­ ها بوده، و نسبت دهانه­ ی بزرگ به دهانه ­ی کوچک آن­ها بیشتر از 2 باشد.

 بند 9-10-6-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 (محدودیت خیز دال­ها)

بر اساس بند 9-19-2-4 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، تغییر مکان های ایجاد شده در دال­ها نباید از مقادیر ذکر شده در جدول زیر کمتر باشد.

 جدول 9-19-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 (حداکثر تغییر مکان مجاز)

جهت محاسبه­ ی خیز موجود در دال­ها در نرم ­افزار SAFE از فایل اصلی فایل دیگری را Save As… می­گیریم.

جهت کنترل خیز، از آنجایی که اثرات ترک­ خوردگی دال از طریق آنالیز غیر خطی منظور می­شود و نیازی به کاهش سختی به جهت ترک ­خوردگی دال نمی­باشد، ضرایب ترک خوردگی دال­ها برابر با 1 در نظر گرفته می­شود. علاوه بر این با توجه به اینکه سختی خمشی دال در محاسبات منظور می­شود، اجازه­ ی مدل نمودن تیر به صورت T شکل را نداشته و تیر باید به صورت مستطیلی مدل گردد.

جهت کنترل خیز، ضریب کاهش سختی خمشی ستون­ ها را نیز برابر با 1 وارد می­کنیم. ضریب کاهش سختی تیرها به صورت شکل زیر وارد می­شود.

شکل ضرایب ترک­خوردگی تیر در فایل کنترل خیز

شکل (49): بند 9-6-5-3-2-2 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399

خیز دراز مدت در اثر خزش و انقباض بر اساس استاندارد ACI-209 به شرح زیر محاسبه می­شود.

جهت معرفی ترکیب بار مربوط به خیز ابتدا از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر شده؛ و Load Caseهایی را به شرح زیر تعریف می­کنیم.

…Define > Load Cases

1) Case1: Dead + SD + Part + Live

شکل معرفی Load Case1 مربوط به کنترل خیز

2) Case2: Dead + SD + Part + 0.25Live

شکل  معرفی Load Case2 مربوط به کنترل خیز

3) Case3: Dead + SD + Part + 0.25Live

بر اساس بند 9-19-2-2-5 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، تغییر مکان اضافی ناشی از وارفتگی (خزش) و جمع شدگی (افت و انقباض) بتن در اعضای خمشی در طول زمان را که تغییر مکان دراز مدت نامیده می­شود، در صورت عدم استفاده از روش­های تحلیل دقیق­تر، می­توان از حاصل ضرب تغییر مکان آنی ناشی از بارهای دائمی در ضریبλΔ ، به دست آورد.

در رابطه ­ی فوق مقدار  برابر با نسبت آرماتورفشاری در مقطع وسط دهانه در اعضای با تکیه­ گاه ساده و سراسری، و در مقطع تکیه ­گاه در اعضای طره­ای است. مقدار ضریب وابسته به زمان بارهای دائمی،  باید برابر با جدول 9-19-2 از همین استاندارد در نظر گرفته شود.

 بند 9-19-2-2-5 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 (تغییر مکان دراز مدت دال­ها)

چنانچه از اثر فولاد فشاری صرف نظر کنیم و ضریب وابسته به زمان را بر اساس 60 ماه و بیشتر در نظر بگیریم مقدار ضریب ذکر شده به شرح زیر می­باشد.

بنابراین همانگونه که در شکل زیر نمایش داده شده است، در قسمت Creep Coefficient مقدار 2 را وارد می­کنیم.

شکل معرفی Load Case3 مربوط به کنترل خیز

درصدی از بارهای زنده حالت ماندگار دارند و همانند بارهای مرده موجب ايجاد خزش می­شوند. درصد بار زنده در مراجع مختلف برای کاربری­ های اداری و مسکونی بین 20 تا 25 درصد کل بار زنده پیشنهاد می­شود. Load Caseهای فوق با فرض 25 درصد بار زنده از نوع بار زنده ماندگار ساخته شده ­اند.

4) Case4: Dead +α SD

ضریب α درصدی از بار مرده ­ی کف ­سازی و تیغه بندی می­باشد، که قبل از اتصال اجزای غیر سازه ­ای وارد می­شود؛ و با توجه به نحوه ­ی اجرای سازه و نوع آن تعیین می­گردد. در تعریف ترکیب بار فوق در نرم افزار، ضریب Creep Coefficient با فرض سه ماه خزش (یعنی فرض می­شود اتصال قطعات غیرسازه­ ای پس از گذشت سه ماه اجرای اسکلت اجرا گردند. البته می­توان در جهت اطمینان از خزش سه ماهه صرف نظر نمود در این صورت از گزینه­ ی Nonlinear (Cracked) استفاده می­شود) و با فرض صرف نظر از فولاد فشاری به صورت زیر تعیین می­گردد:

بنابراین همانگونه که در شکل زیر نمایش داده شده است، در قسمت Creep Coefficient مقدار 1 را وارد می­کنیم.

شکل معرفی Load Case4 مربوط به کنترل خیز

پس از ایجاد Load Case­های ذکر شده ترکیب بارهای مربوط به کنترل خیز درازمدت و خیز آنی را از مسیر زیر و به شرح ترکیب بارهای ارائه شده ایجاد می­کنیم.

…Define > Load Combinations

ترکیب بار مربوط به خیز بلند

Kh1 = Case1 – Case2 + Case3 – Case4

ترکیب بار مربوط به خیز آنی

Kh2 = Case1 – Case2

جهت مشاهده­ ی نتایج، پس از آنالیز کردن دال مورد نظر از منوی زیر مقدار خیز دال تحت ترکیب بارهای مختلف نمایش داده می­شود:

…Display > Diformed Shape

شکل  مقدار خیز آنی دال مورد نظر تحت ترکیب بار Kh2

شکل مقدار خیز درازمدت دال مورد نظر تحت ترکیب بار Kh1

برای به دست آوردن مقدار مجاز خیز از آنجایی که طول دهانه ­ها متفاوت است بهتر است که در جهت اطمینان از کوتاه­ترین طول استفاده نماییم. مقدار خیز مجاز بلند مدت با توجه به جدول 9-19-3 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، که در شکل زیر در این مقاله ارائه شده است، با توجه به درجه اهمیت میزان تغییر شکل­ها در میزان صدمه به تیغه ­بندی سازه به یکی از مقادیرl/240  و یا  l/480محدود می­گردد؛ و با مقادیر موجود به دست آمده توسط نرم افزار مقایسه می­شود. مقدار خیز مجاز آنی با توجه به مقادیر ارائه شده در جدول ذکر شده به مقادیر l/180 برای بام­ها و  l/360 جهت کف ­ها محدود می­گردد.

برای مثال مقدار خیز آنی مجاز برای دال ارائه شده در این مثال برابر با 1.6=600/360  می­باشد. با توجه به اینکه مقدار خیز آنی موجود در نرم افزار Safe2016 برابر با 0.87 سانتی­متر می­باشد، مقدار خیز آنی موجود در این دال در محدوده­ ی مجاز قرار گرفته است.

در مورد خیز دراز مدت مقدار خیز مجاز برای دال ارائه شده در این مثال برابر با 2.85=600/240 می­باشد که مقدار خیز موجود ارائه شده در نرم ­افزر از مقدار مجاز بیشتر بوده؛ بنابر این می­توان با افزایش ضخامت دال مقدار خیز را کاهش داد.

 کنترل لرزش دال­ها

بر اساس بند 9-19-5 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، کف­ ها و تیرهایی که سطوح خالی از تیغه ­بندی­های ممتد تا سقف (یا خالی از عناصر دیگری که خاصیت میراکنندگی ارتعاش دارند) را تحمل می­کنند، باید با توجه خاص به لرزش و ارتعاش حاصل از بارهای جنبشی (نظیر بارهای ناشی از حرکت افراد، کارکرد ماشین آلات، حرکت و توقف آسانسورها و نظایر آن­ها) طراحی شوند. بدین منظور فرکانس نوسانی کف ­ها (تیرچه ­ها، دال­ها و تیرها) باید به اندازه­ای باشد که حداقل فرکانس دوره­ ای کف­ها برای کاربری­ های مختلف از مقادیر مشخص شده در جدول 9-19-4 همین استاندارد کمتر نباشد.

در محاسبه ی فرکانس دوره­ای ارتعاش کف­ ها، باید اثر ترک­ خوردگی قطعات، با منظور نمودن ممان اینرسی مؤثر، I_e، متناظر با بارهای مرده و زنده­ ی بدون ضریب، در محاسبه­ ی تغییر شکل­ ها مورد توجه قرار گیرد. این تغییر شکل ­ها مربوط به اثر بارهای مرده و بخشی از بارهای زنده که دائمی فرض می­شود (بدون ضریب بار) بوده و ضریب ارتجاعی دینامیکی بتن1/25 برابر مقدار E_c منظور گردد. برای محاسبه­ ی فرکانس دوره­ ای می­توان از رابطه­ ی زیر استفاده نمود.

که در آن Δisتغییر مکان استاتیکی قائم حداکثر کف تحت اثر بار مرده و بخشی از بار زنده که دائمی فرض می­شود (بر حسب میلی­متر)، و  فرکانس دوره­ های ارتعاش بر حسب هرتز می­باشد. در صورتی که به مطالعات جامع ­تر برای ارتعاش کف­ ها نیاز باشد می­توان از مراجع معتبر بین­ المللی دیگری استفاده نمود.

جهت کنترل لرزش در نرم افزار Safe2016 از مدلی که در آن خیز کنترل گردید save as تهیه کرده و در فایل جدید گام­های زیر را اجرا می­کنیم:

• مدول الاستیسیته بتن را 25 درصد افزایش می­دهیم. جهت این امر از مسیر زیر وارد پنجره ­ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم؛ و مدول الاستیسیته را افزایش می­دهیم.

Define > Materials… > انتخاب بتن مورد استفاده > Modify/ Show Material…

شکل افزایش مدول الاستیسیته بتن جهت کنترل لرزش در دال­ها

• ضریب ترک خوردگی اعضا با فرض حالت بهره ­برداری وارد می­شود. جهت این امر ضریب کاهش سختی تیرها برابر با 0/5، ستون­ ها و دیوارها برابر با 1 و ضریب ترک­ خوردگی دال­ها برابر با 0/375 وارد می­شود.
• جهت انجام آنالیز مودال جرم لرزه­ ای تعریف می­کنیم. ازاین­ رو از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر شده و جرم لرزه ­ای مطابق آنچه در شکل نمایش داده شده است تعریف می­گردد.

…Define > Mass Source

شکل تعیین Mass Source جهت کنترل لرزش در دال­ها

• از مسیر زیر وارد پنجره­ ی نشان داده شده در شکل زیر شده و باری از نوع مودال مطابق آنچه در همین شکل نمایش داده شده تعریف می­کنیم.

…Define > Load Case > Add New Cas

شکل تعریف بار از نوع Modal جهت کنترل لرزش دال

• سپس سازه را تحلیل می­کنیم و از مسیر زیر وارد پنجره ی نشان داده شده در شکل زیر می­شویم؛ و دوره تناوب سازه را به دست می­ آوریم.

…Display > Show Deformed Shap

شکل روند به دست آوردن دوره تناوب

شکل مشاهده دوره تناوب در نرم افزار Safe

با به دست آوردن زمان تناوب، فرکانس سازه به صورت زیر محاسبه می­گردد:

فرکانس به دست آمده را با مقادیر مجاز فرکانس در جدول ارائه شده در شکل زیر مقایسه می­کنیم.

همانگونه که مشاهده گردید ارتعاش دال مورد نظر در محدوده ­ی مجاز نمی­باشد.

بند 9-19-5 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 (کنترل ارتعاش کف­ها)

جدول 9-19-4 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399(حداقل فرکانس دوره‌ای کف­ها)

شکل بند 9-19-5 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399 (محاسبه ­ی فرکانس دوره ­ای کف ­ها)

سوالات متداول:

• آیا با استفاده از پیش ­خیز می­توان مقدار خیز دال­ها را جبران نمود؟

خیر، کنترل خیز جهت جلوگیری از آسیب ­های اجزای غیر سازه­ ای انجام می­گیرد. استفاده از پیش ­خیز نمی­تواند از آسیب به این اعضا جلوگیری نماید. بنابر این با استفاده از پیش ­خیز نمی­توان مشکل خیز در دال­ها را رفع کرد.

• آیا استفاده از دال بتنی یک طرفه­ ای که حداقل ضخامت آیین نامه ­ای را (بر اساس جدول 9-9-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399)، تأمین نمی­کند غیر مجاز است؟

خیر، دردال­ هایی که محدودیت­ های حداقل ضخامت در بند 9-9-3-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، برآورده شنود، باید خیز آنی و درازمدت مطابق با ضوابط مربوط به حالت حدی بهره ­برداری محاسبه گردد و از حدود مندرج در آیین نامه بیشتر نشود.

• اجرای بازشو در دال­ها تا چه ابعادی مجاز می­باشد؟

بر اساس بند 9-10-6-7-1 مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399، در سیستم دال­ها می­توان بازشوهایی با هر اندازه پیش ­بینی کرد؛ مشروط بر آن­که با انجام تحلیل ویژه بتوان نشان داد که سیستم از مقاومت کافی برخوردار است و ضوابط مربوط به حالات حدی بهره ­برداری به ­ویژه ضوابط مربوط به خیز را تأمین می­کند.

منابع

• آیین نامه طراحی ساختمان ­ها در برابر زلزله استاندارد 2800 (ویرایش 4)
• مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1399
• مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش 1398
• پک پاراسیویل مهندس امیرطه نوروزی
• جزوه طراحی سازه­ های بتنی و فولادی نوشته­ ی دکتر حسین زاده اصل
• کتاب طراحی دال و فونداسیون به کمک نرم ­افزار SAFE 2016 نوشته­ ی مهندس رضا سلطان آبادی و مهندس احمدرضا جعفری
• کتاب طراحی سازه­ های بتنی با نرم ­افزار ETABS نوشته­ ی مهندس رضا سلطان آبادی و مهندس احمدرضا جعفری

• 15 آوریل, 2024