مفاهیم مرتبط با طراحی لرزه ای ساختمان های فولادی
مفاهیم مرتبط با طراحی لرزه ای ساختمان های فولادی
شاید در گذشته توجه خاصی به طراحی لرزه ای سازه ها نمی شده است، اما خسارت های سنگین زلزله ها بر سازه های مختلف نشان داده که باید طراحی ویژه ای برای سازه های مقاوم در برابر زلزله انجام گیرد.
به طور کلی اعضایی از سازه که نیروهای ناشی از زلزله به آنها وارد نمی شود (نظیر تیرهای دو سر مفصل)، تنها با استفاده از ضوابط عادی آیین نامه که قبلا هم گفتیم می توانند طراحی شوند.
از سوی دیگر اعضایی که در جریان زلزله نیرو جذب می کنند (نظیر تیرهای قاب خمشی یا مهاربندها)، باید ضوابط ویژه ای را در هنگام طراحی اقناع کنند که در پست های جلوتر با آنها آشنا خواهیم شد.
دقت کنید که در طراحی چنین اعضایی، ضوابط این دو قسمت باید در کنار ضوابط فصل های قبل و به عنوان تکمیل کننده آنها در نظر گرفته شوند.
در این پست با مفاهیم اولیه در رابطه با طرح لرزه ای آشنا می شویم که در قسمت های جلوتر به آنها نیاز داریم.
هدف و دامنه کاربرد
در تکمیل الزامات عمومی طراحی ساختمان های فولادی، لازم است الزامات طراحی لرزه ای براساس آیین نامه مبحث دهم مقررات ملی ساختمان بخش 10-3 نیز مورد توجه قرار گیرد.
به بیان دیگر می توان گفت که الزامات عمومی مبحث دهم عمدتا معطوف به کنترل معیارهای پایداری، سختی و مقاومت در اعضاء، برای بارهای غیر لرزه ای می باشند، در حالی که در کنترل الزامات لرزه ای به دنبال آن هستیم تا علاوه بر معیارهای مذکور، معیار شکل پذیری را به منظور بهبود رفتار لرزه ای نیز مورد توجه قرار دهیم.
هدف طراحی لرزه ای
هدف اساسی الزامات طراحی لرزه ای، تعیین تناسب بندی جزئیات اعضاء و اتصالات آنها به نحوی است که سازه ضمن حفظ ایستایی کلی خود در برابر نیروهای زلزله شدید، تلفات جانی را حداقل نماید.
از سوی دیگر، با رعایت این الزامات، انتظار می رود که سازه ساختمان در برابر زلزله های خفیف و متوسط از لحاظ پایداری، سختی و مقاومت عملکرد رضایت بخشی از خود نشان دهد.
در ادامه برخی از مفاهیم مرتبط با طراحی لرزه ای ساختمان های فولادی را بررسی خواهیم کرد.
حدود شکل پذیری سازه های فولادی
به طور کلی میزان شکل پذیری قاب های باربر جانبی به این موضوع بستگی دارد که این سازه ها چه اندازه بتوانند در مقاطع خاصی از خود، تغییر شکل های فرا ارتجاعی (پلاستیک) را پذیرا باشند و این ویژگی را در بارگذاری های رفت و برگشتی زلزله حفظ کرده و با کاهش مقاومت و سختی قابل ملاحظه روبه رو نشوند.
در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، سه حد شکل پذیری برای قاب های خمشی و دو حد شکل پذیری برای قاب های مهاربندی شده در نظر گرفته شده و مقررات خاص طراحی هر یک از آنها ارائه شده است.
الف) حد شکل پذیری زیاد: در این حد شکل پذیری، تغییر شکل های نظیر تغییر مکان نسبی طبقه زیاد بوده و بخش قابل ملاحظه ای از آن فرا ارتجاعی است.
به طور مثال در قاب های خمشی ویژه مشمول این رده، میزان دوران (دریفت نسبی) طبقه که با نسبت دریفت به ارتفاع طبقه سنجیده می شود، به 0.04 رادیان می رسد که حدودا 0.03 رادیان آن فرا ارتجاعی می باشد.
ب) حد شکل پذیری متوسط: در این حد شکل پذیری، تغییر شکل های نظیر تغییر مکان نسبی طبقه متوسط می باشد، به طوری که در قاب های خمشی میزان دوران طبقه حداقل به 0.02 رادیان محدود می شود که دوران فرا ارتجاعی آن حدود 0.01 رادیان می باشد.
ج) حد شکل پذیری کم: در این حد شکل پذیری، دوران نظیر تغییر مکان نسبی طبقه کم می باشد و سازه عملا تغییر شکل های فرا ارتجاعی چندانی ندارد. به این علت در این نوع سازه ها ضوابط خاص طراحی برای زلزله محدود است.
انواع سیستم های بابربر جانبی لرزه ای
با بررسی ضوابط طرح لرزه ای مبحث دهم و همچنین با نکاهی به ویرایش چهارم استاندارد 2800، باید گفت که سیستم های باربر جانبی لرزه ای در ساختمان های فولادی به صورت زیر دسته بندی می شوند:
دقت: منظور از عناوین ویژه، متوسط و معمولی همان سطح شکل پذیری زیاد، متوسط و کم می باشد.
تذکر: سیستم قاب ساختمانی با مهاربندی واگرای ویژه خود به دو نوع تقسیم می شود. در نوع اول، اتصال تیر خارج از ناحیه پیوند به ستون از نوع گیردار است و در نوع دوم، این اتصال به صورت مفصلی است.
مثال: قاب خمشی شکل زیر از مقاطع فولادی ساخته شده و تحت بار جانبی قرار دارد. در صورتی که تغییر مکان جانبی قاب در هنگام رفتار ارتجاعی برابر 45 میلی متر و در لحظه پیش از خرابی کامل قاب برابر 145 میلی متر باشد، این قاب برای چه حد شکل پذیری مناسب است؟
1- کم 2- متوسط 3- زیاد 4- اطلاعات کافی نمی باشد.
حل:
می دانیم که یکی از معیارهای آیین نامه ای برای بررسی میزان شکل پذیری قاب های خمشی، بررسی میزان دوران قاب است. با توجه به اطلاعات داده شده در این تست، دوران قاب مورد نظر در لحظه پیش از خرابی (کل دوران) و دوران فرا ارتجاعی آن به صورت زیر بدست می آید:
همانطور که مشاهده می کنید، دوران سازه مورد بررسی پیش از لحظه خرابی بیش از مقدار 0.04 رادیان شده و دوران نظیر رفتار فرا ارتجاعی نیز حدود 0.03 رادیان می باشد، به همین دلیل می توان گفت که این قاب برای حد شکل پذیری زیاد مناسب بوده و در نتیجه گزینه 3 صحیح است.
ناحیه حفاظت شده اعضاء
ناحیه حفاظت شده (ناحیه شکل پذیر) در یک سازه، به ناحیه ای از عضو اطلاق می شود که انتظار می رود در آن مفصل پلاستیک تشکیل شود.
نظر به اهمیت این ناحیه و رفتار حساس آن در حرکات رفت و برگشتی سازه، این ناحیه باید عاری از هر گونه عملیاتی باشد که موجب دگرگونی عملکرد عضو در آن می شود.
به طور مثال:
*به کار بردن وصله مستقیم یا غیر مستقیم جوشی یا پیچی نیمرخ ها یا ورق های تشکیل دهنده عضو در ناحیه حفاظت شده مموع است.
*هرگونه ناپیوستگی ناشی از عملیات ساخت نظیر جوش های موضعی و ناصافی های ناشی از برش های حرارتی در ناحیه حفاظت شده ممنوع بوده و در صورت وجود باید ترمیم شود.
*خال جوش کردن ورق های ذوزنقه ای تیرهای مختلط و نیز جوش برشگیرهای از نوع گل میخ در تیرهای مختلط، در ناحیه حفاظت شده تنها در صورت تامین الزامات قسمت های بعدی مجاز است.
براساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ناحیه حفاظت شده در سیستم های باربر جانبی مختلف به صورت زیر تعریف می شود:
1- در قاب های خمشی فولادی، ناحیه حفاظت شده در دو انتهای تیر بوده و طول آن به اندازه فاصله بین بر ستون تا نصف عمق تیر از محل تشکیل مفصل پلاستیک به سمت داخل دهانه در نظر گرفته می شود.
2- ناحیه حفاظت شده برای قاب های مهاربندی شده همگرای ویژه در تمام طول مهاربند می باشد. همچنین در مهاربندهای همگرای ویژه ضربدری، ناحیه حفاظت شده را می توان فاصله بین انتهای اتصال در محل ضربدری و انتهای عضو مهاربندی در نظر گرفت.
3- ناحیه حفاظت شده در قاب های مهاربندی شده واگرا، تمام طول تیر پیوند می باشد.
تبصره: مواردی که در بالا درباره طول ناحیه حفاظت شده اعضاء گفته شده است، حالت کلی می باشد. به همین دلیل در صورتی که در ادامه این دو فصل، ضوابط دیگری برای طول ناحیه حفاظت شده در حالت های خاص بیان گردد، آن حالت جدید ملاک عمل قرار خواهد گرفت.
مثال: کدامیک از مطالب بیان شده درباره ناحیه حفاظت شده در اعضای یک سازه فولادی نادرست است؟
1- ناحیه حفاظت شده در تیرهای پیوند قاب های مهاربندی شده واگرا، تمام طول آن می باشد.
2- ناحیه حفاظت شده در مهاربندی های همگرای ویژه ضربدری را می توان فاصله بین انتهای اتصال در محل ضربدری و انتهای عضو مهاربندی در نظر گرفت.
3- به کار بردن وصله مستقیم یا غیر مستقیم جوشی یا پیچی نیمرخ ها در ناحیه حفاظت شده ممنوع است.
4- در ناحیه حفاظت شده از تیرهای مختلط، جوش برشگیرهای از نوع گل میخ همواره ممنوع است.
حل:
جوش برشگیرها از نوع گل میخ در تیرهای مختلط در ناحیه حفاظت شده، در صورت تامین برخی از الزامات مجاز بوده و نمی توان گفت همواره ممنوع است. بنابراین تنها عبارت نادرست گزینه 4 است.
مثال: در یک قاب خمشی فولادی که از تیرهای با مقطع IPE360 و ستون هایی با مقطع IPE280 تشکیل شده است، مفصل پلاستیک تیر در چه فاصله ای از بر ستون ایجاد شود تا طول ناحیه حفاظت شده تیر در هر طرف آن برابر 550 میلی متر باشد؟
1- 190 میلی متر 2- 370 3- 410 4- 730
حل:
می دانیم که ناحیه حفاظت شده در تیرهای قاب خمشی به صورت فاصله بین بر ستون تا نصف عمق تیر از محل تشکیل مفصل پلاستیک به سمت داخل دهانه تعریف می شود. با توجه به این موضوع در این تست داریم:
بنابراین گزینه 2 صحیح است.
پارامترهای مرتبط با مصالح و اتصالات (Ry و Cpr)
ضریب Ry
در برخی از کنترل های طراحی لرزه ای، لازم است تا نیروهای وارد بر اعضای سازه افزایش یابد که نوعی ضریب اطمینان در طراحی محسوب می شود.
افزایش مذکور با استفاده از یک ضریب بزرگتر از یک انجام می شود که با پارامتر Ry نشان داده شده و به صورت زیر تعریف می شود:
ضریب Ry اساسا برای انواع تولیدات فولاد متفاوت بوده و به عوامل متعددی نظیر شکل مقاطع و افزودنی های به کار رفته در طی روند تولید در کارخانه جات بستگی دارد.
مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ضریب Ry باید به شرح جدول زیر در نظر گرفته شود.
مثال: در یک تیرورق با مقطع I متقارن، از ورق های PL300x20mm برای بال ها و از ورق PL400x10mm برای جان استفاده شده است. در صورتی که نوع فولاد ST37 باشد (Fy=240MPa)، مقدار لنگر پلاستیک مورد انتظار این مقطع بر حسب کیلونیوتن-متر حدودا برابر است با:
1- 800 2- 700 3- 600 4- 900
حل:
ابتدا مقدار اساس مقطع پلاستیک و لنگر پلاستیک مقطع را محاسبه می کنیم.
از طرفی می دانیم ککه مقاومت تسلیم مورد انتظار برای مقاطع ساخته شده از ورق، با ضرب عدد 1.15 در مقدار مقاومت تسلیم محاسباتی بدست می آید. بنابراین برای تعیین لنگر پلاستیک مورد انتظار داریم:
بنابراین گزینه 1 صحیح است.
ضریب Cpr
ضریبی است که در برگیرنده آثار عواملی از قبیل سخت شدگی، قیدهای موضعی و ملحقات موجود در اتصال تیر به ستون است و برای محاسبه حداکثر نیروی ایجاد شده در اعضاء و وسایل اتصال به کار گرفته می شود.
به جزء در مواردی که برای Cpr عدد خاصی پیشبینی شده است، مقدار آن باید از رابطه زیر تعیین شود:
Fy: تنش تسلیم فولاد Fu: تنش کششی نهایی فولاد
نکته: برای فولادهای ST37 و ST52، مقدار Cpr برابر 1.2 می باشد. (چرا؟)
الزامات لرزه ای مشخصات مصالح فولادی
جهت تامین شکل پذیری مناسب سازه در هنگام زلزله، لازم است توجه ویژه ای به نحوه عملکرد مصالح فولادی در طراحی لرزه ای ساختمان ها شود.
برای حصول این امر لازم است تا علاوه بر کنترل ناپایداری موضعی و کلی مقاطع از قبیل کمانش جانبی – پیچشی در محدوده رفتار پلاستیک، مقاومت کششی نهایی مصالح فولادی حداقل 1.2 برابر مقاومت حد تسلیم باشند ( Fu≥1.2Fy)
دقت: پرکاربردترین نوع مصالح فولادی در ایران، فولاد ST37 می باشد که کنترل مورد نظر برای آن برقرار است و داریم:
مثال: در یک ساختمان مهاربندی شده فولادی، از مقطع لوله ای نورد شده به قطر خارجی 300 میلی متر و ضخامت 12 میلی متر برای مهاربندها استفاده شده است. اگر مشخصات فولاد مصرفی، شامل تنش تسلیم 280MPa و تنش نهایی 325MPa باشد، کدام یک از گزینه های زیر در مورد این عضو صحیح است؟
1- لنگر پلاستیک مورد انتظار این مقطع برابر 348kN.m است.
2- Cpr برابر تیرئی کششی تسلیم این مقطع برابر 3344kN است.
3- مصالح فولادی مورد استفاده برای ساخت این مقطع، پاسخگوی ضوابط الزامات لرزه ای آیین نامه نمی باشد.
4- همه گزینه ها
حل:
برای بررسی گزینه های 1 و 2، ابتدا مشخصات مقطع لوله ای را تعیین می کنیم:
حال گزینه های مورد نظر این تست را به ترتیب بررسی می کنیم:
بنابراین همه گزینه ها صحیح می باشد و گزینه 4 درست است.
ترکیبات بار زلزله تشدید یافته
در برخی از کنترل های طرح لرزه ای لازم است تا از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته استفاده شود. ترکیبات بار زلزله تشدید یافته با جایگزینی نیروهای زلزله طرح (E) با زلزه تشدید یافته (Ω.E) در ترکیبات متعارف بارها بدست می آیند.
پارامتر .Ω به ضریب اضافه مقاومت سیستم سازه ای موسوم است و مقدار آن به عوامل متعددی نظیر درجات نامعینی سازه، مقاومت های بالاتر از حد تعیین شده مصالح مصرفی، سخت شوندگی کرنش ها، جزئیات بندی اعضاء، اثرات اجزای غیر سازه ای و … بستگی دارد.
مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ضریب .Ω برای انواع سیستم های سازه ای فولادی باید به شرح جدول زیر در نظر گرفته شود.
دقت: مقادیر ارائه شده برای ضریب اضافه مقاومت در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان منطبق بر مقدار این ضرایب در استاندارد 2800 می باشد.
مثال: در ستونی از یک قاب خمشی فولادی، نیروهای محوری ایجاد شده تحت بار مرده برابر 510kN، بار زنده برابر 170kN و بار زلزله برابر 380kN می باشد. اگر بیشترین نیروی فشاری برای طراحی این ستون مدنظر باشد، به ترتیب نیروهای محوری ناشی از ترکیبات بار زلزله عادی و ترکیبات بار زلزله تشدید یافته چند کیلونیوتن است؟
1- 1162 و 1140 2- 1162 و 1922 3- 1060 و 1922 4- 402 و 1140
حل:
براساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ترکیبات بارگذاری لرزه ای در ساختمان های فولادی شامل دو ترکیب بار 1.2D+L+0.2S±E و 0.9D±E می باشند.
از آنجا که در این سوال بیشترین مقدار نیروی محوری فشاری مدنظر بوده است، تنها ترکیب بار 1.2D+L+0.2S±E را در نظر می گیریم، زیرا اولا ترکیب بار 0.9D+E مقدار نیروی محوری کمتری را نتیجه می دهد و ثانیا علامت (-) قبل از پارامتر E برای بررسی مقدار نیروی محوری کششی در ستون است.
حال براساس ترکیب بار انتخاب شده، دو حالت زیر را بررسی می کنیم:
1- ترکیب بار زلزله عادی: با توجه به مقادیر نیروهای محوری مرده، زنده و زلزله داریم:
2- ترکیب بار زلزله تشدید یافته: در ترکیب بار زلزله تشدید یافته، باید ضریب .Ω در نیروی زلزله ضرب گردد و بنابراین برای این حالت داریم:
بنابراین گزینه 2 صحیح است.
الزامات لرزه ای کمانش موضعی
ساختمان های فولادی برای مقاومت در برابر زلزله باید شکل پذیری مناسبی داشته باشند که بر این اساس سه حد شکل پذیری زیاد، متوسط و کم برای آنها تعریف می شود.
در سازه های با شکل پذیری کم، برای کنترل کمانش موضعی اجرای مقطع از ضوابط عمومی مبحث دهم مقررات ملی ساختمان استفاده می شود که در قسمت های قبل بررسی شدند، از سوی دیگر در سازه های با شکل پذیری متوسط و زیاد، آیین نامه ضوابط سخت گیرانه تری را برای کنترل نسبت پهنا به ضخامت تعیین می کند، زیرا این نوع از سازه ها باید انتظار ایجاد تغییر شکل های فرا ارتجاعی بیشتری را داشته باشند.
در سازه های با شکل پذیری متوسط و زیاد، برای نسبت پهنا به ضخامت اجزای سازه اعداد کوچکتری مقرر می گردد. به همین دلیل آیین نامه در بحث سازه های با شکل پذیری متوسط و زیاد، تعریف جدیدی از مقطع فشرده بیان کرده و آن را با نام مقطع فشرده لرزه ای معرفی می کند.
مقطع فشرده لرزه ای به مقطعی گفته می شود که در آن اولا بال ها به طور سرتاسری و پیوسته به جان مقطع متصل باشند و ثانیا نسبت پهنا به ضخامت اجزای تحت فشار مقطع از مقدار λmd برای شکل پذیری متوسط و λhd برای شکل پذیری زیاد بیشتر نشود.
در جدول زیر مقادیر λmd و λhd برای مقاطع مختلف ارائه شده است.
توجه: برای استفاده از جدول، باید موارد زیر در نظر گرفته شود که محل استفاده از هریک در جدول نشان داده شده است و برای تاکید بیشتر، در خود جدول نیز ذکر شده اند:
1- برای مقاطع سپری محدودیت نسبت پهنا به ضخامت برای اعضای با شکل پذیری زیاد می تواند تا 
افزایش یابد، مشروط به اینکه کمانش عضو فشاری حول صفحه جان سپری باشد و در اتصال انتهای عضو، انتقال بار محوری فقط از طریق وجه بیرونی بال سپری صورت گرفته باشد.
2-در مقاطع I شکل قوطی شده و مقاطع قوطی شکل ساخته شده از ورق، اگر به عنوان ستون مورد استفاده قرار گیرند،محدودیت نسبت پهنا به ضخامت در اعضای با شکل پذیری زیاد می تواند می تواند به 
محدود شود.
3- نسبت پهنا به ضخامت در بال های مقاطع توخالی مستطیلی شکل (HSS) و بال های مقاطع قوطی شکل ساخته شده از ورق در صورتی که به عنوان تیر یا ستون مورد استفاده قرار گیرند، می تواند به 
محدود شود.
4- در صورتی که مقاطع توخالی دایره ای شکل به عنوان تیر یا ستون مورد استفاده قرار گیرند، نسبت قطر به ضخامت در اعضای با شکل پذیری متوسط می تواند به 
محدود شود.
مثال: براساس کدام یک از مقادیر b و h مقطع مهاربند مطابق شکل در شکل پذیری زیاد به صورت فشرده لرزه ای محسوب می شود؟ (E=2×10^6kg/cm2 و Fy=2400kg/cm2)
1- b=25 و h=40
2- b=25 و h=60
3- b=30 و h=40
4- b=30 و h=60
حل:
در مقطع ساخته شده از ورق که به عنوان مهاربند به کار می رود، اگر مقطع دو شرط زیر را داشته باشد، در صورت شکل پذیری زیاد فشرده لرزه ای محسوب می شود:
بنابراین گزینه 1 صحیح است.
مثال: در یک تیر نورد شده فولادی I شکل با E=2×10^5MPa و Fy=240MPa مقادیر 
به ترتیب برابر 20 و 70 می باشد. مقطع این تیر …… می باشد. (bf عرض بال، tf ضخامت بال، h ارتفاع جان و tw ضخامت جان می باشد. Ca=1 می باشد.)
1- فشرده لرزه ای برای شکل پذیری زیاد 2- فشرده
3- غیر فشرده 4- لاغر
حل:
شرایط فشردگی مقطع تیر فولادی:
بنابراین شرایط فشردگی حاکم می باشد. اما چون در گزینه ها مقطع فشرده لرزه ای نیز بیان شده و مقادیر مجاز برای مقطع فشرده لرزه ای کمتر از مقادیر مجاز برای مقطع فشرده است، به کنترل این حالت نیز می پردازیم:
بنابراین مقطع شرایط فشرده لرزه ای را ندارد و تنها گزینه 2 می تواند صحیح باشد.
مثال: تیرورق زیر، در کدام گروه از مقاطع فولادی می باشد؟ (E=2×10^6kg/cm2 و Fy=2400kg/cm2)
1- لاغر 2- فشرده 3- غیر فشرده 4- فشرده لرزه ای
حل:
ابتدا فشردگی بال تیرورق را با استفاده از جدول بررسی می کنیم:
بنابراین مقطع داده شده دارای شرایط فشردگی نمی باشد و باید شرایط غیر فشردگی برای آن کنترل گردد، لذا با توجه به جدول گفته شده خواهیم داشت:
با توجه به اینکه هم بال و هم جان تیر ورق هر دو غیر فشرده اند، نتیجه می شود که تیر ورق مورد نظر قطعا غیر فشرده است و گزینه 3 صحیح است.
مثال: برای یک قاب خمشی با شکل پذیری زیاد، مقطع ستون در شکل های الف و ب نشان داده شده است. در صورتیکه در روش حالت حدی Ca=1 فرض شود، گزینه صحیح کدام است؟(Fy=240MPa)
الف) مقطع الف و ب از نوع فشرده لرزه ای نمی باشند.
ب) مقطع الف و ب از نوع فشرده لرزه ای می باشند.
ج) مقطع الف از نوع فشرده لرزه ای نمی باشد، ولی مقطع ب از نوع فشرده لرزه ای است.
د) مقطع الف از نوع فشرده لرزه ای است، ولی مقطع ب از نوع فشرده لرزه ای نمی باشد.
حل:
به منظور بررسی شرایط فشردگی لرزه ای مقطع ستون قوطی شکل، مطابق ردیف های 4 و 6 جدول بالا برای اعضای با شکل پذیری زیاد داریم:
بنابراین گزینه 4 صحیح است.
مثال: مقطع فولادی شکل زیر برای یکی از ستون های یک ساختمان با سیستم باربر جانبی در هر دو امتداد از نوع قاب خمشی فولادی با شکل پذیری زیاد در نظر گرفته شده است. براساس کنترل کمانش موضعی، حداقل ضخامت قابل قبول برای ورق های تشکیل دهنده ستون کدامیک از مقادیر زیر است؟ (Fy=240MPa و E=2×10^5MPa)
1- 40 2- 35 3- 25 4- 20
حل: با مراجعه به ردیف 4 جدول، دیده می شود که برای بال های مقطع قوطی شکل ساخته شده از ورق در حالت تشکل پذیری متوسط، در حالتی که عضو به عنوان ستون باشد، حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر 
است. از طرفی با توجه به اینکه ستون با اضلاع برابر نیست و یک وجه آن بزرگتر است، در تعیین حداقل ضخامت ستون باید وجه بلندتر آن مدنظر قرار گیرد و داریم:
تذکر: قابل ذکر است که اگر در محاسبه نسبت فشردگی، اثر ضخامت وجوه دو طرف در نظر گرفته نشود ( یعنی از 2t- صرف نظر شود)، نهایتا ضخامت مورد نیاز برابر 34.64 میلی متر بدست می آید.
نکته: اگر خمش تک محوره داشته باشیم، دو ضلع مقطع (مثلا اضلاع 400 میلی متر) بال مقطع محسوب شده و دو ضلع دیگر (مثلا اضلاع 600 میلی متر) جان مقطع خواهند بود.
به طور مثال، در این صورت باید ضلع 400 میلی متری ضوابط فشردگی بال و ضلع 600 میلی متری ضوابط فشردگی جان را رعایت کند.
از آنجا که ستون مورد نظر در این سوال از هر دو جهت در قاب خمشی قرار دارد، ستون تحت خمش دو محوره است و چهار ضلع آن هم بال و هم جان محسوب می شوند.
پس برای کنترل فشردگی آنها، ضوابط فشردگی بال ها را مد نظر قرار داده ایم که نسبت به ضوابط فشردگی جان ها بحرانی تر است(چرا؟)
بنابراین گزینه 2 صحیح است.
مثال: برای ساخت یک ستون فولادی اطراف دهانه مهاربندی شده، قصد داریم از مقطع لوله ای به قطر خارجی 60 سانتی متر استفاده کنیم. ضخامت ورق مورد استفاده برای ساخت این مقطع در چه محدوده ای باشد تا این ستون به صورت تو خالی برای شکل پذیری متوسط و به صورت پر شده با بتن برای شکل پذیری زیاد مناسب باشد؟ فولاد از نوع ST52 است.
1- t≥2.45
2- t≥1.54
3- t≥1.42
4- t≥1.02
حل:
ستون فولادی در اطراف دهانه مهاربندی شده، از جمله اعضای تحت نیروی زلزله محسوب میشود که باید برای کنترل فشردگی آن از ضوابط فشردگی لرزه ای استفاده گردد. حال با توجه به ردیف های 8 و 10 جدول بالا، دو حالت زیر باید مد نظر قرار گیرد:
پس برای مناسب بودن این مقطع در هر دو حالت مورد نظر این تست، وضعیت بحرانی تر ملاک قرار گرفته و باید ضخامت لوله بیش از 1.54 سانتی متر باشد و گزینه 2 صحیح است.
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.