طراحی دیافراگم بتن آرمه
طراحی دیافراگم بتن آرمه
دیافراگم ها یکی از اجزای مهم سازه ها محسوب می شوند که نقش اساسی در تحمل و انتقال بارهای مختلف بر عهده دارند.
دیافراگم ها معمولا شامل صفحات افقی و یا متمایل به افقی هستند که به عنوان جداگرهای کف ( طبقات) به کار رفته و بارهای ثقلی ناشی از وزن اجزای سازه ای و همچنین بارهای بهره برداری را تحمل می کنند.
از طرفی نیروهای جانبی ناشی از بارهایی از قبیل زلزله نیز از طریق دیافراگم ها به اعضای قائم سیستم باربر جانبی شامل ستون ها یا دیوارها منتقل می شود.
بنابراین نقش دیافراگم ها در حفظ یکپارچگی سازه، تحمل و همچنین انتقال بارهای وارد بر آن بسیار حائز اهمیت بوده و لازم است با انجام طراحی مناسب، مقاومت دیافراگم را تامین نمود.
انواع دیافراگم ها
همانطور که گفته شد، در بسیاری از موارد دیافراگم ها شامل سیستم باربر کف بوده که علاوه بر تحمل بارهای ثقلی لازم است قابلیت انتقال نیروهای جانبی را نیز داشته باشند.
دیافراگم هایی که در این قسمت مورد بررسی قرار گرفته و ضوابط خاص طراحی برای آنها در نظر گرفته می شود، شامل موارد زیر هستند:
1- دیافراگم هایی که به صورت دال های بتنی یکپارچه ساخته می شوند.
ضوابط کلی طراحی این دال ها را در فصل های طراحی دال های یک طرفه و دو طرفه بررسی کردیم.
2- دیافراگم هایی که به صورت رویه بتنی درجا بر روی اجزای پیش ساخته اجرا شده اند.
3- دیافراگم هایی که از اجزای پیش ساخته دارای نوار لبه تشکیل شده اند. نوارهای لبه می توانند توسط روبه بتنی درجا و یا توسط تیرهای لبه تامین شده باشند.
4- دیافراگم هایی که بدون بتن رویه درجا و از اتصال اجزای پیش ساخته تشکیل شده اند.
در صورتی که دیافراگم مورد بررسی در یکی از چهار گروه فوق باشد، لازم است ضوابط این قسمت در مورد طراحی آن رعایت گردد.
نیروهای طراحی دیافراگم
در شکل زیر نمای یک ساختمان به همراه سیستم قاب خمشی و دیوار برشی نشان داده شده است.
سیستم کف در هر یک از طبقات سازه به صورت یک دیافراگم در نظر گرفته شده که باید توانایی تحمل بارهای قائم را داشته باشد.
مهمترین بارهای قائم که بر روی دیافراگم مطابق شکل زیر اعمال می شود، می توان به بارهای مرده، زنده و برف اشاره نمود. علاوه بر این ساختمان تحت اثر نیروهای جانبی از قبیل باد و زلزله نیز قرار می گیرد.
نیروی جانبی باد که بر وجوه خارجی اعمال می شود، باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها می گردد.
نیروهای زلزله باعث ایجاد نیروهای جانبی در محل مرکز جرم دیافراگم ها می گردد. بنابراین این نیروها نیز باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها شده که این نیروها باید از طریق دیافراگم به اعضای قائم سیستم باربر جابی ساختمان انتقال یابد.
برای انتقال مناسب نیروهای درون صفحه دیافراگم ها به اعضای قائم سیستم باربر جانبی از اعضایی به نام جمع کننده استفاده می شود.
در ساختمان شکل بالا، دال فوقانی زیر زمین که در صورت عدم وجود زیر زمین می تواند با فونداسیون جایگزین شود، به صورت یک دیافراگم عمل می کند که تحت تاثیر نیروهای قائم و افقی مستقیم و غیر مستقیم قرار می گیرد.
از جمله نیروهای قائم وارد بر فونداسیون وزن ناشی از کف سازی و همچنین بارهای بهره برداری پایین ترین طبقه و همچنین بارهای قائم ناشی از دیوار و ستون ها بوده و نیروهای جانبی ناشی از فشار جانبی خاک و عکس العمل نیروهای جانبی طبقات فوقانی می باشد.
در محل فونداسیون نیروی حاصل از اجزای قائم سیستم باربر جانبی توسط توزیع کننده نیروها به فونداسیون انتقال می یابد. در واقع توزیع کننده ها عملکردی مشابه جمع کننده ها دارند با این تفاوت که در این اعضا نیرو از طریق سیستم باربر جانبی به دیافراگم منتقل می شود.
مطابق توضیحات داده شده و شکل فوق به طور خلاصه می توان نیروهای وارد بر دیافراگم ها را به صورت زیر خلاصه کرد:
1- نیروهای خارج از صفحه ناشی از بارهای ثقلی و سایر بارهای وارد بر سطح دیافراگم
نیروهای قائم وارد بر دیافراگم ها تحت اثر بارهای مرده و زنده بوده، از طرفی بارهای قائم ناشی از زلزله هنگامی که لحاظ اثر این نیروها ضروری است، باید در طراحی دیافراگم ها در نظر گرفته شوند. در دیافراگم واقع در بام، نیروهای مکش ناشی از باد و همچنین برف نیز به عنوان نیروی قائم در نظر گرفته می شود.
2- نیروهای داخل صفحه ناشی از بارهای جانبی سازه
نیروهای ناشی از باد و زلزله از جمله مهمترین نیروهایی هستند که باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها می گردند. در سازه های خاص نیروی جانبی ناشی از فشار خاک و یا فشار جانبی ناشی از سیالات نیز باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها می گردد.
3- نیروهای منتقل شده به دیافراگم
همانطور که گفته شد، نیروی اجزای قائم سیستم باربر جانبی سازه از طریق دیافراگم ها منتقل می شود، با توجه به اینکه مشخصات مقطع و سختی المان های قائم در ارتفاع به صورت متغیر می باشد، لذا تغییر نیروی این المان ها در تراز دیافراگم از طریق دیافراگم ها باید منتقل شود.
از جمله واضح ترین مقاطعی که چنین انتقال نیرویی در آن رخ می دهد، محل اتصال سازه به فونداسیون بوده که در آن فونداسیون ( در صورتی که به صورت گسترده در نظر گرفته شده باشد و یا سر شمع در صورت استفاده از فونداسیون عمیق) به عنوان دیافراگم، باید توانایی انتقال و تحمل نیرهای ناشی از سازه را داشته باشد.
4- نیروهای به وجود آمده در اتصالات دیافراگم و اعضای قائم قاب یا اجزای غیر سازه ای
نیروهای اعمال شده بر اعضای مختلف سازه، مثل اثر باد یا زلزله بر اجزای قائم سازه از طریق دیافراگم ها منتقل می شود. از طرفی اکثر سازه ها به جز موارد خاص در سازه های صنعتی، دارای پوشش و اجزای غیر سازه ای متصل به آنها هستند.
نیروهای وارد بر این اجزا نهایتا باید از طریق دیافراگم ها به اجزای باربر اصلی سازه انتقال یابد.
5- نیروهای افقی ایجاد شده در اثر وجود اجزای قائم مهاری یا اجزای مایل سازه
در برخی از سازه ها لازم است المان های مهاری محوری به صورت مورب به کار برده شوند. کاربرد چنین اجزایی در برخی موارد به سبب حفظ پایداری قسمتی از سازه و یا به هدف تامین باربری جانبی مثل کاربرد مهاربندها می باشد.
این اجزا دارای نیروهای محوری معمولا بزرگی بوده که باعث ایجاد نیروهای قائم و افقی قابل ملاحظه در دیافراگم ها می گردد. با توجه به هندسه مورد بررسی المان های مورب، طراحی دیافراگم در برابر چنین نیروهایی بسیار حائز اهمیت می باشد.
مدلسازی دیافراگم
مطابق آنچه گفتیم، لازم است دیافراگم تحت نیروهای وارد بر آنها به نحو صحیحی طراحی شوند. برای این منظور لازم است مدلسازی دیافراگم نیز به طور صحیحی انجام شود.
با توجه به نوع دیافراگم، سختی آن نسبت به سختی تکیه گاه ها ( سیستم باربر جانبی) و نسبت طول به عرض دهانه دیافراگم، می توان از مدل های متفاوتی استفاده نمود که مهمترین آنها عبارتند از:
1- مدل دیافراگم صلب:
این حالت یکی از متداولترین مدل های طراحی دیافراگم بوده که معمولا در دیافراگم های دال بتنی و یا دیافراگم های متشکل از دال بتنی و قطعات پیش ساخته قابل استفاده است.
2- مدل دیافراگم انعطاف پذیر:
معمولا انعطاف پذیری و یا صلبیت دیافراگم ها مطابق آیین نامه های بارگذاری و براساس نسبت میزان تغییر مکان جانبی دیافراگم به تغییر مکان جانبی طبقه تعیین می شود.
اما به طور کلی دیافراگم های انعطاف پذیر شامل دیافراگم های فاقد پوشش بتنی و یا با پوشش بتن کمتر از 38 میلی متر به شرط دارا بودن سختی و مقاومت کافی سیستم باربر جانبی در برابر بارهای جانبی به عنوان دیافراگم های انعطاف پذیر در نظر گرفته می شوند.
3- مدل اجزای محدود:
معمولا این نوع مدلسازی بسیار دقیق بوده و تقریبا در تمام انواع دیافراگم ها قابل کاربرد است. اما توجه شود معمولا از این روش مدلسازی در دیافراگم های نامنظم استفاده می شود. در این روش لازم است توزیع غیر یکنواخت برش در طراحی لحاظ شود و از طرفی المان های جمع کننده که نیروهای دیافراگم را به اعضای قائم سیستم باربر جانبی انتقال می دهند، تحت برش طراحی شوند.
4- مدل خرپایی ( بست و بند):
از این روش در قسمت هایی از سازه که در آنها رابطه توزیع خطی کرنش ها برقرار نیست استفاده می شود. معمولا در محل هایی که دارای تغییر ناگهانی در هندسه هستند و یا اعضایی که در نقاط مشخصی بارهای متمرکز قابل توجه بر آنها اعمال می شود، استفاده از این روش توصیه می گردد.
طراحی دیافراگم
طراحی دیافراگم در برابر نیروهای وارد بر آن مطابق طراحی سایر اجزای بتن آرمه و براساس برقراری رابطه کلی زیر انجام می شود:
U: مقاومت مورد نیاز مقطع ناشی از بارهای ضریبدار
Sn: مقاومت اسمی مورد نیاز مقطع
Φ: ضریب کاهش مقاومت مقطع
مقدار مقاومت طراحی دیافراگم تحت اثر عوامل مختلف، تا حد زیادی متاثر از فرضیات انتخابی در مسیر بار و مدلسازی دیافراگم می باشد، لذا حالت های زیر در تعیین مقاومت طراحی دیافراگم باید در نظر گرفته شود:
1- دیافراگم به صورت یک تیر با عمقی برابر عمق کامل دیافراگم مدل شده و لنگر وارد بر آن توسط آرماتورهای متمرکز در لبه ها تحمل می شود.
2- دیافراگم یا بخشی از آن توسط روش خرپایی (بست و بند) مدل شده، لذا مقادیر طراحی نیز باید بر این اساس محاسبه گردد.
3- در صورتی که از مدل اجزای محدود برای دیافراگم استفاده شود، مقاومت طراحی مطابق آنچه در خصوص سایر اعضای بتن آرمه خواندیم، محاسبه می شود. در این حالت لازم است توزیع غیر یکنواخت برش مورد توجه قرار گرفته و همچنین جمع کننده ها برای انتقال نیروی برشی به اجزای قائم سیستم باربر جانبی در نظر گرفته شوند.
4- در صورتی که از روش طراحی دیگری به غیر از موارد فوق در طراحی دیافراگم استفاده شده باشد، لازم است شرایط تعادل نیروها در مقطع برابر بوده و مقاومت طراحی حداقل برابر مقاومت مورد نیاز برای تمام اجزای موجود در مسیر انتقال بار تامین شده باشد.
با توجه به اینکه روش در نظر گرفته شده، برای دیافراگم در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان روش اول می باشد، لذا مقاومت مورد نیاز طراحی دیافراگم در این قسمت بر مبنای حالت 1 شرح داده می شود.
مطابق این روش می توان مدل دیافراگم ساده شده را به صورت شکل زیر نشان داد. همانطور که مشاهده می شود، دیافراگم به صورت یک تیر دو سر ساده در نظر گرفته شده که در آن دیوارهای برشی که به عنوان اجزای قائم سیستم باربر جانبی هستند، در نقش تکیه گاه بوده و بارگذاری جانبی وارد بر دیافراگم نیز مشابه بارگذاری قائم نیز عمل می کند.
در چنین شرایطی ارتفاع تیر برابر عمق کل دیافراگم در راستای نیروی جانبی h بوده و عرض تیر نیز برابر ضخامت دیافراگم در نظر گرفته می شود. در چنین حالتی نمودار نیروی برشی و لنگر خمشی دیافراگم را می توان براساس تیر فرضی و به صورت شکل بالا در نظر گرفت.
همانطور که شرح داده شد، لنگر خمشی توسط بال های فشاری و کششی در طرفین دیافراگم که معادل وجوه فوقانی و تحتانی تیر فرضی هستند تحمل می شود در ادامه این قسمت، نکات طراحی دیافراگم تحت اثر عوامل مختلف بر مبنای این فرضیات شرح داده می شود.
طراحی دیافراگم تحت اثر نیروی محوری و لنگر خمشی داخل صفحه
هنگامی که دیافراگم ها تحت اثر بارهای جانبی قرار می گیرند، در آنها خمش داخل صفحه ایجاد می شود. در حالت نهایی مقاومت خمشی دیافراگم باید در رابطه زیر صدق نماید:
Mu: حداکثر لنگر خمشی داخل صفحه دیافراگم
Mn: لنگر خمشی اسمی مقاوم داخل صفحه دیافراگم
Φ: ضریب کاهش مقاومت خمشی مقطع که در حالت کشش – کنترل برابر 0.9 است.
از طرف دیگر مقطع دیافراگم ها تحت اثر نیروهای محوری داخل صفحه نیز قرار می گیرد. در چنین شرایطی نیروی محوری داخل صفحه دیافراگم به صورت زیر کنترل می شود:
Pu: نیروی محوری نهایی وارد بر مقطع
Pn: مقاومت محوری اسمی مقطع
Φ: ضریب کاهش مقاومت محوری که بر اساس نوع نیروی محوری و مقدار کرنش کششی دورترین ردیف آرماتورهای کششی مطابق آنچه در خصوص ستون ها قبلا گفتیم بدست می آید.
در این خصوص مقدار ضریب Φ در حالت فشار – کنترل برابر 0.65 و در حالتی که مقطع وضعیت انتقالی دارد مطابق رابطه زیر محاسبه می شود:
εt: کرنش نهایی کششی در دورترین ردیف آرماتور کششی مقطع
εy: کرنش تسلیم آرماتورها
در چنین شرایطی مقادیر Mu و Pu براساس تحلیل سازه محاسبه شده و همچنین برای محاسبه مقادیر Mn و Pn مطابق آنچه در خصوص اعضای خمشی و اعضای محوری خواندیم عمل می کنیم.
در واقع دیافراگم ها نیز با فرض توزیع خطی کرنش، مقادیر تنش و نیروهای مقاوم مقطع در حالت اسمی قابل محاسبه می باشد.
در خصوص طراحی دیافراگم ها تحت اثر لنگر خمشی و نیروی محوری لازم است موارد زیر در نظر گرفته شوند:
1- به خاطر دارید که به منظور تحمل کشش ناشی از خمش در اعضای خمشی، از آرماتورهای طولی آجدار استفاده میشد، در دیافراگم ها نیز مقاومت کششی ناشی از خمش از طریق یکی از روش های زیر یا ترکیب آنها باید تامین گردد:
الف) آرماتورهای آجدار
ب) کابل های پیش تنیدگی که در دیافراگم های پیش تنیده و غیر پیش تنیده قابل استفاده هستند.
ج) اتصال دهنده های مکانیکی که در قطعات پیش ساخته مورد استفاده قرار می گیرند و با عبور از محل درز بین اجزا باعث ایجاد یکنواختی در مسیر انتقال بار می شوند.
همچنین این قطعات در تامین فضای کافی برای تحمل تغییر مکان های ناشی از تغییرات درجه حرارت و یا بارهای جانبی از جمله زلزله نیز موثر در نظر گرفته می شوند.
طراحی این قطعات باید براساس نیروی کششی متناظر با بازشدگی مورد انتظار در اتصال انجام شود.
2- آرماتورهای آجدار و یا قطعات مکانیکی که برای تحمل کشش ناشی از خمش به کار برده می شوند، باید در محدوده h/4 از لبه کششی دیافراگم تعبیه گردند که h برابر عمق دیافراگم بوده و در صفحه دیافراگم و مقطع مورد نظر در نظر گرفته می شود.
این محدودیت به منظور جلوگیری از ترک خوردگی و بازشدگی بیش از حد مجاز درزها در مجاورت نواحی کناری دیافراگم در نظر گرفته شده است.
دقت شود در چنین شرایطی که آرماتورها به صورت متمرکز در نواحی دیافراگم به کار برده می شوند، امکان توزیع یکنواخت تری نیروی برشی از دیافراگم به اجزای قائم سیستم باربر جانبی فراهم می شود.
در صورتی که عمق دیافراگم در طول دهانه تغییر کند، آرماتورها در یک چهارم عمق همان ناحیه قرار داده می شوند. در این صورت لازم است آرماتورها در بخش هایی از دیافراگم که در مجاورت مقطع دارای تغییر عمق و در خارج از ناحیه یک چهارم عمق قرار می گیرند، به طور مناسب مهار شوند.
برای درک بهتر به شکل زیر توجه کنید.
این شکل یک دیافراگم را تحت نیروی جانبی نمایش می دهد که در قسمتی از پلان دارای پس رفتگی می باشد.
همانطور که مشاهده می شود نواحی یک چهارم عمق دیافراگم در هر قسمت که توسط هاشور در هر انتها نمایش داده شده است، محل هایی است که آرماتورهای طولی باید در آنها تمرکز یابند.
در این خصوص آرماتورهای طولی واقع در ناحیه h1/4 قسمت دارای پس رفتگی باید در قسمت مجاور مهار گردد. دقت شود در این حالت اگرچه ناحیه مهاری آرماتور خارج از فاصله h2/4 قرار می گیرد، اما در این محل آرماتورها به اندازه طول مهاری امتداد یافته اند.
طراحی دیافراگم تحت اثر نیروی برشی
همانطور که در ابتدای این قسمت خواندیم، به دیافراگم ها تحت اثر عوامل مختلف، نیروهای جانبی اعمال می شود که مهمترین آنها نیروهای جانبی خارجی ناشی از باد و به خصوص زلزله می باشد.
چنین نیروهایی باعث ایجاد نیروی برشی داخل صفحه می شوند که در این صورت لازم است با طراحی مناسب دیافراگم، از کفایت مقاومت آن در برابر این نیروهای برشی اطمینان حاصل نمود.
به منظور طراحی دیافراگم ها تحت اثر نیروی برشی داخل صفحه مطابق نمودار برش رسم شده در ابتدای این قسمت، فرض می شود که دیافراگم تحت اثر نیروهای یکنواخت قرار گرفته و مطابق آنچه در خصوص سایر اعضای بتن آرمه خواندیم، لازم است نامساوی زیر برقرار باشد:
Vu≤ΦVn
Vu: نیروی برشی نهایی وارد بر دیافراگم
Vn: مقاومت برشی اسمی مقطع دیافراگم
Φ: ضریب کاهش مقاومت برسی اسمی که برابر 0.75 در نظر گرفته می شود؛ اما در صورتی که در اعضای قائم سیستم اولیه مقاوم در برابر نیروهای لرزه ای از ضریب کاهشی کوچکتری استفاده شده باشد، ضریب Φ برای دیافراگم نباید از ضریب کاهشی این اجزا بیشتر در نظر گرفته شود.
مقدار مقاومت برشی اسمی دیافراگم ها مطابق رابطه زیر بدست می آید:
Acv: سطح مقطع خالص برشی بتن که برابر حاصلضرب ضخامت در عمق دیافراگم می باشد، میلی متر مربع
دقت شود در صورتی که مقطع دارای بازشو باشد، لازم است اثر بازشوها در محاسبه Acv لحاظ شده و مساحت آنها از مساحت بتن کسر گردد.
λ: ضریب لحاظ اثر بتن سبک
f’c: مقاومت فشاری مشخصه بتن مگاپاسکال؛ دقت شود حداکثر مقدار f’c√ در محاسبه مقاومت برشی دیافراگم به 8.3 مگاپاسکال محدود می شود. به عبارت دیگر مقدار f’c به 68.9 مگاپاسکال محدود شده است.
Pt: نسبت آرماتور موجود در مقطع دیافراگم به موازات نیروی برشی
fy: مقاومت حد تسلیم آرماتورهای موازی نیروی برشی در دیافراگم، مگاپاسکال
در دیافراگم های درجا لازم است رابطه زیر در خصوص مقدار برش نهایی وارد بر دیافراگم کنترل گردد؛
همانطور که مشاهده می شود، مطابق رابطه فوق یک کران بالا برای حداکثر برش وارد بر دیافراگم تعیین شده است که متناسب با ابعاد دیافراگم و مصالح بتن مصرفی محاسبه می شود.
در مواردی که دیافراگم ها تحت نیروهای برشی قابل توجه قرار بگیرند، کنترل رابطه فوق یک شرط اساسی برای تعیین ضخامت دیافراگم محسوب می شود.
در صورتی که دیافراگم به صورت رویه بتنی درجا بر روی قطعات پیش ساخته اجرا می شود، لازم است موارد زیر در محاسبه مقاومت برشی در نظر گرفته شوند:
1- مقدار مساحت Acv باید با توجه به نوع اتصال رویه بتنی به قطعات پیش ساخته به طور صحیح محاسبه گردد. از این رو دو حالت زیر می تواند رخ دهد:
الف) در صورتی که رویه بتنی با قطعات پیش ساخته به صورت مرکب نباشد، در واقع در این حالت اتصال مناسبی بین این دو قسمت برقرار نبوده، لذا مقدار Acv برابر مساحت رویه بتنی در نظر گرفته می شود.
برای درک بهتر این حالت فرض کنید رویه بتنی بر یک عرشه فولادی قرار گرفته و از هیچ گونه گل میخی برای اتصال و عملکرد یکپارچه دال و عرشه استفاده نشده است. در چنین شرایط فقط سطح مقطع رویه بتنی در برابر برش به طور موثر در نظر گرفته می شود.
ب) بر خلاف حالت فوق، در این حالت رویه بتنی و قطعات پیش ساخته زیرین به صورت مرکب در نظر گرفته شده و اتصال مناسبی بین این دو قسمت برقرار می باشد.
در چنین شرایطی مقدار Acv شامل مجموع سطح مقطع رویه و قطعه پیش ساخته می باشد. در مواردی که قطعه پیش ساخته از نوع بتنی در نظر گرفته می شود مقدار f’c قابل استفاده در رابطه بالا، کمترین مقدار مقاومت فشاری بتن رویه و بتن به کار رفته در قطعه پیش ساخته در نظر گرفته می شود.
2- در چنین دیافراگم هایی مقدار مقاومت برشی اسمی دیافراگم نباید از مقدار مقاومت برشی اصطکاکی فراتر رود. در این خصوص ضخامت بتن رویه در ناحیه روی اتصالات قطعات پیش ساخته و آرماتورهای عبور کننده از محل اتصالات باید در نظر گرفته شوند. ضوابط برش اصطکاکی:
μ: ضریب اصطکاک
Avf: مساحت آرماتورهای مقاوم در برابر برش اصطکاکی، میلی متر مربع
fy: مقاومت حد تسلیم آرماتورهای برش اصطکاکی، مگاپاسکال
لازم به ذکر است حداکثر مقاومت برشی اصطکاکی مطابق دو مورد زیر در نظر گرفته می شود:
1- در مواردی که بتن به صورت یکپارچه در برابر بتن سخت شده قبلی ریخته شده و حداقل به عمق تقریبی 6 میلی متر به صورت مضرس درآمده باشد:
Ac: سطح مقطع بتنی که در برابر برش مقاومت می کند، میلی متر مربع
2- در سایر موارد:
دقت شود در خصوص کنترل مقدار Vn در دیافراگم ها، مقدار Ac بر حسب ضخامت بتن رویه محاسبه می شود:
در مواردی که دیافراگم بدون بتن رویه بوده و صرفا براساس اتصال قطعات پیش ساخته و یا اتصال اجزای پیش ساخته با استفاده از نوارهای بتن رویه و یا با تیرهای لبه اجرا می شوند، باید موارد زیر در نظر گرفته شود:
1- حداکثر مقاومت اسمی اتصالات گروت ریزی شده برابر 0.55 مگاپاسکال در نظر گرفته می شود. در واقع این مقدار تنش برشی اسمی اتصال می باشد. در این محل لازم است آرماتورهایی علاوه بر آنچه تحت اثر سایر عوامل از قبیل کشش، خمش و نیروی محوری مورد نیاز است، می باشند.
2- قطعات مکانیکی اتصال دهنده که با درزهای اجزای پیش ساخته تقاطع دارند، باید از مقاومت برشی کافی در محل بازشدگی درزها برخوردار باشند.
محدودیت آرماتورگذاری
در دیافراگم ها نیز مشابه سایر اعضای بتن آرمه لازم است مقدار آرماتورهای مصرفی از حد مشخصی کمتر نباشد، در این قسمت مهمترین ضوابط مربوط به آرماتورها دیافراگم ها را مطابق آیین نامه مرور می کنیم.
1- در دیافراگم ها مشابه دال ها، لازم است آرماتورهای حرارت و جمع شدگی به کار برده شوند. کنترل ضوابط آرماتورهای حرارت و جمع شدگی مطابق آنچه در دال های یک طرفه و دو طرفه خواندیم حداقل سطح مقطع آرماتور حرارت و جمع شدگی به صورت زیر بدست می آید:
Ag: سطح مقطع کل دیافراگم
As,sh: سطح مقطع آرماتور حرارت و جمع شدگی
حداکثر فاصله آرماتورهای حرارت و جمع شدگی به صورت زیر تعیین می شود:
h: ضخامت دیافراگم
توجه شود که طول مهاری آرماتورهای حرارت و جمع شدگی در تمام مقاطع و محل تکیه گاه ها باید رعایت گردد.
2- محدودیت ها و ضوابط آرماتورگذاری خمشی دیافراگم ها به جز دال ها روی زمین، مطابق دال های یک طرفه و دو طرفه می باشد. از جمله مهمترین این ضوابط رعایت مساحت حداقل آرماتور خمشی می باشد که مقدار آن به صورت زیر تعیین می شود:
دقت شود ضوابط قطع و مهار آرماتورهای دیافراگم ها باید براساس ضوابط کلی ارائه شده قبل رعایت گردد.
3- مقادیر حداقل فاصله آزاد و حداکثر فاصله محور تا محور میلگردها به صورت زیر بدست می آید:
ds: قطر اسمی بزرگترین سنگدانه در بتن
dbmax: قطر بزرگترین میلگرد طولی
h: ضخامت دیافراگم بتنی
4- در اثر اعمال بارهای مختلف باید آرماتورهای مورد نیاز تحت اثر هر عامل محاسبه شده و در نهایت اثر تمام عوامل با هم جمع گردد. در این خصوص آرماتورهای حرارت جمع شدگی را می توان برای تحمل نیروهای داخل صفحه دیافراگم نیز به طور موثر در نظر گرفت.
به عبارت دیگر وجود آرماتورهای حداقل برابر مقداری که از رابطه گفته شده بدست می آید، حتی در صورتی که این آرماتور به منظور تحمل نیروهای محوری و یا خمش وارد بر مقطع باشد، نیز توانایی تحمل تنش های ناشی از حرارت و جمع شدگی را دارند.
5- طول مهاری لازم برای تامین تنش های کششی یا فشاری آرماتورهای دیافراگم باید در هر دو سمت مقطع مورد نظر تامین شده باشد.
6- آرماتورهایی که برای تحمل کشش به کار رفته اند، باید از مقطعی که دیگر وجود آنها برای تحمل کشش لازم نیست، به میزان حداقل ld در جهت کاهش لنگر ادامه داشته باشد، مگر آنکه تامین این طول به واسطه وجود لبه دیافراگم یا درز انبساطی مقدور نباشد.
مثال: یک دیافراگم از نوع دال بتن آرمه با ضخامت 200 میلی متر را در نظر بگیرید. تحت اثر نیروهای جانبی وارد بر دیافراگم، لنگر خمشی داخل صفحه ای برابر 160 کیلونیوتن متر در آن ایجاد شده است. در صورتی که ابعاد دهانه دیافراگم 6x6m، مصالح مصرفی C30 و S400 باشد و از نیروی محوری دیافراگم نیز صرف نظر شده باشد، به هر یک از سوالات زیر پاسخ دهید.
الف) حداقل لنگر خمشی اسمی مورد نیاز دیافراگم در جهت داخل صفحه چقدر باید باشد؟
ب) نسبت آرماتور مورد نیاز خمشی دیافراگم را محاسبه کنید.
حل: الف) با توجه به رابطه Mu≤ΦMn، مقدار حداقل لنگر خمشی اسمی مورد نیاز دیافراگم به صورت زیر بدست می آید.
ب) با توجه به آنچه خواندیم، می توان تحلیل دیافراگم را مطابق یک تیر تحت بارگذاری ثقلی انجام داد، در این صورت داریم:
دقت شود در این حالت با توجه به اینکه آرماتورها باید در فاصله h/4 از دو انتهای دیافراگم قرار بگیرند داریم:
با توجه به آنچه خواندیم، لازم است آرماتورهای خمشی حداقل با مساحت Asmin در مقطع تامین گردد. بنابراین با مقایسه مساحت آرماتور مورد نیاز با آرماتور حداقل داریم:
بنابراین مقدار آرماتورهای مورد نیاز برابر 2160 میلی متر مربع در نظر گرفته می شود.
مثال: یک دیافراگم از نوع دال بتن آرمه با ضخامت 170 میلی متر را با عمق دهانه 5 متر در نظر بگیرید. در صورتی که مصالح مصرفی بتن از رده C25 و فولادها S400 باشد، به هریک از سوالات زیر پاسخ دهید.
الف) مقدار حداکثر نیروی برشی قابل اعمال بر دیافراگم را محاسبه کنید.
ب) در صورتی که نیروی برشی وارد بر دیافراگم محاسبه شده در قسمت الف بر آن اعمال گردد، درصد آرماتورهای مورد نیاز برای تحمل برش را محاسبه کنید.
حل: الف)
بنابراین نیروی برشی حداکثر قابل اعمال بر دیافراگم برابر 2103.75 کیلونیوتن می باشد.
ب) در صورتی که مطابق قسمت الف نیروی برشی برابر 2103.75 کیلونیوتن بر دیافراگم اعمال گردد، داریم:
بنابراین به منظور تحمل نیروی برشی وارد بر دیافراگم، لازم است آرماتورهایی به موازات نیروی برشی و یا نسبت حداقل 0.0061 در آن تعبیه گردد.
طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه – طراحی دیافراگم بتن آرمه
دیدگاه خود را ثبت کنید
تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟در گفتگو ها شرکت کنید.