آموزش اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی در ETABS + راهنمای تصویری

با توجه به اینکه اتصالات تیر به ستون در قاب های خمشی بتنی گیردار می‌باشد و پیچش در تیر آزاد نمی‌باشد لذا عدم تقارن بارهای ثقلی در دو سمت تیر و یا چرخش گره‌های انتهایی تیر می‌تواند باعث ایجاد لنگرهای پیچشی بزرگ در تیر شده بطوریکه در طراحی، مقطع بطور غیر منتظره‌ای پاسخگو نباشد. در این مقاله به ارائه راهکاری برای اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی در ETABS و کاهش لنگر پیچشی طراحی پرداخته شده است.

پیچش تعادلی و پیچش همسازی طبق تعریف آبا 1400:

به منظور طراحی پیچشی در سازه های بتن آرمه دو وضعیت باید مشخص شود:

الف) حالتی که در آن نمی توان لنگر پیچشی را با باز‌توزیع نیروهای داخلی کاهش داد. این نوع پیچش، پیچش تعادلی خوانده می‌شود، زيرا لنگر پيچشي به جهت حفظ تعادل در سازه مورد‌نياز است. در اين وضعيت، بايد آرماتورهاي پيچشي لازم براي تحمل كل لنگر پيچشي طراحي فراهم گردد. مثال این حالت می تواند مشابه تیرهایی باشد که فقط از یک سمت به دال سقف متصل هستند و دال عملکرد طره دارد.

ب) حالتی که در آن ميتوان لنگر پيچشي را با باز توزيع نيروهاي داخلي پس از وقوع ترك خوردگی كاهش داد. این نوع پیچش به نام
پيچش همسازي خوانده می‌شود، زيرا لنگر پيچشي از پيچش عضو به منظور حصول همسازي تغيير شكل‌ها نتيجه می‌شود. در این وضعیت، سختی پیچشی قبل از ترک خوردگی همان سختی مقطع ترک نخورده بر اساس تئوری سنت ونانت است، با این وجود، در ضمن ترک خوردگی پیچشی، پيچيدگي زيادی اساساً تحت لنگر پيچشي ثابت به وقوع مي‌پيوندد كه منجر به باز توزيع وسيع نيروها ميشود.

اهم ضوابط مبحث نهم در خصوص پیچش تیرها:

6-8-9  مقاومت پیچشی

1-6-8-9 کلیات

1-1-6-8-9 مقاومت پیچشی مقاطع بر مبنای تأمین رابطه‌ی (9-8-1پ) کنترل می‌گردد.

2-1-6-8-9 ضوابط این بخش برای اعضایی به کار می‌روند که در آنها T_u≥ ϕT_th باشد؛ که ϕ ضریب کاهش مقاومت در پیچش بوده و برابر با 0.75 منظور می‌شود. همچنین T_th لنگر آستانه‌ی پیچش بوده و بر اساس رابطه‌های (9-8-28) محاسبه می‌گردد.

چنانچه T_u< ϕT_th باشد، می‌توان از اثرات پیچش صرف نظر نمود.

4-1-6-8-9 اگر T_u≥ ϕT_cr بوده و مقدار T_u برای تأمین تعادل لازم باشد (پیچش تعادلی)، عضو باید برای مقاومت در مقابل پیچش T_u طراحی شود؛ به طوری که T_cr پیچش ترک خوردگی است که بر اساس رابطه‌های (9-8-29) تعیین می‌شود. در مقابل در سازه‌های نامعین استاتیکی که T_u≥ ϕT_cr است و کاهش مقدار T_u می‌تواند به باز توزیع نیروهای داخلی پس از وقوع ترک خوردگی‌های پیچشی منجر شود (پیچش همسازی)، اجازه داده‌می‌شود مقدار T_u تا حد ϕT_cr کاهش یابد.

6-3-11-9 در مواردی که امکان کاهش لنگر پیچشی در اثر باز توزیع نیروهای داخلی در عضوی از یک سازه‌ نامعین وجود‌ داشته‌باشد (پیچش همسازی)، اجازه داده‌می‌شود حداکثر لنگر پیچشی نهایی بر اساس بند 9-8-6-1-4 به ϕT_cr کاهش داده‌شود. در این حالت لازم است اثرات لنگرها و برش‌های تعدیل یافته‌ عضو در سایر اعضای مجاور، با استفاده از رابطه‌ی تعادل، محاسبه شده و در طراحی به کار‌گرفته‌شوند. لنگر پیچشی ترک‌خوردگی، T_cr، بر اساس بند 9-8-6-2-2 محاسبه می‌شود.

روش ساده‌شده تقریبی برای اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی در ایتبس:

برای اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی در ETABS ، در صورتیکه پیچش وارده بر تیر از نوع همسازی باشد، در روش ساده‌شده بر اساس پیشنهاد تفسیر آبا ویرایش‌ سال 1384 می‌توان برای تحلیل در برابر بارهای ضریبدار در حالت حدی نهایی ضریب اصلاح سختی پیچشی تیرهای واجد شرایط را برابر با 0.15 و برای حالت حدی سرویس (بهره برداری) برابر با 0.2 درنظر‌گرفت.

روش دقیق برای اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی در ایتبس:

در این حالت ضریب کاهش سختی پیچشی در صورت نیاز ممکن است برای تیرهای مختلف سازه متفاوت باشد. تعیین ضریب کاهش سختی پیچشی در این روش، نیازمند سعی و خطا بوده و تا جایی ادامه می‌یابد که مقدار حداکثر لنگر پیچشی نهایی در هر تیر نهایتا تا مقدار ϕT_cr تیر مربوطه کاهش‌داده شود.

مراحل گام به گام روش دقیق در ایتبس:

برای اصلاح سختی پیچشی تیرهای بتنی در ETABS در حالات دقیق باید طبق گام‌های زیر عمل نمود.

گام اول: بررسی وضعیت تیرها با فرض ضریب کاهش سختی پیچشی 1

ابتدا برای کلیه تیرها، می توان ضریب اصلاح سختی پیچشی را 1 درنظر گرفت و یکبار سازه را تحلیل و طراحی نمود. برای این منظور، تمامی تیرها انتخاب‌شده و با استفاده از شکل زیر ضریب اصلاح سختی پیچشی را در قسمت Torsional Constant برابر با 1 وارد می‌شود.

گام دوم: تحلیل و طراحی سازه:

سازه را طبق اشکال زیر تحلیل و طراحی نمایید.

گام سوم: بررسی T_u و ϕT_cr برای تیرها در ایتبس:

تیرهایی که در طراحی به لحاظ پیچش پاسخگو نبودند و برای آنها (T_u>ϕT_cr) و می‌توان برای آنها ضریب کاهش سختی اعمال نمود (پیچش همسازی دارند) را بررسی نمایید. تیرهایی که قرار است سختی پیچشی آنها اصلاح شود با قضاوت مهندسی انتخاب می گردد.

این تیرها را انتخاب نموده و از خروجی نرم افزار در قسمت طراحی مقدار T_u و ϕT_cr برای هر تیر بصورت جدول در اکسل وارد نمایید.

عموماً برای تیرهایی که اختلاف بین T_u و ϕT_cr زیاد باشد، ضریب کاهش سختی نیز بزرگتر خواهد‌بود. لذا این ضریب برای تیرهای مختلف می‌تواند متفاوت باشد. به جای تعریف ضریب کاهش سختی جداگانه برای هر تیر، برای صرفه جویی در زمان، سعی کنید بر اساس قضاوت مهندسی بر اساس نسبت بین T_u و ϕT_cr حداکثر چندین ضریب کاهش سختی برای تیرهای انتخاب‌شده تعریف نمایید.

تذکر: تیرهایی که در آنها ضریب اصلاح سختی پیچشی برابر 1 بوده و ( T_u<ϕT_cr) می باشند نیاز به اصلاح ضریب سختی پیچشی ندارند.

برای مشاهده T_u و ϕT_cr در تیری که قصد دارید ضریب اصلاح سختی پیچشی آن را اعمال کنید از مسیر زیر در ایتبس اقدام نمایید:

پس از طراحی، بر روی تیر مورد نظر کلیک راست نموده تا صفحه Concrete Beam Design Information باز شود. وارد تب Envelope‌ شده و در قسمت Design Torsion Force،‌عدد مربوط به Design T_u ‌را استخراج‌کنید.

برای تعیین ϕT_cr، بر روی تیر مورد نظر کلیک راست نموده و بر روی تب Shear کلیک نمایید تا پنجره گزارش طراحی باز شود. در انتهای پنجره عدد مربوط به Critical ϕT_cr را استخراج نمایید.

گام چهارم: اصلاح سختی و تکرار تحلیل و طراحی:

پس از تعیین ضریب اصلاح سختی پیچشی برای تیرهای مربوطه، سختی پیچشی تیرها را مطابق گام اول اصلاح نمایید. در این گام در قسمت Torsional Constant می‌بایست ضریب اصلاحی کوچکتر از 1 را که تعیین کرده اید، وارد نمایید.

گام دوم و سوم را تکرار نمایید تا برای تیرهایی که دارای شرایط پیچش همسازی هستند میزان T_u با ϕT_cr تقریبا برابر شود. بررسی نمایید برای تیرهایی که ضریب اصلاح سختی کوچکتر از 1 وارد نموده‌اید، مقدار T_u از ϕT_cr کوچکتر نباشد، در اینصورت، مجدداً ضریب اصلاح سختی پیچشی را تغییر دهید و تحلیل و طراحی مجدد نمایید تا نهایتا برای تمامی تیرهایی که ضریب اصلاح کوچکتر از 1 وارد نموده اید مقدار T_u نهایتاً تا ϕT_cr کاهش یابد. در این حالت، لنگر پیچشی تیر‌ها تا حد زیادی کاهش‌یافته و مقطع می‌تواند بصورت متعارف پاسخگو‌ باشد.

جمع بندی:

ضابطه آیین نامه در خصوص اصلاح سختی پیچشی تیر‌ها تا حد زیادی می‌تواند منجر به کفایت تیر‌های بتنی تحت اثر پیچش شود. برای اعمال صحیح ضریب کاهش سختی پیچشی، بر اساس بندهای آیین نامه در ایتبس، توصیه می‌کنیم از این مقاله استفاده کنید.

با طراحی یک سازه ایمن و مبتنی بر نکات آیین‌نامه‌ای شرایط جهت ورود اطلاعات سازه به فرآیند خدمات مدلسازی اطلاعات ساختمان فراهم می شود. در این فرآیند تداخلات استراکچر با سایر بخش‌های معماری، مکانیک و برق مورد بررسی قرار می‌گیرد. و نقشه‌های اصلاح شده‌و متره احجام استخراج می‌گردد. بر مبنای متره احجام نیز می‌توان هزینه اجرای ساختمان در بخش سازه را با دقت بالا تخمین زد.