آموزش اختصاص ضرایب ترک خوردگی تیرها و ستون‌های بتنی برای تحلیل تحت بارهای جانبی در ETABS + راهنمای تصویری

بررسی رفتار المانهای بتنی تحت بارهای جانبی نشان می‌دهد این المانها در مقطع و در طول خود قبل از رسیدن آرماتورها به حد تسلیم به دلیل مقاومت کششی پایین بتن دچار ترک خوردگی می‌شوند. این رفتار ترک خوردگی قبل از تسلیم آرماتورهای طولی رخ داده و موجب کاهش سختی عضو می‌شود. لذا آیین نامه‌ها برای درنظر گیری این کاهش سختی روش‌هایی را پیشنهاد داده‌اند که سختی قبل از تسلیم اعضا به نوعی اصلاح گردد. این کاهش سختی توسط ضرایب ترک خوردگی اعضای بتنی در ETABS اعمال می گردد. در خصوص المان های صفحه ای مانند دیوارهای برشی یا دال های سقف نیز به مولفه های مرتبط با ترک خوردگی در داخل صفحه و یا خارج از صفحه المان اعمال می‌شود. در این مقاله به آموزش اختصاص ضرایب ترک خوردگی تیرها و ستونهای بتنی در ایتبس پرداخته‌ایم.

روش های اعمال ضریب ترک خوردگی اعضای بتنی در مبحث نهم مقررات ملی ساختمان:

1-1-3-5-6-9

مشخصات مقطع شامل ممان اینرسی و سطح مقطع اعضا باید بر اساس جدول‌های 9-6-2-الف و یا 9-6-2-ب محاسبه شوند. مگر آن که بتوان آن‌ها را از تحلیل‌های دقیق‌تری به دست آورد. در صورت وجود بارهای جانبی دائمی، ممان اینرسی ستون‌ها و دیوارها را باید بر ضریب (1+β_ds) تقسیم نمود.

β_ds برابر با نسبت برش دائمی در کل طبقه به حداکثر برش کل طبقه در همان ترکیب بار می‌باشد. ممان اینرسی ناخالص تیرهای T شکل با منظور کردن عرض مؤثر بال محاسبه می‌شود و یا دو برابر ممان اینرسی ناخالص مقطع مستطیلی جان منظور می‌گردد.

اعمال ترک خوردگی در مبحث نهم برای تحلیل سازه تحت حالات حدی نهایی (بارهای ضریبدار) می تواند از سه روش انجام شود. (دقت کنید که اعمال ترک خوردگی برای اعضا برای حالات حدی سرویس نیز جهت کنترل خیز تیرها و دالها انجام می شود ولی شیوه اعمال ترک خوردگی برای کنترل اعضا تحت بارهای سرویس با حالات حدی نهایی (بارهای ضریبدار) متفاوت خواهد بود.)

روشهای اعمال ترک خوردگی

روش اول:استفاده از ضرایب پیشنهادی در جدول 9-6-2-الف مبحث نهم.

بر اساس این جدول، ممان اینرسی تیرها حول محور خمش در ضریب 0.35، ممان اینرسی ستونها حول هر دو محور خمش در ضریب 0.7 و برای دیوارها در صورت ترک خوردگی ضریب f22 برابر با 0.35 و در صورت عدم ترک خوردگی برابر با 0.7 ضرب می‌شوند. (توضیحات ترک خوردگی دیوارها مفصل بوده و در یک مقاله جداگانه به آن پرداخته‌می‌شود).

روش دوم:استفاده از جدول 9-6-2-ب مبحث نهم

برای محاسبه دقیقتر که این روش زمان بر بوده و اغلب مورد استفاده قرار نمی گیرد.

روش سوم: استفاده همزمان از ضریب کاهش 0.5

طبق بند 6-9-5-3-1-2 در تحلیل برای بارهای جانبی ضریب‌دار می‌توان ممان اینرسی کلیه‌ی اعضا را برابر 0.5I_g در نظر گرفت. در این روش برای تمامی اعضا بصورت همزمان، ضریب کاهش سختی خمشی برابر با 0.5 درنظر‌گرفته می‌شود.

تفاوت مبحث نهم 1399 و ACI318-2025 در تعیین ترک خوردگی:

لازم به ذکر است در ACI318-2025 روش اول و دوم هم برای محاسبه سازه تحت بارهای ضریبدار و هم برای محاسبه تغییر مکانهای جانبی تحت بارهای ضریبدار که احتمال وقوع پاسخ های غیرالاستیک وجود دارد، آورده شده‌است ولی روش سوم صرفاً برای محاسبه تغییر شکل‌های جانبی سازه تحت بارهای ضریبدار که امکان بروز تغییر شکل‌های غیر الاستیک وجود دارد، مجاز می‌باشد.

اثر ترک خوردگی قطعات بتنی در محاسبه زمان تناوب اصلی طبق استاندارد 2800:

بر اساس بند 3-3-3-3 استاندارد 2800 ویرایش چهارم، ضریب اصلاح ممان اینرسی تیرها برابر با 0.5 و برای ستون‌ها و دیوارها برابر با 1 می باشد. این اصلاحات در نرم افزار برای محاسبه زمان تناوب تحلیلی استفاده می‌شود.

گام به گام اصلاح سختی خمشی تیرها و ستونها در ایتبس:

گام اول: انتخاب عضو های مورد نظر:

ابتدا اعضای مورد نظر را انتخاب نمایید. از نوار ابزار فوقانی به منوی Assign‌رفته و از مسیر Frame‌بر روی Property Modifiers‌کلیک نمایید تا پنجره‌جدید باز‌شود.

گام دوم: اختصاص ضرایب اصلاح برای اعمال اثر ترک خوردگی:

در اشکال زیر اصلاح ممان اینرسی تیرها و ستون ها بر اساس روش اول و سوم مبحث نهم مقررات ملی نشان داده‌شده است. شکل سمت چپ مربوط به اصلاح سختی تیرها و شکل سمت راست برای ستون ها می‌باشد.

گام سوم: تایید نهایی:

با زدن دکمه OK‌ پنجره‌های باز را ببندید.

اصلاح سختی تیرها برای محاسبه زمان تناوب تحلیلی در ایتبس:

با توجه به استاندارد 2800، برای محاسبه زمان تناوب تحلیلی، ضریب اصلاحی فقط به تیرها اعمال می‌شود. برای اعمال این ضریب باید در یک فایل جدا پس از اتمام طراحی سازه، تیرها انتخاب گردد و مشابه مراحل اول تا سوم بالا ضریب اصلاح 0.5‌ به ممان‌اینرسی حول محور 3‌ تیرها اختصاص یابد. پس از آن، سازه تحلیل شده و زمان تناوب تحلیلی از خروجی نرم‌افزار در امتداد دو جهت اصلی سازه به دست می‌آید.

جمع‌بندی

اعمال صحیح ضرایب ترک خوردگی اعضای بتنی در ETABS در مراحل تحلیل و طراحی یک سازه بتنی می‌تواند به دستیابی به یک طرح سازه مناسب که می تواند به عنوان ورودی برای خدمات BIM یا مدلسازی اطلاعات ساختمان قابل استفاده باشد کمک کند. در صورتیکه سازه وارد این فرآیند شود تداخلات آن با سایر بخش های معماری، مکانیک و برق شناسایی و قبل از اجرا بر طرف خواهد شد. به پلان های سازه پلان جانمایی داکت های تاسیساتی نیز اضافه می گردد و برآورد احجام دقیقی در بخش سازه انجام می شود و می توان بر اساس این برآورد احجام دقیق هزینه‌های اجرای هر متر مربع ساختمان را با دقت کافی تخمین زد.