آموزش تعریف مقطع تیر بتنی در ETABS طبق مبحث نهم + راهنمای تصویری و نکات آیین‌نامه‌ای

تعریف صحیح مقطع تیر به دلیل مسایلی که باید در طراحی و اجرا درنظر‌گرفته شود از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این موارد شامل ارتفاع تیرها به لحاظ آویز سقف، هم ارتفاع بودن تیرهای بتنی در امتداد یک محور، کنترل عرض تیرها در محل اتصال به ستون، فاصله آرماتورها در مقطع و کنترل خیز تیرها می‌باشد. در این مقاله به تعریف مقطع تیر بتنی مستطیلی در ETABS طبق مبحث نهم به همراه راهنمای تصویری و نکات آیین‌نامه‌ای پرداخته شده است.

ضوابط هندسی مبحث نهم در انتخاب مقطع تیرها

6-2-11-9 حداقل ارتفاع تیر

1-6-2-11-9 در ساختمان‌های متعارف و تحت بارگذاری‌های معمول، در تیرهایی که ارتفاع آن‌ها از مقادیر مندرج در جدول 9-11-1 بیشتر است، محاسبه­‌ی خیز (افتادگی) الزامی نمی‌باشد؛ به شرط آن که این تیرها به قطعات غیرسازه‌ای مانند تیغه‌ها متصل نباشند و یا آن‌ها را نگه داری نکنند، و خیز زیاد در آن‌ها خسارتی ایجاد نکند.

جدول 9-11-1 حداقل ارتفاع تیر

تبصره: l در جدول طول دهانه‌ی تیر و یا طول آزاد کنسول است. مقادیر جدول برای بتن معمولی و آرماتورهای با مقاومت تسلیم 420 مگاپاسکال می‌باشند. برای سایر موارد، حداقل ارتفاع باید بر اساس ضوابط 9-11-2-6-2 و 9-11-2-6-3 تغییر یابد.

2-6-2-11-9 برای سایر انواع فولادها، مقادیر جدول 9-11-1 باید در ضریب (f_y/700+0.4) ضرب شوند.

3-6-2-11-9 برای تیرهای ساخته‌شده با بتن سبک با وزن مخصوص 1440 تا 1840 کیلو گرم بر متر مکعب، مقادیر جدول 9-11-1 باید در

1.65-0.0003w_c>=1.09 ضرب شوند.

5-6-2-11-9 در تیرهایی که حداقل ارتفاع ذکر شده‌در جدول 9-11-1 را ندارند، خیزهای آنی و دراز مدت باید مطابق ضوابط خیز ناشی از بارهای ثقلی در مرحله‌ی بهره‌برداری مطابق فصل 9-19 محاسبه و کنترل شوند.

5-20-9 قاب‌های با شکل‌پذیری متوسط

1-5-20-9 ضوابط بند 9-20-5 باید در قاب‌های با شکل‌پذیری متوسط، شامل دال‌های دو طرفه‌ی بدون تیر که بخشی از سیستم مقاوم در برابر زلزله را تشکیل می‌دهند، به کار برده‌شوند.

2-5-20-9 تیرها در قاب‌های با شکل‌پذیری متوسط

در این بخش محدودیت عرض و ارتفاع تیرها و ارتباط این دو با هم برای قاب‌های با شکل‌پذیری متوسط مورد بررسی قرار گرفته است.

1-2-5-20-9 محدودیت‌های هندسی

1-1-2-5-20-9 در این تیرها محدودیت‌های هندسی (الف) تا (پ) این بند باید رعایت شوند:

الف– ارتفاع مؤثر مقطع نباید بیشتر از یک چهارم طول دهانه آزاد باشد.

ب– عرض مقطع نباید کمتر از یک چهارم ارتفاع آن و 250 میلی‌متر باشد.

پ– عرض مقطع نباید بیشتر از دو مقدار زیر باشد:

• عرض عضو تکیه‌گاهی در صفحه‌ی عمود بر محور طولی تیر، به اضافه‌ی سه چهارم ارتفاع تیر در هر طرف عضو تکیه‌گاهی؛
• عرض عضو تکیه‌گاهی به اضافه یک چهارم بعد دیگر مقطع در هر طرف عضو تکیه‌گاهی.

2-1-2-5-20-9 برون محوری هر تیر نسبت به ستونی که با آن قاب تشکیل می‌دهد، یعنی فاصله‌ی محورهای هندسی دو عضو از یک دیگر، نباید بیشتر از یک چهارم عرض مقطع ستون باشد.

6-20-9 قاب‌های با شکل‌پذیری زیاد (ویژه)

1-6-20-9 ضوابط بند 9-20-6 باید در قاب‌های با شکل‌پذیری زیاد که بخشی از سیستم مقاوم در برابر زلزله را تشکیل می‌دهند، به کار برده‌شوند.

2-6-20-9 تیرها در قاب‌های با شکل‌پذیری زیاد

در این بخش محدودیت عرض و ارتفاع تیرها و ارتباط این دو با هم برای قاب‌های با شکل‌پذیری زیاد مورد بررسی قرار گرفته است.

1-2-6-20-9 محدودیت‌های هندسی

1-1-2-6-20-9 در این تیرها محدودیت‌های هندسی (الف) تا (پ) این بند باید رعایت شوند:

الف– ارتفاع مؤثر مقطع نباید بیشتر از یک چهارم طول دهانه‌ی آزاد باشد.

ب– عرض مقطع نباید کمتر از سه دهم ارتفاع آن و 250 میلی‌متر باشد.

پ– عرض مقطع نباید بیشتر از عرض عضو تکیه‌گاهی، در صفحه‌ی عمود بر محور طولی عضو خمشی، به اضافه‌ی کوچک‌ترین c₂ و 0.75c₁ در هر طرف عضو تکیه‌گاهی باشد.

c₁: بعد ستون مستطیلی یا معادل مستطیلی، سرستون یا دستک در راستای دهانه ای که در آن لنگرها تعیین می شوند.

c₂: بعد ستون مستطیلی یا معادل مستطیلی، سرستون یا دستک اندازه گیری شده‌در راستای عمود بر c₁.

برای ضوابط هندسی ابعاد تیرچه ها و تیرهای عمیق می توان به بندهای 9-11-7 و 9-11-8 مبحث نهم مراجعه نمود.

پوشش (cover) بتن بر روی آرماتور

5-9-4-9 پوشش بتنی روی آرماتورها در شرایط محیطی معمولی (غیرخورنده)

1-5-9-4-9 ضخامت پوشش بتنی روی کلیه آرماتورهای طولی و عرضی نباید از مقادیر داده‌شده در جدول 9-4-6 کمتر باشد.

2-5-9-4-9 برای گروه میلگردها، ضخامت پوشش بتنی روی آن‌ها، نباید از کوچکترین دو مقدار (الف) و (ب) زیر کمتر باشد.

الف– قطر معادل گروه میلگردها

ب– 75 میلی‌متر برای مواردی که بتن بر روی خاک ریخته‌شده‌و با آن در تماس دائمی است؛ و 50 میلی‌متر برای مواردی که بتن در تماس با خاک ریخته‌نشده است.

جدول 9-4-6 حداقل ضخامت پوشش بتن روی میلگرد برای اجزای بتنی

مقادیر داده‌شده‌فوق حداقل مقدار پوشش خالص بتن بر روی بیرونی‌ترین لایه آرماتورها می‌باشد.

1-2-21-9 فاصله حداقل میلگردها (آرماتورها)

1-1-2-21-9 فاصله‌ی آزاد میلگردهای موازی واقع در یک سفره‌ی افقی نباید کمتر از هیچ یک از مقادیر زیر باشد:

الف– 25 میلی‌متر؛

ب– قطر بزرگترین میلگرد؛

پ– 1.33 برابر قطر اسمی بزرگترین سنگ‌دانه.

2-1-2-21-9 در میلگردهای موازی واقع در چند سفره‌ی افقی، میلگردهای لایه‌ی فوقانی باید مستقیماً در بالای میلگردهای لایه‌ی تحتانی قرار گرفته، و فاصله‌ی آزاد بین دو لایه نباید کمتر از 25 میلی‌متر باشد. در شکل زیر منظور از فاصله خالص همان فاصله آزاد در مبحث نهم می باشد.

انواع آرماتور در تیرهای بتنی:

آرماتور طولی (خمشی و پیچشی) :

جهت این آرماتورها در امتداد طول تیر می‌باشد.

آرماتور خمشی: کاربرد اصلی این آرماتورها برای تامین ظرفیت خمشی در ناحیه کششی مقطع می‌باشد. در صورت نیاز می‌تواند در ناحیه فشاری مقطع نیز استفاده شود. استفاده دیگر این آرماتورها کنترل عرض ترک در مقطع می‌باشد.

آرماتور پیچشی: در اثر اعوجاج تیرهای بتنی ناشی از پیچش، اندکی تنش‌های کششی نیز بصورت تقریبا یکنواخت در مقطع ایجاد می‌شود که تمایل به گسیختگی مقطع در کشش دارد. کاربرد آرماتور‌های طولی پیچشی، نقش ثانویه در افزایش مقاومت پیچشی مقطع نسبت به آرماتورهای عرضی پیچشی می‌باشد. به توزیع این آرماتورها در مقطع طبق مبحث نهم باید توجه شود.

آرماتور عرضی (آرماتور برشی و پیچشی):

جهت این آرماتورها عمود یا مایل نسبت به آرماتورهای طولی تیر می باشد.

کاربرد اول این آرماتورها برای مقابله با پیچش و برش مقطع می‌باشد.

آرماتور عرضی که در تامین مقاومت پیچشی محاسبه می‌گردد حتماً باید از نوع تنگ بسته باشد ولی برای مقابله با برش در مقطع می توان از آرماتورهای سنجاقی و یا U شکل نیز استفاده کرد.

کاربرد دوم آرماتورهای عرضی ایجاد تکیه‌گاه برای آرماتورهای طولی هم به لحاظ اجرایی و هم برای جلوگیری از کمانش زودهنگام آرماتورهای طولی فشاری خصوصاً تحت بارهای لرزه‌ای می باشد.

کاربرد مهم دیگر این آرماتورها ایجاد محصوریت در ناحیه مفصل پلاستیک تیر برای هسته بتنی می‌باشد که باعث افزایش شکل پذیری مقطع در هنگام وقوع زمین لرزه می‌گردد.

عوامل موثر بر ظرفیت خمشی تیرهای بتنی:

1- تغییر در پارامترهای مقاومت فشاری بتن و عرض مقطع، تاثیر قابل ملاحظه‌ای در تغییر مقاومت خمشی مقطع ندارند و عموماً از این دو پارامتر برای تغییر مقاومت خمشی مقطع استفاده نمی‌گردد مگر در شرایط خاص مانند محدودیت در تغییر ارتفاع تیر.

2- تاثیر پارامترهای تنش تسلیم آرماتورها و یا سطح مقطع آرماتورها مشابه یکدیگر هستند ولی برای تغییر مقاومت خمشی مقطع عموماً به دلیل محدودیت در جنس آرماتورها، عامل متغیر، سطح مقطع آرماتورها می‌باشد.

3- ارتفاع مقطع تاثیر مهمی در مقاومت خمشی مقطع دارد، لکن به دلیل مسایل اجرایی و معماری تغییر در ارتفاع مقطع نیز با محدودیتهایی رو‌برو خواهد‌بود.

تعریف گام به گام مقطع تیر بتنی مستطیلی در نرم افزار ETABS

در این بخش به صورت گام به گام نحوه تعریف گام به گام مقطع تیر بتنی مستطیلی در نرم افزار ETABS تشریح شده است.

گام اول: ورود به بخش تعریف مقطع:

از نوار اصلی در سمت بالای صفحه، به منوی Define بروید.

سپس گزینه Section Properties را انتخاب کنید.

سپس بر روی Frame Sections کلیک نمایید.

گام دوم: افزودن مقطع جدید:

در پنجره Frame Properties، روی دکمه Add New Property کلیک کنید.

گام سوم: انتخاب مقطع مستطیلی بتنی

مطابق شکل زیر در پنجره Frame Property Shape Type در قسمت Section Shape گزینه Concrete Rectangular را انتخاب کنید و سپس بر روی OK کلیک نمایید یا بصورت جایگزین بر روی مقطع مستطیلی مطابق زیر کلیک نمایید.

گام چهارم: تعیین مشخصات هندسی مقطع

در پنجره Frame Section Property Data مطابق شکل زیر اطلاعات را وارد نمایید.

در قسمت Property Name نام مقطع را وارد نمایید.

Material نام مصالح بتنی که قبلا تعریف شده‌است را انتخاب نمایید.

در قسمت Section Dimensions در بخش Depth عمق مقطع و در بخش Width عرض مقطع را وارد نمایید.

پس از تکمیل قسمتهای فوق بر روی دکمه Modify/Show Rebar در قسمت Reinforcement کلیک نمایید.

گام پنجم: تعیین مصالح آرماتورهای طولی و عرضی و مقدار پوشش بتن

در پنجره Frame Section Property Reinforcement Data مطابق شکل زیر اطلاعات را وارد نمایید.

Design Type گزینه M3 Design Only (Beam) را انتخاب نمایید.

در قسمت Rebar Material، نام مصالح آرماتورهای طولی را در Longitudinal Bars و نام مصالح آرماتورهای عرضی را در Confinement Bars (Ties) وارد نمایید.

در قسمت Cover to Longitudinal Group Centroid برای تیرهای دارای یک لایه آرماتور طولی حداقل پوشش بتن در جدول 9-4-6 مبحث نهم را با قطر آرماتور عرضی و شعاع آرماتور طولی جمع نموده و در قسمت Top Bars و Bottom Bars وارد نمایید. این مقدار بصورت تقریبی در ساختمان‌های متداول در حدود 70 میلی‌متر می‌تواند درنظر گرفته‌شود.

گام ششم: تأیید نهایی:

تمام پنجره‌های باز شده‌را با کلیک بر روی OK تایید کنید تا بسته‌شوند.

جمع بندی

در مدلسازی اطلاعات ساخت (BIM)، یکپارچگی داده‌ها بین نرم‌افزارهای تحلیلی مانند ETABS و نرم‌افزارهای مدلسازی مانند Revit اهمیت حیاتی دارد. زمانی که مقطع تیر بتنی مستطیلی بر اساس مبحث نهم در ETABS تعریف می‌شود، باید همان ابعاد و مشخصات دقیق هندسی آن در مدل سه‌بعدی Revit نیز وارد شود. هرگونه ناهماهنگی بین مدل تحلیلی و مدل اطلاعاتی می‌تواند باعث بروز خطا در فازهای اجرایی، برآورد مصالح یا تهیه نقشه‌های دقیق شود. بنابراین، تعریف درست مقطع در ETABS، گامی اساسی برای ساخت یک مدل BIM منسجم و قابل اعتماد است.