۹-پ ۳-۱ گستره
9-پ3-1-1 در این پیوست جزئیات ساخت، تحلیل و طراحی مدل خرپایی و اعضای آن ارائه میگردند. ضوابط این پیوست در طراحی اعضا یا قسمتهایی از اعضای بتنی، که به علت ناپیوستگی هندسی یا بار دارای توزیع کرنش غیر خطی در ارتفاع مقطع هستند، کاربرد دارند.
9-پ3-2 تعاریف
9-پ3-2-1 تعاریف زیر در روش خرپایی (روش بست و بند) استفاده می شوند.
ناپیوستگی – نغيير ناگهانی در هندسه و یا بارهای وارده (شکل 9-پ3-1- الف و ب).
ناحیه ی B (ناحیه ی برنولی) – قسمتی از عضو که در ناحیه ی ناپیوستگی قرار نداشته و در آن تئوری توزیع خطی کرنش ها (اصل برنولی) قابلیت کاربرد دارد.
ناحیه ی D (ناحیه ی ناپیوستگی) – قسمتی از عضو که در محدوده ای از محل ناپیوستگی تا فاصله ای برابر ارتفاع یا عمق عضو از آن واقع شده است (شکل های ۹-پ۳-۱ و ۹-پ۳-۲).
مدل بست و بند – مدل خرپایی از عضو یا ناحیه ی ناپیوسته ی عضو بتنی که از بستها، بندها و گره ها تشکیل شده و قادر به انتقال بارهای ضریب دار وارده به تکیه گاه یا ناحیه ی غیر ناپیوسته ی مجاور است (شکل ۹-۳-۳).
عضو فشاری یا بست – عضوی در مدل خرپایی که تحت فشار قرار دارد و معرف برآیند یک میدان نیروهای فشاری موازی با باد بزنی است.
بست مرزی – بست واقع شده در مرز عضو یا ناحیه ی ناپیوسته (شکل 9- پ 3-۳).
بست داخلی – بست غیر واقع در مرز عضو یا ناحیه ی ناپیوسته (شکل ۹-پ 3-۳).
عضو کششی یا بند – عضوی در مدل خرپایی که تحت کشش قرار دارد.
گره – نقطه ای در مدل بست و بند که محورهای اعضای فشاری، کششی، و بارهای متمرکز از آن عبور کرده و دارای بعد نیست.
ناحیه گره ای – حجمی از بتن در اطراف گره که نیروها را در محل گره انتقال می دهد.
گره ی خم میلگرد – ناحیه ی خم شده ی میلگرد یا میلگردهای پیوسته که معرف یک گره باشد.
۹-پ 3-۳ کلیات
9-پ3-3-1 مدل های خرپایی از تعدادی اعضای فشاری (بست ها) که از بتن به تنهایی، و یا بتن و آرماتور تشکیل شده اند، و اعضای کششی (بندها) که از آرماتورها تشکیل شده اند، ساخته می شوند. این اعضا در محل گره ها به یک دیگر متصل شده و یک سیستم خرپای باربر را تشکیل می دهند. در مدل های خرپایی الزامات زیر باید رعایت شوند:
الف– محل وارد شدن بارها فقط از طریق گره ها بوده، و اجزای فشاری و کششی فقط تحت بارهای محوری قرار می گیرند.
ب– مدل خرپایی باید مشخص کننده ی مسیر انتقال بار به تکیه گاه ها و یا به اعضای مجاور باشد.
پ– اصول تعادل استاتیکی بین نیروهای وارده و عکس العملها باید برقرار باشند.
ت – ابعاد اجزای فشاری، کششی، و گره ها باید در مدل منظور شوند.
ث– هر بست باید سایر بستها را فقط در محل گره ها قطع کند.
ج– اعضای کششی می توانند اجزای کششی دیگر و یا اجزای فشاری را در محلی غیر از گره ها قطع نمایند.
چ – زاویه ی بین محورهای اعضای کششی و فشاری در هر گره نباید کمتر از ۲۵ درجه باشد.
ح– در تیرهای عمیقی که بر اساس روش بست و بند بررسی و محاسبه می شوند باید ضوابط بند 9-11-8-2 نیز رعایت شوند.
خ– در دستکها و نشیمن هایی که با استفاده از مدل بست و بند محاسبه می شوند و نسبت دهانه ی برشی به عمق آنها، av/d، از ۲ کمتر است، باید علاوه بر رعایت بندهای ۹-۱۷-۴-۲ و 9-17-4-6 ، رابطه ی زیر نیز تامین شود.
(9-پ3-1) |
د– در مواردی که سطوح مستعد برش اصطکاکی وجود دارند، ضوابط ۹-۸-۸ باید در نظر گرفته شود.
ذ– در صورت طراحی اجزای سیستم های باربر لرزه ای با مدل بست و بند، ضوابط بند ۹-پ۳-۸ نیز باید در نظر گرفته شوند.
9-پ3-3-2 استفاده از روش بست و بند برای طراحی قسمتهایی از سازه ی بتن آرمه که در آنها تئوری توزیع خطی کرنش ها صادق نیست، مثل تیرهای عمیق، تیر تیغه ها، دستکها و نشیمن ها، محل های تغییرات ناگهانی در هندسه و یا بارگذاری های متمرکز (ناپیوستگی)، دیافراگم ها، سر شمع ها و دیوارهای دارای بازشو کاربرد دارد.
9-پ3-3-3 مدل کلی سازه ای که شکل یک خرپای ایده آل را دارا است، باید یک مسیر قابل قبول انتقال نیرو از محل وارد شدن بار تا تکیه گاه ها و یا اجزای مجاور در ناحیه ی B را پوشش دهد. شکل ۹-پ۳-۴ استفاده از روش بست و بند را در برخی اعضا و یا قسمتهایی از آنها، و نیز امتداد تنشهای ایجاد شده در اعضای مدل خرپایی را که نشانگر مسیر تنشهای اصلی ایجاد شده در عضو می باشند، نشان میدهد.
۹-پ 3-۴ اعضای فشاری (بست ها)
9-پ3-4-1 مقاومت بستها
9-پ3-4-1-1 مقاومت فشاری اسمی هر بست، Fns ، به صورت زیر محاسبه می شود:
الف) در بست بدون آرماتورهای طولی
(9-پ3-2) |
ب) در بست با آرماتورهای طولی
(9-پ3-3) |
در روابط فوق، Fns برابر با کوچکترین مقدار محاسبه شده در دو انتها، Acs سطح مقطع بست در انتهای مورد نظر در وجه ناحیه ی گره، و fce مقاومت فشاری موثر بتن بوده و بر اساس بند ۹-پ3-4-1-3 محاسبه می شود. هم چنین A’s سطح مقطع آرماتور فشاری در امتداد طول بست، و f’s تنش آرماتورهای فشاری است که بر اساس ظرفیت محوری اسمی بست محاسبه می شود. برای آرماتورهای با تنش تسلیم کمتر از ۴۲۰ مگاپاسکال، مقدار f’s را میتوان برابر با fy در نظر گرفت.مقدار Acs باید با در نظر گرفتن سطح بنن موجود و شرایط مهار بندی در انتهای بست، طبق شکل ۹-پ۳-۵ محاسبه شود. هنگامی که بست فقط با آرماتور گذاری مهار شده است، سطح بتن موثر می تواند تا فاصله ی حداکثر ۸ برابر قطر آرماتور طولی از آرماتور وجه طولی خاموت های بسته شده منظور شود؛ و پوشش بتن طبق شکل ۹-پ۳-۵ نادیده گرفته شود.
9-پ3-4-1-2 مقاومت فشاری موثر بتن در یک بست، fce ، بر اساس بندهای ۹-پ۳-۴-۱-۳ و ۹-پ3-۴-۱-۵ محاسبه می شود.
9-پ3-4-1-3 مقاومت فشاری موثر بتن، fce در هر انتهای بست از رابطه ی زیر محاسبه می شود:
(9-پ3-4) |
9-پ3-4-1-4 در صورتی که ابعاد عضو یا ناحیه ی بتنی به گونه ای باشند که برش از مقدار زیر تجاوز نکند، می توان بدون رعایت بند ۹-پ 3-۴-۲ از ضریب βs برابر با 0/75 استفاده نمود.
(9-پ3-5) |
(9-پ3-6) |
9-پ3-4-1-5 در صورت استفاده از آرماتورهای محصور کننده در طول بست، می توان اثر این آرماتورها در افزایش مقدار fce را بر اساس آزمایش و یا روابط تحلیلی معتبر منظور نمود.
محل بستن | نوع بست | شرایط | βs |
اعضای کششی یا ناحیه ی کششی در عضو | هر نوع | همه ی حالات | 0/4 |
سایر حالات | بست مرزی | همه حالات | 1/0 |
بست داخلی | آرماتور عرضی مطابق بند 9-پ3-4-2 | 0/75 | |
رعایت برش حداکثر مطابق بند 9-پ3-4-1-4 | 0/75 | ||
واقع در اتصال تیر به ستون | 0/75 | ||
سایر موارد | 0/4 |
محل | βc | |
انتهای بسته به گره ای که شامل سطح اتکایی است، متصل است؛ یا
گره ای که شامل یک سطح اتکایی است. |
کم ترین دو مقدار
|
|
2/0 | ||
سایر حالات | 1/0 |
[۱] A1 سطح اتکایی گره
[۲] A2 سطح قاعده ی هرم یا مخروط ناقصی که از امتداد یافتن سطح اتکایی گره به داخل عضو با زاویه ی باز شدگی ۲ به ۱ (حدود ۶۳ درجه) به گونه ای که به طور کامل داخل عضو بتنی قرار گیرد، حاصل می گردد.
9-پ ۳-۴-۲ آرماتور توزیعی کنترل ترک در بستهای داخلی
9-پ3-4-2-1 در اعضای فشاری داخلی که با ضریب βc=0.75 و محاسبه شده اند، آرماتورهایی جهت تحمل کشش عرضی ایجاد شده در اثر گسترده شدن سطح فشار در قسمتهای میانی بست، مطابق با جدول 9-پ3-3 توزیع می شوند.
9-پ3-4-2-2 فاصله ی آرماتورهای توزیعی بر اساس جدول 9-پ3-3 نباید از ۳۰۰ میلی متر تجاوز کند .
9-پ3-4-2-3 بستها در صورتی به طور جانبی مقید محسوب می شوند که در امتداد عمود بر صفحه ی مدل بست و بند (یا صفحاتی که در حالت مدل سه بعدی، عضو در آنها قرار می گیرد)، به یکی از شرایط زیر مقید باشند:
الف) ناحیه ی غیر پیوسته در امتداد عمود بر صفحه ی مدل بست و بند پیوسته باشد.
ب) بتن مقید کننده ی بست بعد از هر وجه جانبی آن، حداقل معادل نصف عرض بست امتداد یابد (در مدلهای سه بعدی که عرض عضو و ضخامت بتن مقید کننده متغیر هستند، نسبت ضخامت به عرض در نواحی میانی عضو کنترل گردد).
پ) بست در اتصال تیر به ستون واقع شده باشد؛ و اتصال از هر طرف توسط تیرها یا دال بتنی محصور شده باشد.
9-پ3-4-2-4 طول مهاری آرماتورهای توزیعی کنترل ترک بست های داخلی، باید تا قبل از رسیدن به وجوه عضو تامین شده باشد. در صورتی که طول کافی برای تأمین طول مهاری موجود نباشد، قلاب انتهایی آرماتور کنترل ترک حول آرماتور طولی کفایت می کند.
قید جانبی بست | چیدمان آرماتورهای توزیعی | حداقل نسبت آرماتور توزیعی |
مقید نشده | شبکه ی متعامد | 0/0025 در هر جهت |
آرماتور در یک جهت که بست را با زاویه ی α1 (حداقل 40 درجه) قطع می کند (شکل 9-پ3-6) | ||
مقید (بند 9-پ3-4-2-3) | لزومی به آرماتور توزیعی نیست |
9-پ3-4-3 جزئیات آرماتور گذاری طولی بست ها
9-پ3-4-3-1 آرماتورهای فشاری باید موازی با محور بست بوده و باید در طول بست با تنگهای بسته مطابق بند 9-پ3-4-3-3 و یا با دور پیچ هایی مطابق بند ۹-پ ۳-۴-۳-۴ محصور شده باشند.
9-پ3-4-3-2 آرماتورهای فشاری باید در وجه ناحیه ی گره به گونه ای مهار شوند که بتوانند f’s را که بر اساس بند ۹-پ۳-۴-۱ محاسبه می شود، تامین نمایند.
9-پ3-4-3-3 تنگهای بسته ی در بر گیرنده ی آرماتورهای فشاری بست، باید مطابق بند 9-21-6-2 و سایر قسمت های این بند باشند.
الف – فاصله ی تنگهای بسته، s، از یک دیگر نباید از کوچکترین مقدار بعد کوچک مقطع بست، ۴۸ برابر قطر تنگ، و یا ۱۶ برابر قطر آرماتور طولی فشاری بیشتر باشد.
ب– اولین تنگ بسته نباید بیش از 0.5s از وجه ناحیه ی گره در هر یک از دو انتهای بست دورتر قرار داده شود.
پ– تنگ های بسته باید طوری نصب شوند که هر کدام از میلگردهای طولی واقع در گوشه های عضو، و یا سایر آرماتورهای طولی به صورت یک در میان، به وسیله ی گوشه ی تنگها و یا سنجاقی ها با زاویه ی قلاب انتهایی حداکثر ۱۳۵ درجه که به طرف داخل خم شده اند، در بر گرفته شوند؛ و فاصله ی هیچ کدام از آرماتورهای طولی غیر واقع در گوشه ی تنگ یا سنجاقی از این آرماتورها از ۱۵۰ میلی متر بیشتر نباشد.
9-پ3-4-3-4 دورپیچ های محصور کننده ی آرماتورهای فشاری باید مطابق بند ۹-۲۱-۶-۳ باشند.
9-پ3-5 اعضای کششی (بندها)
9-پ3-5-1 مقاومت پند
9-پ3-5-1-1 ظرفیت کششی اسمی یک بند، Fnt، از رابطه ی زیر به دست می آید:
(9-پ3-7) |
9-پ3-5-2 جزئیات آرماتور گذاری بندها
9-پ3-5-2-1 محور آرماتورهای کششی باید بر محور بند منطبق باشد.
9-پ3-5-2-1-1 مهار آرماتورهای کششی باید از طریق طول گیرایی مستقیم، قلابهای استاندارد، و یا وسایل مکانیکی بر اساس ضوابط بند ۹پ-۳-۵-۲-۲ تامین شود (به جز بندهای امتداد یافته از گره های خم میلگرد که بر اساس بند 9-پ3-7 طراحی می شوند).
9-پ3-5-2-2 مهار آرماتورهای بند باید در هر جهت تا نقطه ای که مرکز آرماتورهای بند از ناحیه ی بسط داده شده ی گره خارج می شود، تامین گردد (شکل 9-پ3-7)
9-پ3-6 گره ها
9-پ3-6-1 مقاومت ناحیه ی گره
9-پ3-6-1-1 مقاومت فشاری اسمی ناحیه ی گره، Fnn از رابطه ی زیر محاسبه می شود.
(9-پ3-8) |
9-پ3-6-1-2 مقاومت فشاری موثر بتن در وجه ناحیه ی گره، fce، از رابطه ی زیر محاسبه می شود.
(9-پ3-9) |
9-پ3-6-1-3 اگر از آرماتورهای محصور کننده در ناحیه گره استفاده شده و اثرات آنها از طریق آزمایش و تحلیل مشخص شده باشند، می توان مقدار fce را در محاسبه ی Fnn افزایش داد.
9-پ3-6-1-4 سطح هر یک از وجوه ناحیه ی گره، Anz را باید برابر با مقدار کوچکتر از (الف) و (ب) منظور نمود.
الف) سطح وجه ناحیه ی گره در راستای عمود بر امتداد اثر Fus؛
ب) سطح یک مقطع گذرنده از ناحیه ی گره عمود بر امتداد نیروی برآیند بر مقطع.
9-پ3-6-1-5 در یک مدل بست و بند سه بعدی، سطح هر یک از وجوه ناحیه ی گره باید حداقل برابر با آن چه در بند 9-پ3-6-1-4 ذکر شد، منظور شود. شکل هر وجه ناحیه ی گره باید مشابه شکل تصویر انتهای بست بر وجه ناحیه ی گره متناظر باشد.
9-پ3-7 گره های خم میلگرد
9-پ3-7-1 طراحی و جزئیات گره های خم میلگرد بر اساس ضوابط این بخش تعیین می شوند.
9-پ3-7-2 اگر پوشش جانبی عمود بر صفحه ی خم 2db یا بیشتر باشد، شعاع داخلی خم میلگرد، rb ، نباید از مقادیر زیر و نیز حداقل شعاع خم میلگرد کمتر باشد.
الف) گردی خم میلگرد با خم کمتر از ۱۸۰ درجه
(9-پ3-10) |
ب) بندهای مهار شده با خم ۱۸۰ درجه (شکل 9-پ3-8)
(9-پ3-11) |
9-پ3-7-3 اگر پوشش جانبی عمود بر صفحه ی خم کمتر از 2db باشد، شعاع خم تعيين شده توسط 9-پ3-7-2 در ضریب ضرب می شود؛ که cc پوشش جانبی تعیین شده در وجه جانبی است.
9-پ3-7-4 اگر گره های خم میلگرد از بیش از یک ردیف آرماتور تشکیل شوند، و Ats را باید سطح کل آرماتورها، و rb را باید شعاع خم داخلی ترین ردیف آرماتورها در نظر گرفت (شکل 9-پ ۳- ۹).
9-پ3-7-5 در اتصالات گوشه ی قاب ها، مرکز انحنای میلگردها باید در محل گره ی اتصال قرار گیرد (شکل ۹-پ ۳- ۱۰).
9-پ3-7-6 طول ناحیه ی خم شده ی میلگرد، lcb، باید برای تامین مهار اختلاف نیروهای کششی در دو سمت میلگردهای خم شده کفایت داشته باشد (شکل 9-پ3-11).
9-پ3-8 طرح مقاوم در برابر زلزله با استفاده از روش بست و بند
9-پ3-8-1 در طراحی اعضای یک سیستم مقاوم لرزه ای با شکل پذیری خیلی زیاد با زیاد با روش بست و بند، علاوه بر ضوابط فصل 9-20، باید ضوابط 9-پ3-8-2 تا 9-پ3-8-5 نیز برآورده گردند.
۹-پ 3-۸-۲ مقاومت بست
9-پ3-8-2-1 مقاومت فشاری موثر به دست آمده در بخش 9-پ3-4-1 باید در ضریب 0.8 ضرب شود.
9-پ3-8-3 جزئیات آرماتور بندی بستها
9-پ3-8-3-1 آرماتور بندی بستها باید ضوابط یکی از بندهای 9-پ3-8-3-2 یا 9-پ3-8-3-3 را برآورده نماید.
9-پ3-8-3-2 بستها باید حداقل به چهار آرماتور طولی که در چهار گوشه ی آرماتور عرضی قرار گرفته اند، مسلح شوند. آرماتورهای عرضی باید عمود بر امتداد بست بوده و ضوابط زیر را رعایت کنند.
الف) با جزئیات ارائه شده در بند ۹-۲۰-۶-۳-۳-۲ (الف تا ج) سازگار باشند.
ب) حداقل برای آرماتورهای عرضی بست از نوع تنگ بسته بر اساس بزرگ ترین مقدار به دست آمده از دو رابطه ی (۹-۲۰-۲) و (۹-۲۰-۳) تعيين گردد.
پ) فاصله ی آرماتورهای عرضی در امتداد محور بست از ضوابط بند ۹-۲۰-۶-۳-۳-۳ پیروی کند، و از مقادیر جدول 9-پ3-5 تجاوز نکند.
ت) در داخل نواحی گره پیوسته باشند.
9-پ3-8-3-3 آرماتورهای عرضی باید در جهات متعامد و در کل عرض عضو و یا ناحیه ی دارای بست، امتداد یابند؛ و ضوابط زیر را برآورده سازند.
الف) با جزئیات ارائه شده در بند ۹-۲۰-۶-۳-۳-۲ (الف تا ج) سازگار باشند.
ب) حداقل برای آرماتورهای عرضی در کل مقطع عضو از نوع تنگ بسته بر اساس بزرگترین مقدار به دست آمده از دو رابطه ی (۹-۲۰-۲) و (۹-۲۰-۳) تعیین گردد.
پ) فاصله ی آرماتورهای عرضی در امتداد محور طولی عضو از مقادیر جدول 9-پ3-5 بیشتر نباشد.
ت) فاصله ی ساق دورگیرها و سنجاقی ها هم در جهت قائم و هم در جهت افقی از ۲۰۰ میلی متر بیشتر نباشد. ضمنا گوشه ی هر سنجاقی یا ساق دورگیر، در بردارنده ی یک آرماتور طولی با قطر معادل با قطر خود و یا بزرگتر باشد.
9-پ3-8-4 مقاومت بندها
9-پ3-8-4-1 طول مهاری آرمانورهای کششی بند در ضریب 1.25 ضرب شود.
9-پ3-8-5 مقاومت نواحی گره
9-پ3-8-5-1 مقاومت فشاری اسمی ناحیه ی گره که بر اساس بند ۹-پ۳-۶ محاسبه می شود، باید در ضریب 1/8 ضرب گردد.
۹-پ۳-۹ گام های محاسباتی و مدل سازی بست و بند
گام های متداول قابل کاربرد در مدل های بست و بند مطابق زیر هستند:
(۱) بارهای ضریب دار روی عضو (مرده، زنده، باد و زلزله با استفاده از فصل ۹-۷ محاسبه شوند. برای هر ترکیب بار بحرانی، موارد ۲ تا ۸ انجام شوند.
(۲) عکس العمل های عضو بر اساس تعادل استاتیکی محاسبه گردد.
(3) تنشهای اتکایی در محل های وارد شدن بارهای خارجی و عکس العمل ها محاسبه شوند.
(۴) بر اساس آزمایش ها با روش های تحلیلی مناسب، جریان نیرو در عضو یا ناحیه مورد نظر در عضو تخمین زده شود.
(۵) یک مدل مقدماتی خرپایی که از اعضای بسته و بند تشکیل شده و تا حد زیادی بر جریان و نیرو منطبق است، ساخته شود.
(۶) تعادل استاتیکی مدل بست و بند تحت بارهای وارده و عکس العمل ها کنترل شود. در مدل خرپای مقدماتی، می توان فقط محور اعضا را منظور نمود.
(۷) ابعاد مورد نیاز هر ناحیهی گره بر اساس مقاومت فشاری گره و یا بست، هر کدام بحرانی است، تخمین زده شوند.
(۸) اطمینان حاصل شود که مقاومت اعضای بسته بندی و نواحی گره، با منظور نمودن ضریب ϕ برابر با 0/75 از بارهای وارده بیشتر است.
۹-پ 3-10 کنترل ترک
سازه ها، اعضا با قسمتهایی از آنها (به جز دالها و شالوده ها) که بر اساس ضوابط این پیوست طراحی شده اند، باید دارای شبکه ای از آرماتورهای کنترل ترک باشند. بدین منظور می توان از آرماتور کنترل ترک بستهای داخلی که در بند ۹-پ۳-۴-۲ داده شده است، استفاده نمود. نسبت آرماتور برای کنترل ترک در هر امتداد نباید کمتر از 0/002 باشد؛ و فاصله ی این آرماتورها نباید از ۳۰۰ میلی متر بیشتر شود. آرماتور کنترل ترک در صورتی که به خوبی مهار شود، می تواند به عنوان آرماتور محاسباتی کششی بند در مدل بست و بند منظور گردد.