بخش 10-A6.5

اطلاعات تکمیلی بخش

۱۰-پ۶-۵ روابط محاسباتی باربری اعضای فولادی در معرض آتش و افزایش دما

این بخش به مشخصات مصالح در دماهای بالا و روش‌های محاسباتی جهت تعیین مقاومت اعضای فولادی در معرض آتش می‌پردازد.

۱۰-پ۶-۵-۱ ترکیبات بارگذاری مورد استفاده

مقاومت اعضای سازه که در معرض آتش و افزایش دما قرار گرفته‌اند، تحت ترکیبات بارگذاری مندرج در بخش حوادث غیرعادی مبحث ششم مقررات ملی ساختمان تعیین شود.

۱۰-پ۶-۵-۲ مشخصات مصالح در دماهای بالا

۱۰-پ۶-۵-۲-۱ انبساط حرارتی

مقدار ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالا به شرح زیر تعیین می‌شود:

فولاد ساختمانی و میلگردها: ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالاتر از ۶۶ درجه سلسیوس برابر $۱.۴\times۱۰^{-۵}/^\circ C$ در نظر گرفته شود.
بتن معمولی: ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالاتر از ۶۶ درجه سلسیوس از ۶۶ درجه سلسیوس برابر $۱.۸\times۱۰^{-۵}/^\circ C$ در نظر گرفته شود.
بتن سبک: ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالاتر از ۶۶ درجه سلسیوس برابر $۰.۷۹\times۱۰^{-۵}/^\circ C$ در نظر گرفته شود.

۱۰-پ۶-۵-۲-۲ مشخصات مکانیکی مصالح در دماهای بالا

مقاومت و سختی مصالح با افزایش دما کاهش می‌یابد که این تغییرات باید در تحلیل اعضای سازه به شرح زیر در نظر گرفته شود:

برای اعضای فولادی مقادیر F _y(T), F _p(T), G(T), E(T) و F _u(T) در دماهای بالا به صورت نسبتی از مقادیر آن‌ها در دمای محیط (۲۰ºC) در جدول ۱۰-پ۶-۳ ارائه شده است. F _p(T) حد خطی فولاد در دماهای بالا بوده که براساس نسبتی از تنش تسلیم مشخصه فولاد (F _y) بیان شده است.
برای مصالح بتنی مقادیر E _c(T), f _c(T) و ε _cu(T) در دماهای بالا به صورت نسبتی از مقادیر آن‌ها در دمای محیط (۲۰ºC) در جدول ۱۰-پ۶-۴ ارائه شده است. برای بتن سبک مقدار (T)ε _cuباید با توجه به نتایج آزمایشگاهی تعیین شود.
برای پیچ‌های مقادیر F _nt(T) و F _nv(T) در دماهای بالا به صورت نسبتی از مقادیر آن‌ها در دمای محیط (۲۰ºC) در جدول ۱۰-پ۶-۵ ارائه شده است.

جدول

دمای فولاد (C°)	K _E=E(T)/E =G(T)/G	K _p=F _p(T)/F _y	K _y=F _y(T)/F _y	K _u=F _u(T)/F _y
۲۰	۱	۱	*	*
۹۳	۱	۱	*	*
۲۰۰	۰.۹	۰.۸	*	*
۳۲۰	۰.۷۸	۰.۵۸	*	*
۴۰۰	۰.۷	۰.۴۲	۱	۱
۴۳۰	۰.۶۷	۰.۴	۰.۹۴	۰.۹۴
۵۴۰	۰.۴۹	۰.۲۹	۰.۶۶	۰.۶۶
۶۵۰	۰.۲۲	۰.۱۳	۰.۳۵	۰.۳۵
۷۶۰	۰.۱۱	۰.۰۶	۰.۱۶	۰.۱۶
۸۷۰	۰.۰۷	۰.۰۴	۰.۰۷	۰.۰۷
۹۸۰	۰.۰۵	۰.۰۳	۰.۰۴	۰.۰۴
۱۱۰۰	۰.۰۲	۰.۰۱	۰.۰۲	۰.۰۲
۱۲۰۰	۰	۰	۰	۰

جدول c-apn-10-6-3: جدول ۱۰-پ ۶- ۳: مشخصات فولاد در دماهای بالا

نقل قول

* از مشخصات دمای متعارف محیط استفاده شود.

جدول

دمای بتن (ºC)	K _c=f' _c(T)/f' _c		E _c(T)/E _c	ε _cu(T),%
دمای بتن (ºC)	بتن معمولی	بتن سبک	E _c(T)/E _c	بتن معمولی
۲۰	۱	۱	۱	۰.۲۵
۹۳	۰.۹۵	۱	۰.۹۳	۰.۳۴
۲۰۰	۰.۹	۱	۰.۷۵	۰.۴۶
۲۹۰	۰.۸۶	۱	۰.۶۱	۰.۵۸
۳۲۰	۰.۸۳	۰.۹۸	۰.۵۷	۰.۶۲
۴۳۰	۰.۷۱	۰.۸۵	۰.۳۸	۰.۸
۵۴۰	۰.۵۴	۰.۷۱	۰.۲	۱.۰۶
۶۵۰	۰.۳۸	۰.۵۸	۰.۰۹۲	۱.۳۲
۷۶۰	۰.۲۱	۰.۴۵	۰.۰۷۳	۱.۴۳
۸۷۰	۰.۱	۰.۳۱	۰.۰۵۵	۱.۴۹
۹۸۰	۰.۰۵	۰.۱۸	۰.۰۳۶	۱.۵
۱۱۰۰	۰.۰۱	۰.۰۵	۰.۰۱۸	۱۵
۱۲۰۰	۰	۰	۰	۰

جدول c-apn-10-6-4: جدول ۱۰-پ۶-۴: مشخصات بتن در دماهای بالا

جدول

دمای پیچ، (C°)	F _nt(T)/F _nt یا F _nv (T) /F _nv
۲۰	۱
۹۳	۰.۹۷
۱۵۰	۰.۹۵
۲۰۰	۰.۹۳
۳۲۰	۰.۸۸
۴۳۰	۰.۷۱
۴۸۰	۰.۵۹
۵۴۰	۰.۴۲
۶۵۰	۰.۱۶
۷۶۰	۰.۰۸
۸۷۰	۰.۰۴
۹۸۰	۰.۰۱
۱۱۰۰	۰

جدول c-apn-10-6-5: جدول ۱۰پ-۶-۵: مشخصات پیچ های پرمقاومت در دماهای بالا

۱۰-پ۶-۵-۳ روش تفصیلی تحلیل و طراحی سازه در برابر آتش (تحلیل حرارتی-مکانیکی)

در این روش عملکرد کل اعضای سازه در معرض آتش مورد تحلیل قرار می‌گیرد. تحلیل سازه شامل پاسخ حرارتی و مکانیکی اعضای سازه است. پاسخ حرارتی سازه بیانگر تغییرات دمایی اعضای سازه تحت اثر سناریوی آتش سوزی موردنظر است. پاسخ مکانیکی سازه، بیانگر تغییرات نیروها و تغییر شکل‌های ایجادشده در اعضا ناشی از پاسخ حرارتی و بارهای موجود است.

اثرات ناشی از کاهش مقاومت و سختی در اثر افزایش دما، انبساط حرارتی، رفتار غیر خطی و بازتوزیع نیروها، تغییر شکل‌های بزرگ و تغییرات تابع زمان نظیر خزش و تغییر مشخصات مصالح با افزایش دما باید در تحلیل سازه و پاسخ مکانیکی اعضاء دیده شود.

نتایج تحلیل باید امکان ارزیابی تمامی حالت‌های حدی ممکن از قبیل تغییر شکل‌های بزرگ، گسیختگی اتصالات و کمانش‌های کلی و موضعی را فراهم نماید.

۱۰-پ۶-۵-۴ روش ساده شده تحلیل و طراحی سازه در برابر آتش

روش‌های ارائه شده در این بخش، برای ارزیابی عملکرد یک عضو سازه‌ای منفرد در معرض آتش به کار می‌رود.
شرایط مرزی (شامل شرایط تکیه گاهی و نیروهای ایجاد شده در عضو) در دماهای بالا همانند شرایط عادی و بدون تغییر فرض گردد.
پاسخ حرارتی اعضای فولادی و مختلط را می‌توان با استفاده از معادله انتقال حرارت یک بعدی تعیین کرد. برای اعضای خمشی، دمای فولاد باید به بال پایینی اعمال گردد.
برای دماهای کمتر از ۲۰۰ºC ، مقاومت موجود اعضا و اتصالات باید بدون در نظر گرفتن اثرات تغییرات دما تعیین شود.

پس از انجام تحلیل فوق، مقاومت‌های کششی، فشاری، خمشی و برشی اسمی عضو موردنظر در حضور حرارت باید به شرح زیر تعیین گردد :

مقاومت کششی اسمی
مقاومت کششی اسمی عضو در دماهای بالا باید براساس الزامات بخش ۱۰-۲-۳ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین شود. فرض می‌شود که دما در تمام سطح عضو به صورت یکنواخت به میزان حداکثر رسیده است.
مقاومت فشاری اسمی
مقاومت فشاری اسمی عضو در دماهای بالا باید براساس الزامات بخش ۱۰-۲-۴ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ و رابطه زیر تعیین شود:
تنش فشاری ناشی از کمانش خمشی در دماهای بالا از رابطه زیر به دست می‌آید:
فرمول
${F_{cr}}\left( T \right) = \left[ {{{۰.۴۲}^{\sqrt {\frac{{{F_y}\left( T \right)}}{{{F_e}\left( T \right)}}} }}} \right]{F_y}\left( T \right)$
(۱۰-پ۶-۱۴)
F _y(T) = تنش تسلیم مشخصه فولادی در دمای موردنظر
F _e(T) = تنش کمانشی الاستیک با استفاده از رابطه ۱۰-۲-۴-۴ و با فرض استفاده از E(T) در دمای موردنظر
مقاومت خمشی اسمی
برای تیرهای فولادی دما را در تمام عمق مقطع می‌توان ثابت و برابر با دمای محاسبه شده برای بال پایین در نظر گرفت. مقاومت خمشی اسمی مقاطع با دو محور تقارن براساس حالت حدی کمانش جانبی - پیچشی، در دماهای بالا براساس الزامات بخش ۱۰-۲-۵ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ ، به شرح زیر تعیین می‌گردد:
۱) برای L _b≤L _r(T):
فرمول
$M_n(T)=C_b \{{M_r(T)+[M_p(T)-M_r(T)][1-\frac{L_b}{L_r(T)}]^{C_x}}\}\leq M_p(T)$
(۱۰-پ۶-۱۵)
۲) برای L _b≥L _r(T):
فرمول
$M_n (T)=F_{cr} (T) S_x≤M_P (T)$
(۱۰-پ۶-۱۶)
که در آن:
فرمول
$F_{cr}(T)=\frac{C_b\pi^۲E(T)}{(\frac{L_b}{r_{ts}})^۲}\sqrt{۱+۰.۰۷۸\frac{J_c}{S_xh_o}(\frac{L_b}{r_{ts}})^۲}$
(۱۰-پ۶-۱۷)
فرمول
$L_r(T)=۱.۹۵r_{ts} \frac{E(T)}{F_L(T)}\sqrt{\frac{Jc}{S_xh_o}+\sqrt{(\frac{Jc}{S_xh_o})^۲+۶.۷۶(\frac{F_L(T)}{E(T)})^۲}}$
(۱۰-پ۶-۱۸)
فرمول
$M_r (T)=F_L (T) S_x$
(۱۰-پ۶-۱۹)
فرمول
$F_L (T)=F_y (K_p-۰.۳K_y )$
(۱۰-پ۶-۲۰)
فرمول
$M_p (T)=F_y (T) Z_x$
(۱۰-پ۶-۲۱)
فرمول
$C_x=۰.۶+\frac{T}{۲۵۰}≤۳$
(۱۰-پ۶-۲۲)
T= دمای فولاد به علت قرار گرفتن در معرض آتش (درجه سلسیوس)
مقاومت خمشی اسمی اعضای مختلط
در تیرهای مختلط فولادی، دما از بال پایین تا وسط ارتفاع جان مقطع به صورت ثابت در نظر گرفته شده و از آنجا تا بال فوقانی به صورت خطی و به میزان حداکثر ۲۵ درصد کاهش یابد. مقاومت خمشی اسمی اعضای مختلط در دماهای بالا با استفاده از روابط بخش ۱۰-۲-۸ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین می‌گردد. همچنین مقاومت خمشی اسمی تیرهای مختلط فولادی در دماهای بالا را می‌توان از رابطه زیر نیز به دست آورد. T دمای بال پایینی عضو است.
فرمول
$M_n (T)=r(T) M_n$
(۱۰-پ۶-۲۳)
M _n = مقاومت خمشی اسمي عضو مختلط در دمای محیط
( r(T = ضریب حفظ مقاومت براساس دمای بال پایینی عضو ( T ) مطابق جدول ۱۰-پ ۶-۶
مقاومت برشی اسمی
مقاومت برشی اسمی عضو در دماهای بالا باید براساس الزامات بخش ۱۰-۲-۶ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین شود. فرض می‌شود که دما در کل مقطع به صورت ثابت باشد.
مقاومت اسمی عضو برای ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی
مقاومت اسمی اعضا برای ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی حول یک یا دو محور، با یا بدون لنگر پیچشی باید براساس الزامات بخش ۱۰-۲-۷ و با مقاومت محوری و خمشی ارائه شده در بندهای (الف) تا (ت) این بخش تعیین شود. مقاومت پیچشی اسمی عضو باید براساس الزامات بخش ۱۰-۲-۷ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین شود. دما در کل مقطع به صورت ثابت در نظر گرفته می‌شود.

جدول

دمای بال پایینی تیر ( C °)	r(T)
۲۰	۱
۱۵۰	۰.۹۸
۳۲۰	۰.۹۵
۴۳۰	۰.۸۹
۵۴۰	۰.۷۱
۶۵۰	۰.۴۹
۷۶۰	۰.۲۶
۸۷۰	۰.۱۲
۹۸۰	۰.۰۵
۱۱۰۰	۰

جدول ۱۰-پ ۶-۶: ضریب حفظ مقاومت برای مقاطع مختلط - r(T)

نظرات (0)

برای ثبت نظر، لطفا وارد شوید یا ثبت‌نام کنید.

در حال بارگذاری نظرات...