بخش 10.2.4

۴-۲-۱۰ الزامات طراحی اعضا برای نیروی فشاری

این بخش به الزامات طراحی اعضای منشوری می‌پردازد که تحت اثر نیروی محوری فشاری در امتداد محور طولی عضو قرار دارند. مقررات این بخش تحت عناوین زیر ارائه می‌گردد:

۱-۴-۲-۱۰ الزامات عمومی
۲-۴-۲-۱۰ نسبت لاغری
۳-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی براساس کمانش خمشی در اعضای با مقطع اجزای لاغر
۴-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی براساس کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر
۵-۴-۲-۱۰ اعضای با مقطع نبشی تک
۶-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری ساخته شده (مرکب)
۷-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری دارای اجزای لاغر

۱-۴-۲-۱۰ الزامات عمومی

اعضای فشاری می‌توانند از نیمرخ تک، نیمرخ‌های مرکب و نیمرخ های ساخته شده از ورق یا ترکیبی از ورق و نیمرخ باشند.

در روش LRFD مقاومت فشاری طراحی اعضا برابر $\Phi_cP_n$ و در روش ASD مقاومت فشاری مجاز اعضا برابر P _n/Ω _c است. P _n مقاومت فشاری اسمی است که باید برابر کوچکترین مقدار محاسبه شده بر اساس حالتهای حدی کمانش خمشی، کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی (حسب مورد) در نظر گرفته شود. در طراحی اعضای فشاری مقدار $\Phi_c$ برابر ۰.۹ و مقدار Ω _c برابر ۱.۶۷ است.

حالت‌های حدی حاکم بر طراحی اعضای فشاری براساس شکل مقطع، مطابق جدول ۱۰-۲-۴-۱ انتخاب می‌شود.

جدول

حالت	نوع مقطع	شکل مقطع	حالت یا حالت‌های حدی حاکم بر طراحی برای مقاطع بدون اجزای لاغر	بند مربوطه	حالت یا حالت‌های حدی حاکم بر طراحی برای مقاطع دارای اجزای لاغر	بند مربوطه
۱	مقاطع I شکل دارای دو محور تقارن	تصویر	- کمانش خمشی حول هر یک از محورهای اصلی مقطع - کمانش پیچشی حول محور طولی عضو	۳-۴-۲-۱۰ ۴-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی حول هر یک از محورهای اصلی مقطع - کمانش پیچشی حول محور طولی عضو	۷-۴-۲-۱۰
۲	مقاطع I شکل با یک محور تقارن و مقاطع ناودانی	تصویر	- کمانش خمشی حول محور عمود بر محور تقارن مقطع - کمانش خمشی-پیچشی حول محور تقارن مقطع و محور طولی عضو	۳-۴-۲-۱۰ ۴-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی حول محور عمود بر محور تقارن مقطع - کمانش خمشی- پیچشی حول محور تقارن مقطع و محور طولی عضو	۷-۴-۲-۱۰
۳	مقاطع صلیبی یا ساخته شده (مرکب) دارای دو محور تقارن	تصویر	- کمانش خمشی حول هر یک از محورهای اصلی مقطع - کمانش پیچشی حول محور طولی عضو	۳-۴-۲-۱۰ ۴-۴-۲-۱۰ ۶-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی حول هر یک از محورهای اصلی مقطع - کمانش پیچشی حول محور طولی عضو	۷-۴-۲-۱۰ ۶-۴-۲-۱۰
۴	مقاطع توخالی مستطیلی شکل	تصویر	- کمانش خمشی حول محورهای اصلی مقطع	۳-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی حول محورهای اصلی مقطع	۷-۴-۲-۱۰
۵	مقاطع توخالی دایره‌ای شکل	تصویر	- کمانش خمشی حول هر محور دلخواه مقطع	۳-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی حول هر محور دلخواه مقطع	۷-۴-۲-۱۰
۶	مقطع سپری	تصویر	- کمانش خمشی حول محور عمود بر محور تقارن مقطع - کمانش خمشی-پیچشی حول محور تقارن مقطع و محور طولی عضو	۳-۴-۲-۱۰ ۴-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی حول محور عمود بر محور تقارن مقطع - کمانش خمشی-پیچشی حول محور تقارن مقطع و محور طولی عضو	۷-۴-۲-۱۰
۷	مقاطع مرکب از دو نیمرخ نبشی پشت به پشت	تصویر	- کمانش خمشی حول محور عمود بر محور تقارن مقطع - کمانش خمشی-پیچشی حول محور تقارن مقطع و محور طولی عضو	۳-۴-۲-۱۰ ۴-۴-۲-۱۰ ۶-۴-۲-۱۰	-کمانش موضعی - کمانش خمشی حول محور عمود بر محور تقارن مقطع - کمانش خمشی-پیچشی حول محور تقارن مقطع و محور طولی عضو	۷-۴-۲-۱۰ ۶-۴-۲-۱۰
۸	مقاطع نبشی تک	تصویر	-کمانش خمشی - کمانش خمشی-پیچشی	۵-۴-۲-۱۰	-کمانش موضعی - کمانش خمشی - کمانش خمشی-پیچشی	۷-۴-۲-۱۰
۹	مقاطع توپر	تصویر	- کمانش خمشی حول محورهای اصلی	۳-۴-۲-۱۰	موضوعیت ندارد	-
۱۰	مقاطع بدون محور تقارن غیر از نبشی‌های تک	تصویر	- کمانش خمشی-پیچشی حول محور اصلی مقطع و حول محور طولی عضو	۴-۴-۲-۱۰	- کمانش موضعی - کمانش خمشی -پیچشی حول محورهای اصلی مقطع و حول محور طولی عضو	۷-۴-۲-۱۰

جدول ۱۰-۲-۴-۱: حالت یا حالت‌های حدی حاکم بر طراحی اعضای فشاری برای مقاطع مختلف

۲-۴-۲-۱۰ نسبت لاغری

ضریب طول مؤثر ( K )، برای محاسبه نسبت لاغری ( $\frac{KL}{r}$ ) و محاسبۀ مقاومت اسمی آنها، باید مطابق با ضوابط بخش ۱۰-۲-۱ این مبحث تعیین شود که در آن:

L = طول مقید نشدۀ عضو حول محور کمانش مورد نظر
r= شعاع ژیراسیون مقطع عضو حول محور کمانش موردنظر

نسبت لاغری ( $\frac{KL}{r}$ ) اعضایی که برای تحمل نیروی محوری فشاری طراحی می‌شوند، نباید از ۲۰۰ بیشتر شود.

۳-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی براساس کمانش خمشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر

مقاومت فشاری اسمی ( P _n)، اعضای فشاری با مقطع دارای یک یا دو محور تقارن بدون اجزای لاغر براساس کمانش خمشی حول محور موردنظر با استفاده از رابطه زیر تعیین می‌شود:

فرمول

P_n=F_{cr} A_g

(۱-۴-۲-۱۰)

که در آن:

A _g = سطح مقطع کلی عضو
F _cr= تنش فشاری ناشی از کمانش خمشی که از روابط زیر به دست می‌آید:
الف) اگر $\frac{KL}{r}\leq ۴.۷۱ \sqrt{\frac{E}{F_y}}$ (یا $\frac{F_y}{F_e}\leq ۲.۲۵$ ) باشد:
فرمول
$F_{cr}=(۰.۶۵۸^{\frac{F_y}{F_e}})F_y$
(۲-۴-۲-۱۰)
ب) اگر $\frac{KL}{r}> ۴.۷۱ \sqrt{\frac{E}{F_y}}$ (یا $\frac{F_y}{F_e}>۲.۲۵$ ) باشد:
فرمول
$F_{cr}=۰.۸۷۷F_e$
(۳-۴-۲-۱۰)
در روابط فوق:
$\frac{KL}{r}$ = به نسبت لاغری عضو حول محور کمانش موردنظر
F _y = تنش تسلیم مشخصه فولاد
E = مدول الاستیسیته فولاد
K = ضریب طول مؤثر حول محور کمانش موردنظر مطابق ضوابط بخش ۱۰-۲-۱
L = طول مهارنشده عضو حول محور کمانش موردنظر
r = شعاع ژیراسیون مقطع عضو حول محور کمانش موردنظر
F _e = تنش كمانش الاستیک که مقدار آن عبارت است از:
فرمول
$F_e=\frac{\pi^۲ E}{(\frac{KL}{r})^۲}$
(۴-۴-۲-۱۰)

۴-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی براساس کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر

همان طور که در جدول ۱۰-۲-۴-۱ نیز عنوان شده است، الزامات این بند برای تعیین مقاومت فشاری اسمی اعضای فشاری با مقاطع دارای دو محور تقارن، یک محور تقارن و نامتقارن مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مقاومت فشاری اسمی ( P _n) در اعضای فشاری با مقاطع بدون اجزای لاغر براساس کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی (حسب مورد) برابر F _crA _g است که در آن در A _g سطح مقطع کلی عضو و F _cr تنش فشاری بوده که مقدار آن با استفاده از روابط ۱۰-۲-۴-۲ و ۱۰-۲-۴-۳ ولی براساس تنش‌های کمانش پیچشی الاستیک و خمشی - پیچشی الاستیک ( F _e) که برای حالت‌های مختلف به شرح زیر تعیین می‌شود، به دست می‌آید:

برای مقاطع دارای دو محور تقارن براساس حالت حدی کمانش پیچشی حول محور طولی ماربر مرکز برش:
فرمول
$F_e=(\frac{\pi^۲EC_w}{(K_zL_z)^۲}+GJ)\frac{۱}{I_x+I_y}$
(۵-۴-۲-۱۰)
برای مقاطع با یک محور تقارن که محور تقارن آنها y نام گذاری شده است، براساس حالت حدی کمانش خمشی - پیچشی حول محور y و محور طولی ماربر مرکز برش:
فرمول
$F_e=(\frac{F_{ey}+F_{ez}}{۲H})[۱-\sqrt{۱-\frac{۴F_{ey}F_{ez}H}{(F_{ey}+F_{ez})^۲}}]$
(۶-۴-۲-۱۰)
برای مقاطع نامتقارن، بر اساس حالت حدی کمانشی خمشی - پیچشی حول محورهای اصلی مقطع و محور طولی ماربر مرکز برش، F _e عبارت است از کوچکترین ریشه معادله درجه سوم زیر:
فرمول
$(F_e-F_{ex})(F_e-F_{ey})(F_e-F_{ez})-F^۲_e(F_e-F_{ey})(\frac{x_۰}{\bar{r}_۰})^۲-F^۲_e(F_e-F_{ex})(\frac{y_۰}{\bar{r}_۰})^۲=۰$
(۷-۴-۲-۱۰)

در روابط فوق:

C _w = ثابت تابیدگی
K _z = ضریب طول مؤثر برای کمانش پیچشی، مقدار این ضریب به طور محافظه کارانه می‌تواند برابر یک انتخاب گردد. ولی در مواردی که فقط یک انتها یا هر دو انتهای ستون در برابر تابیدگی مقید شده باشند، این ضریب می‌تواند برابر ۰.۷ برای حالت فقط در یک انتها مقید یا برابر ۰.۵ برای حالت در هر دو انتها مقيد، در نظر گرفته شود. مقید شدن در برابر تابیدگی می‌تواند از طریق جعبه‌ای کردن مقطع در انتها در طولی حداقل برابر بزرگترین بعد مقطع ستون انجام شود.
J = ثابت پیچشی
G = مدول الاستیسیته برشی $G=\frac{۱}{۲.۶}E$ (با فرض v =۰.۳ )
x _۰ و y _۰ = مختصات مرکز برش نسبت به مرکز سطح در راستای محورهای اصلی x و y
r _x و r _y = شعاع ژیراسیون حول محورهای اصلی x و y
$\bar{r}_0$ = شعاع ژیراسیون قطبی نسبت به مرکز برش که از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
فرمول
$\bar{r}_0^۲=x_0^۲+y_0^۲+\frac{I_x+I_y}{A_g}$
(۸-۴-۲-۱۰)
A _g= سطح مقطع کلی عضو
H = ضریبی است که از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
فرمول
$H=۱-\frac{x_0^۲+y_0^۲}{\bar{r}_0^۲}$
(۹-۴-۲-۱۰)
F _ey, F _ex و F _ez از روابط زیر محاسبه می‌شوند:
فرمول
$F_{ey}=\frac{\pi^۲E}{(\frac{K_yL_y}{r_y})^۲}$
(۱۰-۴-۲-۱۰)
فرمول
$F_{ey}=\frac{\pi^۲E}{(\frac{K_yL_y}{r_y})^۲}$
(۱۱-۴-۲-۱۰)
فرمول
$F_{ez}=[\frac{\pi^۲EC_w}{(K_zL_z)^۲}+GJ]\frac{۱}{A_g\bar{r}_0^۲}$
(۱۲-۴-۲-۱۰)
I _y و I _x = ممان اینرسی حول محورهای اصلی
L _y , L _x و L _z = طول مهارنشده عضو به ترتیب حول محورهای کمانش y , x و z
K _y و K _x= ضریب طول مؤثر برای کمانش خمشی حول محورهای اصلی x و y
تبصره: برای مقاطع اشكل با دو محور تقارن، C _w را می‌توان مساوی I _yh _۰^۲/۴ در نظر گرفت که در آن h _۰ فاصله مرکز تا مرکز بالها است. برای مقاطع ناودانی، C _w را می‌توان برابر $\frac{t_fb^۳h^۲}{۱۲}(\frac{۳bt_f+۲ht_w}{۶bt_f+ht_w})$ در نظر گرفت که در آن h , t _f, b و t _w به ترتیب عرض بال، ضخامت بال، ارتفاع و ضخامت جان ناودانی هستند. برای مقاطع سپری و نبشی جفت پشت به پشت، در محاسبه F _ez می‌توان از جملات حاوی C _w صرف نظر کرد و x _۰ را مساوی صفر در نظر گرفت.

۵-۴-۲-۱۰ اعضای با مقطع نبشی تک

مقاومت فشاری اسمی ( P _n)، اعضای فشاری با مقطع نبشی تک باید براساس کوچک‌ترین مقدار به دست آمده از حالتهای حدی کمانش خمشی مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۴-۳ (چنانچه دارای اجزای لاغر نباشند) یا مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۴-۷ (چنانچه دارای اجزای لاغر باشند) و حالت حدی کمانش خمشی - پیچشی مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۴-۷ فقط برای حالتی که $\frac{b}{t}>۰.۷۱\sqrt{\frac{E}{F_y}}$ باشد، در نظر گرفته شود ( b پهنا و t ضخامت ساق نبشی است).

نبشی‌هایی که به صورت برون محور بارگذاری می‌شوند، در صورتی که شرایط زیر برقرار باشند، در طراحی می‌توان از برون محوری آنها صرف نظر کرد:

نیروی محوری نبشی از دو انتهای آن و فقط از طریق یک ساق اعمال گردد.
اتصال دو انتهای عضو به کمک جوش یا حداقل دو پیچ انجام شود.
هیچ گونه بار عرضی میانی بر عضو اعمال نگردد.

نبشی‌های تکی که شرایط فوق را دارند و نیز شرایط انتهایی آنها با یکی از حالت‌های مشخص شده در بندهای (الف) و (ب) زیر مطابقت دارد، می‌توانند براساس نسبت‌های لاغری اصلاح شده که در این بخش ارائه می‌شود، به عنوان عضوی که تنها تحت اثر نیروی فشاری قرار دارد، طراحی شوند. نبشی‌های تکی که این شرایط را ندارند یا شرایط انتهایی آنها با حالت‌های مشخص شده در بندهای (الف) و (ب) زیر متفاوت است، باید برای ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی مطابق بخش ۱۰-۲-۷ مورد محاسبه و طراحی قرار گیرند.

برای نبشی با ساق های مساوی یا نامساوی که از طریق ساق بلندتر متصل شده‌اند و به صورت اعضای تک یا اعضای جان خرپاهای صفحه‌ای که با اعضای مجاور خود به یک سمت ورق اتصال یا یال خرپا متصل شده‌اند، لاغری اصلاح شده با استفاده از روابط زیر به دست می‌آید:
برای $\frac{L}{r_a}\leq ۸۰$ :
فرمول
$\frac{KL}{r}=۷۲+۰.۷۵\frac{L}{r_a}$
(۱۳-۴-۲-۱۰)
برای $\frac{L}{r_a}> ۸۰$ :
فرمول
$\frac{KL}{r}=۳۲+۱.۲۵\frac{L}{r_a}\leq ۲۰۰$
(۱۴-۴-۲-۱۰)
برای نبشی با ساق نامساوی با نسبت ساق کوچکتر از ۱.۷ که از طریق ساق کوچکتر متصل شده‌اند، باید به $\frac{KL}{r}$ دست آمده از روابط ۱۰-۲-۴-۱۳ و ۱۰-۲-۴-۱۴ جمله [۱- ^۲(b _l/b _s)]۴ اضافه شود، لیكن $\frac{KL}{r}$ به دست آمده نباید کمتر از ۰.۹۵L/r _z در نظر گرفته شود.
برای نبشی با ساق های مساوی یا نامساوی که از طریق ساق های بلندتر متصل شده‌اند و عضوی از جان خرپای جعبه‌ای یا فضایی هستند که با اعضای مجاورشان به یک طرف ورق اتصال یا بالها متصل شده‌اند، لاغری اصلاح شده از روابط زیر به دست می‌آید:
برای $\frac{L}{r_a}\leq ۷۵$ :
فرمول
$\frac{KL}{r}=۶۰+۰.۸\frac{L}{r_a}$
(۱۵-۴-۲-۱۰)
برای $\frac{L}{r_a}> ۷۵$ :
فرمول
$\frac{KL}{r}=۴۵+\frac{L}{r_a}\leq ۲۰۰$
(۱۶-۴-۲-۱۰)
برای نبشی با ساق های نامساوی با نسبت بعد دو ساق کمتر از ۱.۷ که از طریق ساق کوچکتر متصل شده‌اند، باید به $\frac{KL}{r}$ دست آمده از روابط ۱۰-۲-۴-۱۵ و ۱۰-۲-۴-۱۶ جمله [۱- ^۲(b _l/b _s)]۶ اضافه شود، لیكن $\frac{KL}{r}$ به دست آمده نباید کمتر از ۰.۸۲L/r _z در نظر گرفته شود.
در روابط فوق:
L= طول عضو بين محل تقاطع محور اعضا
b _l = پهنای ساق بزرگتر نبشی
b _s = پهنای ساق کوچکتر نبشی
r _a = شعاع ژیراسیون حول محور موازی با ساق متصل شده
r _z = شعاع ژیراسیون حول محور اصلی ضعیف نبشی

۶-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری ساخته شده (مرکب)

مقاطع ساخته شده مورد بحث در این بخش مقاطعی هستند که از دو یا چند نیمرخ با قطعات لقمه بین آنها یا از دو یا چند نیمرخ به همراه ورق سراسری یا بستهای موازی یا مورب و یا از دو نیمرخ که با پیچ یا جوش به هم متصل شده‌اند، ساخته می‌شوند. مقاومت فشاری اسمی و محدودیتهای ابعادی این گونه مقاطع مطابق با الزامات بندهای ۱۰-۲-۴-۶-۱ و ۱۰-۲-۴-۶-۲ است.

۱-۶-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی

مقاومت فشاری اسمی مقاطع ساخته شده باید براساس الزامات بندهای ۱۰-۲-۴-۳ و ۱۰-۲-۴-۴ یا ۱۰-۲-۴-۷ و با اصلاحات لاغری ارائه شده در حالتهای (الف) و (ب) این بند تعیین شود:

در اعضای فشاری ساخته شده که در آنها اتصال قطعات متصل کننده میانی به اجزای مختلف مقطع به صورت پیچی و با عملکرد اتکائی است، نسبت لاغری نسبت به محور عمود بر صفحه بست (محور بدون مصالح مقطع ساخته شده) باید از رابطه زیر تعیین شود:
فرمول
$(\frac{KL}{r})_m=\sqrt{(\frac{KL}{r})^۲_o+(\frac{a}{r_i})^۲}$
(۱۷-۴-۲-۱۰)
در اعضای فشاری ساخته شده که در آنها اتصال قطعات میانی متصل کننده نیمرخ های مختلف مقطع به صورت جوشی یا پیچی پیش تنیده یا لغزش بحرانی است، نسبت لاغری نسبت به محور عمود بر صفحه بست (محور بدون مصالح مقطع ساخته شده ) باید از رابطه زیر تعیین شود:
فرمول
$\frac{a}{r_i}\leq۴۰: (\frac{KL}{r})_m=(\frac{KL}{r})_o$
(۱۸-۴-۲-۱۰)
فرمول
$\frac{a}{r_i}>۴۰: (\frac{KL}{r})_m=\sqrt{(\frac{KL}{r})^۲_o+(\frac{K_ia}{r_i})^۲}$
(۱۹-۴-۲-۱۰)
در روابط فوق:
$(\frac{KL}{r})_m$ = نسبت لاغری اصلاح شده عضو فشاری نسبت به محور بدون مصالح مقطع ساخته شده
$(\frac{KL}{r})_o$ = نسبت لاغری عضو فشاری نسبت به محور بدون مصالح مقطع ساخته شده
K _i =
۰.۵ برای مقطع نبشی پشت به پشت، ۰.۷۵ برای مقطع ناودانی پشت به پشت و ۰.۸۶ برای سایر مقاطع
a= فاصله بین متصل کننده‌ها
r= شعاع ژیراسیون حداقل هر یک از نیمرخ ها

۲-۶-۴-۲-۱۰ محدودیت‌های ابعادی

از محدودیت‌های ابعادی نیمرخ‌های اعضای فشاری ساخته شده به شرح زیر هستند:

هر یک از نیمرخ‌های اعضای فشاری ساخته شده (مرکب) باید در فاصله a به یکدیگر متصل باشند، به نحوی که ضریب لاغری مؤثر هر یک از نیمرخ‌ها (a/r _i) در این فاصله از $\frac{۳}{۴}$ نسبت لاغری تعیین کننده كل عضو ساخته شده بیشتر نشود. در این محاسبه، r _i شعاع ژیراسیون حداقل هر نیمرخ است.
اتصالات متصل کننده‌های میانی می‌توانند از نوع جوشی یا پیچی با عملکرد اتکائی، پیش تنیده یا لغزش بحرانی باشند، لیکن اتصالات متصل کننده‌های انتهایی باید از نوع جوشی یا پیچی پیش تنیده یا لغزش بحرانی با وضعیت سطحی کلاس A يا B باشند.
در انتهای اعضای فشاری ساخته شده، در محل فشار مستقیم بر کف ستونها یا در محل سطوح صاف و تنظیم شده در درز وصله‌ها و نیز ناحيه اتصالات تیر به ستون‌های ساخته شده، تمامی نیمرخ‌های اعضای ساخته شده باید در فاصله ۱.۵ برابر بعد حداکثر مقطع ساخته شده با پیچ‌هایی که فاصله محور به محور آنها از یکدیگر حداکثر ۴ برابر قطرشان باشد، به یکدیگر متصل شوند. اگر وسيله اتصال جوش باشد، تمامی نیمرخ های متصل به یکدیگر باید در طولی بزرگتر یا مساوی بعد حداکثر مقطع ساخته شده، با جوش پیوسته به یکدیگر متصل شوند.
چنانچه عضو فشاری ساخته شده، از نیمرخ‌ها و ورق‌های سراسری تشکیل شده باشد، در ناحیه میانی فواصل طولی محور به محور بین پیچ‌ها یا فاصله آزاد بین نوارهای جوش منقطع باید به نحوی انتخاب شود که مقاومت لازم تأمین گردد. حداقل و حداکثر فاصله مرکز سوراخ ها تا لبه قطعات متصل شونده و نیز حداقل و حداکثر فاصله مرکز تا مرکز سوراخها باید الزامات بخش ۱۰-۲-۹ را تأمین نماید. همچنین حداکثر فاصله خالص بین جوش‌های منقطع و فاصله مرکز تا مرکز سوراخ‌ها نباید از مقادیر زیر بیشتر شود:
(۱) $۰.۷۵\sqrt{\frac{E}{F_y}}$ برابر ضخامت ورق خارجی و حداکثر ۳۰۰ میلی متر برای حالتی که اتصالات در خطوط اتصال مجاور در حالت پس و پیش نباشند (روبروی هم باشند).
(۲) $۱.۱۲\sqrt{\frac{E}{F_y}}$ برابر ضخامت ورق خارجی و حداکثر ۴۵۰ میلی متر برای حالتی که اتصالات در خطوط اتصال مجاور به حالت پس و پیش قرار گیرند.
چنانچه عضو فشاری از نیمرخ‌ها و ورق‌های سوراخ دار تشکیل شده باشند، درصورتی که ضوابط زیر رعایت شده باشند، بخشی از پهنای این ورق‌ها (پهنای کلی ورق سوراخ دار منهای عرض سوراخ) به همراه سطح مقطع نیمرخ‌ها می‌تواند به عنوان سطح مقطع خالص جهت کمک به تأمین مقاومت موجود در نظر گرفته شود:
(۱) نسبت پهنای کلی ورق سوراخ دار به ضخامت آن از $۱.۴۰\sqrt{\frac{E}{F_y}}$ کمتر باشد.
(۲) نسبت طول سوراخ (در راستای تنش) به عرض سوراخ از ۲ بیشتر نباشد.
(۳) فاصله خالص بین سوراخها در راستای تنش از فاصله عرضی متصل کننده‌ها کمتر نباشد.
(۴) شعاع پیرامون سوراخ‌ها در تمامی نقاط حداقل ۴۰ میلی متر باشد.
چنانچه عضو فشاری از نیمرخ ها و بستهای مورب تشکیل شده باشد، ضوابط زیر باید رعایت شوند:
(۱) بست های مورب در انتهای عضو فشاری باید به ورق بست انتهایی ختم شوند. در قسمت های میانی عضو در صورتی که نظم بست های مورب به هم خورده باشد، باید ورق‌های اتصال به تیر تعبیه گردد. طول ورق های بست انتهایی (در امتداد طولی عضو) باید حداقل برابر فاصله مراکز هندسی نیمرخ‌های تشکیل دهنده عضو فشاری باشد و طول ورق‌های اتصال به تیر باید فضای کافی برای برقراری اتصال را داشته باشد.
ضخامت ورق‌های انتهایی و ورق‌های اتصال به تیر باید طوری انتخاب شوند که مقاومت کافی در برابر نیروهای منتقل شده از طرف عضو فشاری به کف ستون و از طرف تیر و مهاربندی به ستون را دارا باشند. درهرحال ضخامت ورق‌های انتهایی و ورق های اتصال به تیر نباید از b/۵۰ کمتر باشد، که در آن b برابر پهنای ورق انتهایی و ورق اتصال در اتصالات جوشی و برابر فاصله عرضی وسایل اتصال در اتصالات پیچی است.
پهنای ورق‌های انتهایی و ورق‌های اتصال باید حداقل برابر فاصله بین مراکز هندسی نیمرخ‌های تشکیل دهنده عضو فشاری باشد. چنانچه اتصال این ورق‌ها به نیمرخهای عضو فشاری از نوع پیچی باشد، فاصله عرضی (عمود بر محور طولی عضو فشاری) وسایل اتصال باید حداقل برابر فاصله بین مراکز هندسی نیمرخ‌های تشکیل دهنده عضو فشاری باشد. اگر وسایل اتصال ورق‌های انتهایی و ورق‌های اتصال به تیر از نوع پیچی باشد، فاصله این وسایل از یکدیگر در امتداد طولی عضو فشاری (امتداد تنش) نباید از ۶ برابر قطر آنها بیشتر شود. در هر ورق انتهایی و ورق اتصال به تیر باید حداقل ۳ عدد پیچ تعبیه شود. در هر حال، تعداد و قطر پیچ‌ها باید طوری انتخاب شوند که مقاومت کافی در برابر نیروی منتقل شده از طرف عضو فشاری به کف ستون و از طرف تیر و مهاربندی به ستون را دارا باشند.
اگر وسيله اتصال ورق‌های انتهایی و ورق‌های اتصال به تیر از نوع جوشی باشد، دورتادور این ورق‌ها باید به عضو فشاری جوش شود. ضخامت جوش اتصال به عضو فشاری باید طوری انتخاب شود که مقاومت کافی در برابر نیروی منتقل شده به عضو فشاری را دارا باشد.
(۲) بستهای مورب را می‌توان از تسمه، نبشی، ناودانی یا مقطع مناسب دیگر انتخاب کرد. همانند نیمرخهای کلیه اعضای فشاری ساخته شده، بست های مورب را باید طوری قرار داد که نسبت لاغری مؤثر هر یک از نیمرخهای عضو فشاری در فاصله بین اتصال بستهای مورب به عضو فشاری، الزامات بند (الف) از محدودیتهای ابعادی اعضای فشاری ساخته شده (مرکب) را تأمین نماید.
(۳) مشخصات هندسی بست های مورب شامل طول، مقطع و وسایل اتصال دو انتهای آنها به عضو فشاری، باید به گونه‌ای انتخاب شوند که منجر به تأمین مقاومت برشی لازم گردد. مقاومت برشی لازم برابر نیروی برشی عضو فشاری در اثر نیروهای خارجی بعلاوه معادل ۲ درصد مقاومت فشاری موجود عضو در نظر گرفته می‌شود.
(۴) طول کمانش برای محاسبه نسبت لاغری بست های مورب، در بستهای تکی برابر فاصله بین مرکز هندسی اتصالات (پیچ یا جوش) دو انتهای آنها به عضو فشاری و در بستهای مورب ضربدری ۷۰ درصد این فاصله به حساب می‌آید.
(۵) نسبت لاغری بست های مورب تک نباید از ۱۴۰ و نسبت لاغری بست های مورب ضربدری نباید از ۲۰۰ بیشتر شود.
(۶) زاویه محور طولی بست های مورب نسبت به محور طولی عضو فشاری مرکب ( α )، نباید کمتر از ۴۵ درجه برای بستهای مورب ضربدری و کمتر از ۶۰ درجه برای بستهای مورب تکی باشد.
(۷) اگر فاصله بین مرکز هندسی اتصالات دو انتهای بست بیش از ۴۰۰ میلی متر باشد، ارجح است که بست ها به صورت ضربدری در نظر گرفته شوند یا از نیمرخ مناسب (مانند نبشی) طراحی شوند.
تصویر
شکل ۱۰-۲-۴-۳: عضو فشاری ساخته شده (مرکب) با بستهای مورب
چنانچه عضو فشاری ساخته شده، از نیمرخ ها و بست های موازی تشکیل شده باشد، ضوابط زیر باید رعایت شوند:
(۱) همانند اجزای کلیه اعضای فشاری، فاصله بست ها از یکدیگر باید به اندازه‌ای باشد که نسبت لاغری مؤثر هر یک از نیمرخ‌های عضو فشاری ساخته شده در فاصله بین مرکز تا مرکز دو بست متوالی، الزامات بند (الف) از محدودیت‌های ابعادی اعضای فشاری ساخته شده را تأمین نماید.
(۲) استفاده از تسمه، نبشی یا هر مقطع مناسب دیگر به عنوان بست مجاز است، مشروط بر آن که کلیه محدودیتهای عنوان شده در موردهای (۱ تا ۵) از بند (ج) همین قسمت در آنها رعایت شده باشد.
(۳) مشخصات هندسی بستهای موازی شامل طول، مقطع و وسایل اتصال دو انتهای آنها به عضو فشاری، باید به گونه‌ای انتخاب شود که منجر به تأمین مقاومت برشی لازم گردد. مقاومت برشی لازم باید برابر نیروی برشی عضو فشاری در اثر نیروهای خارجی بعلاوه ۲ درصد مقاومت فشاری موجود عضو در نظر گرفته شود.
(۴) بست های موازی در انتهای عضو فشاری مورب و نیز در محل اتصال تیر به ستون باید محدودیت های عنوان شده در مورد (۱) از بند (ج) در خصوص ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال را تأمین نماید.
(۵) طول بست های میانی نباید از $\frac{b}{۲}$ کمتر باشد.
تصویر
شکل ۱۰-۲-۴-۴: عضو فشاری ساخته شده (مرکب) با بست های موازی

۷-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری دارای اجزای لاغر

این بخش به طراحی اعضای منشوری با مقطع دارای اجزای لاغر می‌پردازد که تحت اثر نیروی محوری فشاری قرار دارند. مقاومت فشاری اسمی ( P _n)، این نوع اعضا براساس حالت‌های حدی کمانش خمشی، کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی در اندرکنش با کمانش موضعی باید با استفاده از رابطه زیر تعیین شود:

فرمول

P_n=F_{cr} A_{ec}

(۲۰-۴-۲-۱۰)

A _ec = مجموع سطح مقطع مؤثر اجزای عضو در فشار که با توجه بعد مؤثر کاهش یافته b _e ، یا d _e و یا h _e جزء با استفاده از روابط ۱۰-۲-۴-۲۱ و ۱۰-۲-۴-۲۲ محاسبه می‌شود یا مستقیماً براساس روابط ۱۰-۲-۴-۲۴ و ۱۰-۲-۴-۲۵ به دست می‌آید.
F _cr = تنش بحرانی که براساس حالت‌های کمانش از روابط بخش‌های ۱۰-۲-۴-۳ و ۱۰-۲-۴-۴ به دست می‌آید. در مورد مقاطع نبشی تک فقط باید از ضوابط بخش ۱۰-۲-۴-۳ برای محاسبه این تنش استفاده شود.

۱-۷-۴-۲-۱۰ اعضای دارای اجزای لاغر به استثنای مقاطع توخالی دایره‌ای

پهنای مؤثر کاهش یافته ( b _e) در اجزای این مقاطع از روابط زیر محاسبه می‌شود. این روابط برای محاسبه ارتفاع مؤثر جان اجزای لاغر ( h _e)، یا عمق مؤثر تيغه مقاطع سپری ( d _e) نیز قابل استفاده هستند.

اگر $\lambda ≤ \lambda_r \sqrt{\frac{F_y}{F_{cr}}}$ باشد:
فرمول
$b_e=b$
(۲۱-۴-۲-۱۰)
اگر $\lambda > \lambda_r \sqrt{\frac{F_y}{F_{cr}}}$ باشد:
فرمول
$b_e=b(۱-c_۱\sqrt{\frac{F_{el}}{F_{cr}}}) \sqrt{\frac{F_{el}}{F_{cr}}}$
(۲۲-۴-۲-۱۰)
در روابط فوق:
b = پهنای جزء (در محاسبه h _e یا d _e از پارامترهای h یا d که به ترتیب ارتفاع جان یا عمق تيغه هستند، استفاده شود)
c _۱ = ضرایب تأثير نقص اولیه که از جدول ۱۰-۲-۴-۲ به دست می‌آید.
λ= نسبت پهنا به ضخامت جزء
λ _r = حداکثر نسبت پهنا به ضخامت جزء که از جدول ۱۰-۲-۲-۱ به دست می‌آید.
F _el = تنش كمانش الاستیک موضعی که از رابطه زیر محاسبه می‌شود:
فرمول
$F_{el}=(c_۲ \frac{\lambda_r}{\lambda})^۲ F_y$
(۲۳-۴-۲-۱۰)
c _۲ = ضرایب تأثير نقص اولیه که از جدول ۱۰-۲-۴-۲ به دست می‌آید.

جدول

حالت	جزء لاغر	c _۱	c _۲
۱	• اجزای با دو لبه مقید مقطع به استثنای بال‌های مقاطع کم توخالی مربعی یا مستطیل شکل	۰.۱۸	۱.۳۱
۲	• بال‌های مقاطع توخالی مربعی یا مستطیل شکل	۰.۲۰	۱.۳۸
۳	• سایر اجزا	۰.۲۲	۱.۴۹

جدول ۱۰-۲-۴-۲: ضرایب تأثير نقص اولیه در محاسبه بعد مؤثر کاهش یافته

۲-۷-۴-۲-۱۰ مقاطع توخالی دایره‌ای لاغر

در این مقاطع، سطح مقطع مؤثر ( A _ec) از روابط زیر محاسبه می‌شود:

اگر $\frac{D}{t}\leq۰.۱۱\frac{E}{F_y}$ باشد:
فرمول
$A_{ec}=A_g$
(۲۴-۴-۲-۱۰)
اگر $۰.۱۱\frac{E}{F_y}<\frac{D}{t}<۰.۴۵\frac{E}{F_y}$ باشد:
فرمول
$A_{ec}=[\frac{۰.۰۳۸E}{F_y(\frac{D}{t})}+\frac{۲}{۳}]A_g$
(۲۵-۴-۲-۱۰)
در روابط فوق:
D= قطر خارجی مقطع توخالی دایره‌ای
t= ضخامت دیواره مقطع توخالی دایره‌ای
A _g = سطح مقطع کلی عضو

نظرات (0)

برای ثبت نظر، لطفا وارد شوید یا ثبت‌نام کنید.

در حال بارگذاری نظرات...