بخش 10.3.4.5

مشاهده در کتابخانه

۵-۴-۳-۱۰ الرامات لرزه‌ای دیوارهای برشی فولادی ویژه (SPSW)

۱-۵-۴-۳-۱۰ الزامات عمومی

این بخش به الزامات دیوارهای برشی فولادی ویژه (SPSW) می‌پردازد. دیوار برشی فولادی ویژه از ورق‌های فولادی نازک سخت نشده (صفحه دیوار) که به اجزای مرزی قائم و افقی پیرامون خود (تیرها و ستون‌ها) متصل می‌گردند، تشکیل می‌شود. مطابق شکل ۱۰-۳-۴-5-۱ ، کلیه اجزای مرزی افقی (تیرهای بالا و پایین صفحات دیوار) با اتصالات گیردار که قادر به تحمل لشگر پلاستیک اجزای مرزی افقی هستند، باید به اجزای مرزی قائم (ستون‌های در کنار صفحه دیوار) متصل شوند.

تصویر
شکل ۱۰-۳-۴-۵-۱: پیکربندی دیوار برشی فولادی ویژه

شکل ۱۰-۳-۴-۵-۱: پیکربندی دیوار برشی فولادی ویژه

۲-۵-۴-۳-۱۰ مبانی طراحی

دیوارهای برشی فولادی ویژه که بر اساس الزامات این بخش طراحی می‌شوند، به واسطه جاری شدن ورق جان و تشکیل مفاصل پلاستیک در انتهای اجزای مرزی افقی، از ظرفیت تغییر شکل فرا ارتجاعی قابل ملاحظه‌ای برخوردار خواهند بود. از اجزای مرزی قائم انتظار جاری شدن تحت اثر برش و خمش نمی‌رود، به جز در پای ستون‌ها که انتظار جاری شدن آن‌ها در خمش وجود دارد.

جاری شدن صفحه دیوار با تشکیل عمل میدان کششی در زاویای حدوداً 45 درجه نسبت به امتداد قائم و کمانش خارج از صفحه ورق همراه است. طراحی و تعیین ابعاد اجزای مرزی قائم و افقی باید به نحوی صورت پذیرد که تشکیل میدان کشش در صفحه دیوار را امکان پذیر سازد.

۳-۵-۴-۳-۱۰ الزامات تحلیل

در تحلیل این نوع سیستم‌های باربر جانبی، رعایت ضوابط زیر الزامی است:

  1. ورق دیوار برشی فولادی ویژه نباید در باربری ثقلی مؤثر در نظر گرفته شود.

  2. بارگذاری و تحلیل لرزه‌ای سازه‌ای که دارای دیوار برشی فولادی ویژه است، باید بر مبنای ضوابط استاندارد ۲۸۰۰ انجام پذیرد. در این تحلیل، مقاومت برشی موردنیاز ورق دیوار باید برابر 100 درصد برش سهم دیوار و قاب پیرامون آن در نظر گرفته شود. مقاومت موردنیاز قاب را تشکیل شده از اجزای مرزی قائم و افقی به تنهایی، نباید از 25 درصد برش مذکور کمتر باشد.

  3. مقاومت موردنیاز اجزای مرزی افقی و قائم و اتصالات آن‌ها باید با استفاده از نیروی زلزله محدود به ظرفیت ورق دیوار (E cl ) تعیین شود. آثار نیروی زلزله محدود به ظرفیت ورق دیوار (E cl ) باید به وسیله تحلیلی که در آن فرض شده تمام ورق‌های دیوار نیرویی نظیر مقاومت کششی مورد انتظار خود را در واحد طول (R y F y t w /α s ) با یک زاویه a (که تعریف آن در بند 10-3-4-5-5 آمده است) و اجزای مرزی افقی لنگرهای خمشی معادل 1.1R y M P /α را در هر انتهای دیوار تحمل می‌کنند، تعیین شود که در آن:

    در تحلیل (پ)، در تعیین نیروی کششی ورق دیوار تأثیر بارهای ثقلی در نظر گرفته نمی‌شود. در این تحلیل تنش جاری شدن مورد انتظار ورق دیوار باید برابر R y F y و تنش کششی مؤثر مورد انتظار برای دیوارهای برشی سوراخ دار باید مطابق با ضوابط بند ۱۰-۳-۴-۵-۷-۱-ت در نظر گرفته شود. در این تحلیل نیروی برشی به دست آمده از رابطه ۱۰-۳-۳-۱-۱ باید مدنظر قرار گیرد. توجه شود در بعضی از موارد ممکن است نیروهای به دست آمده از تحلیل براساس ترکیبات متعارف بارگذاری، بر طراحی اجزای مرزی افقی حاکم شوند. همچنین توجه شود، مقادیر نیروهای برشی در تیرها و ستون‌ها احتمالاً زیاد خواهند بود و جاری شدن در برش باید مورد ارزیابی قرار گیرد.

۴-۵-۴-۳-۱۰ الزامات سیستم

۱-۴-۵-۴-۳-۱۰ سختی اجزای مرزی

سختی اجزای مرزی افقی و قائم باید چنان باشد که تمام ورق دیوار در مقادیر تغییر مکان جانبی نسبی طرح طبقه، به حد جاری شدن خود برسند. علاوه بر آن، اجزای مرزی افقی و قائم باید الزامات زیر را تأمین نمایند :

- ممان اینرسی اجزای مرزی قائم (I c ) حول محور عمود بر صفحه دیوار نباید از 0.0031t w h 4 /L کمتر باشد.

- ممان اینرسی اجزای مرزی افقی (I b ) حول محور عمود بر صفحه دیوار نباید از 0.0031(t w2 -t w1 )L 4 /h کمتر باشد.

۲-۴-۵-۴-۳-۱۰ نسبت لنگر خمشی اجزای مرزی قائم به افقی در محل اتصال

در کلیه گره‌های اتصالات اجزای مرزی افقی به قائم باید مطابق بند ۱۰-۳-۳-۳-۶ ضابطۀ نسبت لنگر خمشی ستون به تیر در قابهای خمشی ویژه رعایت شود. در کنترل این ضابطه باید از ورق دیوار صرفنظر شود.

۳-۴-۵-۴-۳-۱۰ مهار جانبی

اجزای مرزی افقی باید مطابق بند ۱۰-۳-۲-۸-۱، ضوابط مهارهای جانبی تیرها در قابهای خمشی متوسط را برآورده نمایند.

۵-۵-۴-۳-۱۰ الزامات اعضا

۱-۵-۵-۴-۳-۱۰ الزامات عمومی

اجزای مرزی افقی و قائم باید مطابق بند ۱۰-۳-۲-۷ ، الزامات مربوط به کمانش موضعی برای اعضای با شکل پذیری زیاد را رعایت نمایند.

۲-۵-۵-۴-۳-۱۰ ورق‌های دیوار

مقاومت برشی موجود هر چشمه ورق دیوار در روش LRFD برابر ∅ v V n و در روش ASD برابر V n /Ω v بوده و براساس حالت حدی تسلیم در برش به شرح زیر تعیین می‌شود:

Vn=0.42FytwLcfsin2αV_{n}=0.42F_{y}t_{w}L_{cf}sin2\alpha

ϕv=0.90(LRFD),Ωv=1.67(ASD)\phi_{v} =0.90 (LRFD) , \Omega_{v} =1.67(ASD)

تبصره: در صورتی که در یک چشمه اجزای مرزی قائم مشابه نباشند، در رابطه فوق می‌توان از متوسط سطح مقطع و ممان اینرسی اجزای مرزی قائم و نیز در صورتی که در یک چشمه اجزای مرزی افقی مشابه نباشند، در رابطه فوق می‌توان از متوسط سطح مقطع اجزای مرزی افقی استفاده کرد.

۳-۵-۵-۴-۳-۱۰ اجزای مرزی افقی

اجزای مرزی افقی باید به نحوی طراحی شوند که مانع تسلیم خمشی آن‌ها به جز در نواحی نزدیک اتصال تیر به ستون شوند. برای این منظور یکی از شرایط زیر باید تأمین شود:

  1. مقاومت موجود جزء مرزی افقی بیش از دو برابر لنگر خمشی تیر ساده‌ای باشد که تحت اثر بارهای ثقلی (با ضرایب بار مربوطه) و جاری شدن ورق دیوار (F y /α s ) قرار گرفته است. مقدار α s برابر 1.0 در LRFD و برابر 1.5 در ASD است.

  2. مقاومت موجود جزء مرزی افقی با فرض اتصال آن از نوع تیر با مقطع کاهش یافته با مقدار c=0.25b f ، مطابق بند ۱۰-۳-۷-۲ بیش از لنگر خمشی تیر سادهای باشد که تحت اثر بارهای ثقلی (با ضرایب بار مربوطه) و جاری شدن ورق دیوار (F y /α s ) قرار گرفته است.

۴-۵-۵-۴-۳-۱۰ ناحیه حفاظت شده

نواحی حفاظت شده دیوارهای برشی فولادی ویژه که باید ضوابط بخش ۱۰-۳-۲-۱۷ را تأمین نماید، شامل موارد زیر است:

  1. ورق صفحه دیوار

  2. اجزای متصل کننده صفحه دیوار به اجزای مرزی قائم و افقی

  3. نواحی تشکیل مفصل پلاستیک در دو انتهای اجزای مرزی افقی که طول آن از بر ستون شروع و به اندازه ارتفاع تیر، امتداد می‌یابد. به جای طول فوق می‌توان از طولی که در قابهای خمشی ویژه مشخص شده است، استفاده کرد.

۶-۵-۴-۳-۱۰ اتصالات

۱-۶-۵-۴-۳-۱۰ جوش‌های بحرانی لرزه‌ای

در دیوارهای برشی فولادی ویژه جوش‌های زیر، جوش‌های بحرانی لرزه‌ای محسوب می‌شوند و باید الزامات بند ۱۰-۳-۲-۱-۶-ب را برآورده نمایند:

  1. جوش‌های شیاری وصله ستونها (اجزای مرزی قائم)

  2. جوش‌های اتصال ستون به کف ستون

    استثناء : در صورتی که آزمایش‌ها یا تحلیل‌ها نشان دهند که امکان تشکیل مفاصل پلاستیک در پای ستون یا در نزدیکی آن وجود ندارد و ضمناً تحت اثر ترکیبات بارگذاری شامل زلزله تشدید یافته در پای ستون بر کنش محتمل نیست، جوش‌های این اتصال می‌توانند بحرانی لرزه‌ای محسوب نشوند.

  3. جوش‌های اتصال اجزای مرزی افقی به قائم

۲-۶-۵-۴-۳-۱۰ اتصالات اجزای مرزی افقی به قائم

اتصالات اجزای مرزی افقی به قائم باید الزامات اتصالات قابهای خمشی معمولی موضوع بند 10-3-3-1-4 را تأمین نمایند. ضمنأ الزامات زیر نیز باید تأمین شوند:

  1. مقاومت موردنیاز

    مقاومت برشی موردنیاز اتصال اجزای مرزی افقی به قائم باید با استفاده از آثار ناشی از زلزله محدود به ظرفیت (E cl ) تعیین شود. آثار ناشی از زلزله محدود به ظرفیت (E cl ) معادل برش محاسبه شده از رابطه ۱۰-۳-۳-۱-۱ به علاوه برش حاصل از مقاومت کششی تسلیم مورد انتظار در اثر جاری شدن ورق دیوار (R y F y t w /α s ) با زاویه a است که در آن:

  2. چشمه اتصال

    چشمه اتصال اجزای مرزی قائم در مجاورت اجزای مرزی افقی بالا و پایین صفحه دیوار برشی، باید الزامات برش در چشمه اتصال قابهای خمشی ویژه (موضوع بند ۱۰-۳-۳-۳-۹ ) را تأمین نماید.

۱۰-۳-۴-۵-۶-۳ اتصال ورق دیوار به اجزای مرزی

مقاومت موردنیاز اتصالات ورق دیوار به اجزای مرزی قائم و افقی پیرامون آن باید برابر مقاومت تسلیم مورد انتظار ورق دیوار در کشش (R y F y t w /α s ) با زاویه a باشد.

۱۰-۳-۴-۵-۶-۴ وصله ستونها

وصله ستونها باید الزامات بند ۱۰-۳-۲-۱۲ را تأمین نمایند. وصله مستقیم ستون‌ها باید با استفاده از جوش شیاری با نفوذ کامل انجام شود. وصله غیر مستقیم ستون‌ها می‌تواند از نوع جوشی یا پیچی باشد. در هر حال مقاومت خمشی موردنیاز وصله‌های غیر مستقیم نباید از M Pmin /α s و مقاومت برشی موردنیاز آن‌ها نباید از (∑MP)/(αsHc)\left ( \sum M_{P} \right )/\left ( \alpha _{s}H_{c} \right ) کمتر در نظر گرفته شود، که در آن:

تبصره : در هر حال مقاومت محوری موجود وصله هر جزء مقطع ستون (بدون در نظر گرفتن آثار لنگر خمشی)، نباید از R y F y b i t i /α s کمتر در نظر گرفته شود که در آن:

۷-۵-۴-۳-۱۰ دیوارهای برشی فولادی ویژه سوراخ دار

۱-۷-۵-۴-۳-۱۰ آرایش سوراخ‌های دایره‌ای

در دیوارهای برشی فولادی ویژه، استفاده از ورق‌های سوراخ دار مطابق با شرایط این بند مجاز است. صفحات سوراخ دار دیوار باید دارای یک الگوی سوراخ کاری منظم بوده و با فواصل برابر و قطریکسان سوراخ بر روی سطح کامل ورق دیوار آرایش شده باشند. این آرایش باید مطابق شکل 10-3-4-5-4 به صورت قطری با زاویه‌ای یکسان نسبت به امتداد قائم باشد. همچنین در دیوارهای برشی فولادی ویژه سوراخ دار باید از حداقل چهار ردیف افقی و چهار ردیف قائم سوراخ استفاده شود. لبه‌های سوراخ باید دارای زبری سطحی حداکثر 0.013 میلی متر (13 میکرون) باشند.

این شکل خاص از دیوارهای برشی فولادی ویژه ممکن است برای فراهم نمودن امکان عبور نور و تأسیسات یا در مواردی که ورق‌های نازک برای ساخت دیوار در دسترس نباشند یا کاربرد آن‌ها از نظر اجرائی عملی نباشد، به منظور کاهش مقاومت و سختی دیوار تا حد قابل قبول از نظر طراحی، مورد استفاده قرار گیرند. به این ترتیب، امکان استفاده از دیوارهای برشی فولادی ویژه برای ساختمان‌های با تعداد طبقات کم و متوسط فراهم می‌گردد و از شکل گیری نیروهای طراحی بزرگ برای اجزای مرزی قائم و افقی بر مبنای ظرفیت ورق دیوار، جلوگیری می‌شود.

تصویر
شکل ۱۰-۳-۴-۵-۴: آرایش سوراخ‌ها در دیوارهای برشی فولادی ویژه سوراخدار

شکل ۱۰-۳-۴-۵-۴: آرایش سوراخ‌ها در دیوارهای برشی فولادی ویژه سوراخدار

  1. مقاومت موجود ورق

    مقاومت برشی موجود هر چشمه دیوار برشی فولادی سوراخدار در روش LRFD برابر ϕvVn\phi _{v}V_{n} و در روش ASD برابر V n /Ω v بوده و براساس حالت حدی تسلیم در برش به شرح زیر تعیین می‌شود:

    Vn=0.4FytwLcf[1−0.7DSsiag]V_{n}=0.4F_{y}t_{w}L_{cf}[1-\frac{0.7D}{S_{siag}}]

    ϕv=0.90(LRFD),Ω=1.67(ASD)\phi _{v}=0.90(LRFD) , \Omega =1.67(ASD)

  2. فواصل سوراخ‌ها

    فاصله S diag باید حداقل 1.67D و حداکثر 4D باشد. فاصله بین مرکز اولین سوراخ و اتصالات صفحه دیوار به اجزای مرزی قائم و افقی نباید کمتر از D و بیشتر از D+0.7D diag باشد.

  3. سختی ورق سختی ورق دیوارهای برشی سوراخ دار که با آرایش منظمی سوراخ شده‌اند، باید براساس ضخامت مؤثر ورق (t eff ) محاسبه شود. ضخامت مؤثر ورق (t eff ) از رابطه زیر تعیین می‌شود:

    teff=1−π4(DSdiag)1−π4(DSdiag)(1−NrDsinαHc)twt_{eff}=\frac{1-\frac{\pi }{4}(\frac{D}{S_{diag}})}{1-\frac{\pi }{4}(\frac{D}{S_{diag}})(1-\frac{N_{r}Dsin\alpha }{H_{c}})^{t_{w}}}

  4. نیروی کششی مؤثر مورد انتظار نیروی کششی مؤثر مورد انتظار در واحد طول که باید در تعیین مقاومتهای موردنیاز اجزای مرزی افقی و قائم در برابر نیروی زلزله محدود به ظرفیت (E c1 ) مورد استفاده قرار گیرد، برابر با R y F y (1-0.7D/S diag )t w است.

۲-۷-۵-۴-۳-۱۰ بریدن گوشه تقویت شده

در گوشه‌های صفحه دیوار، استفاده از برش‌های ربع دایره مجاز است به شرط آنکه لبه‌های ورق بریده شده به ورق تقویتی قوسی شکلی متصل باشد. ورق‌های گوشه بریده باید طوری طراحی شوند که اجازه رسیدن به مقاومت کامل ورق دیوار یکپارچه را بدهند و مقاومت آن‌ها در اثر تغییر شکل‌های متأثر از تغییر مکان نسبی طرح طبقه حفظ گردد. با رعایت شرایط زیر این هدف تأمین می‌شود:

  1. طراحی برای کشش:

    مقاومت محوری موردنیاز ورق قوسی در کشش، حاصل از کشش ورق دیوار در غیاب سایر نیروها، از رابطه زیر تعیین می‌شود:

    Pr=RyFytwR2/αs4eP_{r}=\frac{R_{y}F_{y}t_{w}R^{2}/\alpha _{s}}{4e}

    ϕv=0.90(LRFD),Ω=1.67(ASD)\phi _{v}=0.90 (LRFD) , \Omega =1.67(ASD)

    اجزای مرزی قائم و افقی باید به نحوی طراحی شوند که نیروهای کششی محوری انتهای تقویت قوسی را تحمل نمایند.

  2. طراحی برای اثر توأم نیروی محوری و لنگر خمشی:

    مقاومت موردنیاز ورق قوسی تحت اثر توأم نیروی محوری و لنگر خمشی در صفحه دیوار ناشی از تغییر شکل اتصال در غیاب سایر نیروها، از روابط زیر تعیین می‌شود:

    Pr=15EIyαs(16e2)(ΔH)P_{r}=\frac{15EI{y}}{\alpha _{s}(16^{2}_{e})}\left ( \frac{\Delta }{H} \right )

    Mr=PreM_{r}=P_{r}e

    اجزای مرزی قائم و افقی باید برای تحمل توأم نیروی محوری و لنگر خمشی مؤثر بر انتهای تقویت قوسی طراحی شوند.

نظرات (0)

برای ثبت نظر، لطفا وارد شوید یا ثبت‌نام کنید.

در حال بارگذاری نظرات...