مبحث ۱۰ — طرح و اجرایِ ساختمان‌هایِ فولادی
درسنامه — پیوست‌هایِ ۱ تا ۶
خلاصه‌یِ بندهایِ پیوست‌ها، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
پیوستِ ۱ — استانداردهایِ معتبرِ مصالح
•فهرستِ استانداردهایِ موردِ تأییدِ مبحث برایِ فولادِ سازه‌ای، پیچ و مهره و واشر، و مصالحِ مصرفیِ جوشکاری.
•چهار خانواده‌یِ استاندارد: ISIRI (ملّیِ ایران)، EN (اتحادیه‌یِ اروپا)، ISO (بین‌المللی) و ASTM/ANSI (آمریکا).
•نمونه‌ها: ISIRI 14275 برایِ رواداریِ ابعادیِ ورقِ گرم‌نوردیده‌یِ ضخیم‌تر از ۳ میلی‌متر، EN 10029 برایِ همان موضوع، و ANSI B18.2.6 برایِ هندسه‌یِ پیچ و مهره‌یِ سازه‌ای.
یادآوریِ فصلِ ۱۰-۱: مصالحِ غیرمنطبق با این پیوست قابلِ استفاده نیست و باید از حیطه‌یِ کار خارج شود؛ راهِ نجات فقط آزمون‌هایِ معادل‌سازی طبقِ ۱۰-۴-۲ است.
پیوستِ ۲ — ضریبِ طولِ مؤثر در قاب‌هایِ مهارشده و مهارنشده
•این پیوست فقط وقتی به کار می‌آید که از روشِ طولِ مؤثر استفاده شود؛ در روشِ تحلیلِ مستقیم K همیشه ۱ است.
•قابِ مهارشده: پایداریِ جانبی به سختیِ خمشیِ ستون‌ها وابسته نیست و حرکتِ جانبی با مهاربندِ مورب، دیوارِ برشی یا مشابه مقید می‌شود.
در قاب‌هایِ مهارشده، K به‌طورِ محافظه‌کارانه باید برابرِ ۱٫۰ در نظر گرفته شود.
•قابِ مهارنشده: فقط سختیِ جانبیِ خودِ قاب در پایداری مؤثر است و به دیوارِ برشی یا مهاربند متکی نیست.
در قاب‌هایِ مهارنشده، K باید با تحلیلِ کمانشی تعیین شود و هیچ‌گاه نباید کوچک‌تر از ۱٫۰ در نظر گرفته شود.
به‌عنوانِ جایگزین می‌توان K را از روابطِ ۱۰-پ-۲-۱ و ۱۰-پ-۲-۲ یا از نموگرافِ شکلِ ۱۰-پ-۲-۱ (بر حسبِ سختیِ نسبیِ دو انتها) به دست آورد.
تبصره‌یِ ساده‌ساز: اگر نسبتِ تغییرمکانِ مرتبه‌یِ دوم به اول (یا تقریباً B2) در تمامِ طبقات از حدِ تعیین‌شده کمتر باشد، می‌توان کلِ قاب‌هایِ آن سیستم را مهارشده تلقی کرد و K = ۱ گرفت.
ستون‌هایِ متکی (Leaning Columns) — پیوستِ ۲-۳
•تعریف: ستون‌هایی که سختیِ جانبی‌شان در مقایسه با سیستمِ باربرِ جانبی بسیار ناچیز است و فقط برایِ بارهایِ ثقلی طراحی می‌شوند.
این ستون‌ها باید بر اساسِ طولِ واقعیِ ستون طراحی شوند و پایداریِ جانبی‌شان از طریقِ قابِ خمشی، قابِ مهاربندی‌شده یا دیوارِ برشی تأمین شود.
آثارِ P-Δ ناشی از بارِ واردِ بر ستون‌هایِ متکی باید به سیستمِ باربرِ جانبی منتقل و در طراحیِ اعضایِ آن لحاظ شود.
در سیستم‌هایِ دارایِ قابِ مهارشده (مهاربندی یا دیوارِ برشی)، این آثار قابلِ توجه نیست و می‌توان از آن چشم‌پوشی کرد.
ولی در سیستم‌هایِ قابِ خمشی که برخی قاب‌ها فقط عملکردِ ثقلی دارند، این انتقالِ اثر قابلِ ملاحظه است و باید با اصلاحِ ضریبِ طولِ مؤثرِ ستون‌هایِ قابِ خمشی لحاظ شود.
جدولِ ضریبِ طولِ مؤثر با شرایطِ تکیه‌گاهیِ ایده‌آل (۱۰-پ-۲-۱)
•این جدول شش حالتِ کلاسیکِ تکیه‌گاهی را با دو ستونِ «مقدارِ نظری» و «مقدارِ پیشنهادی برایِ طراحی» می‌دهد.
حالتِ (a) — دو انتها گیردار: نظری ۰٫۵، طراحی ۰٫۶۵.
حالتِ (b) — یک انتها گیردار و دیگری مفصلی با مهارِ جانبی: نظری ۰٫۷، طراحی ۰٫۸.
حالتِ (c): نظری ۱٫۰، طراحی ۱٫۲.
حالتِ (d) — دو انتها مفصلی: نظری ۱٫۰، طراحی ۱٫۰.
حالتِ (e): نظری ۲٫۰، طراحی ۲٫۱.
حالتِ (f) — طره (یک انتها گیردار و انتهایِ دیگر آزاد): نظری ۲٫۰، طراحی ۲٫۰.
•قاعده‌یِ کلی: مقدارِ پیشنهادیِ طراحی همیشه بزرگ‌تر یا مساویِ مقدارِ نظری است — چون گیرداریِ واقعی هرگز کاملِ ایده‌آل نیست.
پیوستِ ۳ (تحلیلِ تشدیدیافته) و پیوستِ ۴ (تسمه‌یِ لولاشده)
•پیوستِ ۳ روشِ تحلیلِ مرتبه‌یِ دوم از طریقِ تحلیلِ الاستیکِ مرتبه‌یِ اولِ تشدیدیافته را ارائه می‌دهد.
•ایده: تحلیلِ ساده‌یِ مرتبه‌یِ اول انجام می‌شود و نتایج با دو ضریبِ تشدید اصلاح می‌شوند: B1 برایِ آثارِ P-δ و B2 برایِ آثارِ P-Δ.
در محاسبه‌یِ B1، ضریبِ طولِ مؤثرِ عضو در صفحه‌یِ خمش برایِ کلیه‌یِ سیستم‌هایِ سازه‌ای باید برابرِ یک در نظر گرفته شود.
•پیوستِ ۳ همچنین محدودیتِ کاربردِ این روش را تعیین می‌کند (بندِ ۱۰-پ-۳-۱).
•پیوستِ ۴ به اعضایِ کششی با تسمه‌یِ لولاشده با خارِ مغزی و تسمه‌یِ سرپهن می‌پردازد — اعضایی که اتصالشان لولایی است و رفتارِ خاصی دارند.
پیوستِ ۵ — تیرهایِ لانه‌زنبوری با سوراخ‌هایِ شش‌ضلعی
این تیرها باید از تیرهایِ نوردشده تولید شوند — نه از ورقِ ساخته‌شده.
نکته‌یِ کلیدیِ مدل‌سازی: برایِ در نظر گرفتنِ اثرِ سوراخ‌هایِ متوالی و تغییرشکل‌هایِ برشی، مشخصاتِ هندسیِ مقطع باید ۹۰ درصدِ مشخصاتِ مقطعِ سوراخ‌دار در نظر گرفته شود.
•در هر سوراخ، مقاومتِ موردنیاز در مقاطعِ بحرانیِ ۱ و ۲ با تبدیلِ لنگرِ خمشیِ تیر به یک زوجِ نیرویِ کششی و فشاری در محلِ محورِ خنثیِ الاستیکِ دو بخشِ T شکلِ فوقانی و تحتانی تعیین می‌شود.
•مقاومتِ محوریِ موردنیاز در مقطعِ ۳-۳ برابرِ تفاضلِ نیرویِ برشیِ قائمِ مقاطعِ T شکل در دو سوراخِ متوالی است.
•تبصره: اگر دو مقطعِ T شکل عمقِ متفاوتی داشته باشند، مقاومتِ برشیِ موردنیازِ هر کدام باید متناسب با سختی‌شان تعیین شود.
علاوه بر الزاماتِ فصلِ ۱۰-۲، رعایتِ الزاماتِ تکمیلیِ راهنمایِ شماره‌یِ ۳۱ آیین‌نامه‌یِ AISC (Castellated and Cellular Beam Design) هم ضروری است.
اگر بارِ متمرکز در محدوده‌یِ یک سوراخ قرار گیرد، آن سوراخ باید با ورق پوشانده شود و همه‌یِ کنترل‌هایِ بارِ متمرکز (خمشِ موضعیِ بال، تسلیمِ موضعیِ جان، چروکیدگیِ جان و کمانشِ جانبیِ جان) الزامی است.
پیوستِ ۶ — حفاظت در برابرِ آتش
مرجعِ اصلیِ حفاظت در برابرِ آتش، مبحثِ سومِ مقرراتِ ملّیِ ساختمان است؛ این پیوست مکمل است.
درجه‌بندیِ مقاومتِ اعضایِ فولادی در برابرِ آتش تابعی از مساحت، ارتفاع و تصرف است و در محدوده‌یِ ۱ تا ۳ ساعت قرار می‌گیرد.
قاعده‌یِ بنیادی: موادِ پوششیِ محافظت‌کننده در برابرِ آتش نباید هیچ‌گونه نقشی در باربریِ ستون داشته باشند.
درجه‌بندیِ مقاومتِ ستون بر اساسِ سه پارامتر ارائه می‌شود: ضخامتِ پوششِ محافظ، جرمِ واحدِ طولِ ستون (M) و محیطِ در معرضِ گرمایِ ستون (D).
•تعریفِ D: محیطِ داخلیِ پوششِ محافظت‌کننده در برابرِ آتش (نه محیطِ خودِ مقطعِ فولادی).
•نسبتِ M/D شاخصِ کلیدیِ رفتارِ حرارتیِ عضو است: هرچه بزرگ‌تر، عضو دیرتر گرم می‌شود و مقاومتِ بیشتری در برابرِ آتش دارد.
•بخش‌هایِ این پیوست جزئیاتِ حفاظتِ ستون‌ها، تیرها و خرپاها و نیز روابطِ محاسباتیِ باربریِ اعضا در معرضِ آتش را جداگانه ارائه می‌کنند.
•روش‌هایِ ارزیابی و طراحیِ موادِ محافظِ حریق مطابقِ مبحثِ سوم و مدارکِ فنیِ پشتیبانِ آن هم مجاز و موردِ تأیید است.
جدولِ مرورِ سریع
موضوعِ پیوست‌هایِ ۱ تا ۶استانداردها، K، تحلیلِ تشدیدیافته، تسمه‌یِ لولاشده، لانه‌زنبوری، آتش
K در قابِ مهارشده۱٫۰ (محافظه‌کارانه)
K در قابِ مهارنشدهاز تحلیلِ کمانشی؛ هرگز کمتر از ۱٫۰
طراحیِ ستونِ متکیبر اساسِ طولِ واقعیِ ستون
آثارِ P-Δ ستونِ متکی در قابِ مهارشدهقابلِ چشم‌پوشی
آثارِ P-Δ ستونِ متکی در قابِ خمشیباید با اصلاحِ K لحاظ شود
K نظری / طراحیِ حالتِ (a)۰٫۵ / ۰٫۶۵
K نظری / طراحیِ حالتِ (b)۰٫۷ / ۰٫۸
K نظری / طراحیِ حالتِ (c)۱٫۰ / ۱٫۲
K نظری / طراحیِ حالتِ (d)۱٫۰ / ۱٫۰
K نظری / طراحیِ حالتِ (e)۲٫۰ / ۲٫۱
K نظری / طراحیِ حالتِ (f)۲٫۰ / ۲٫۰
K در صفحه‌یِ خمش برایِ محاسبه‌یِ B1برابرِ یک
مبنایِ ساختِ تیرِ لانه‌زنبوریتیرِ نوردشده
مشخصاتِ مقطعِ تیرِ لانه‌زنبوری۹۰٪ مشخصاتِ مقطعِ سوراخ‌دار
راهنمایِ مکملِ لانه‌زنبوریAISC Design Guide 31
مرجعِ حفاظت در برابرِ آتشمبحثِ سوم
محدوده‌یِ درجه‌بندیِ مقاومتِ آتش۱ تا ۳ ساعت
نقشِ پوششِ ضدِ حریق در باربریهیچ نقشی ندارد
تعریفِ Dمحیطِ داخلیِ پوششِ محافظ
برو به آزمونِ همین فصل