مبحث ۱۰ — طرح و اجرایِ ساختمان‌هایِ فولادی
درسنامه — اعضایِ مختلط
خلاصه‌یِ بندهایِ ۱۰-۲-۸، مستقیماً از متنِ رسمیِ مبحث.
دامنه و ساختارِ بخش (۱۰-۲-۸-۱)
•دامنه: نیمرخِ فولادیِ محاط در بتن؛ مقاطعِ دایره‌ایِ توخالی، قوطی (HSS) و جعبه‌ایِ پرشده با بتن؛ و تیرِ فولادی با دالِ بتنیِ متکی بر آن.
•عملکردِ مشترک از طریقِ برشگیرهایِ متصل به فولاد و مدفون در بتن یا از طریقِ چسبندگی تأمین می‌شود.
•این بخش ۱۰ زیربخش دارد: الزاماتِ عمومی، اعضایِ محوری، اعضایِ خمشی، برش، ترکیبِ نیروها، انتقالِ بار، دیافراگم‌هایِ مختلط، برشگیرها در تیرها، برشگیرها در ستون‌ها، و فشارِ هیدرواستاتیک.
ارجاعِ کلیدی: پوششِ بتن رویِ میلگرد، وصله، فواصل، خمِ میلگرد و مقاومتِ برشیِ اجزایِ بتنی همگی طبقِ مبحثِ نهم تعیین می‌شوند — مگر این بخش الزامِ خاصی مقرر کرده باشد.
چهار روشِ تعیینِ مقاومتِ اسمی (۱۰-۲-۸-۱-۱)
چهار روشِ مجاز: توزیعِ تنشِ پلاستیک، سازگاریِ کرنش، توزیعِ تنشِ الاستیک و تنش-کرنشِ مؤثر.
در همه‌یِ روش‌ها، از مقاومتِ کششیِ بتن صرف‌نظر می‌شود.
تفاوتِ سیستماتیکِ دو خانواده: در مقاطعِ پرشده با بتن باید آثارِ کمانشِ موضعی لحاظ شود؛ در مقاطعِ محاط در بتن لزومی به در نظر گرفتنِ کمانشِ موضعی نیست (بتنِ اطراف جلویِ آن را می‌گیرد).
•روشِ توزیعِ تنشِ پلاستیک — فرضِ ۱: تنش در اجزایِ فولادی و میلگردها، هم در ناحیه‌یِ فشاری و هم کششی، به تنشِ یکنواختِ Fy می‌رسد.
روشِ توزیعِ تنشِ پلاستیک — فرضِ ۲: تنشِ بتن در ناحیه‌یِ فشاری به ۰٫۸۵ f'c می‌رسد.
استثنایِ محصورشدگی: در مقاطعِ دایره‌ایِ توخالیِ پرشده با بتن، به‌دلیلِ محصورشدگیِ بتن توسطِ مقطعِ فولادی، می‌توان تنشِ بتن را ۰٫۹۵ f'c در نظر گرفت.
روشِ سازگاریِ کرنش: توزیعِ کرنش خطی و حداکثر کرنشِ فشاریِ بتن برابرِ ۰٫۰۰۳.
محدودیت‌هایِ مصالح و رده‌بندیِ مقاطعِ مختلط
در محاسبه‌یِ مقاومتِ موجودِ اعضایِ مختلط، تنشِ تسلیمِ مشخصه‌یِ بخشِ فولادی حداکثر ۴۶۰ و میلگردها حداکثر ۵۵۰ مگاپاسکال در نظر گرفته می‌شود.
•مدولِ الاستیسیته‌یِ بتن بر مبنایِ جرمِ مخصوصِ بتن و مقاومتِ مشخصه‌یِ فشاریِ نمونه‌یِ استوانه‌ای محاسبه می‌شود.
•رده‌بندیِ مقاطعِ مختلط هم مثلِ مقاطعِ فولادی سه‌گانه است: فشرده، غیرفشرده و لاغر — ولی با جدول‌هایِ اختصاصی.
جدولِ ۱۰-۲-۸-۱ برایِ نیرویِ محوریِ فشاری و جدولِ ۱۰-۲-۸-۲ برایِ لنگرِ خمشی استفاده می‌شود.
یک قیدِ اضافی که در مقاطعِ فولادیِ ساده نیست: حتی در رده‌یِ «لاغر» هم نسبتِ پهنا به ضخامتِ هیچ جزئی نباید از حداکثر نسبتِ مجازِ جدول بزرگ‌تر باشد.
•تعاریفِ پارامترهایِ پهنا و ضخامت همان تعاریفِ بخشِ ۱۰-۲-۲ است.
اعضایِ محوریِ محاط در بتن — محدودیت‌هایِ ابعادی
سطحِ مقطعِ هسته‌یِ فولادی باید حداقل یک درصدِ مساحتِ کلِ مقطعِ مختلط باشد.
•پوششِ بتنیِ هسته‌یِ فولادی باید با میلگردهایِ طولی و تنگ‌هایِ عرضی یا مارپیچ مسلح شود.
حداقل قطرِ تنگِ عرضی: ۱۰ میلی‌متر.
حداکثر فاصله‌یِ مرکز تا مرکزِ تنگ‌ها: با تنگِ ۱۰ میلی‌متری → ۳۰۰ میلی‌متر؛ با تنگِ ۱۲ میلی‌متری یا بیشتر → ۴۰۰ میلی‌متر.
و در هر حال، حداکثر فاصله‌یِ تنگ‌ها نباید از نصفِ بعدِ کوچک‌ترِ مقطعِ مختلط بیشتر باشد.
نسبتِ مساحتِ میلگردهایِ طولی به مساحتِ کلِ مقطعِ مختلط باید حداقل ۰٫۰۰۴ باشد.
اعضایِ محوریِ پرشده با بتن — تفاوت‌ها با محاط
مساحتِ بخشِ فولادی هم این‌جا باید حداقل یک درصدِ مساحتِ کلِ مقطعِ مختلط باشد — این شرط بینِ هر دو خانواده مشترک است.
تفاوتِ کلیدی: در اعضایِ محوریِ پرشده با بتن، لزومی به تأمینِ حداقل میلگردِ طولی نیست.
و در صورتِ استفاده از میلگردِ طولی، نیازی به تنگِ عرضی برایِ تأمینِ مقاومت نیست.
•منطقِ این تفاوت: در مقطعِ پرشده، خودِ جدارِ فولادی نقشِ محصورکننده و تنگ را بازی می‌کند؛ در مقطعِ محاط، بتنِ بیرونی محافظ می‌خواهد.
•همین محصورشدگی است که اجازه‌یِ استفاده از ۰٫۹۵f'c در مقاطعِ دایره‌ای را هم توجیه می‌کند.
اعضایِ خمشیِ مختلط و دالِ بتنی (۱۰-۲-۸-۳)
•پهنایِ مؤثرِ دال = مجموعِ پهناهایِ مؤثر در هر طرفِ محورِ مقطعِ فولادی؛ در هر طرف برابرِ کوچک‌ترین مقدار از معیارهایِ مبحث (کسری از دهانه، نصفِ فاصله‌یِ تیرها و فاصله تا لبه‌یِ دال).
حداقل ضخامتِ دالِ بتنی در حالتِ بدونِ ورقِ عرشه: ۸۰ میلی‌متر.
اجرایِ بدونِ پایه‌یِ موقت: عضوِ فولادی باید تا پیش از رسیدنِ بتن به ۷۵ درصدِ f'c، به‌تنهایی وزنِ بتنِ تر، بارهایِ حینِ اجرا (مثلِ قالب‌بندی) و وزنِ خود را تحمل کند.
•در آن مرحله، مقاومتِ خمشیِ عضوِ فولادی فقط بر اساسِ بخشِ ۱۰-۲-۵ (تیرِ فولادیِ تنها) تعیین می‌شود — نه ضوابطِ مختلط.
عملکردِ مختلطِ ناقص: اگر مقاومتِ برشگیرهایِ بینِ نقطه‌یِ لنگرِ حداکثرِ مثبت و لنگرِ صفر از کوچک‌ترینِ دو مقدارِ مرجع کمتر باشد، تیر «مختلطِ ناقص» است و باید با بلوکِ فشاریِ فرضی و تعادلِ استاتیکی تحلیل شود.
عرشه‌یِ فولادی و گل‌میخ‌ها — اعدادِ حفظی
ارتفاعِ اسمیِ عرشه‌یِ فولادی نباید از ۷۵ میلی‌متر بیشتر باشد.
پهنایِ متوسطِ کنگره‌هایِ پرشده با بتن نباید کمتر از ۵۰ میلی‌متر باشد.
ضخامتِ دالِ بتنی در قسمتِ فوقانیِ عرشه نباید کمتر از ۵۵ میلی‌متر باشد.
قطرِ گل‌میخ‌هایِ برشگیر حداکثر ۲۰ میلی‌متر؛ گل‌میخ‌ها از طریقِ عرشه یا مستقیماً به مقطعِ فولادی جوش می‌شوند.
ارتفاعِ گل‌میخ پس از نصب (از بالایِ عرشه) نباید از ۴۰ میلی‌متر و از نصفِ ضخامتِ دالِ رویِ عرشه کوچک‌تر باشد.
پوششِ بتن رویِ گل‌میخ‌ها نباید از ۱۵ میلی‌متر کمتر باشد.
عرشه‌یِ فولادی باید در فواصلِ حداکثر ۴۵۰ میلی‌متر به مقطعِ فولادی و اعضایِ تکیه‌گاهی مهار شود.
اگر ارتفاعِ اسمیِ عرشه ≥ ۴۰ میلی‌متر باشد: پهنایِ متوسطِ کنگره رویِ تیرِ تکیه‌گاهی برایِ یک گل‌میخ در پهنا حداقل ۵۰ میلی‌متر، و برایِ هر گل‌میخِ اضافی باید ۴ برابرِ قطرِ گل‌میخ اضافه شود.
انتقالِ بار و برشگیرها در ستون‌ها (۱۰-۲-۸-۶ و ۱۰-۲-۸-۹)
•مکانیزمِ انتقالِ بار باید در طولِ ناحیه‌ای توزیع شود که «طولِ مقررِ بار» نامیده می‌شود.
برایِ مقاطعِ محاط در بتن: طولِ مقررِ بار نباید از «ارتفاعِ تیر به ستون + دو برابرِ حداقلِ بعدِ عرضیِ مقطعِ محاط‌شده» در بالا و پایینِ ناحیه‌یِ اتصال بیشتر شود.
برایِ مقاطعِ پرشده با بتن: همان ارتفاع + دو برابرِ حداقلِ بعدِ عرضیِ مقطعِ مستطیلی یا دو برابرِ قطرِ مقطعِ دایره‌ای.
•برشگیرهایِ انتقالِ برشِ طولی در طولِ مقررِ بار باید حداقل در دو وجهِ مقطعِ فولادی و متقارن نسبت به محورِ مقطع تعبیه شوند.
•فواصلِ برشگیرها چه داخل و چه خارجِ طولِ مقررِ بار باید الزاماتِ بندِ ۱۰-۲-۸-۹-ج را برآورده کند.
•بخشِ ۱۰-۲-۸-۱۰ به کنترلِ فشارِ هیدرواستاتیکِ بتنِ تازه در مقاطعِ مستطیلیِ پرشده می‌پردازد.
جدولِ مرورِ سریع
چهار روشِ تعیینِ مقاومتِ مختلطتنشِ پلاستیک، سازگاریِ کرنش، تنشِ الاستیک، تنش-کرنشِ مؤثر
مقاومتِ کششیِ بتنصرف‌نظر می‌شود
کمانشِ موضعی در مقطعِ محاط در بتنلازم نیست
کمانشِ موضعی در مقطعِ پرشده با بتنالزامی است
تنشِ بتن در روشِ تنشِ پلاستیک۰٫۸۵ f'c
تنشِ بتن در مقطعِ دایره‌ایِ پرشده۰٫۹۵ f'c (محصورشدگی)
حداکثر کرنشِ فشاریِ بتن (سازگاریِ کرنش)۰٫۰۰۳
سقفِ Fy فولاد / میلگرد در مختلط۴۶۰ / ۵۵۰ مگاپاسکال
حداقل سهمِ مقطعِ فولادی۱٪ مساحتِ کلِ مقطعِ مختلط
حداقل قطرِ تنگِ عرضی (محاط)۱۰ میلی‌متر
حداکثر فاصله‌یِ تنگ ۱۰ / ۱۲ میلی‌متری۳۰۰ / ۴۰۰ میلی‌متر
حداقل نسبتِ میلگردِ طولی (محاط)۰٫۰۰۴
میلگردِ طولی و تنگ در مقطعِ پرشدهالزامی نیست
حداقل ضخامتِ دال بدونِ عرشه۸۰ میلی‌متر
آستانه‌یِ اجرایِ بدونِ پایه‌یِ موقت۷۵٪ f'c
حداکثر ارتفاعِ اسمیِ عرشه۷۵ میلی‌متر
حداقل ضخامتِ دالِ رویِ عرشه۵۵ میلی‌متر
حداکثر قطرِ گل‌میخ۲۰ میلی‌متر
حداقل ارتفاعِ گل‌میخ از بالایِ عرشه۴۰ میلی‌متر و نصفِ ضخامتِ دالِ رویِ عرشه
حداقل پوششِ بتن رویِ گل‌میخ۱۵ میلی‌متر
حداکثر فاصله‌یِ مهارِ عرشه۴۵۰ میلی‌متر
برو به آزمونِ همین فصل