مقدمه طراحی میلگرد بستر و وادار و وال پست

با توجه به ابلاغ رسمی پیوست شش طراحی لرزه ای و اجرای اجزای غیر سازه ای معماری، مهندسان محاسب سازه بر آن شدند اجزاء و اتصالات مهار دیوارها را بر اساس مقررات ملی ساختمان و استانداردهای موجود طراحی نمایند.

از این رو به دلیل وجود برخی ابهامات در خصوص طراحی اعضاء و اتصالات مهار دیوارها ، دفتر فنی شرکت رفیع سازه با هدف ارتقاء دانش مهندسی کشور تصمیم به تهیه دفترچه محاسبات کامل و کاربردی مطابق با پیوست شش آیین نامه طراحی ساختمان در برابر زلزله با استفاده از آخرین ویرایش مقررات ملی ساختمان، استاندارد 2800، نشریات سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور و سایر استانداردهای بین المللی مرتبط با این موضوع گرفت.

در همین راستا با تعریف یک پروژه کاربردی و ذکر نکات آن به طراحی این اجزاء پرداخته می شود.

معرفی پروژه طراحی میلگردبستر و وال پست

برای طراحی مهار اجزاء غیر سازه ای معماری، پروژه ای با مشخصات جدول 1 در نظر گرفته شده است. محل ساختمان شهر اراک و در داخل شهر در نظر گرفته شده است.

پلان و برش ساختمان در شکل 1 آمده است. ارتفاع کلیه طبقات برابر و تعداد طبقات 5 طبقه روی پیلوت فرض شده است.

مشخصات پروژه

شکل 1 – پلان و برش پروژه

• بارگذاری سازه

بارگذاری سازه برای طراحی اجزاء غیر سازه ای معماری بر اساس مقررات ملی ساختمان و آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله باید صورت پذیرد.

هرچند در برخی از منابع دیگر نظیر ضابطه شماره 729 سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور روش ها و فرمول هایی برای محاسبات ارائه شده است.

به هر حال در این پروژه آموزشی به فرمول های دیگر جهت آشنایی اشاره می شود ولی از آنجایی ملاک مقررات ملی ساختمان می باشد، محاسبات بر اساس آن انجام می شود.

• بارگذاری زلزله

برای محاسبه بار زلزله از فصل چهارم استاندارد 2800 یا فصل چهارم نشریه 729 استفاده می شود.

شکل 2- محاسبه نیروی زلزله مطابق ضابطه شماره 729

شکل 3- محاسبه نیروی زلزله مطابق فصل چهار استاندارد 2800

• رابطه 1

• رابطه 2

با توجه به تعاریف بالا پارامترهای محاسبه ضریب زلزله به شرح زیر می باشد :

با توجه به مفروضات بالا خواهیم داشت :

محاسبات بار زلزله مربوط به دیوار طبقه آخر ( مرکز جرم دیوار طبقه آخر ) می باشد. همان طور که ملاحظه می شود اختلاف زیادی بین محاسبات با استاندارد 2800 و نشریه 729 نمی باشد. هرچند ملاک استاندارد 2800 است.

• بارگذاری باد

برای محاسبه بار باد از فصل دهم مبحث شش مقررات ملی ساختمان یا فصل چهارم نشریه 729 استفاده می شود.

شکل 4- محاسبه بار باد مطابق فصل ده مبحث شش مقررات ملی ساختمان

با توجه به روابط ذکر شده ضرایب مربوط به محاسبه بار باد محاسبه می شود.

برای ساختمان های گروه 2 که بازشوهای آنها در هنگام طوفان شکسته یا باز نمی شوند و در ساختمان های با پنجره معمولی قابل بازشو :

با توجه به فرضیات بالا فشار داخلی و خارجی برای تقسیم بندی های دو طبقه بر اساس ارتفاع آنها به شرح زیر محاسبه می شود :

با توجه به این موضوع که هدف طراحی و مهار دیوارهای خارجی می باشد، لذا با توجه به محاسبات ذکر شده نیروی باد حاکم بر طراحی می باشد.

در صورتی که قرار باشد دیوارهای داخلی ساختمان های مسکونی متعارف که در برابر نیروی باد محفوظ  هستند طراحی گردد، باید تنها اثر بار زلزله لحاظ شود.

در ساختمان های متعارف مسکونی وزن هر متر مربع دیوار مقداری زیر 2 کیلونیوتن بر متر مربع است.

با این حال در این پروژه وزن هر متر مربع دیوار برابر 2.2 کیلو‌نیوتن بر متر مربع جهت طراحی در نظر گرفته می شود.ترکیب بار مطابق ویرایش 1398 مبحث شش مقررات ملی ساختمان به صورت شکل 5 است.

با توجه به روابط شکل 5 ضریب بار باد 1.6 و بار زلزله 1 می باشد. بنابراین با اعمال ترکیب بار مقدار بار وارد بر دیوار و اجزاء غیر سازه ای معماری به صورت زیر محاسبه می شود.

شکل 5- ترکیب بار طراحی مطابق فصل ده مبحث شش مقررات ملی ساختمان

طراحی دیوار برای خمش افقی و خمش قائم

هنگام اعمال بار جانبی به دیوارها دو خمش یکی افقی و دیگری قائم به صفحه دیوار وارد می شود. خمش افقی توسط میلگردهای بستر و خمش قائم توسط وادار تحمل می گردد.

بنابراین طراحی دیوار باید برای هر دوی این تلاش ها و به صورت مجزا صورت پذیرد.

شکل 6- نمایش خمش افقی و خمش قائم وارد بر دیوار

4-1 طراحی وادار (وال پست قائم):

همان طور که ذکر شد وادارها باید برای خمش قائم  طراحی شوند. مطابق بند پ 6-1-4-1-1-1-1 پیوست 6 استاندارد 2800 طول آزاد دیوار خارجی نباید از 4 متر بیشتر باشد. بنابراین حداکثر سهم بارگیر (باد گیر) یک وادار به 4 متر محدود می شود.

شکل 7- نمایش عرض بارگیر وادار برای محاسبه وادارها

اگر L1 سهم بارگیر وادار از بار باد تعریف شود، برای دهانه های بیش از 4 متر می توان حداکثر سهم بارگیر را در بازه های زیر تقسیم بندی نمود.

برای مثال اساس مقطع مورد نیاز برای طبقه آخر z=21m و  L1 = 4  محاسبه می شود و برای سایر موارد در جدول 2 خلاصه می شود.

بنابراین برای مقطع وادار به 34169 میلیمتر مکعب اساس مقطع نیاز است. حال بسته به نوع مقطع و شرایط آنها باید اساس مقطع الاستیک و پلاستیک مقطع مقدار فوق را اقناع نمایند.

به عنوان مثال مقطع قوطی شرایط پیوسته و فشرده بودن را دارا می می باشد و می توان از اساس مقطع پلاستیک ( Z ) استفاده کرد ولی در مقطع دوبل یا چهارتایی نبشی که پیوسته نمی باشند حداکثر مقدار Z می تواند برابر اساس مقطع الاستیک(S) فرض شود.

جدول شماره 2– اساس مقطع مورد نیاز وادارها برای طبقات مختلف بر مبنای عرض بارگیر

قابل توجه است اگر این ساختمان در یک منطقه با درختان یا موانع دیگر به صورت پراکننده با تراکم و پوشش گیاهی محدود واقع شده باشد اساس مقطع مورد نیاز در برخی موارد تا حدود 75 درصد افزایش می یابد.

کنترل این موضوع به خواننده واگذار می شود.در اجرای وادارهای فولادی تمایل بیشتر به استفاده از مقاطع تشکیل شده از  نبشی، سپری،ناوادانی، قوطی، Iشکل و  تیر ورق بیشتر از سایر مقاطع می باشد.

لذا برخی از مقاطع پر کاربرد برای وادار در شکل 8 نمایش داده شده است.

شکل 8- انواع مقاطع وادار برای کنترل خمشی قائم

جدول 10 اساس مقطع برخی از مقاطع پر کاربرد به عنوان مقطع وادار را بیان کرده است.

لازم به توضیح فاصله پشت به پشت دو نبشی در این جدول بر اساس سفال شرکتی که دارای گواهی استاندارد است و در بازار مصرف قابل توجهی دارد در نظر گرفته شده است تا محاسبات با واقعیت سازگاری داشته باشد.

جدول شماره 3–اساس مقطع الاستیک و پلاستیک مقطع حول محور قوی (تحت خمش) در وادار-(d فاصله پشت به پشت دو نبشی از هم)

شکل 9- ابعاد استاندارد بلوک های سفالی موجود در بازار و دلیل انتخاب d=140mm

با توجه به جدول 3 در صورتی که برای این پروژه از مقطع نبشی استفاده شود، خلاصه مقاطع کاربردی برای وادارها به صورت جدول 4 خواهد بود.

توجه شود به دلیل استفاده از نبشی و عدم فشردگی و پیوستگی آن باید از اساس مقطع الاستیک مقطع استفاده کرد و استفاده از اساس مقطع پلاستیک جایز نمی باشد.

جدول 4: مقطع وادار برای پروژه با مشخصات جدول 1 واقع در منطقه پرتراکم شهری اراک

اجرای وادار میانی