مقاله در مورد اعضای کششی در قابهای فلزی

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 مقاله در مورد اعضای کششی در قابهای فلزی دارای ۲۴ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد مقاله در مورد اعضای کششی در قابهای فلزی  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی مقاله در مورد اعضای کششی در قابهای فلزی،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن مقاله در مورد اعضای کششی در قابهای فلزی :

اعضای کششی در قابهای فلزی

اعضای کششی در قابهای فلزی ساختمان های چند طبقه به عنوان باربند برای تحمل بارهای ناشی از باد و زلزله و کنترل کننده ی حرکت جانبی قاب استفاده می شوند.
هنگامی که یک عضو کششی به عنوان یک عضو کششی با نیروی کم در یک سازه ی فولادی به کار می رود مقطع ان از میلگرد ، تسمه، کابل با سطح مقطع کم، و پروفیلهای سبک تک یا زوج از نبشی یا ناودانی است.

ضوابط طراحی اعضای کششی
چون در طراحی اعضای کششی تنها معیار مقاومت به عنوان ضابطه ی اصلی طراحی مطرح است ،لذا طراحی اعضای کششی یکی از ساده ترین مسائل طراحی در مهندسی سازه است . برای طراحی یک عضو کششی در یک سازه فولادی بایستی سازه موردنظر توسط روشهای متعارف علم مکانیک سازه ها تحلیل و نیروی داخلی عضو (T) تعیین شود.

ضوابط ائین نامه ی AISC و نیز مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ایران برای طراحی اعضای کششی به شرح زیر است :

در این روابط ، T نیروی کششی عضو است که بایستی توسط تحلیل سازه در اثر بارهای موجود و سرویس تعیین می شود.
Ag سطح مقطع کل عضو تحت کشش بدون در نظر گرفتن سوراخهاست. Fy تنش تسلیم فولاد و Fu تنش نهایی فولاد است. Ae سطح مقطع خالص موثر عضو کششی است که توسط رابطه ی زیر تعیین می شود
Ae = Ct An
Ct ضریب کاهشی است که به نوع مقطع سوراخدار و نحوه ی ارایش و نوع سوراخها بستگی دارد و در مبحث دهم مقررات ملی ساختمانی ایران اورده شده است. An سطح مقطع خالص عضو کششی سوراخدار است که با توجه به کاهش مناسب سطح مقطع سوراخ یا سوراخ ها از مقطع کل بدست می آید.

کنترل لاغری در اعضای کششی :
هر چند در اعضای کششی پدیده ی ناپایداری رخ نمی دهد ولی به علت سبک بودن مقاطع اعضای کششی ممکن است تغییر شکل در آنها زیاد شده و حساسیت آنها در مقابل نیروهایی که با زمان تغییر می کنند افزایش یابد. آیین نامه های طراحی ضوابطی برای کنترل لاغری در اعضای کششی به منظور جلوگیری از افت آنها تحت اثر وزن ، عدم نوسان در مقابل نیروهایی نظیر باد و داشتن سختی کافی در نظر می گیرند. معیار لاغری در اعضای کششی به صورت بیان می شود که L

طول عضو کششی و r شعاع ژیراسیون حداقل مقطع است که از رابطه ی بدست می آید که در آن Imin ممان اینرسی مقطع حول محور ضعیف و A سطح مقطع کل عضو کششی است. بایستی توجه کرد مقاطع مرکب از زوج نبشی ویا ناودانی دارای شعاع ژیراسیون مناسب بوده نیمرخ های تک خصوصا نبشی دارای شعاع ژیراسیون کم حول محور ضعیف خود هستند از این رو برای کنترل لاغری نیمرخ تک نبشی بایستی لقمه هایی در طول عضو کششی مرکب از نیمرخ های زوج نبشی تعبیه کرد.
(مبحث دهم برای کلیه ی اعضای کششی حداکثر لاغری را به ۳۰۰ محدود می کند.)
انواع مهاربند
قاب های مهاربندی شده به تعداد زیادی در سازه های فولادی بکار می رود و برحسب اینکه مهارها در آنها مثلث بندی کامل بوجود آورد و یا نه ، معمولاً در دو گروه نام برده می شود :
قاب های با مهاربندی بدون خروج از مرکز(CBF)

قاب های با مهاربندی خارج از مرکز (EBF)
قاب های گروه اول البته از نظر مقاومت و صلبیت موثرتر از گروه دوم اند ولی تحقیقات سال های اخیر نشان داده است، در جاهایی که شکل پذیری زیاد برای سیستم در بارهای تناوبی (حالت زلزله) مورنظر باشدقاب های گروه دوم برتری خواهند داشت.
الف- فاب های با مهاربندی بدون خروج از مرکز(CBF)
قاب های با مهاربندی بدون خروج از مرکز، به قاب هایی اطلاق می شود که در آنها محور تمام اعضای متوجه یک گره در یک نقطه تلاقی کنند (شکل ۱).
این نوع مهاربندی از سالها پیش در فن مهندسی متداول بوده و در ساختمانها، پل ها و برج های فلزی بکار رفته و بوسیله ی آن می توان یک سیستم مشبک دوبعدی و یا سه بعدی را بوجود آورد که از نطر سختی، صلبیت و همچنین صرفه جویی در مصالح بسیار مناسب است.

قاب های مهاربندی شده بر قاب های خمشی این مزیت را دارند که در آنها تغییر شکل جانبی، نسبتاً کوچک است ولی در عوض ممکن است که در تغییر شکل های بزرگ، استعداد ناپایداری و کمانش بیشتری نشان دهند و حصول اطمینان به شکل پذیری آنها نیز، کمتر خواهد بود.
اعضای مورب (قطری) در این سیستم ها معمولاً نیمرخهای لاغری اند که عملاً فقط قادر به تحمل کشش می باشند. در طراحی ساز های مقاوم در برابر زلزله دیده می شود که مهاربندی با

مهارهایی که قادر به تحمل کشش و فشار، هردو، باشند بر مهارهای کششی تنها مزیت دارد. علت آن است که مهار کششی تنها، ممکن است تحت اثر تغییر شکل های دائمی در یک جهت قرلر گیرد و در تناوب بارگذاری هنگام اثر نیروی فشاری کمانش می کند و همین که در نوبت کشش، مهار بطور ناگهانی بشکل کشیده برای بردن نیرو درآید، بارگذاری ضربه ای در آن حاصل می شود و چنانکه می دانیم در چنین حالتی ضرایب ضربه بزرگی ممکن است بوجود آید که خود به ضعف عضو کششی و اتصال آن کمک می کند.
چنانکه در شکل (۱) دیده می شود مهارها را می توان

در دو شکل قرار داد:
۱-مهارها را مابین دو گره تلاقی تیر و ستون قرار داد که در این صورت مهاربندی به شکل X و Z را بوجود می آورد.
۲-مهارها را می توان طوری قرار داد که یک سر آنها در محلی روی تیر قاب تلاقی کند که در این صورت مهاربندی به شکل V و ۸ را بوجود می آورد.
در مهاربندی شکل Z باید مهار قطری در دو دهانه هم تراز ، در دو شیب عکس یکدیگر قرار داده شود تا در صورت تناوب بارهای جانبی ، به نوبت در کشش و فشار قرار گیرد و در حالت مهارهای خیلی لاغر، همیشه یک عضو قطری کششی موجود باشد.
تحقیقاتی که در این مورد به عمل آمده نشان می دهد که در بارگذاری تناوبی و خارج از محدوده ارتجاعی مصالح، (مانند حالت زلزله) در اثر ناپایداری که در مهارها بروز می نماید، مقاومت، سختی، شکل پذیری و ظرفیت جذب انر‍‍ژی سیستم به مقدار زیادی افت می کند و در این نوع مهاربندی ، شکل پذیری سیستم تابعی است از ظریب لاغری مهارها و تعداد طبقات سازه. به عنوان مثال، در مورد یک سازه سه طبقه که با مهاربندی به شکل X با مهارهایی با لاغری ساخته شده باشد. ضریب شکل پذیری که می توان بدست آورد در حدود۴ =µ است. درحالی که اگر مهارهایی با لاغری بکار رود مقدار µ را باید در حدود ۸/۱ در نظر داشت.

ب- قاب های با مهاربندی خارج از مرکز(EBF)
در طرح و محاسبه شکل های مشبک و خرپاها تأکید براین نکته هست که تلاش های بوجود آمده به صورت نیرو های محوری باشد و امتداد محمور اعضای جمع شده در یک گره تا حد امکان، در یک نقطه تلاقی نماید تا از بوجود آمدن لنگرهای خمشی جلوگیری شود.
تحقیقات سالهای اخیر در طراحی سازه های مقاوم زلزله نشان داده که با طرح مهاربندی خارج از مرکز، در سازه های فولادی ، می توان مزایایی در تأمین شکل پذیری سازه و اطمینان بر رفتار آن در زلزله بدست آورد.
در مهاربندی خارج از مرکز، انتقال نیروی محوری مهارها به ستونها از طریق خمش وبرش در تیرها به عمل می آید و اگر طرح و محاسبه آنها بطور صحیح انجام گیرد، دستگاه مهاربندی خارج از مرکز(EBF) شکل پذیری بیشتری از مهاربندی بدون خروج از مرکز(CBF) نشان خواهد داد و در عین حال مزایای تغییر شکل کم مربوط به مهاربندی را هم حفظ خواهد نمود.

از طرف دیگر، روش »کنترل شکل و سلسله مراتب خرابی» را نیز- که امروزه در طراحی ساز های مقاوم زلزله، اهمیت خاصی یافته است – می توان در این سیستم عملی نمود چه طراح سازه به این وسیله می تواند تغییر شکل های پلاستیک (خارج از محدوده ارتجاعی) را به انتخاب خود در محل های به خصوصی متمرکز سازد و از مد های غیرمنتطره و ناگهانی خرابی جلوگیری به عمل آورد. البته مقدار صدمه وارد و مسئله مرمّت تیرها و کفهای صدمه دیده در زلزله، مطلبی است که باید در مسئله کلی طراحی ، مطالعه و حل شود.

چنانکه درشکل (۲) دیده می شود مهاربندی(EBF) به این ترتیب به عمل می آید که طراح به میل خود مقداری خروج از مرکز (e) را در مهاربندی های نوع V و۸ (و یا انواع دیگر تعبیه می کند) به طوری که لنگر خمشی و نیروی برشی در طول کوتاهی از تیر (یعنی e) که به نام «تیرچه ارتباطی» نامیده می شود بوجود آید.
تیرچه ارتباطی ممکن است در اثر لنگر خمشی به جاری شدن برسد در این صورت ارتباط را خمشی می گویند و یا اینکه اگر طول (e) خیلی کوتاه باشد جاری شدن در برش اتفاق افتد که دراین صورت ارتباط را برشی می نامند.
شکل (۲-ب) از نظر تأمین اطمینان بیشتر در رفتار ستون ها، مناسب است زیرا محل خرابی احتمالی را از ستون ها دور می نماید ضمناً جوشکاری سنگینی که در محل تیرچه ارتباطی موجود خواهد بود، دور از محل ستون ها قرار می گیرد. شکل (۲-ت) حداقل دوران را برای مقدار معینی از انتقال جانبی بوجود می آورد.

شکل (۲): مهاربندی نوع خارج از مرکز(EBF)

توصیه های لازم جهت طراحی بادبندها :
• حتی المقدور سعی گردد بادبندها در دهانه های انتهایی تعبیه گردند.
• تعداد بادبندها در ساختمان در حد متعارف باشد. هر چه تعداد دهانه های قاب مهارت بندی شده کمتر باشد،مجبور به استفاده از سختی بیشتر در عضوهای بادبندی می باشیم.
• سختی بادبندها باید در حدی باشد که در هنگام انهدام اول بادبندها، سپس تیرها و نهایتاً ستونها تخریب شوند.
• اتصال بادبندها به صورت مفصلی یا مایل به مفصل انجام گیرد.
• بادبندها در تراز یک طبقه قطع نشود (حذف نشود).
• برای جلوگیری از پدیده پیچش تحت اثر نیروی جانبی باد و یا زلزله می بایست بادبند ها بصورت متقارن تعبیه شوند.

• حتی المقدور اختلاف سختی بادبند ها دردو طبقه متوالی از ۳۰ درصد بیشتر نشود.
در بادبند های ضربدری برای کم کردن طول کمانش بادبند ها بهتر است که بادبند ها در محل تلاقی با یکدیگر اتصال داده شوند.

نحوه محاسبه بادبندها:
طراحی بادبندهای هر طبقه براساس نیروی برشی همان طبقه صورت می گیرد.
مثال طراحی
طراحی یک بادبند درون محور بر مبنای UBC 1985
مطابق شکل ۷۹ ،یک بادبند یک دهانه دو طبقه در نظر بگیرید. برش طبقه اول مساوی V=90T می باشد که فرض می شود به طور مساوی بین بادبندی فشاری و کششی تقسیم می شود. فولاد مصرفی از نوع ST37 با fy=2400 و fu=3700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع.
طول عضو بادبند برابر است با:
(طول محور به محور)
(کششی و فشاری) =نیروی بادبند

طول آزاد برای کمانش در صفحه بادبند، نصف طول کل بادبند درنظر گرفته می شود:
Lx-x=L/2
طول آزاد برای کمانش خارج از صفحه، دو سوم طول کل بادبند منظور می شود:
Ly-y=2L/3
اگر ستون از بال پهن نمره ۳۰ و تیر از تیرآهن نمره ۴۵ باشد، طول بادبند برابر است با:
=L طول آزاد
(البته وجود ورق اتصال نیز از طول آزاد بادبند خواهد کاست)
اگر به عنوان عضو بادبند از دو نبشی پشت به پشت ۱۲×۱۲۰×۱۲۰میلی متر استفاده شود، مشخصات هندسی آن یه قرار زیر خواهد بود :

(حاکم است)

, ۸۹=لاغری
با درنظرگرفتن ۳۳ درصد افزایش تنش مجاز به علت وجود نیروی جانبی در ترکیب بارگذاری خواهیم داشت:

تنش موجود در بادبند برابر است با (با درنظرگرفتن ۲۵ درصد افزایش در تنش طبق توصیه ی ):
خوبست

کنترل ظرفیت کششی
(سطح مقطع کل)
با فرض استفاده از پیچ پر مقاومت A325 به (قطر اسمی ۱۹ میلی متر) ، حداثر سوراخ استاندارد برابر خواهد شد با:
۱۹+۱۵=۲۰۵ mm = قطر سوراخ
اگر هر مقطع بحرانی یک سوراخ را قطع کند، سطح مقطع خالص برابر است با :

چون نبشی فقط توسط یک بار متصل شده است :

تنش موجود با در نظر گرفتن ۲۵ درصد اضافه تنش برابر است با :

تنش کششی مجاز برابر است با:

.

محاسبه بادبندهای ۸ شکل:
این بادبندها به عنوان یک تکیه گاه میانی برای تیر سقف تحت اثر بارهای قائم عمل می کنند. لذا این بادبندها می بایست تحت اثر توأم نیروهای ناشی از بارهای قائم تیر سقف و نیروهای ناشی از بارهای جانبی طراحی شوند.
مثال: مطلوب است طرح بادبند ۸ شکل در قسمتی از قاب نشان داده در شکل در صورتی که نیروی برشی وارد بر طبقه محل تعبیه این بادبند ۱۴۲ ton و بار وارد برتیر سقف معادل ۱۵۰۰ kg/m باشد؟ تنش مجاز محوری بادبند با احتساب ۳۳% افزایش برابر ۱۸۰۰kg/cm2درنظرگرفته شود.

حل:
=نیروی قائم بادبندها حاصل از بارتیر

P1 نیروی محوری هر یک از بادبندها حاصل از بار قائم تیر
فشاری
P2 نیروی محوری هر یک از بادبندها حاصل از بارافقی
فشاری و کششی
P نیروی فشاری کل در یک مولفه بادبند

سطح مقطع لازم بادبندها

محاسبه بادبندهای زانویی:
این بادبندها به عنوان دو تکیه گاه میانی برای تیر سقف محسوب می گردند لذا در طراحی این نوع بادبندها نیز می بایست اثر بار قائم تیر سقف لحاظ گردد.
مثال: مطلوب است حل مثال قبل هرگاه از بادبندهای زانویی مطابق شکل زیر استفاده شده باشد؟

حل:
نیروی قائم هر یک از بادبندها حاصل از بار تیر

P1 نیروی محوری هر یک از بادبند ها حاصل از بار قائم تیر
فشاری
P2 نیروی محوری هر یک از بادبند ها حاصل از بارافقی
فشاری و کششی
p نیروی فشاری کل در یک مولفه بادبند

سطح مقطع لازم بادبندها
با توجه به نبشی های متعارف از دو عدد نبشی استفاده می نماییم.

محاسبه بادبندهای X شکل (ضربدری):
بادبندهای ضربدری صرفاً جهت تحمل بارهای جانبی محاسبه می شوند و بارهای قائم تیر سقف نقشی در محاسبه و طراحی آنها ندارد.
مثال:مطلوب است حل مثال قبلی هرگاه از بادبندهای ضربدری مطابق شکل زیر استفاده شده باشد؟

حل:

P نیروی محوری هر یک از بادبندها حاصل از بار افقی

سطح مقطع لازم بادبندها

مثال: برای تحمل نیروی جانبی در یک ساختمان ۶ طبقه در جهت y از دو ردیف قاب مفصلی بادبندی شده به شکل ۸ استفاده شده است. چنانچه کل نیروی برشی ناشی از بارهای جانبی در تراز کف ساختمان ۱۶۰ تن در جهت y باشد و این نیروها فقط توسط دو ردیف قاب بادبندی شده تحمل شود و توضیح نیروهای جانبی در طبقات مانند تصویر شکل زیر قسمت ب باشد، بادبند طبقه همکف و طبقه سوم را از نبشی زوج طرح کنید. اعضای بادبندی فقط قادر به تحمل نیروی کششی هستند و ارتفاع هر طبقه ۳ متر است.
حل:
برای تعیین نیروهای کشی در بادبندها می توان فرضیات ساده شده ی زیر را درنظر داشت.
۱-نیروی جانبی برای هر ردیف قاب بندی شده در جهت y برابر ۸۰ تن است.
۲-نیروهای جانبی فقط توسط بادبندها و بصورت کشش تحمل می شود.
نیروی کل جانبی قابد های B یا D