مقاله تحلیلی: طراحی اقتصادی یا طراحی منطبق بر آیین‌نامه؟

 امروزه طراحی سازه در سطح جهان با چالش‌هایی در جهت هر چه اقتصادی‌تر بودن طرح‌ها روبرو است.  محدودیت طراحی اقتصادی این است که عمل کردن به آیین‌نامه‌های طراحی برای ارائه یک طرح قوی و پایدار اجتناب ناپذیر است. پیروی کامل از آیین‌نامه و داشتن یک طرح اقتصادی را نمی‌توان در کنار هم قرار داد.

شاید همین باعث این سوءتفاهم  شود که طراحی سازه منطبق بر آیین‌نامه غیراقتصادی است. پیچش (گردش و چرخش المان‌های سازه‌ای) موضوعی است که در سازه وجود دارد.

پیچش

 اساساً پیچش را می توان به دو نوع  پیچش تعادلی و  پیچش همسازی تقسیم‌بندی نمود.

پیچش تعادلی

پیچش اولیه یا پیچش معین استاتیکی زمانی در سازه به وجود می‌آید که برای بارهای خارجی مسیر انتقال مناسبی نباشد و بنابراین این بارها به شکل پیچش منتقل می‌شوند. برای موارد این چنینی، باید تعادل استاتیکی پیچشی برقرار باشد. این امر غیرقابل صرف‌نظر کردن است چون اگر نادیده گرفته شود پایداری سازه از بین خواهد رفت.

برای درک بهتر این موضوع، یک دال کنسولی به همراه یک تیر را در نظر بگیرید. برای یک سر این دال که به تیر متصل نیست، هیچ تکیه‌گاهی وجود ندارد. این یک مورد از پایداری پیچشی است. چنانچه تیر، پیچش به وجود آمده را جذب کند و تکیه‌گاه مناسبی برای دال باشد، می‌توان گفت که پایداری دال هم فراهم می‌گردد. بار وارد بر دال فقط یک مسیر انتقال دارد آن هم از طریق تیر فراهم می‌گردد. چنان چه المان‌های سازهای ساختمان هم‌چنین شرایطی داشته باشند، نیازمند طراحی با لحاظ پیچش هستند.

پیچش همسازی

پیچش ثانویه یا پیچش همسازی یا پیچش نامعین ناشی از الزامات همسازی یا پیوستگی تغییر شکل بین بخش‌های مجاور در یک سازه است. در این شرایط می‌توان نیروهای داخلی را مجدداً تنظیم و یک معادله تعادل جایگزین برای نیروها تعیین کرد. در این موارد  پیچش به وجود آمده بیش از یک مسیر انتقال بار دارد.

ضوابط آیین‌نامه

طبق بند ۴۱.۱ از آیین‌نامه IS-456 اگر از سختی پیچشی اعضای سازه در مدل تحلیلی به‌صورت کامل صرف‌نظر شود، می‌توان در طراحی پیچش همسازی را نادیده گرفت. آیین‌نامه مذکور همچنین اضافه می کند که ظرفیت برشی اسمی آرماتورها که از بند ۴۰ به دست می‌آید، باید به‌اندازه کافی باشد تا از گسترش ترک‌های پیچشی جلوگیری شود.

صرفنظر کردن از پیچش همسازی شامل ۲ بخش می‌گردد:

1. صرفنظر از پیچش در اعضای سازه زمانی که دال‌ها به‌صورت Plate  (ورق)  یا Shell  (پوسته) مدل می‌شوند و دال طبق نیروهای مدل طراحی می‌گردد.
2. صرفنظر از پیچش در اعضای سازه، زمانی که دال به‌صورت Plate یا Shell مدل نمی‌شود.

در حالت اول، همسازی تغییر شکل بین بخشهای مختلف اعضای سازه به‌صورت کامل فراهم خواهد شد و بنابراین نیازی به در نظر گرفتن پیچش در طراحی نیست.

در حالت دوم، چنانچه طول دهانه‌های متوالی قاب یا بارهای اعمالی بر آن‌ها با یکدیگر متفاوت باشد، همسازی کامل بین تغییر شکل‌های بخش‌های مختلف سازه فراهم نخواهد شد.  در این حالت دو راه برای طراحی وجود دارد:

•  یا تیر نیازمند طراحی برای این لنگر تفاضلی از نوع پیچشی است.
•  یا اینکه دال باید بر اساس بند 1-4-24 طراحی گردد.

اگر راه اول انتخاب شود،  باید آرماتورهای اضافه‌تری برای مقاومت در برابر پیچش لحاظ کرد. بتن ساده یا غیرمسلح در حالت عادی یک ظرفیت پیچشی اسمی برای مقابله با پیچش دارد و بنابراین اضافه کردن آرماتور پیچشی موجب افزایش ظرفیت آن می‌گردد.  برای اینکه نیروهای ناشی از پیچش به آرماتورهای فولادی منتقل گردند، بتن ترک می‌خورد. در این صورت، سختی پیچشی را باید نصف حالت محاسبه‌شده برای مقطع کامل بتن در نظر گرفت. این موضوع بدان معنا است که ضریب اصلاح سختی پیچشی بتن در مدل مورد تحلیل برابر با 0.5 است.

نتیجه‌گیری

• از پیچش تعادلی نمی‌توان صرف‌نظر کرد.
• از پیچش همسازی می‌توان صرف‌نظر کرد.

درصورتی‌که طراحی برای پیچش همسازی انتخاب شود،  باید ضریب اصلاح سختی پیچشی برابر با 0.5 لحاظ شود. برخی از طراحان، این روش را برای طراحی کلیه اعضای سازه لحاظ میکنند که نتیجه آن یک طرح غیراقتصادی خواهد بود. برخی دیگر از طراحان، حتی تعادل پیچشی را هم در نظر نمیگیرند و نتیجه یک طرح غیر ایمن خواهد بود.

 منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.