تعریف مقاطع ستون در ایتبس (جلسه هشتم)

تاریخ به‌روزرسانی: ۱۴۰۰/۰۴/۱۸

 

در جلسه قبلی درباره تعریف کردن و مدل‌سازی صحبت کردیم. همچنین گفتیم که تعریف کردنی‌ها ۴ قسمت طلایی دارند.
در معرفی مقاطع ما ۳ قسمت بسیار مهم داریم که شامل قسمت‌های زیر می‌باشد:
۱) ستون‌ها
۲) تیرها
۳) سقف‌ها
در این جلسه وارد مبحث ستون‌ها می‌شویم تا بفهمیم که ستون‌ها از کجا آمده‌اند؟ چه کاری انجام می‌دهند و در آخر چگونه باید آن‌ها را در نرم‌افزار ایتبس تعریف کنیم. در این جلسه سعی کردیم تا هم نکات آیین‌نامه‌ای را به‌صورت کامل بیان کنیم و هم نکات بیان شده را در نرم‌افزار ایتبس اعمال کنیم.

تعریف مقاطع ستون:

یک عضو محوری است که عموما به‌صورت قائم موجود می‌باشد. عضو محوری وظیفه دارد که نیروی محوری ما را تحمل و منتقل کند.

به بیان علمی یعنی، این عضو محوری نیروهای فشاری را به‌صورتی که هم نیروی فشاری و هم لنگر خمشی وجود داشته باشد، به عضوهای بعدی خود منتقل کند. پس ما طراحان باید حتما در نظر داشته باشیم که در هنگام تعریف مقاطع ستون در ایتبس، این اعضا را، عضو فشاری در نظر بگیریم که قادر به تحمل نیروهای محوری می‌باشد و این نیروهای محوری عمدتا از جنس فشار می‌باشد.
ستون‌ها (Column) به‌صورت مکعبی، مستطیلی قائم و استوانه‌ای قائم کاربرد دارند. در این بین ستون‌هایی با مقاطع دایره‌ای شکل کاربردی‌ترند. علت آن این است که مقاطع استوانه‌ای نیروی فشاری را به‌صورت کنش و واکنش‌های بهتری ردو بدل می‌کنند و چون فاصله آن‌ها تا ممان اینرسی‌شان برابر است؛ مقاومت بهتری نسبت به سایر مقاطع دارند.

 

وظیفه ستون‌ها:

در سازه بارهای زنده و مرده وجود دارند که در جلسات بعدی آموزش ایتبس بیشتر به آن‌ها می‌پردازیم.
بار زنده: به بارهایی مانند افراد، وسایل خانه و به‌‎طور کلی بارهایی که حرکت می‌کنند، بار زنده گفته می‌شود.
بار مرده: وزن بتن و میلگرد را شامل می‌شود. بر خلاف بار زنده همیشه وجود دارد.
ستون‌ها بارهای زنده و مرده را به‌صورت نیروی محوری به عضوهای دیگر سازه منتقل می‌کند.

 

انواع ستون‌ها:

۱) ستون بتنی با تنگ بسته
۲) ستون بتنی با دورپیچ حلقوی
۳) ستون مرکب

ستون‌های مرکب:
ستون‌هایی هستند که سازوکار خاص خود را دارند و شامل ستون تنگ بسته و دورپیچ حلقی می‌شوند. در این ستون‌ها تنها نیروی محوری و لنگر خمشی ملاک نیست. گاهی اوقات ما نیاز داریم که ستون‌ها کارهای دیگری نیز انجام دهند که در دوره‌های آموزشی پیشرفته‌تر این ستون‌ها را بررسی خواهیم کرد.

 

۳ ترس بزرگ در هنگام طراحی و تعریف مقاطع ستون در ایتبس:

در طراحی ستون‌ها، هر طراح سازه‌ای ۳ ترس بزرگ در هنگام طراحی دارد.
۱) ستون ضعیف و تیر قوی:
اصل ماجرا این است که ستون‌ها قوی و تیرها ضعیف باشند. پس نباید عکس ماجرا اتفاق بیفتد. زمانیکه مفاصل پلاستیکی را در سازه استفاده می‌کنیم و مقداری با آن‌ها بازی می‌کنیم، تیرها قوی‌تر می‌شوند. عضوی که بزرگ‌تر است، نیروی بیشتری می‌گیرد و ستون Fail می‌کند. این یکی از بزرگترین مشکلات در طراحی سازه می‌باشد.

۲) انهدام و تسلیم مصالح:
این قسمت باید در هنگام اجرا بررسی شود تا مصالح ما منهدم نشوند.

۳) کمانش:
در ابتدا کمانش به چه معناست؟
کمانش یعنی ناپایداری و از بین رفتن عضو، تحت تغییر شکل‌های جانبی زیاد که به علت نیروها یا تنش‌های فشاری رخ می‌دهد. به بیان بهتر یعنی، نیروی محوری به‌صورت فشاری وارد شود و باعث تغییر شکل ستون‌ها شود.
کمانش خود باعث انهدام مصالح می‌شود و عملا با کمانش ما دو مشکل در ستون‌های خود داریم. به‌طبع اگر مصالح منهدم شوند و کمانش رخ دهد، ستون‌ها ضعیف‌تر از تیرها می‌شوند که این مسئله اصلا خوب نیست. این مسئله باید در طراحی و تعریف مقاطع ستون رعایت شود.

 

ضوابط تعریف مقاطع ستون:

برای راحتی کار در هنگام کنترل سازه، بهتر است قبل ازتعریف کردن مقاطع ستون در ایتبس آن‌ها را کنترل کنیم. در حالت کلی باید موارد زیر را بررسی کنیم.

 محدودیت ابعاد:
در قاب‌های خمشی ساختمانی ۳ نوع قاب داریم:
۱) قاب خمشی با شکل‌پذیری کم
۲) قاب خمشی با شکل‌پذیری متوسط
۳) قاب خمشی با شکل‌پذیری زیاد
با توجه به بند ۹-۲۰-۵-۳ مبحث نهم ویرایش جدید که در مورد ستون‌ها در قاب‌هایی با شکل‌پذیری متوسط می‌باشد، گفته شده است؛ در ستون‌ها باید محدودیت‌های هندسی زیر رعایت شود.
الف) عرض مقطع نباید کمتر از ۰٫۳ بعد دیگر آن، و نیز نباید کمتر از ۲۵۰ میلی‌متر باشد.
ب) نسبت عرض مقطع به طول آزاد عضو نباید از ۲۵/۱ کمتر باشد.

 محدودیت درصد آرماتور:
براساس بند ۹-۲۰-۵-۳-۲ در مبحث نهم ویرایش جدید که در مورد آرماتورهای طولی می‌باشد:
در ستون‌ها نسبت سطح مقطع میلگردهای طولی به کل سطح مقطع ستون نباید کمتر از ۱% و بیشتر از ۸% در نظر گرفته شود. این محدودیت باید در محل وصله‌ها نیز رعایت شود.
محل وصله‌ آرماتورهای طولی ستون باید در خارج از ناحیه اتصال تیر به ستون باشد.
زمانیکه دو ستون می‌خواهند به هم متصل شوند دوبار میلگردها روی هم قرار می‌گیرند. پس باید تقسیم بر ۲ شوند که کمترین آن‌ها برابر ۱% و بیشترین آن‌ها برابر با ۴% می‌باشد. بر اساس تجربه برای اینکه کنش و واکنش‌ها بهتر انجام شوند، بهتر است این مقدار را بین ۱٫۵ تا ۲٫۵ درصد در نظر بگیریم.

 محدودیت فاصله آرماتورها:
براساس بند ۹-۲۱-۲-۱-۳ در مبحث نهم ویرایش جدید:
فاصله آزاد بین میلگردهای طولی در ستون‌ها، ستون پایه‌ها، بست‌ها و اجزای مرزی بین دیوارها نباید کمتر از هیچ یک از مقادیر زیر باشد.
الف) ۴۰ میلی‌متر
ب) ۱٫۵ برابر قطر بزرگترین میلگرد
ج) ۱٫۳۳ برابر قطر اسمی بزرگ‌ترین سنگ‌دانه
بند ج چنان اهمیتی ندارد و بعدها به شما کاربرد آن را خواهیم گفت.

 قوانین تجربی:
که شامل موارد زیر می‌شود:
۱) میلگردهای به‌کار رفته در فونداسیون:
یک طراح حرفه‌ای در ابتدا بالا سازه را طراحی کرده و سپس به‌سراغ زیرسازه و فونداسیون می‌رود. مجددا روسازه خود را بهتر می‌کند. به‌عنوان مثال، ما در فونداسیون خود از میلگرد شماره ۱۸ استفاده کرده‌ایم و مقدار زیادی از آن مانده است. طراح حرفه‌ای از باقی‌مانده این میلگردها در بالاسازه استفاده می‌کند.

۲) به‌جای میلگرد کم با سایز بزرگ، از میلگرد زیاد با سایز کم استفاده کنید.
به‌طور مثال، در سازه هم می‌توانیم ۲ میلگرد سایز ۲۴ استفاده کنیم و هم ۳ میلگرد سایز ۱۸٫ بهتر است میلگردها زیاد باشد و سایز آن‌ها کم. چراکه در کنش و واکنش‌های بین بتن و فولاد هرچه مقاومت کششی ما پخش شود تاثیر بهتری در هنگام وقوع بار زلزله می‌گذارد.

۳) تا جای ممکن یکسان باشد:
یعنی یک ستون ۴ میلگرد با سایز ۱۶ و ستون دیگر ۴ میلگرد با سایز ۱۸ نباشد. رنگین‌کمان درست نکنید و یکنواختی را در تعریف مقاطع ستون رعایت کنید.

۴) ستون‌های کتابی:
در مهندسی عمران مفهومی به‌نام کمان اینرسی وجود دارد. اگر به محورها در شکل زیر دقت کنید متوجه خواهید شد، در ستون‌های دایره‌ای فاصله یکسان است ولی در مقاطع مستطیلی اینگونه نیست. به‌همین علت می‌گوییم مقاطع دایره‌ای برای استفاده در ستون‌ها بهتر هستند.

اجزا تشکیل‌دهنده ستون:

۱) میلگردها
۲) خاموت
۳) کاور بتن
در ستون‌ها ما ابتدا یک کاور بتنی داریم، سپس خاموت و در نهایت میلگردها. در هنگام تعریف مقاطع ستون در ایتبس با توجه به آسیب‌پذیر بودن آرماتورها در برابر رطوبت، همچنین کاهش مقاومت آرماتورها در صورت وقوع آتش‌سوزی و گرم شدن بیش از حد، لازم است میلگردها توسط لایه‌هایی از بتن پوشیده شود. فاصله بین رویه میلگردها اعم از طولی و عرضی تا نزدیک‌ترین سطح آزاد بتن را پوشش بتن یا کاور می‌گویند.

ما در این دوره به شما تعریف مقاطع ستون در ایتبس را آموزش می‌دهیم که چگونه این مقاطع را وارد نرم‌افزار ایتبس کنید.

 

تعریف مقاطع ستون در ایتبس:

۱) وارد نرم‌افزار ایتبس شده و فایل جلسه گذشته که تا مرحله Define پیش رفتیم را باز می‌کنیم.

۲) از نوار ابزار بالا گزینه Define، سپس Section Properties، در آخر Frame Sections را کلیک می‌کنیم تا پنجره Frame Properties باز شود.

 

۳) در قسمت Find Properties مقاطعی تعریف شده است که مورد استفاده ما نمی‌باشد. پس همه آن‌ها را با استفاده از گزینه Delete Multiple Properties پاک می‌کنیم.

 

 

 

۴) اکنون مقاطع جدیدی را باید وارد کنیم. گزینه Add New Property را کلیک کرده تا پنجره دیگری به‌نام Frame Property Shape Type باز شود.

۵) در قسمت Section Shape گزینه Concrete Rectangular را کلیک می‌کنیم.

۶) در قسمت Shape Type روی مقطع مستطیلی کلیک کرده تا صفحه Frame Section Property Data باز شود.

۷) در مرحله اول اسم آن را تغییر می‌دهیم. به‌طور مثال عبارت C25*25/4F16 را تایپ می‌کنیم. می‌توانیم به‌جای F حرف P را تایپ کنیم.

۸) در حالت پیش‌فرض Depth و Width، ۹ سانتی‌متر می‌باشد که آن را با توجه به میلگرد روی ۲۵ می‌گذاریم.

 

 

۹) روی گزینه Modify/Show Rebar کلیک کرده تا پنجره Frame Section Property Reinforcement Data باز شود.

۱۰) اطلاعات مربوط به میلگرد مورد نظر را در هر قسمت وارد می‌کنیم و در نهایت OK می‌کنیم.

 

 

۱۱) به صفحه Frame Properties باز می‌گردیم. از میلگردی که تعریف کرده‌ایم با استفاده از گزینه Add Copy Of Properties کپی گرفته و بقیه میلگردها را تعریف می‌کنیم. برای تعریف بقیه میلگردها تنها لازم است نام، Width ،Depth، Longitudinal Bar و Comer Bar را تغییر دهیم.

۱۲) در نهایت فایل را Save می‌کنیم.

بدین صورت آرشیوی کامل از مقاطع فولادی خواهیم داشت و به‌راحتی می‌توانیم در طراحی‌هایمان از آن استفاده کنیم.