طراحی تیرچه با نرم افزار سیف

طراحی تیرچه با نرم افزار سیف

در این نوشته، مثالی برای طراحی تیرچه با نرم افزار سیف آورده شده است. هدف از این مثال طراحی تیرچه­ ها برای دهانه ای به طول 8 متر می­ باشد. فرضیات در نظر گرفته شده برای طراحی تیرچه در نرم افزار سیف (Safe) به صورت زیر می­ باشد:

• طول دهانۀ آزاد تیرچه 8 متر
• تیرچه برای بلوک­ های لیکا با وزن 13 کیلوگرم و ارتفاع 30 سانتی متر طراحی شده است.
• ضحامت دال 5 سانتی متر
• وزن کف سازی برابر با 150 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است.
• بار زنده برای کاربری مسکونی برابر با 200 کیلو گرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است.
• مقاومت مشخصۀ بتن برای نمونه استوانه ای استاندارد برابر با 35 مگا پاسکال می باشد.
• عرض جان تیرچه ها برابر با 10 سانتی متر و فاصلۀ مرکز تا مرکز آن­ها برابر با 62.5 سانتی متر فرض شده است.
• تیرهای پیرامونی با ابعاد 40×40 در نظر گرفته شده است.

مراحل طراحی تیرچه با نرم افزار سیف از ابتدا در نرم افزار SAFE2016  صورت گرفته و به صورت تصویری نمایش داده شده است:

ابتدا گرید­های مورد نیاز تعریف می­ شوند.

سپس مشخصات تعیین شده تعریف می شوند. همچنین برای طراحی تیرچه با نرم افزار سیف باید دال مجوفی به صورت Ribbed slab  تعریف شود.

حال دال مورد نظر روی گرید کشیده می­ شود. برای آن که در کنترل خیز تیرچه، خیز وسط دهانه ملاک باشد، در دو انتهای پانل از دو تیر با صلبیت زیاد با ابعاد 40X100 استفاده می­ نماییم.

همچنین در جهت اطمینان می­ توان از مقاومت دال 5 سانتی­متری صرف نظر کرده و اطراف دال را از چرخش آزاد کرد. این کار در منوی Assign>slab data>Edge releases  قابل انجام می ­باشد.

دقت شود که جهت تیرچه­ ها درست باشد. جهت تیرچه­ های در جهت 1 مختصات محلی دال می­ باشد. برای کنترل می­ توان در منوی view و زیر منوی Set display options  گزینه slab internal ribs را فعال کرد.

نقاط چهار طرف پانل را تکیه گاه مفصلی اختصاص می­ دهیم. در این مرحله مدل هندسی آماده شده است.

پس از آن بارگذاری مرده و زنده صورت می­ پذیرد. بار مرده در هر مترمربع برابر با 8 بلوک 13 کیلویی و 150 کیلوگرم کف سازی جمعا  برابر با 254 کیلوگرم است.همچنین در پیش نویس آیین نامه بارگذاری جدید، بار دیوارهای جدا کننده به عنوان بار مرده باید در نظر گرفته شوند که برابر با 100 کیلوگرم می­باشد. بنابراین مجموعا 354 کیلوگرم بر متر مربع بار مرده در نظر گرفته شده است.

بار زنده نیز برای کاربری مسکونی و برابر با 200 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است.

برای کنترل خیز تیرچه­ ها، باید خیز دراز مدت بدست آید. برای این امر باید ترک خوردگی بتن در نظر گرفته شود. بنابراین در منوی Define>Load cases گزینۀ Add new case انتخاب شده و سه Case جدید ایجاد می­ شود. این کیس­های به صورت زیر می­ باشند:

• Dead(i) نمایش دهندۀ تغییر شکل آنی ناشی از بار مرده با احتساب ترک خوردگی
• Dead(i)+Live(i) نمایش دهندۀ تغییر شکل آنی ناشی از بار زنده با احتساب ترک خوردگی
• Dead(i)+Livesus(i) نمایش دهندۀ تغییر شکل آنی ناشی از بار مرده و بار زندۀ دائمی با احتساب ترک خوردگی

مقدار بار زندۀ دائمی در اینجا 0.25 بار زنده در نظر گرفته شده است.

در آئین نامه ذکر شده است که تغییر شکل نهایی دراز مدت برابر است با تغییر شکل آنی ناشی از بارهای زنده بعلاوه اضافه افتادگی دراز مدت ناشی از بارهای دائمی. دقت شود که تغییر شکل آنی ناشی از بارهای زنده را می­ توان با استفاده از {Dead(i)+Live(i)}-Dead(i) به دست آورد. اضافه افتادگی دراز مدت ناشی از بارهای دائمی شامل دو ترم می­ باشد. 1- اضافه افتادگی ناشی از بارهای زنده دائمی و 2- اضافه افتادگی دراز مدت ناشی از بارهای مرده. برای بدست آوردن ترم اول اضافه افتادگی دراز مدت ناشی از بارهای دائمی باید، ابتدا اضافه تغییر شکل آنی ناشی از بارهای دائمی را بدست آوریم. سپس با ضریب لاندا λ طبق آئین نامه آنرا تبدیل به اضافه تغییر شکل دراز مدت ناشی از بارهای دائمی می­کنیم .این ضریب برای مدت زمان 5 سال و بیشتر و بدون در نظر گرفتن آرماتور فشاری در جهت اطمینان برابر با 2 در نظر گرفته شده است. بنابراین ترم اول برابر است با [{Dead(i)+Live(sus)}-Dead(i)]λ. ترم دوم برابر است با تغییر شکل دراز مدت بار مرده منهای تغییر شکل بارمرده هنگامی که تیغه ها و بار زنده وارد می­شود (مثلا 3 ماه). ضریب λبرای سه ماه برابر با 1 می­ باشد. بنابراین ترم دوم برابر خواهد بود با (2-1)Dead(i).  دقت شود که اسامی داخل {} ترکیب بار غیر خطی می­ باشند و قابلیت جمع جبری ندارند. بنابراین در نهایت، خیز دراز مدت از رابطۀ زیر بدست می­ آید:

برای بدست آوردن ترم اول اضافه تغییر شکل دراز مدت ناشی از بارهای دائمی در منوی Define>Load combination ترکیب باری با نام livesus(i) به صورت زیر تعریف می شود:

سپس با توجه به توضیحات ارائه شده، ترکیب باری به صورت زیر برای کنترل تغییر شکل نهاییِ دراز مدت بدست می­ آید:

معیار اساسی در طراحی تیرچه­ های بتنی، خیز آن­ها می­ باشد. خیز بخصوص در تیرچه ­ها به مقدار زیادی به مقادیر آرماتور تحتانی تیرچه­ ها بستگی دارد. در نرم افزار SAFE برای مشخص کردن مقادیر فولاد تحتانی و فوقانی دال­ ها، سه راهکار وجود دارد. این سه راهکار در منوی Run>Cracking Analysis Options دیده می­ شود.

این سه راهکار عبارتند از:

• استفاده از گزینۀ User Specified Rebar. برای استفاده از این گزینه، باید آرماتورهای موجود در دال با توجه به محل آنها کشیده شوند.
• استفاده از گزینۀ From Finite Element Based Design. برای استفاده از این گزینه باید ترکیب بارهای طراحی ساخته شوند. نرم افزار با استفاده از لنگرهای بدست آمده از آنالیز اجزای محدود، آرماتور مورد نیاز را بدست آورده و مقادیر آن را برای آنالیز ترک خوردگی استفاده می­ نماید.
• استفاده از گزینۀ Quick Tension Rebar Specification . برای استفاده از این گزینه می­ توان مقادیر آرماتور را با استفاده از سایز آرماتور و و فواصل آن در بالا و پایین دال مشخص نمود.

در صورت استفاده از گزینه­ های دوم و سوم، کاور آرماتور­ها بر اساس آنچه که در منوی Design>Design Preferences  برای دال تعریف شده است محاسبه خواهد شد.

با توجه به اینکه آرماتور مورد نیاز طراحی در دهانۀ بلند مورد نظر کمتر از آرماتور مورد نیاز جهت کنترل خیز می­ باشد، در این مثال از گزینۀ اول استفاده شده است.

برای سیستم مورد نظر  دو میلگرد سایز 16 در پایین تیرچه با فاصلۀ 32 سانتی­متر از رویۀ بتن دال، 1 میلگرد  سایز 10 فوقانی با فاصلۀ 5 سانتی متر از رویۀ بتن دال و میلگرد سایز 6 به فاصلۀ 62.5 سانتی­متر در جهت تیرچه­ ها برای آرماتور حرارتی با فاصلۀ 3 سانتی­متر از رویۀ بتن دال در نظر گرفته می شود. میلگرد­های تیرچه نوع AIII  و میلگرد­های حرارتی نوع AII در نظر گرفته می شوند.

با استفاده از منوی Draw>Draw Slab Rebars مطابق شکل زیر می ­توان این آرماتور­های برای دال کشید.

پس از اختصاص آرماتور­های تیرچه و حرارتی فایل اجرا می­ شود و خیزها بدست می­ آید. خیز بدست آمده در وسط دهانه در ترکیب بار Deflection برابر با 48 میلی متر است. خیز مجاز برابر با 33.3=240/8000 می باشد. بنابراین آرماتور­ها کافی نمی باشند.

لازم به ذکر است که خیز در دو انتهای شمال و جنوب پانل مقادیر بیشتری است که بدلیل عدم وجود المان در دو لبۀ شمالی و جنوبی می‌باشد. بنابراین مقدار واقعی خیز در وسط دهانه اتفاق می‌افتد و این مقدار ملاک کنترل می‌باشد.

بیشترین تاثیر در خیز تیرچه را آرماتور­های تحتانی دارند. بنابراین با افزایش سایز میلگردهای پاشنه تیرچه به سایز 20 خیز وسط دهانه به 29.8 میلی­متر کاهش می‌یابد که قابل قبول است.

در نهایت لازم به ذکر است که گرچه روند مذکور برای طراحی تیرچه با نرم افزار سیف ارائه گشته است، اما به صورت کلی برای محاسبۀ خیز سیستم­های دیگر از قبیل دال تخت، دال­ تیر و … نیز به همین منوال می­ توان عمل کرد. این روند برای بهینه سازی ضخامت مقاطع دال و تیرچه و همچنین بدست آوردن کمترین آرماتور مورد نیاز بسیار موثر می باشد.