۱۲-۳-۱۰ الزامات تکمیلی طراحی لرزه ای قاب های مهاربندی شده واگرا

قاب های مهاربندی شده واگرا قاب هایی هستند که در آنها، مهاربندی ها در هر دهانه با فاصله کمی از یکدیگر روی محور طولی تیر یا با فاصله کمی از گره اتصال تیر به ستون، به تیر متصل می شوند. به ناحیه ای که بین نقاط تلاقی محورهای دو عضو قطری مهاربندی روی تیر یا بین نقطه تلاقی محور عضو مهاربندی تا گره اتصال تیر به ستون قرار دارد، تیر پیوند گفته می شود. در این نوع قاب ها رفتار جانبی لرزه ای سازه ترکیبی از عملکرد خمشی و برشی تیرها و ستون ها و عملکرد خمشی و برشی تیرها و ستون ها و عملکرد کششی و فشاری مهاربندی ها می باشد.

 در طراحی اعضا و اتصالات قاب های مهاربندی شده واگرا، علاوه بر الزامات متعارف فصل های ۱-۱۰ و ۲-۱۰ و نیز الزامات لرزه ای بخش های ۲-۳-۱۰ تا ۶-۳ -۱۰ باید الزامات تکمیلی این بخش نیز رعایت شوند.

۱–۱۲–۳–۱۰ محدودیت تیرها، ستون ها و مهاربندی ها

 مقاطع تیرها، ستون ها و مهاربندی ها باید دارای شرایط زیر باشند.

 الف) مقطع تیر پیوند باید از نوع I شکل (نورد شده یا ساخته شده از ورق) یا از نوع قوطی شکل ساخته شده از ورق باشد.

 ب) جان (یا جان ها) باید از یک ورق تک بدون هر گونه ورق مضاعف در نظر گرفته شود و در آن هیچگونه بازشویی نباید ایجاد شود.

 پ) در تیرهای پیوند ساخته شده از ورق، اتصال جان (یا جان ها) به بال تیر باید از نوع جوش گوشه دو طرفه یا جوش شیاری با نفوذ کامل باشد.

ت) تیرهای قوطی شکل ساخته شده از ورق باید دارای شرایط I_y>0.67I_x باشد که در آن I_y ممان اینرسی مقطع تیر پیوند حول محور مرکزی در امتداد جان های مقطع و I_x ممان اینرسی مقطع تیر پیوند حول محور مرکزی عمود بر امتداد جان های مقطع می باشد.

 ث) تیرهای پیوند باید دارای مقطع از نوع فشرده لرزه ای با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر λ_hd مطابق مقادیر جدول ۴-۳ -۱۰ باشند.

ج) تیر (یا تیرهای) خارج از ناحیه پیوند، اگر دارای مقطع متفاوت با مقطع تیر پیوند باشند، باید دارای مقطع از نوع فشرده لرزه ای با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر λ_md مطابق مقادیر جدول ۴-۳-۱۰ باشند.

چ) مقاطع ستون های نظیر دهانه های مهاربندی باید از نوع فشرده لرزه ای با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر λ_hd مطابق مقادیر جدول ۴-۳-۱۰ و مقطع بقیه ستون ها باید از نوع فشرده باشند

 ح) مقاطع مهاربندی ها باید از نوع فشرده لرزه ای با محدودیت حداکثر نسبت پهنا به ضخامت برابر λ_md مطابق مقادیر جدول ۴-۳-۱۰ باشند.

 خ) در دو انتهای تیر پیوند در بال های فوقانی و تحتانی باید مهارهای جانبی تعبیه شود. این مهارهای جانبی باید برای نیروی P_bu مطابق رابطه ۱-۶ -۳ -۱۰ طراح شوند.

۲–۱۲–۳–۱۰ مقاومت برشی مورد نیاز تیر پیوند

 مقاومت برشی مورد نیاز تیر پیوند باید بر اساس تحلیل سازه تحت اثر ترکیبات بار متعارف تعیین شود.

۳–۱۲–۳–۱۰ مقاومت برشی طراحی تیر پیوند

 مقاومت برشی طراحی تیر پیوند مساوی f_vV_n می باشد که در آن، f_v ضریب کاهش مقاومت برابر ۰.۹ و V_n مقاومت برشی اسمی می باشد که باید برابر کوچکترین مقدار محاسبه شده بر اساس حالت های حدی تسلیم برشی و تسلیم خمشی در نظر گرفته شود.

الف) تسلیم برشی

V_n = V_p                                        (۱–۱۲–۳–۱۰) 

V_n = 2M_p/e                                   (۲–۱۲–۳–۱۰) 

در روابط فوق:

 (۳–۱۲–۳–۱۰) 

 

 

 (۴–۱۲–۳–۱۰) 

P_u =مقاومت محوری مورد نیاز تیر پیوند بر اساس ترکیبات بار متعارف

P_c =مقاومت تسلیم محوری تیر پیوند برابر F_yA_g

A_lw =مساحت جان (یا جان ها) مقطع تیر پیوند برابر )t_w (d-2t_f برای مقاطع I شکل و برابر 2(d-2t_f t_w) برای مقاطع قوطی شکل

F_y =تنش تسلیم فولاد تیر پیوند

Z =اساس مقطع پلاستیک تیر پیوند

e =طول تیر پیوند که برابر است با فاصله بین اتصال دو انتهای مهاربند در روی بال تیر یا فاصله بین اتصال انتهای مهاربندی در روی بال تیر تا بر ستون

 ۴–۱۲–۳–۱۰ طول تیر پیوند

تیرهای پیوندی که دارای شرایط P_u/P_c>0.15 هستند، باید محدودیت زیر را برآورده نمایند.

الف) در صورتیکه ρ’ ≤0.5 باشد:

e≤1.6M_p/V_p                                                         (۵–۱۲–۳–۱۰)

ب) در صورتیکه ρ’ >0.5 باشد:

e≤1.6M_p/V_p (1.15 -0.3ρ’)                             (۶–۱۲–۳–۱۰)

در روابط فوق:

 (۷–۱۲–۳–۱۰)

 

V_u = مقاومت برشی مورد نیاز تیر پیوند بر اساس ترکیبات بار متعارف

V_c مقاومت تسلیم برشی تیر پیوند برابر=  0.6F_yA_lw

P_u = مقاومت محوری مورد نیاز تیر پیوند بر اساس ترکیبات بار متعارف

P_c = مقاومت تسلیم محوری تیر پیوند برابر F_yA_g

A_lw = مساحت جان (یا جان ها) مقطع تیر پیوند برابر (d-2t_f)t_w برای مقاطع I شکل و برابر 2(d-2t_f)t_w برای مقاطع قوطی شکل

A_g = سطح مقطع کلی مقطع تیر پیوند

F_y = تنش تسلیم فولاد تیر پیوند

V_p = برش پلاستیک مقطع تیر پیوند مطابق رابطه۳-۱۲-۳-۱۰

M_p = لنگر پلاستیک مقطع تیر پیوند مطابق رابطه ۴-۱۲-۳-۱۰

تبصره: برای تیرهای پیوندی که دارای شرایط P_u/P_c≤0.15 هستند، هیچ محدودیتی برای طول تیر پیوند وجود ندارد، لیکن به دلیل تأمین الزامات بند ۵-۱۳-۳-۱۰ ممکن است به تیرهای پیوندی با طول کوتاهتر مورد نیاز باشد.

 

 

  

شکل ۱–۱۲–۳–۱۰ دوران غیرالاستیک تیر پیوند نسبت به ناحیه خارج از آن (γ_p)

 

۶–۱۲–۳–۱۰ مهاربندی ها، ستون ها، تیرهای خارج از ناحیه پیوند و اتصالات آنها

 مقاومت طراحی مهاربندی ها، ستون ها، تیرهای خارج از ناحیه پیوند و اتصالات آنها نباید از نیروهای ناشی از تحلیلی که شامل بارهای ثقلی ضریب دار (ضرایبی که در حضور نیروی زلزله مورد استفاده قرار می گیرند) و اثرات لرزه ای که موجب ایجاد برشی برابر 1.25R_yV_n در تیرهای پیوند با مقطع I شکل و1.4R_yV_n. درتیرهای پیوند با مقطع قوطی شکل و نیروهای نظیر آنها در دو انتهای تیر پیوند می شود، با رعایت استثناهای زیر، کوچکتر در نظر گرفته شود؛ که در آن V_n مقاومت برشی اسمی تیر پیوند مطابق ضوابط بند ۲-۱۲-۳-۱۰ و R_y نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به حداقل تنش تسلیم فولاد تیر پیوند مطابق مقادیر جدول ۱-۲-۳-۱۰ می باشد.

استثناها:

 ۱- در تحلیل مذکور می توان از لنگرهای خمشی ناشی از تغییرمکان جانبی نسبی طبقه صرف نظر نمود.

۲- در طراحی تیرهای خارج از ناحیه پیوند و نیز ستون هایی که دارای سه طبقه مهاربندی شده یا بیشتر هستند، می توان اثرات لرزه ای ناشی از نیروی برشی مذکور را در ضریب ۰.۸۸ ضرب نمود.

۳- در نظر گرفتن مقاومت مورد نیاز ستون ها بیشتر از نیروهای حاصل از یک تحلیل غیرالاستیک الزامی نیست.

 

۷–۱۲–۳–۱۰ اتصالات تیرهای خارج از ناحیه پیوند به ستون

 اتصالات تیرهای خارج از ناحیه پیوند به ستون باید دارای شرایط زیر باشند.

 الف) اتصالات تیرهای خارج از ناحیه پیوند به ستون می توانند به صورت مفصلی یا گیردار طراحی شوند. دراین حالت مقاومت های مورد نیاز اتصال باید بر اساس بزرگترین نیروهای حاصل از ترکیبات بار متعارف و نیروهای حاصل از الزامات بند ۶-۱۲-۳-۱۰ تعیین شوند.

 ب) در مواردی که اتصال تیر خارج از ناحیه پیوند به ستون به همراه اتصال مهاربند (صفحه اتصال) باشد، این اتصال می تواند به صورت مفصلی یا گیردار طراحی شود. در حالت مفصلی اتصال باید دارای قابلیت دوران حداقل برابر ۰.۰۲۵ رادیان بدون کاهش مقاومت بوده و برای مقاومت های مورد نیاز اتصال مهاربندی به همراه مقاومت های برشی و محوری مورد نیاز اتصال تیر طراحی شود. در حالت گیردار، این اتصال باید برای لنگر خمشی برابر1.1R_yM_p. به همراه مقاومت های مورد نیاز اتصال مهاربندی و مقاومت های برشی و محوری مورد نیاز اتصال تیر طراحی شود؛ که در آن، M_p کوچکترین دو مقدار لنگر پلاستیک تیر و مجموع لنگرهای پلاستیک ستون های بالا و پایین اتصال و R_y نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به حداقل تنش تسلیم فولاد تیر یا ستون است.

۸–۱۲–۳–۱۰ اتصالات تیرهای پیوند به ستون

 اتصالات تیرهای پیوند به ستون باید دارای شرایط زیر باشند.

 الف) اتصالات تیرهای پیوند به ستون باید به صورت صلب (گیردار کامل) طراحی شوند.

 ب) اتصالات تیرهای پیوند به ستون باید توانایی دوران غیرالاستیک تیر پیوند را بدون کاهش مقاومت دارا باشند.

پ) مقاومت برشی مورد نیاز اتصال تیر پیوند به ستون باید حداقل برابر R_yV_n باشد که در آن، V_n مقاومت برشی اسمی تیر پیوند مطابق الزامات بند ۳-۱۲-۳-۱۰ و R_y نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به حداقل تنش تسلیم فولاد تیر پیوند است.

 ت) مقاومت خمشی مورد نیاز اتصال تیر پیوند به ستون باید برابر کوچکترین دو مقدار M_p و ev_n/2 در نظر گرفته شود که در آن، M_p لنگر پلاستیک مقطع تیر پیوند و V_n مقاومت برشی اسمی تیر پیوند مطابق الزامات بند ۳-۱۲-۳-۱۰ می باشد.

ث) در مواردی که اتصال تیر پیوند به ستون به همراه اتصال مهاربندی (صفحه اتصال) باشد، این اتصال باید به صورت صلب (گیردار کامل) در نظر گرفته شود. در این حالت اتصال باید برای نیروی برشی و لنگر خمشی نظیر بندهای (پ) و (ت) در فوق به همراه مقاومت محوری مورد نیاز تیر پیوند و مقاومت های مورد نیاز اتصال مهاربندی طراحی شود.

۹–۱۲–۳–۱۰ اتصالات مهاربندی ها

اتصالات مهاربندی ها باید دارای شرایط زیر باشند.

 ۱- اتصالات مهاربندی ها در قاب های مهاربندی شده واگرا می توانند به صورت مفصلی یا گیردار طراحی شوند.

 ۲- در مواردی که مهاربندی برای تحمل بخشی از لنگر انتهایی تیر پیوند طراحی می شود، اتصال مهاربندی به تیر پیوند باید به صورت صلب (گیردار کامل) طراحی شود.

۳- مقاومت های مورد نیاز اتصالات مهاربندی ها باید براساس بزرگترین نیروهای حاصل از ترکیبات بار متعارف و نیروهای حاصل از الزامات بند ۶-۱۲-۳-۱۰ تعیین شوند.

۱۰–۱۲–۳–۱۰ سخت کننده های تیرهای پیوند

 تیرهای پیوند باید با تعدادی سخت کننده در محل اتصال دو انتهای مهاربندی به تیر و نیز تعداد سخت کننده های میانی در طول تیر پیوند تقویت شوند. مشخصات این سخت کننده ها باید براساس ضوابط بندهای زیر در نظر گرفته شوند.

۱-۱۰-۱۲-۳-۱۰ سخت کننده های تیرهای پیوند I شکل

الف) سخت کننده های انتهایی

 سخت کننده های انتهایی در محل اتصال دو انتهای مهاربندی به تیر پیوند باید به صورت یک جفت در دو طرف جان و در تمام ارتفاع آن تعبیه گردند. پهنای هریک از این سخت کننده ها نباید از (1/2b_f-t_w) و ضخامت آنها نباید از 0.75t_w یا ۱۰ میلیمتر، کمتر اختیار شود. که در آن، b_f پهنای بال تیر پیوند و t_w ضخامت جان مقطع تیر پیوند است.

 ب) سخت کننده های میانی سخت کننده های میانی باید دارای شرایط زیر باشند.

۱- در مواردی که طول تیر پیوند از1.6M_p/V_p. کوچکتر باشد، فاصله سخت کننده های میانی نباید بیشتر از (30t_w-d/5) برای تیرهای پیوند با زاویه دوران ۰.۰۸ رادیان و (52t_w-d/5) برای تیرهای پیوند با زاویه دوران ۰.۰۲رادیان در نظر گرفته شود. برای تیرهای پیوند با زاویه دوران بین دو مقدار ۰.۰۲ و ۰.۰۸ رادیان می توان از درونیابی خطی بین دو مقدار مذکور استفاده نمود.

 ۲- در مواردی که طول تیر پیوند در محدوده 2.6M_p/V_p≤e≤5M_p/V_p باشد، تعبیه یک سخت کننده به فاصله 1.5b_f در هریک از دو انتهای تیر پیوند الزامی است.

 ۳- در مواردی که طول تیر پیوند در محدوده 1.6M_p/V_p≤e≤2.6M_p/V_p باشد، سخت کننده های میانی باید الزامات هر دو شرط (۱) و (۲) در فوق را تأمین نمایند.

۴- در مواردی که طول تیر پیوند بزرگتر از 5M_p/V_p باشد، تعبیه سخت کننده های میانی در طول تیر پیوند الزامی نیست.

۵- سخت کننده های مورد نیاز در شرایط (۱) تا (۳)در فوق، باید در تمام ارتفاع تیر پیوند تعبیه شوند. این سخت کننده ها در تیرهای با ارتفاع ۶۰۰ میلیمتر و بیشتر باید به صورت جفت و در دو سمت جان تعبیه شوند. در تیرهای با ارتفاع کمتر از ۶۰۰ میلیمتر می توان این سخت کننده ها را به صورت تکی و در یک سمت جان تیر پیوند تعبیه نمود.

 ۶-پهنای هریک از سخت کننده ها نباید از (1/2b_f -t_w)  و ضخامت آنها نباید از t_w یا ۱۰ میلیمتر کمتر اختیار شود.

پ) اتصال سخت کننده های انتهایی و میانی به تیر پیوند اتصال سخت کننده ها به جان و بال های تیر پیوند باید توسط جوش گوشه برقرار گردد. مقاومت مورد نیاز اتصال سخت کننده ها به جان باید حداقل برابر F_yA_st و مقاومت مورد نیاز اتصال سخت کننده ها به هر یک از بال های تیر پیوند باید حداقل برابر با 1/4F_yA_st در نظر گرفته شود؛ که در آن، F_y تنش تسلیم فولاد سخت کننده ها و A_st سطح مقطع عرضی هریک از سخت کننده ها است.

۲–۱۰– ۱۲–۳–۱۰ سخت کننده های تیرهای پیوند قوطی شکل

الف) سخت کننده های انتهایی

سخت کننده های انتهایی در محل اتصال دو انتهای مهاربندی به تیر پیوند، باید در یک سمت هر یک از جان ها و در تمام ارتفاع آن تعبیه گردد. پهنای هریک از این سخت کننده ها نباید از b/2 و ضخامت آنها نباید از 0.75t_w یا ۱۲ میلیمتر، کمتر اختیار شود. b پهنای داخلی بال مقطع تیر پیوند و t_w ضخامت هریک از جان های مقطع تیر پیوند است.

ب) سخت کننده های میانی سخت کننده های میانی باید دارای شرایط زیر باشند.

۱- در مواردی که طول تیر پیوند کوچکتر از 1.6M_p/V_p بوده و جان ها دارای نسبت ارتفاع به ضخامت،h/t_w بزرگتر یا مساوی

   

هستند، فاصله سخت کننده های میانی نباید بیشتر از [20t_w-1/8(d-2t_f)] در نظر گرفته شود.

۲- در مواردی که طول تیر پیوند کوچکتر از 1.6M_p/V_p بوده و جان ها دارای نسبت ارتفاع به ضخامت، h/t_w، کوچکتر از

   

هستند، تعبیه سخت کننده های میانی در طول تیر پیوند الزامی نیست.

۳- در مواردی که طول تیر پیوند بزرگتر از 1.6M_p/V_p باشد، تعبیه سخت کننده های میانی در طول تیر پیوند الزامی نیست.

۴- سخت کننده های میانی باید در تمام ارتفاع جان تیر پیوند تعبیه شوند و اتصال آنها به جان ها از داخل یا خارج مقطع قوطی شکل بلا مانع است.

 پ) اتصال سخت کننده های انتهایی و میانی به تیر پیوند اتصال سخت کننده های انتهایی و میانی باید از طریق جوش گوشه به جان های مقطع تیر پیوند انجام شود. اتصال سخت کننده های عرضی به بال های مقطع قوطی شکل الزامی نیست. مقاومت مورد نیاز اتصال سخت کننده ها به جان ها باید حداقل برابر F_yA_st در نظر گرفته شود. که در آن، F_y تنش تسلیم فولاد سخت کننده ها و A_st سطح مقطع عرضی هریک از سخت کننده ها است.