نشریه شماره ۱۶۹
طراحی به روش حالات حدی که در جهت عقلاییتر کردن ضرایب ایمنی در طراحی ابداع شده سالیان درازی است که در کشور ما برای سازههای بتن فولادی مورد پذیرش قرار گرفته و به تدریج بین مهندسین رواج مییابد اما در خصوص ساختمانهای فولادی چنین نبوده است. در تدوین نشریه شماره ۱۶۹ سعی شده هماهنگی کاملی با آیین نامه جاری فولاد ایران به روش تنشهای مجاز (مبحث ۱۰ مجموعه مقررات ملی ساختمانی ایران) و همچنین آیین نامه بتن ایران صورت پذیرد. آیین نامه طراحی سازههای فولادی به روش حدی برای طراحی سازهای ساختمانهای فولادی، اولین آیین نامه از سری جدید آیین نامههایی است که بر پایه تئوری قابلیت اعتماد قرار دارد. نشریه شماره ۱۶۹ بر پایه تجربیات موقف گذشته، پیشرفتهای علمی و تغییرات در روش طراحی قرار دارد. آیین نامه روش حدی به منظور فراهم نمودن یک روش یکنواخت برای طراحی ساختمانها با اسکلت فولادی تدوین شده است. هدف، فراهم نمودن معیارهایی برای استفادههای متعارف است و ممکن است در برگیرنده مسائل خاصی که گهکاه در زمینه طراحی به آن برخورد میشود، نباشد.
گستره کاربرد نشریه شماره ۱۶۹
آیین نامه طراحی سازههای فولادی به روش حالت حدی، به عنوان یک روش دیگر طراحی، به موازات طراحی به روش تنشهای مجاز و طراحی به روش خمیری شناخته میشود. کاربرد این آیین نامه در حدود ساختمانهای معمولی با کاربریهای مندرج در مجموعه مقررات ملی ساختمان ایران است و شامل سازههای خاص از قبیل پلهای جاده و راه آهن نیست، مقررات مندرج در این آیین نامه باید توام با معلومات و قضاوت مهندسی به کار رود.
هدف طراحی
منظور از طرح یک سازه، تعیین پیکربندی، ابعاد و مشخصات قطعات آن به نحوی است که با سه هدف تعیین شده در زیر تامین شود.
- ایمنی
- عملکرد مطلوب
- پایایی
روش طراحی
رووش طراحی در این آیین نامه، طراحی در حالات حدی است. در این روش سازه طوری طراحی میشود که با ایمنی مشخصی تحت هیچ یک از شرایط نامساعد بارگذاری به هیچ یک از حالات ویژه که اصطلاحاً حالتهای حدی نامیده میشوند، نرسد.
حالتهای حدی حالاتی هستند که سازه یا قسمتهایی از آن تا رسیدن به آنها وظایف خود را به طور کامل انجام میدهند، ولی پس از رسیدن به هر یک از آنها قادر به انجام وظایف خود در آن حالت خاص نبوده است. در طراحی سازهها علاوه بر بررسی حالات حدی ملاحظات زیر باید رعایت شود.
- اجزای مختلف سازه و اتصالات آنها باید چنان سازماندهی شود مه پایداری کلی و انسجام سازه تامین شود. باید اطمینان حاصل شود که سازه در اثر آسیب موضعی اتفاقی، دچار گسیختگی کلی یا گسیختگی زنجیرهای نخواهد شد.
- مقاومت سازه در مقابل آتش سوزی با پیش بینی تمهیدات خاص، باید تامین شود. در این مورد رعایت آیین نامههای خاص این موضوع الزامی است.
- پایایی سازه در مقابل عوامل خورنده با پیش بینی تمهیدات مناسب تامین شود.
- طراحی سازه باید جزیی از جریان طراحی، اجرا و نگهداری تلقی شود.
تحلیل سازه
در این آیین نامه روشهای تحلیل زیر مجاز است.
تحلیل خطی
در این روش تحلیل تمامی تلاشها در مقاطع مختلف سازه با فرض خطی بودن رفتار مصالح و کوچک بودن تغییر شکلهای ایجاد شده و بر اساس تئوری الاستیسیته تعیین میشوند.
تحلیل خطی با بازپخش محدود
در این روش فرضهای منظور شده عیناً مانند روش تحلیل خطی است. علاوه بر آنها اجازه داده میشود تلاشهای موجود در مقاطع مختلف با توجه به مشخصات مکانیکی آنها به مقدار محدودی کاهش یا افزایش داده شود. آثار ناشی از تغییرات این تلاشهای بادی در سایر مقاطع نیز در نظر گرفته شود.
تحلیل غیر خطی
در این روش تحلیل، تمامی تلاشها با توجه به رفتار غیر خطی بودن مصالح با توجه به اثر تغییر شکلهای زیاد در سازه که به رفتار غیر خطی هندسی معروف است، تعیین میشوند.
تحلیل حدی (تحلیل خمیری)
در این روش تحلیل، تمامی تلاشها با فرض رفتار صلب – خمیری قطعات و با استفاده از تئوری پلاستیسیته با بررسی مکانیسمهای خرابی تعیین میشوند.
انواع سیستمهای سازهای
در این آیین نامه سه گروه اصلی اسکلت ساختمانی و مفروضات محاسباتی مربوط به آنها، ملاک طرح و محاسبه سازهها قرار گرفته است. هر یک از این گروهها با مشخصاتی مختص به خود، تعیین کننده ابعاد اعضای سازه، نوع و مقاومت اتصالات مربوطه هستند.
گروه ۱ قابهای خمشی
قابها با اتصالات صلب که در آنها فرض میشود اتصالات تیر و ستون به اندازه کافی صلب است به طوری که در تغییر شکل قاب، زاویه اولیه بین تیر و ستون ثابت باقی میماند.
گروه ۲ قابهای ساده
در گروه ۲ فرض میشود اتصالات تیر و ستون بدون گیرداری است. در مورد بار قائم، اتصال انتهای تیرها و شاهتیرهای فقط برای انتقال برش تعبیه شده است و می تواند تحت اثر بار قائم آزادانه دوران کند.
گروه ۳ قابهای نیمه صلب
در گروه ۳ فرض میشود اتصال انتهای تیرها و شاهتیرها دارای ظرفیت خمشی به مقداری مشخص و قابل اطمینان بین صلبیت گروه ۱ و انعطافپذیری گروه ۲ هستند.
بارگذاری
برای تعیین حداکثر تلاش در مقاطع مختلف در تیرهای یکسره و قابها میتوان محل بارهای مرده و زنده را مطابق بندهای زیر در نظر گرفت.
- در تعیین حداکثر تلاشها در تیرها
- در تعیین حداکثر تلاش در ستونها
اتصالات خورجینی
اتصالات خورجینی متداول در ایران در رده اتصالات ساده قرار دارند که در آنها لنگر منتقله بین تیر و ستون عملاً کوچک است و برای مقاصد مقاومت در مقابل نیروهای جانبی نمیتواند مورد استفاده قرار گیرد. لیکن در این حالت میتوان تیرها را به صورت سراسری تحلیل نمود (به صورت حدی یا الاستیک با باز توزیع) و از مزایای آن استفاده کرد.
فهرست مطالب نشریه شماره ۱۶۹
عبارت سازه فولادی هر کجا در نشریه شماره ۱۶۹ به کار میرود، شامل برخی از ردیفهای زیر است مگر اینکه به نحو دیگری در قرارداد ذکر شود. این نشریه در قالب سیزده فصل و ۲۳۲ صفحه تهیه و تنظیم شده است.
قابها و سایر سازهها
- پایداری قاب
اعضای کششی
- مقاومت کششی طرح
- اعضای ساخته شده از چند نیمرخ
- تسمههای با عرض ثابت و اتصالات لولایی با پین و تسمههای سر پهن
ستونها و سایر اعضای فشاری
- طول موثر و محدودیتهای لاغری
- مقاومت فشاری طرح
- مقاومت فشاری طرح برای کمانش خمشی – پیچشی
تیرها و سایر اعضای خمشی
- طراحی برای خمش
- طراحی برای برش
تیر ورقها
- محدودیتهای لاغری جان
- مقاومت برشی طرح بدون توجه به عمل میدان کشش
- مقاومت برشی طرح با توجه به عمل میدان کشش
- اندر کنش نیروی برشی و لنگر خمشی
ترکیب نیروها
- اعضا با نیمرخ های متقارن تحت اثر توام خمش و نیروی محوری
- اعضای با نیمرخ نامتقارن و اعضایی که تحت اثر پیچشی یا ترکیب
اعضای مختلط
- اعضای فشاری
- ترکیب فشار و خمش
- اتصالات برشگیر
اتصالها و وسایل اتصال
- اتصالات جوشی
- پیچها، قطعات حدیده شده و پرچها
- مقاومت گسیختگی
- کف ستونها و اتکا روی بتن
نیروهای متمرکز، آب انباشتگی و خستگی
- اثر نیروهای متمرکز بر جان و بال اعضا
- آب انباشتگی
- خستگی
ملاحظات طراحی برای حالت حدی بهرهبرداری
- انبساط و انقباض
- تغییر شکل، ارتعاش و انتقال جانبی
- لغزش در اتصال