دیافراگم
دیافراگم‌ها، کف‌های سازه‌ای هستند که بارهای ثقلی را تحمل و وظیفه انتقال نیروهای جانبی از کف‌ها را به سیستم قائم باربر جانبی بر عهده دارند. این دیافراگم‌ها باید در برابر تغییرشکل‌های افقی که در آنها ایجاد میشود، مقاومت و سختی کافی را دارا باشند. به صورت عمومی به شکل تیر عمیق یا خرپا هستند.
وظایف اصلی دیافراگم
- انتقال نیروهای جانبی اینرسی به اعضای قائم سیستم باربر جانبی
- مقاومت در برابر بارهای قائم
- فراهم آوردن تکیه گاه جانبی برای اعضای قائم باربر جانبی
- انتقال نیروها از داخل دیافراگم
- انتقال نیروها از داخل دیافراگم
- مقاومت در برابر نیروهای برون صفحه توسط اتصالات دیافراگم به دیوار
- تکیه گاه برای بار خاك زیر تراز
- مقاومت در برابر فشار ناشی از ستون‌های مایل و خارج از محور
- باز توزیع نیروهای ناشی از پیچش
- باز توزیع نیروها در اطراف بازشو
اجزای دیافراگم
- کف (Deck)
- تیر لبه‌ای (یال) (Chord)
- جمع کننده (Collector)
- توزیع کننده (Distributor)
- برشگیر و یا آرماتور اصطکاك (Shear Stud or Shear Friction)
- اتصالات (Connection)
جمع کننده
در مواردی که المان‌های قائم سیستم باربرجانبی در تمام طول دیافراگم وجود ندارند (به طور مثال تیرهایی که بخشی از قاب مهاربندی یا خمشی هستند، در تمام طول دیافراگم گسترش نیافته باشند)، اعضای قاب در امتداد خط قاب، عملکرد جمع آوری برش‌های دیافراگم و رساندن این نیروها به قاب را دارند.
طراحی
تیر لبه‌ای
این اجزا، نیروهای کششی و فشاری ناشی از لنگر خمشی مدل تیر عمیق را جمع می‌کنند. به عبارتی بال‌های بالایی و پایینی تیر مدل سازی شده به عنوان یال‌ها (تیرهای لبه‌ای) شناخته می‌شوند. دیافراگم معمولاً چند دهانه را در بر می‌گیرد، اعضای تیر لبه‌ای از طریق اتصالات باید به یک دیگر بسته شوند. این موضوع منجر به یک جزء نیروی محوری از طریق اتصال میشود که باید در نظر گرفته شود.
طراحی
توزیع کننده
یک جمع کننده، المانی است که نیروی توزیع شده از دیافراگم را می‌گیرد و به یک المان قائم می‌رساند، در حالی که یک توزیع کننده نیرو را از المان قائم می‌گیرد و در دیافراگم توزیع می‌کند.
نیروی عضوهای جمع کننده از طریق اتصال آنها به ستون به یکدیگر منتقل میشود. بنابراین باید در طراحی اتصالات آنها نیروی محوری لحاظ شود. نیروهای محوری باید در طراحی اتصالات تیرهای لبه‌ای نیز در نظر گرفته شود. بنابراین اتصالات، نقش مهمی را در انتقال نیروهای دیافراگم ایفا می‌کنند.
مسیر بار لرزهای
تمام جرم‌ها در سازه باید به شکل مناسبی اتصال داشته باشند. مقدار نیرو اتصال به پارامترهای متعددی مانند حرکت زمین، جرم المان و خصوصیات دینامیکی ساختمان بستگی دارد. دیافراگم‌ها به صورت معمول بیشترین جرم ساختمان را در بر می‌گیرند.
پاسخ دینامیکی سازه و نقش دیافراگم
با توجه به مطالعات پایه‌ای دینامیک سازه‌ها، پاسخ دینامیکی شتاب تحت اثر جنبش زمین با زمان تغییر کرده و مقدار حداکثر، تابعی از پریود ارتعاش سازه در مقایسه با محتوای فرکانسی جنبش ورودی خواهد بود. طیف پاسخ طراحی، این وابستگی به زمان تناوب را نشان می‌دهد. برابری فرکانس بارگذاری و سازه موجب به وجود آمدن پدیده تشدید یا رزونانس میشود و موجب میشود مقادیر پاسخ سازه به بیشترین میزان خود برسد.
به دلیل پاسخ مودهای بالاتر، طبقات مختلف، تاریخچه شتاب متفاوتی را دنبال می‌کنند. هر طبقه باید برای مقاومت در برابر نیروی اینرسی مربوط به حداکثر پاسخ شتاب آن طبقه طراحی شود. اما این امر برای طراحی المان‌های قائم سیستم باربر لرزهای برای مجموع همه حداکثرهای (پیک‌های) منحصر به فرد، بیش از حد محافظه کارانه خواهد بود، چرا که هر طبقه، در زمان متفاوتی در طول پاسخ دینامیکی به پاسخ حداکثر خود می‌رسد.
تعاریف دسته بندی دیافراگم
دیافراگم صلب
فرض میشود دیافراگم در مقایسه با المان‌های قائم سیستم مقاوم جانبی لرزهای بی نهایت صلب باشد. توزیع نیروهای جانبی بر مبنای سختی نسبی المان‌های قائم است. اختلاف‌های بین مرکز جرم و سختی منجر به پیچش پلان میشود که بین المان‌های قائم توزیع میشود.
این فرض متداول‌ترین رویکرد مدلسازی دیافراگم‌های بتنی و بتن روی عرشه‌ی فولادی است. به طور گسترده در نرم افزارهای تحلیل سازه‌ای تجاری موجود برایساختمان‌ها استفاده میشود.
دیافراگم نیمه صلب
در مدل تحلیلی، سختی دیافراگم محدود گنجانده شده است. سختی برمبنای ضخامت، ابعاد و مشخصات مصالح دیافراگم محاسبه میشود.
واقعی‌ترین مدل، اما برای به کار بردن(اعمال)، زمان بر تر و دشوارتر. موجود در بعضی نرم افزارهای تحلیل سازه‌ای سه بعدی. باید به منظور مدل کردن دیافراگم‌ها در آثار backstay مورد استفاده قرار گیرد.
دیافراگم انعطاف پذیر
فرض میشود دیافراگم در مقایسه با المان‌های قائم سیستم مقاوم جانبی لرزهای بی نهایت انعطاف پذیر باشد. دهانه‌های دیافراگم دهانه‌های ساده‌ی برشی در نظر گرفته می‌شوند و توزیع نیروهای جانبی بین المان‌های قائم بر مبنای جرم مربوطه است.
عموماً برای دیافراگم بتن و بتن روی عرشه‌ی فولادی کاربردی نیست. به طور متداول برای دیافراگم‌های چوبی و عرشه‌های فولادی بدون رویه‌ی (بتنی) مورد استفاده قرار می‌گیرند. عموماً به جای نرم افزارهای تحلیل سازه‌ای با محاسبات دستی یا صفحه گسترده (مثل اکسل) استفاده می‌شوند.
تاثیر دسته بندی دیافراگم در تحلیل
در سازه‌های دارای دیافراگم انعطاف پذیر، نیازی به در نظر گرفتن اثر لنگرهای پیچشی ساختمان نیست و توزیع نیروی برشی زلزله بین اجزای مقاوم بر اساس موقعیت و جرم سهمیه این اجزا انجام میشود. یک دیافراگم صلب، تغییر شکل‌های درون صفحه‌ای کمتری (نسبت به دیوارها و قاب‌ها) متحمل می‌شوند). پاسخ پیچشی می‌تواند تغییرمکان‌های بعضی لبه‌های دیافراگم صلب را بزرگ‌تر کند.
نیروهای حداقل و حداکثر دیافراگم طبقه
حداقل نیروی دیافراگم، برای در نظر گرفتن پاسخ‌ها ناشی از اثرات مودهای بالاتر در نظر گرفته شده است. حداکثر نیروی دیافراگم نیز برای جلوگیری از تقاضای کم R بیش از حد محافظه کارانه بر دیافراگم با مقادیر است.
موارد اثرگذار در تعیین نیروهای طراحی دیافراگم (ناپیوستگی سیستم قائم)
اگر دیافراگم به عنوان المانی صلب در تحلیل کامپیوتری ساختمان مدل شود،یک انتقال نیروی بزرگ غیر واقعی ممکن است در سطوح ناپیوستگی محاسبه شود. در چنین موقعیت‌هایی و گاهی برای یک تا چند طبقه زیر ناپیوستگی، مدل سازی انعطاف پذیری دیافراگم می‌تواند تخمین واقعی‌تری از نیروهای طراحی در دیافراگم‌ها و المان‌های قائم ارائه دهد.
رمپ‌های شیب‌دار می‌توانند به عنوان مهاربندهای قطری در نظر گرفته نشده عمل کنند که موجب نیروی محوری قابل توجهی در دیافراگم می‌شوند.
