دانلود کامل ترین جزوه طراحی ستون بتن آرمه

جزوه رنگی و تایپ شده طراحی ستون بتن آرمه

دانلود فایل

 

داﻧﺸﻜﺪه ﻋﻤﺮان پیام نور علمی کاربردی دانشگاه سراسری کاردانی کارشناسی ارشد مهندس ابراهیم فدایی

 

 

 

 

 

 

 

 

ستون‌ها معمولاً بسته به ‌‌‌‌/–:() ‌‌:

: بیشتر ساختمان های بتنی به عنوان سازه های مهاربندی شده طراحی می شوند. سازه های بدون مهار نادر هستند و تنها در صورت نیاز به فضای کف بدون وقفه مورد استفاده قرار می گیرند.

بارها / اقدامات روی ستون ها
تاثیرات اصلی بر روی ستون ها نیروی محوری فشاری، لنگر خمشی و نیروی برشی است. در طراحی دستی ستون های بتن آرمه می توان نیروی محوری طراحی را با استفاده از روش ناحیه شاخه ای یا با جمع بندی واکنش های تکیه گاه از تیرهای تکیه گاه ستون به دست آورد. وزن خود ستون باید در محاسبه نیروی محوری طراحی لحاظ شود.

در روش ناحیه شاخه ای، پانل های کف که توسط ستون ها حمایت می شوند به قسمت های مساوی تقسیم می شوند و بار از هر قسمت به نزدیک ترین ستون منتقل می شود. فرآیند در شکل 2 نشان داده شده است.

جای خالی
شکل 2: روش ناحیه فرعی برای تحلیل بار ستون
برای تجزیه و تحلیل دستی ممان طراحی ستون، می توان از جزوه طراحی ستون بتن آرمه های فرعی برای به دست آوردن حداکثر ممان طراحی استفاده کرد (شکل 3 را ببینید). توصیه این است که تیرهای مجاور را کاملاً ثابت در نظر بگیرید، در حالی که سفتی آنها را به نصف کاهش دهید، زیرا در نظر گرفتن تمام انتهای آن کاملاً ثابت در نظر گرفتن سختی تیرها بیش از حد برآورد می شود. (جزئیات این را می توان در رینولدز و استیدمن، 2005، جدول 1 ، و رینولدز، استیدمن، و ترلفال، 2008، جدول 2.57 یافت).

قاب های فرعی در طراحی ستون های بتن آرمه
شکل 3: آرایش فرعی در طراحی ستون ها
باریکی در طراحی ستون های بتنی مسلح
بند 5.8.2 از EN 1-1-1992 به اعضا و سازه هایی می پردازد که در آنها رفتار سازه به طور قابل توجهی تحت تأثیر اثرات مرتبه دوم (مانند ستون ها، دیوارها، شمع ها، قوس ها و پوسته ها) قرار می گیرد. اثرات درجه دوم جهانی بیشتر در سازه هایی با سیستم مهاربندی انعطاف پذیر رخ می دهد.

طراحی ستون در EC2 عموماً شامل تعیین نسبت باریکی (λ) عضو و بررسی اینکه آیا زیر یا بالاتر از مقدار بحرانی λ lim قرار دارد، می باشد. اگر نسبت باریکی ستون کمتر از λ lim باشد، می‌توان آن را به سادگی طراحی کرد تا در برابر عمل محوری و گشتاور حاصل از تحلیل الاستیک مقاومت کند، اما شامل تأثیر نواقص هندسی نیز می‌شود. اینها اثرات مرتبه اول نامیده می شوند. با این حال، زمانی که باریکی ستون از مقدار بحرانی فراتر رود، گشتاورهای اضافی (درجه دوم) جزوه طراحی ستون بتن آرمه از تغییر شکل‌های ساختاری ممکن است رخ دهد و همچنین باید در نظر گرفته شود.

 

بنابراین به طور کلی، اگر باریکی λ کمتر از مقدار معینی λ lim باشد، ممکن است اثرات مرتبه دوم نادیده گرفته شوند .

λ lim = (20.ABC)/√n ——- (1)

جایی که:
A = 1/(1 + 0.2φ ef ) (اگر φ ef شناخته شده نیست، A = 0.7 ممکن است استفاده شود)
B = 1+ 2ω (اگر ω شناخته شده نیست، B = 1.1 ممکن است استفاده شود)
C = 1.7 – r m (اگر rm مشخص نیست، C = 0.7 ممکن است استفاده شود)

جایی که؛

ϕ ef = نسبت خزش موثر (0.7 ممکن است استفاده شود)
ω = A s f yd / (A c f cd ); نسبت تقویت مکانیکی؛
A s مساحت کل آرماتورهای طولی
n = N Ed / (A c f cd ) است. نیروی نرمال نسبی
rm = M 01 / M 02 ; نسبت ممان
M 01 , M 02 ممان پایانی مرتبه اول هستند، |M 02 | ≥ |M 01 |

اگر لحظه های پایانی M 01 و M 02 کشش را در یک سمت ایجاد کنند، rm باید مثبت (یعنی C ≤ 1.7) و در غیر این صورت منفی (یعنی C> 1.7) در نظر گرفته شود. برای اعضای مهاربندی شده که در آن‌ها ممان‌های مرتبه اول فقط از نقص یا بارگذاری عرضی ناشی می‌شوند یا عمدتاً به‌دلیل آن هستند، rm باید 1.0 در نظر گرفته شود (یعنی C = 0.7):

همچنین، بند 5.8.3.1(2) EC2 می گوید که برای خمش دو محوره، معیار باریکی ممکن است به طور جداگانه برای هر جهت بررسی شود. بسته به نتیجه این بررسی، اثرات مرتبه دوم (الف) ممکن است در هر دو جهت نادیده گرفته شود، (ب) باید در یک جهت در نظر گرفته شود، یا (ج) باید در هر دو جهت در نظر گرفته شود.

لاغری اعضای منزوی
طبق بند 5.8.3.2 EC2، نسبت باریکی یک عضو جدا شده به صورت زیر تعریف می شود:

λ = l 0 /i —— (2)

که در آن:
l 0 طول موثر
i شعاع چرخش بخش بتنی ترک نخورده است (i = h/√12 جزوه طراحی ستون بتن آرمه مقاطع مستطیلی)

طول موثر اعضای جدا شده
از شکل 5.7 EC2، نمونه هایی از طول موثر برای اعضای ایزوله با سطح مقطع ثابت همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، ارائه شده است.

جای خالی
شکل 4: طول موثر اعضای جدا شده (شکل 5.7 EC2)
با این حال، برای اعضای فشاری در قاب های مهاربندی شده معمولی، معیار باریکی باید با طول موثر l 0 به روش زیر بررسی شود:

l 0 = 0.5L √[(1 + k 1 / ( 0.45 + k 1 )) × (1 + k 2 / ( 0.45 + k 2 ))] ——- (3)

جایی که؛
k 1 , k 2 انعطاف پذیری نسبی مهارهای چرخشی به ترتیب در انتهای 1 و 2 هستند.
L ارتفاع واضح ستون بین مهارهای انتهایی است.
k = 0 حد تئوری برای مهار چرخشی صلب است و k = ∞ نشان دهنده حدی است که اصلاً محدودیت وجود ندارد. از آنجایی که مهار کاملاً صلب در عمل نادر است، حداقل مقدار 0.1 برای k 1 و k 2 توصیه می شود .

طبق جدول 4.15 رینولدز، استیدمن و ترلفال (2008)،

در معادلات فوق، k 1 و k 2 به ترتیب انعطاف پذیری های نسبی مهار چرخشی در گره های I و 2 هستند. اگر سختی ستون های مجاور به طور قابل توجهی تغییر نکند (مثلاً اختلاف بیش از 15٪ مقدار بالاتر نباشد)، انعطاف نسبی ممکن است به عنوان سختی ستون مورد نظر تقسیم بر مجموع سختی تیرها در نظر گرفته شود (یا برای ستون انتهایی، سفتی تیر) در صفحه خمش مناسب به ستون متصل می شود. در غیر این صورت، سختی موثر ستون باید به عنوان مجموع سختی ستون های بالا و پایین گره در نظر گرفته شود.

سفتی یک عضو 4EI/L برای اعضای ثابت در انتهای راه دور و 3EI/L برای اعضایی است که در انتهای راه دور سنجاق شده اند، جایی که I دومین لحظه سطح مقطع است که امکان ایجاد ترک را فراهم می کند (برای تیرها، 50٪ از مقدار برای بخش بدون ترک می تواند جزوه طراحی ستون بتن آرمه  شود)، و L طول عضو است.

برای دال های تخت، سختی تیر باید بر اساس ابعاد نوار ستون باشد. در گره هایی که تیرها به صورت اسمی ساده تکیه گاه در نظر گرفته می شوند، و در پایه هایی که برای مقاومت در برابر گشتاورهای ستون طراحی نشده اند، k باید 10 در نظر گرفته شود.

روشهای تحلیل ستونهای بتن مسلح

با توجه به بند 5.8.5 (1)، روش های تجزیه و تحلیل شامل یک روش کلی، مبتنی بر تحلیل مرتبه دوم غیر خطی و دو روش ساده شده زیر است:

(الف) روش بر اساس سفتی اسمی
(ب) روش مبتنی بر انحنای اسمی

در این مقاله از روش انحنای اسمی استفاده شده است که عمدتاً برای اعضای ایزوله با نیروی نرمال ثابت مناسب است.

طراحی ممان خمشی ستون های بتن آرمه
بر اساس بند 5.8.8.2، لحظه طراحی عبارت است از:

M Ed = M 0Ed + M 2 —– (4)

که در آن:
M 0Ed لحظه مرتبه 1 است، از جمله اثر عیوب،
M 2 لحظه مرتبه 2 اسمی است.

حداکثر مقدار M Ed توسط توزیع های M 0Ed و M 2 داده می شود. دومی ممکن است به صورت سهمی یا سینوسی در طول موثر در نظر گرفته شود.

توجه: برای اعضای استاتیکی نامعین، M 0Ed برای شرایط مرزی واقعی تعیین می شود، در حالی که M 2 از طریق طول موثر به شرایط مرزی بستگی دارد.

با تفاوت ممان پایان مرتبه اول، M 01 و M 02 ممکن است با یک ممان پایان مرتبه اول معادل M 0e جایگزین شوند :

M 0e = 0.6M 02 + 0.4M 01 ≥ 0.4M 02 ——–(5)

اگر M 01 و M 02 در یک طرف کشش داشته باشند باید علامت جزوه طراحی ستون بتن آرمه داشته باشند، در غیر این صورت علائم مخالف. علاوه بر این، |M 02 | ≥ |M 01 |.

ممان مرتبه دوم اسمی M 2 در بیان (4) است.

که در آن:
N Ed مقدار طراحی نیروی محوری است
e 2 انحراف = (1/r) l 0 2 /c است

1/r انحنای است
l 0 طول موثر
c عاملی است بسته به توزیع انحنا

برای مقطع ثابت، معمولاً از c = 10 (≈ π 2 ) استفاده جزوه تکنولوژی بتن و مصالح ساختمانی . اگر ممان مرتبه اول ثابت است، مقدار کمتری باید در نظر گرفته شود (8 حد پایین تر است، مربوط به ممان کل ثابت).

مراحل طراحی ساده زمانی که λ < λ lim (آریا، 2009)
با توجه به بند 5.8.3.1 EC2، اگر باریکی λ کمتر از λ lim باشد، ستون باید برای بار محوری اعمال شده، N Ed ، و لحظه به دلیل اثرات مرتبه اول، M Ed ، به صورت عددی طراحی شود. برابر با مجموع گشتاور انتهایی الاستیک بزرگتر، M 02 ، به اضافه هر گشتاور ناشی از نقص هندسی، N Ed .e i ، به صورت زیر:

M Ed = M 02 + N Ed .e i ——— (7)

Where;
e i نقص هندسی است = (θ i l 0/2 )
θ i زاویه شیب است و می تواند برای ستون های مهاربندی ایزوله 1/200 و l 0 طول موثر است (بند 5.2(7)).

طبق بند 6.1(4) حداقل خروج از مرکز طراحی، e 0 ، h/30 است اما کمتر از 20 میلی متر نیست که h عمق مقطع است.

هنگامی که N Ed و M Ed تعیین شدند، مساحت فولاد طولی را می توان با سازگاری کرنش با استفاده از یک روش تکراری محاسبه کرد. با این حال، این رویکرد ممکن است برای طراحی روزمره عملی نباشد و بنابراین مرکز بتن یک سری نمودار طراحی تولید کرده است. مشابه موارد موجود در BS 8110:Part 3 که می توان از آن برای تعیین مساحت فولاد طولی استفاده کرد.

انحنا
طبق بند 5.8.8.3 EC2، برای اعضای با مقطع جزوه طراحی ستون بتن آرمه ثابت (از جمله آرماتور)، رابطه زیر ممکن است استفاده شود:

1/r = K r .K ϕ .1/r 0 ———(8)

که در آن :
K r یک ضریب تصحیح بسته به بار محوری است .
_ _ _ _ _ _ _ مدول الاستیک فولاد = 200 kN/mm 2

 

با این حال، اگر تمام آرماتورها در طرف مقابل متمرکز نباشد، اما بخشی از آن به موازات صفحه خمش توزیع شود، d به صورت تعریف می شود.

d = (h/2) + i s ——— (9)

جایی که i s شعاع چرخش کل ناحیه تقویت کننده است.

K r = (n u – n) / (n u – n bal ) ≤ 1 ——— (10)

که در آن: n =
N Ed / (A c f cd )، نیروی محوری نسبی
N Ed مقدار طراحی نیروی محوری است . مقدار 0.4 ممکن است استفاده شود ω = A s f yd /(A c f cd )

 

A s مساحت کل آرماتور
A c مساحت سطح مقطع بتن است

اثر خزش باید با عامل زیر در نظر گرفته شود:

K φ = 1 + βφ ef ≥ 1.0

که در آن:
ϕ ef نسبت خزش موثر
β = 0.35 + f ck /200 – λ/150
λ نسبت باریکی است.

مراحل طراحی ساده شده ستون ها زمانی که λ > λ lim (آریا، 2009)
وقتی λ > λ lim ، شرایط بحرانی ممکن است در بالا، جزوه طراحی ستون بتن آرمه یا پایین ستون رخ دهد. مقادیر لحظه های طراحی در این موقعیت ها به ترتیب عبارتند از

های باریکی دو شرط زیر را برآورده می کنند، بررسی بیشتری لازم نیست

λ y / λ z ≤ 2.0 و λ z / λ y ≤ 2.0 ——–(12)

و اگر خروج از مرکز نسبی e y /h و e z /b یکی از شرایط زیر را برآورده کند:

(e y /h eq )/(e z /b eq ) ≤ 0.2 یا (e z /b eq )/(e y /h eq ) ≤ 0.2 ——— (13)

جایی که:

b ، h عرض و عمق بخش
b eq = i y است.√12 و h eq = i z . محور y و z به ترتیب i y , i z شعاع چرخش با توجه به محور y و z هستند e z = M Ed,y /N Ed ; خروج از مرکز در امتداد محور z e y = M Ed,z /N Ed ; خروج از مرکز در امتداد محور y

 

M Ed، y لحظه طراحی در مورد محور y است، از جمله ممان مرتبه دوم
M Ed، z لحظه طراحی در مورد محور z است، از جمله گشتاور مرتبه دوم
N Ed مقدار طراحی بار محوری در ترکیب بار مربوطه است.

اگر شرط بیان (12 و 13) برآورده نشود، خمش دو محوری باید از جمله اثرات مرتبه دوم در هر جهت در نظر گرفته شود (مگر اینکه ممکن است طبق بندهای 5.8.() ). (/) + (/) ≤ ——–()

:
: = : “” /= + :
= = = ؛
= – : = = – – : = = – = () ()
; = = = /√= /√= = /=