دیافراگم و بارهای غیر عادی در ساختمان های بتن مسلح

25 اکتبر , 2018

۰ زمان تقریبی مطالعه 4 دقیقه

قسمت1: دیافراگم در ساختمان های بتنی

دیافراگم

یک پیش شرط لازم برای طراحی مناسب یک ساختمان اتصال تمامی مولفه های سیستم های باربر جانبی توسط سطحی نسبتا صلب می باشد. این مهم توسط سیستم های کف یا سقف که دارای سختی درون صفحه ای بالایی می باشند، حاصل می شود. بنابراین، المان های عمودی همچون دیوار ها و قاب ها مسبب مقاومت جانبی کلی متناسب با سختی خود می شوند.

بنابراین عملکرد یک کف یا سقف، که به عنوان دیافراگم عمل می کند، انتقال نیروی های اینرسی به وجود آمده توسط شتاب زلزله جرم کف در یک کف مشخص به تمامی المان های سیستم باربرجانبی می باشد. به عنوان پاسخ به الزامات معماری در تراز های مشخص، به ویژه در طبقات پایین تر، نیروهای افقی با مقدار بالایی از یک المان مانند قاب یا دیوار برشی، به المان دیگر همچون دیوار ها، که معمولا سخت تر است، انتقال می یابد. این عملکرد نیروهای برشی و لنگر های خمشی چشمگیری را در درون دیافراگم ها، به ویژه در پلان های کف طویل یا منقطع ایجاد می کند.گوشه های مقعر(فروگوشه)، باعث ایجاد تمرکز تنش شده و ممکن است منجر به آسیب های زود هنگام شود. وقتی چنین پیکره هایی الزام پیدا می کند، ترجیح بر آن است که انقطاع سازه ای به وجود بیاید. این مسئله ممکن است منجر به به وجود آمدن پلان های ساده، فشرده و مستقل شود. فواصلی که سازه های مجاور را جدا می سازد می بایست به اندازه کافی بزرگ باشد تا به دلیلی جنبش نسبی غیر هم فاز سازه های مستقل در حین رخداد یک زلزله اصلی، عملکرد چکشی سازه های مجاور رخ ندهد. باید اجازه تغییر شکل های غیر الاستیک، منتج شده از پاسخ شکل پذیر دینامیکی داده شود. می بایست ذکر شود، در صورتی که بازشو ها به صورت چشمگیری توانایی دیافراگم را برای مقاومتدر برابر خمش و برش درون صفحه کاهش دهد، ممکن است عملکرد دیافراگمی به مخاطره بیافتد. مثالی از آن در شکل 1 مشاهده می شود.

دیافراگم بتنی شکل1- دیافراگم ها همراه با بازشو

سطوح کف و سقف در نقش خود به عنوان دیافراگم به عنوان تیرهایی افقی که بین نقاط تکیه گاهی جانبی امتداد یافته اند عمل می کنند و به صورت کارامدی المان های تیر های محیطی را به عنوان یال ها یا بال های فوقانی و تحتانی درگیر می کند. در این حالت، لنگر خمشی به صورت کوپل کششی و فشاری در نظر گرفته شده که توسط تیر ها مقاومت شده و برش توسط سطح دیافراگم مقاومت می شود. در صورت عدم حضور چنین المان های بالی برای مقاومت در برابر کوپل خمشی، دیافراگم می بایست به صورت یک صفحه عمیق که در برابر هر دو لنگر خمشی و نیروی برشی مقاومت می کند، عمل کند. هر یک از دو نوع رفتار دیافراگمی نیازمند انتقال موثر خمش و برش می باشد که دقت در طراحی جزییات اتصال بین دیافراگم و سیستم های تکیه گاه جانبی را مطالبه می نماید.

قسمت 2: بارهای غیر عادی در سازه های بتنی

نیروهای خود کرنشی

سازه های مقید که تغییرات ابعادی را تجربه می کنند، نیروهای خود کرنشی (self strining forces) را به وجود می آورند. مثال ها شامل ممان ها در قابهای خمشی که در معرض نشست تفاضلی شالوده و برش هایی در دیوار های برشی که دال های بتنی را که منقبض می شوند مهار می کنند، قرار می گیرند. در صورتی که تمهیداتی برای نیروهای خود کرنشی اتخاذ نشود، تنش های به وجود آمده در المان های سازه ای، به تنهایی و یا در ترکیب با تنش های ناشی از بار های خارجی، می توانند به اندازه ای زیاد باشند که باعث ضعف و ناتوانی در سازه شوند.

عموما، مقدار نیرو های خود کرنشی را می توان توسط تحلیل جمع شدگی مورد انتظار، نوسانات حرارتی، تغییر مکان های شالوده و غیره پیش بینی نمود. اگر چه که محاسبه مقاأیر نیروهای خودکرنشی همواره مرسوم نیست. بنابراین، بهتر است برای کمینه کردن آثار نیرو های خود کرنشی تمهیداتی همچون مفاصل جانشین، سیستم های قاب بندی مناسب و یا جزییات دیگری در برابر نیرو های خود کرنشی به وجود آورد.

بارهای غیر عادی

توسط تصادف، کاربرد غلط، تخریب و یا خرابکاری، سازه هایی که به طور مناسبی طراحی شده اند ممکن است در معرض حالاتی قرار بگیرند که ممکن است منجر به فروریزش موضعی و یا کلی شود. به طور معمول برای یک سازه مرسوم نیست که برای فروریزش کلی به وجود آمده از عدم استفاده مناسب از قسمت بزرگی از سیستم و یا بارهای غیر عادی شدید که به صورت مستقیم بر روی قسمت بزرگی از ساختمان عمل می کند، طراحی شود. اگرچه، اقدامات احتیاطی در طراحی یک سازه برای محدود ساختن اثار فروریزش موضعی و ممانعت و یا کمینه کردن خرابی پیش رونده می توان اتخاذ کرد. خرابی پیش رونده به صورت گسترش خرابی موضعی اولیه از یک المان به المان دیگر که در نهایت منجر به فروریزش کل سازه و یا قسمت بسیار بزرگی از سازه که مقدار آن با خرابی اولیه هیچ تناسبی ندارد، اطلاق می شود. به این دلیل که تصادفات، عدم استفاده مناسب و خرابکاری اتفاقاتی غیر قابل پیش بینی هستند، نمی توان ان ها را دقیقا تعیین نمود. به طور مشابه، یکپارچگی کلی سازه خصوصیتی است که نمی توان آن را در یک عنوان ساده تعریف نمود.

شکل 2-خرابی پیش رونده

علاوه بر سو استفاده غیر عمدی و یا عمدی، برخی حوادث که ممکن است ایجاد فروریزش موضعی را به وجود آورد عبارتند از انفجار در اثر اشتعال گاز یا میعانات صنعتی؛ شکست دیگ بخار؛ اصابت شدید وسائل نقلیه، اصابت شدید سقوط اجسام؛ اثرات خاکبرداری سازه مجاور؛ ایرادات فاحش عملیات ساخت؛ باد های بسیار شدید همچون گردباد ها؛ و خرابکاری.

عموما، چنین اتفاقات غیر عادی قسمتی از ملاحظات یک طراحی عادی نیستند.