سیستم سازه ای بتنی قاب-دال تخت

سیستم های سازهای ساختمان‌های بتن مسلح

سیستم های سازه ای بتن مسلح مطابق با شکل زیر دسته بندی شده و ارتفاع نظیر هر دسته در این شکل مشخص شده است.

شکل1- طبقه بندی های سیستم های سازه ای ساخمان های بتن مسلح

سیستم قاب-دال تخت

شاید یکی از ساده‌ترین تکنیک‌های قاب بندی برای یک ساختمان بتنی متشکل از دال دو طرفه که مستقیما در ستون ها بدون تیر مهار شده است، باشد. این سیستم که به آن قاب و دال تخت(دال-قاب تخت) اطلاق می شود، دارای جزییات دقیق برای ساختمانهای درجه بندی شده در SDC های بالا می باشد، اگرچه که برای ساختمان های اختصاص یافته با SDC (درجه بندی) A، Bبدون محدودیت های اعمال شده بر روی ارتفاع، طراحی می شوند. اگرچه که، الزامات مورد نیاز کنترل  رانش(drift) ساختمان مطابق با شکل 1، ارتفاع بهینه ساختمان نظیر ار از نقطه نظر اقتصادی را به  10 طبقه محدود می کند.

فرض بر آن است که الزامات غیر شکل پذیر در 20 فصل اول آیین نامه انجمن بتن آمریکا ACI 318-05/08 شکل پذیری اسمی و مقاومت کافی را برای ساختمان های تخصیص یافته در درجه بندی A یا B فراهم می آورد. اگرچه که، برای درجه بندی لرزه ای بالاتر (SDC های بالاتر) ، تمرکز تنش در اثر سازگاری جابه‌جایی‌ها که در شکل 2 نشان داده شده است، در تعبیه ارماتور های باعث ایجاد مشکلاتی می شود. بنابراین آن ها به ندرت در مناطق با لرزه خیزی بالا استفاده می شوند.

شکل2- پاسخ  قاب و دال تخت به بار های جانبی، جابه‌جایی تغییر مکان های بین دال و دیوار

واژگان تیر و دال بیان گر آن است که دال تخت به عنوان تیر عمل می کند، و با توسعه لنگر های خمشی و نیرو های برشی به بار های لرزه ای پاسخ می دهد. قاب بندی های مبتنی بر سقف معمولا از سیستم دو طرفه همچون صفحه تخت، دال تخت و یا دال مشبک بهره می برد(شکل3). دال تخت دارای سر ستون ها، قاب های آویز و یا هر دو می باشد. هدف فراهم کردن این المان ها افزایش مقاومت برشی و خمشی سیستم در محل قرارگیری ستون ها که برش و خمشی دارای مقادیری بیشتری است، می باشد. قاب آویز(drop panel) به عنوان بخشی از دال در نظر گرفته می شود و طراحی آن بخشی از طراحی دال می باشد، در صورتی که سر ستون به عنوان بخشی از ستون فرض می شود و طراحی آن به عنوان بخشی از طراحی ستون در نظر گرفته می شود. 

شکل3-سیستم های سقف مرسوم برای سیستم قاب و دال تخت. a- صفحه تخت b- دال تخت همراه با قاب آویز c-سیستم دال مشبک دو طرفه

دال مشبک(وافل) متشکل از دو ردیف متعامد از تیرچه هاست که معمولا توسط گنبد های مربعی قالب بندی می شود. گنبد های قالب با هدف افزایش ظرفیت خمشی و برشی دال، حول ستون ها حذف می شوند. هر یک از این سه سیستم ممکن است در ساختمان های درجه بندی شده در کلاس های A یا B به عنوان بخش یکپارچه ای از سیستم باربر جانبی استفاده شود. 

سیستم دال دارای دو عملکرد مجزا برای مقاومت در برابر بار های جانبی می باشد. اول آن که به دلیل سختی درون صفحه بالای خود، بارهای جانبی را به المان های متفاوت عمودی به نسبت سختی آن ها، توزیع می کند. دوم آن که، به دلیلی سختی فوق العاده خارج از صفحه خود، جابه‌‌جایی و دوران عمودی ستون ها و دیوار ها را به گونه ای که گویا که آن ها توسط یک تیر عریض و کم عمق به یکدیگر متصل باشند، محدود می سازد. 

مفهوم عرض موثر می تواند برای تعیین عرض متناظر دال و تیر عریض استفاده شود. اگرچه که از لحاظ فیزیکی تیری بین ستون ها وجود ندارد، برای اهداف تحلیلی، عرض مشخصی از دال ممکن است به صورت تیری که بین ستون های قاب بندی شده است، در نظر گرفته شود. عرض موثر وابسته به پارامتر های متفاوتی همچون تناسب ابعادی ستون ها، فاصله بین ستون ها ، ضخامت دال و … می باشد. پژوهش ها حاکی از آن است وابسته به پارمتر های اشاره شده در قسمت فوق مقادیر کمتر، برابر و یا بزرگتر از عرض کامل(full width) همگی دارای اعتبار هستند. مطابق با نشریه(آیین نامه) انجمن بتن آمریکا ACI 318-08، مجاز است که تا از عرض کامل دال بین خطوط مرکزی قاب های مجاور برای هر دو تحلیل ثقلی و جانبی استفاده شود با این شرط که در تعیین سختی اعضا قاب اثرات ترک خوردگی دال مد نظر قرار بگیرد. استفاده از عرض کامل می بایست صراحتا برای تحلیل ثقلی و به صورت ضمنی(تلویحی)(به این دلیل که صراحتا ممنوع نشده است) برای بار های جانبی استفاده شود. اگرچه که مهندسین عموما موافقند که استفاده از عرض کامل برای تحلیل جانبی، غیر محافظه کارانه است. این مسئله منجر به دست بالا گرفتن سختی ستون شده، و خطاهای موجود در توزیع لنگر های در اثر بارهای جانبی را افزایش می دهد.

یکی از نگرانی های موجود در طراحی قاب و دال تخت مسئله تمرکز تنش برشی در محل اتصال ستون و دال است. ارماتور های برشی برای ارتقا رفتار اتصال و زوال زود هنگام سختی در اثر بارگذاری تناوبی جانبی، امری واجب به شمار می رود. این مهم یکی از اصلی ترین دلایل است که سیستم های دال دو طرفه مطابق با ACI در مناطق با خطر لرزه ای بالا(زون های 3 و 4 مطابق با UBC) و یا ساختمان های اختصاص یافته با SDC (درجه بندی)  C، D، E و یا Fمجاز نیست. استفاده از آن ها در مناطق با خطر لرزه ای متوسط (زون های 3 و 4 UBC) و یا ساختمان های اختصاص یافته با SDC (درجه بندی) َA، B  ، تحت الزامات خاصی که اساسا به تعبیه ارماتور ها در نوار ستونی(column strip) مرتبط است ،مجاز می باشد. 

به طور کل، برای تحلیل قاب و دال تخت تحت بار جانبی، مدل تحلیلی ممکن است بر اساس هر روشی باشد که آن روش ثابت کند که می تواند معادلات تعادل و سازگاری هندسی را اغنا کند و نتایج آن به طور منطقی منطبق با داده های آزمایشی باشد. روش های قابل قبول شامل مدل هایی است که بر اساس اجزاء محدود، عرض موثر تیر و قاب معادل باشد. مقادیر سختی برای اعضا قابی که در تحلیل استفاده می شود می بایست اثرات ترک خوردگی دال، پارامتر های هندسی، و تمرکز ارماتور ها را داشته باشد. سختی دال نه تنها موثر از ترک خوردگی است، بلکه بر مبنای سایر پارامتر ها همچون طول نسبی دهانه،  تمرکز ارماتور ها در عرض دال است. این تمرکز ارماتور ها منجر به افزایش سختی با جلوگیری از شکست زود هنگام و نرم شدگی در دال نزدیک به تکیه گاه های ستونی می شود. ملاحظات سختی در اثر این عوامل برای تحلیل در برابر بار جانبی بسیار مهم است، به این دلیل که جابه جایی جانبی می تواند به صورت چشمگیری لنگر های ستون را به ویژه در ساختمان های بلند تحت تاثیر قرار دهد.

ترک خوردگی منجر به کاهش سختی تیر ها و دال می شود. مقدار کاهش سختی تابعی از نوع سیستم دال و جزییات ارماتور بندی می شود. به طور مثال، دال های پس کشیده و دال های بتنی که مابین ستون های آن ها تیر تعبیه شده است سختی کمتری را نسبت به سیستم صفحه تخت متداول ، از دست می دهند. از آن جا که پیچیده است که اثر ترک خوردگی را بر روی سختی تعیین نمود، معمولا استفاده از مقادیر حد پایین کفایت می کند. به جز در اثر شرایط بسیار پیچیده، همچون زلزله طرح، از ¼ عرض کامل انتظار می رود تا حد پایین امنی را برای سختی فراهم سازد.  

 دپارتمان سازه سامانه کارگشا

مطلب مورد تایید انجمن (ICC(International code council می باشد.

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه در موارد ذیل ، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی سازه ثبت نمایید.