کمانش جانبي

نمونه تير لانه‌زنبوري، مطابق استاندارد ايران و با بودن ورق اضافي در جان و جوش تمام نفوذي تحت بار متمرکز در وسط دهانه، به روشني نشان داده شده است که در مورد تير لانه‌زنبوري در ناحيه برش ثابت ، در جان مقطع توپر تحت تاثير لنگر خمشي بزرگتر، يعني جان نزديکتر به وسط دهانه، اتفاق مي‌افتد. و با افزايش لنگر، مقاومت در مقابل کمانش جانبي – پيچشي جان کاهش مي‌يابد. در مورد تيرهاي کوتاه، ظرفيت باربري با وقوع کمانش جانبي – پيچشي تير محدود مي‌گردد. در مورد تيرهاي بلندتر گرچه پلاستيسته گسترده به علت تشکيل مکانيسم کلي و ويرندلي مشاهده مي‌گردد، معذلک به علت اثرات سخت‌شدگي تنجشي به خصوص در حالت مکانيسم ويرندلي، ظرفيت نهائي تير با بروز يکي از صورت‌هاي

کمانش کنترل مي‌گردد و در صورتيکه تير داراي تکيه‌گاههاي جانبي کامل باشد، کمانش جانبي – پيچشي جان ظرفيت نهائي تير را کنترل مي‌نمايد و در صورت عدم تامين تکيه‌گاههاي جانبي کافي در تيرهاي نسبتا بلند، کمانش جانبي – پيچشي کل تير اتفاق مي‌افتد. طبق توصيه‌هاي ارائه شده توسط مالک (۱۳۷۱) در ضميمه الف مبحث دهم مقررات ملي ساختمان مبني بر رعايت حداقل شعاع برش در گوشهء بازشوها به اندازهء rmin=0/07Ds (Ds ارتفاع تير پايه) که قبلا از طريق تئوريک توسط مالک تعيين گرديده بود، در اينجا از طريق آزمايش به

تاييد رسيد و مشخص گرديد که وجود اين قوس باعث جلوگيري از گسيختگي ناشي از شکست گوشه‌هاي بازشو، در اثر تمرکز تنش ، حتي پس از بروز پلاستيستهء گسترش و همچنين افزايش قابل ملاحظه مقاومت در مقابل کمانش موضعي جان در اين محل مي‌گردد. آزمايشات انجام شده روي تيرهاي با ورق اضافي مياني، نشان داد که گرچه مقاومت در مقابل خمش اينگونه تيرها با افزايش ارتفاع، افزايش مي‌يابد، معذلک در صورت عدم جلوگيري از بروز پديده کمانش جانبي – پيچشي جان، ظرفيت نهائي تير نسبت به تير لانه‌زنبوري ساخته

شده با همان مقطع و طول دهانه ولي بدون ورق مياني که داراي ارتفاع کمتري است ، به علت وقوع کمانش جانبي – پيچشي جان و متعاقبا گسيختگي در محل جوش ، کاهش مي‌يابد و لذا در صورت لزوم افزايش مقاومت خمشي، ضرورت دارد به نحوي از وقوع کمانش جانبي – پيچشي جان با تامين تکيه‌گاه جانبي يا تقويت مناسب جان، جلوگيري مي‌شود. همچنين مقايسه نتايج حاصله از اين آزمايشها و نتايج روشهاي موجود ارائه شده توسط ديگران نشان‌دهندهء عدم جوابگوئي روشهاي موجود در پيش‌بيني بار کمانش جانبي – پيچشي

جان اين تيرها مي‌باشد. با توجه به استفاده زياد از تير آهن لانه زنبوري ساخته شده از پروفيل “IPE180” در کشور، نتايج بدست آمده از آزمايشها، راهنماي مناسبي در زمينه مقاومت اين پروفيل در مقابل کمانش جانبي – پيچشي جان براي طراحي اين تيرها مي‌باشد. در عين حال از طريق روش تفاضلهاي محدود و روش انرژي و روشهاي تقريبي بار الاستيک کمانش جانبي – پيچشي جان محاسبه گرديده است که مقدمات لازم را براي تحقيقات گسترده‌تر جهت تعيين ظرفيت نهائي باربري جان تير لانه‌زنبوري در مقابل اين اثر به دست مي‌دهد. با توجه به نتايج تنجش سنج‌ها مشخص گرديده است که کمانش جانبي – پيچشي جان تيراستاندارد ايران در حيطه الاستوپلاستيک رفتار مصالح و در ترکيب با اثرات سخت‌شدگي

تنجشي اتفاق مي‌افتد. براي جلوگيري از کمانش جانبي – پيچشي جان در مقاطع بحراني مي‌توان، در امتداد قطرهاي فشاري تسمه‌هائي به طول وجه گوه به سطح جان اتصال داد، يا تسمه را در قسمت لبه گوه طوري قرار داد که دو سمت جان تسمه به لبه گوه جوش مي‌شود و يا از ورق‌هاي پرکنندهء موضعي يا کلي سوراخ جان بهره گرفت .
تيرچه فلزي بدون شمع

براي انجام اين کار ابتدا مروري بر وظايف و عملکرد کشها در ساختمانها انجام ميدهيم . از عمده عملکرد کشها ميتوان سه مورد زير را نام برد :
۱. بکار گيري در هنگام نصب اسکلت براي شاقول کردن ستونها .
۲. بعنوان عضوي از ديافراگم سقف براي تحمل کشش در مقابل نيروهاي زلزله .
۳. بعنوان تکيه گاه جانبي براي ستونها و نهايتاً تعريف کردن طول کمانش آنها .
براي حذف اين عضو از سيستم سقف بايد براي کليه موارد فوق جايگزيني مناسب تعبيه نمود .

– در خصوص بند يک ميتوان با استفاده از نصب اعضاي موقت ، ستونها را شاقول نموده و پس ازانجام عمليات اجراي سقف اعضاي فوق را در قسمتهاي ديگر ساختمان استفاده نمود .
– در مـورد بنـد دو ، بـررسي کفايت مقطع ديـافراگم سقف يکبار بـدون حذف کشها و يکبار بـا حذف کشها و جـايگزيني بـال تحتاني تيرچه هـا در فواصـل ۷۵ cm نشان ميدهد کـه ظرفيت بـاربري مقطع ديـافراگم بـا جايگزيني تيرچه هاي فلزي و جوش دادن آنها به پلها بيشتر از حالتي است که تنها کشها را در محاسبات منظور مينماييم ضمناً اين نکته نيز قابل توجه ميباشد که مقطع کشها هنگامي ميتوانند بعنوان عضو کشش در ديافراگم عمل نمايند که طول جوش و تکيه گاه مناسب داشته باشند در صورتيکه دراين سقف بـا توجه به اينکه سطح مقطع بال تحتاني تيرچه ها محدود و تعداد آنها قابل توجه ميباشد ، هميشه طول جوش تکيه گاه بـراي عملکرد بال تحتاني در کشش کفايت ميکند .

– در مورد بند سوم از آنجاييکه نيروي لازم براي مقابله با کمانش جانبي ستونها بسيار نـاچيز ميباشد ( در حـدود يک در صد نيروي فشاري ستون ) و با استناد به آيين نامه هاي معتبر ميتوان خود سقف را بعنوان تکيه گاه جانبي ستونها منظور نمود . ( دال بتني با ضخامت حداقل ۵ cm ) و از دلايل ديگر براي حذف کشها ميتوان مـوارد زير را ذکر نمود :
– عدم عملکرد کامپوزيت کشها : از آنجاييکه معمولاً بر روي کشها برشگير نصب نميشود ، بتن روي آن بـا تير پيوستگي نـدارد و امـکان عملکرد بصورت مختلط با بتن وجود ندارد .
– حذف کشها در سقف باعث يکنواختي زير سقف ميگردد .

– کشها بدليل بر هم زدن نظم تيرچه ها باعث ميگردند تا بتن غير سازه اي نسبتاً زيادي در اطراف آنها مصرف شود .
در پايان بايد دقت نمود ، اعضايي که براي تحمل بار فشاري ( اعضاي زير بادبندها ) ، اعضـاي باندري ( تيرهـاي محيطي ) ، تيرهاي قاب خمشي يا بطور کلي هر عضوي که براي تحمل بارهاي ثقلي يا جانبي طراحي گرديده اند ، کش نميباشند و نبايد آنها را از سقف حذف نمود ضمناً در سقفهايي که داراي باز شوهاي بزرگ ميباشند بايـد حذف کشها با کنترل عملکرد ديافراگم انجام پذيرد .

سقف تيرچه فلزي بدون شمع بندي چيست؟
دراين سيستم سقف از تيرچه هاي فولادي با جان باز در ترکيب بـا بتن استفاده مـي شود . درساخت تيرچه هاي مذکور از يک تسمه، نبشي و يا چند ميلگرد در بال فوقاني و يک تسمه در بال تحتاني ونيز يک ميلگرد خم شده در جان استفاده مي شود. براي پر کردن فضاي خالي بين تيرچه ها از قـالب هاي ثابت مـانند بلوکهاي سيماني، سفالي و طاق ضربي يا قالبهاي موقت فولادي و چوبي استفاده مي شود.

فـواصل تيرچه هـا بسته بـه نـوع قالب از ۷۲ سانتيمتـر تـا ۱۰۰ سانتيمتر متغير است و روي سقف نــيز بـا ۴ تـا ۱۰ سانتيمتر بتن پوشيده مي شود. تيرچه ها از نوع خود ايستا بوده و به همين علت هيچ نوع شمع بندي در زير سقف مورد نياز نمي باشد. تيرچه ها به نحوي طراحي مي شوند کـه بتوانند وزن بتن خيس، قالبها و عـوامل اجرايي سقف را به تنهايي تحمل کنند. پس از اينکه بتن بـه ۷۵٪ مقاومت مشخصه خـود ميرسد ، تير چه هاي فولادي و بتن بـه صورت يک مقطع مختلط وارد عمل شده و بارهاي مرده و زنده سقف را تحمل ميکنند.
سقف تيرچه فلزي بدون شمع بندي چرا؟

¬ عدم نياز به شمع بندي :
طراحي سقف با اين فرض انجام مي شود که تيرچه ها به تنهايي ( قبل از گرفتن بتن ) توانايي تحمل وزن خود، بلوک، بتن خيس و عوامل اجرايي را داشته باشند. بنابراين ، اين سقف نـيازي بـه شـمع بندي در هيچ يک از مراحل عمليات اجرايي ندارد.
¬ سرعت و سهولت اجرا :

در اين سيستم ، اجراي سقف نسبت به سيستمهاي مشابه آسان تر بوده و با سرعت بيشتري انجام مي شود. ۴۸ ساعت پس از بتن ريزي ، روي سقف قابل رفت و آمد و بارگذاري سبک بوده ، ميتوان عمليات ساختماني را ادامه داد که اين مزيت موجب کاهش زمان در روند عمليات ساخت مي گردد.
¬ امکان اجراي همزمان چند سقف :

با توجه به اين که در سيستم ايـن سقف هيچ گونه شمع بندي وجود ندارد ، عملا مي توان چنـد سقف را بـراي بتن ريزي آماده کرد و همزمان عمليات بتن ريزي را بـر روي سقفها انجام داد. ايـن کـار براي ساختمانهاي با طبقات زياد و با زير بنـاي کـم بسيار مقرون بـه صـرفه و مناسب مي باشد.
¬ يکپارچگي سقف و اسکلت :

بـه عـلت جوش شـدن تيرچه هـا بـه اسکلت ، پس از گرفتن بتن ، سـقف و اسکلت يکپارچه شده و ميتواند مانند يک ديافراگم صلب عمل کند . در اسکلتهاي بتني نيز با در نظر گرفتن قلابهاي مخصوصي ، امکان يکپارچگي بيشتري ايجاد ميشود.
¬ امکان حذف کشها :

با توجه به يکپارچگي سقف و اسکلت ، ميتوان کش ها (اعضاي غير باربر) را حذف کـرد . حذف کش ها علاوه بر صرفه جويي در مصرف فولاد باعث يکنواختي بيشتر زيـر سقف شـده و عمليات نازک کاري را به حداقل ميرساند. امروزه از مفهوم ديافراگم صلب در آناليز و طراحي اغلب ساختمانها استفاده ميشود. در اين سازه ها نيروي القايي زلزله ، از طـريق يک دال صلب بتني بـه سيستمهاي مقاوم در مقابـل نيروي جانبي ، مـثل بادبندها و ديـوارهاي برشي منتقل مـيشود . در سقفهاي تـيرچه بلوک معمولي به علت عدم امکان اتصال مکانيکي بين تيرچه هاي بتني و پلهاي فلزي ، فرض بر ايـن است که هماهنگي تـغيير مـکان جانبي قـابها بوسيله کش ها تامين ميگردد . ايـن نـوع سقفها در مقايسه با سقفهاي تيرچه و بلـوک معمولـي داراي دو وجـه تمايز عمده هستند:

۱. تيرچـه هـا فـلزي بـوده و به اسکلت جـوش ميـشوند و تـغيير مکان جانبي قابها را کاملا هماهنگ ميسازند.
۲. پس از گرفتن بـتن و تشکيـل مـقطع مرکب تنش فشاري بتن ، به طور قابل ملاحظه اي از تـنش مجاز کمتر است و ميتوان روي اين ظـرفيت اضافي در ظرفيت باربري نهايي سقف حساب کرد. بنابراين شبکه به هم پيوسته پل ها و تيرچه هاي اين سقف ميتواند دال بتني سقف را در مقابل نيروهاي درون صفحه اي مسلح کند .
اين سقف بخوبي مانند يک ديافراگم صلب عمل مي کند و ديگر نيازي به استفادها از کش ها نيست.
¬ بررسي امکان حذف کشها در اين سقف :

براي انجام اين کار ابتدا مروري بر وظايف و عملکرد کشها در ساختمانها انجام ميدهيم . از عمده عملکرد کشها ميتوان سه مورد زير را نام برد :
۱. بکار گيري در هنگام نصب اسکلت براي شاقول کردن ستونها.
۲٫ بعنوان عضوي از ديافراگم سقف براي تحمل کشش در مقابل نيروهاي زلزله.

۳. بعنوان تکيه گاه جانبي براي ستونها و نهايتاً تعريف کردن طول کمانش آنها .
براي حذف اين عضو از سيستم سقف بايد براي کليه موارد فوق جايگزيني مناسب تعبيه نمود .
– در خصوص بند يک ميتوان با استفاده از نصب اعضاي موقت ، ستونها را شاقول نموده و پس ازانجام عمليات اجراي سقف اعضاي فوق را در قسمتهاي ديگر ساختمان استفاده نمود .
– در مـورد بنـد دو ، بـررسي کفايت مقطع ديـافراگم سقف يکبار بـدون حذف کشها و يکبار بـا حذف کشها و جـايگزيني بـال تحتاني تيرچه هـا در فواصـل ۷۵ cm نشان ميدهد کـه ظرفيت بـاربري مقطع ديـافراگم بـا جايگزيني تيرچه هاي فلزي و جوش دادن آنها به پلها بيشتر از حالتي است که تنها کشها را در محاسبات منظور مينماييم ضمناً اين نکته نيز قابل توجه ميباشد که مقطع کشها هنگامي ميتوانند بعنوان عضو کشش در ديافراگم عمل نمايند که طول جوش و تکيه گاه مناسب داشته باشند در صورتيکه دراين سقف بـا توجه به اينکه سطح مقطع بال تحتاني تيرچه ها محدود و تعداد آنها قابل توجه ميباشد ، هميشه طول جوش تکيه گاه بـراي عملکرد بال تحتاني در کشش کفايت ميکند .

– در مورد بند سوم از آنجاييکه نيروي لازم براي مقابله با کمانش جانبي ستونها بسيار نـاچيز ميباشد ( در حـدود يک در صد نيروي فشاري ستون ) و با استناد به آيين نامه هاي معتبر ميتوان خود سقف را بعنوان تکيه گاه جانبي ستونها منظور نمود . ( دال بتني با ضخامت حداقل ۵ cm ) و از دلايل ديگر براي حذف کشها ميتوان مـوارد زير را ذکر نمود :
– عدم عملکرد کامپوزيت کشها : از آنجاييکه معمولاً بر روي کشها برشگير نصب نميشود ، بتن روي آن بـا تير پيوستگي نـدارد و امـکان عملکرد بصورت مختلط با بتن وجود ندارد .
– حذف کشها در سقف باعث يکنواختي زير سقف ميگردد.

– کشها بدليل بر هم زدن نظم تيرچه ها باعث ميگردند تا بتن غير سازه اي نسبتاً زيادي در اطراف آنها مصرف شود.
در پايان بايد دقت نمود ، اعضايي که براي تحمل بار فشاري ( اعضاي زير بادبندها ) ، اعضـاي باندري ( تيرهـاي محيطي ) ، تيرهاي قاب خمشي يا بطور کلي هر عضوي که براي تحمل بارهاي ثقلي يا جانبي طراحي گرديده اند ، کش نميباشند و نبايد آنها را از سقف حذف نمود ضمناً در سقفهايي که داراي باز شوهاي بزرگ ميباشند بايـد حذف کشها با کنترل عملکرد ديافراگم انجام پذيرد .

¬ امکان طراحي و اجراي سقف با دهانه و باربري هاي خاص :
دراين سيستم امکان طراحي و اجراي سقف با دهانه هاي بلند و بارهاي سنگين وجود دارد. تـا کـنون سقف بـا دهانه ۱۲ متر و همچنين سقف با شدت بار ۷ تن بر متر مربع اجـرا شده کـه در هـر دو مـورد ، آزمـايشهاي بارگذاري ايمني سقف را تاييد کرده اند.
¬ کاهش مصرف بتن و وزن کمتر :
به علت فاصله زيـاد تيرچه ها ( حـدود ۷۵ سانتيمتر محور به محور ) از مـصرف بتن در حـدود ۲۰٪ نسبت به تيرچه و بلوک معمولي کـاسته شـده و نهـايتا وزن سـقف سبکتر ميـگردد. استفاده از بلوکهاي پوکه اي نيز در کاهش وزن سقف موثر است.

۰٫۰۵ x 2300 = 115 Kg/m2 وزن دال بتني
(۰٫۱۱x 0.18 x 2300) / 0.75 = 61 Kg/m2 وزن چاله بتن
۶٫۷ x 15 = 100 Kg/m2 وزن بلوک سيماني
۹ Kg/m2 وزن تيرچه
۲۸۵ Kg/m2

وزن فوق براي دهانه هاي معمولي تا حدود ۶ متر صادق است.
¬ پايين بودن تنش در بتن :
به علت خود ايستا بودن تيرچه ها ( تيرچه قبل از گرفتن بتن ميتواند وزن بلوک ، بتن خيس و عـوامل اجـرايي را به تنهايي تحمل کند ) تنش ايجـاد شـده در بتن بـسيار پايين است . آزمـايشهاي بارگذاري روي ايـن نوع سقفها کـه مقاومت مشخصه بتن آنها کمتر از مقدار مورد نظر بوده ، نشان داده که بتن با مقاومت پايين به ظرفيت باربري سقف لطمه اي وارد نمي کند.
¬ مقاومت نهايي و شکل پذيري بالا :
مـحاسبات و آزمايشهاي بـارگذاري روي سقف نشان ميدهد که گسيختگي ايـن سيستم پـس از تغيير شکـلهاي بسيـار زيـاد اتفاق مـي افتد ( گسيختگي نرم ) و اين رفتار سقف از نظر ايمني مطلوب است.

¬ حذف رد فولاد در زير سقف :
اثر و يا داغ تيرآهن در سقفهاي ضربي به صورت خط تيره اي روي گـچ مشاهده ميشود. ولـي در اين سقف به علت پايين بـودن سطح بلوک از تيرچه ها ، پوشش گـچ و خاک در زيـر تير چـه ها نسبت بـه بقيه نقاط سقف بيشتر است و همين امـر سبب کـاهش جـذب ذرات معلق مي شود . بنابـراين سايه فولاد بال تحتاني تيرچه ها مشاهده نمي گردد.
¬ يکنواختي زير سقف و مصرف گچ و خاک کمتر :
يکنواختي زير سقف از مصرف گچ و خاک ميکاهد.

¬ امکان اجراي داکت يا بازشو :
به علت فاصله زياد تيرچه ها ( ۷۲ تا ۷۶ سانتيمتر محور تا محور ) ايجاد داکت در سقف جهت عبور لوله هاي تاسيساتي ، نصب دودکـش موتورخانه و نصب شومينه ، نصب توالت ايراني و يـا عبور کانال کولر به راحتي امکان پذير است و نياز به قطع کردن تيرچه ها نمي باشد