طراحی تیر و ستون در فولاد سبک
مستقل از استادهای پنل، یک کلاف افقی (تیر) یا کلاف قائم (ستون) در مدل را می‌توان با مقطع فولاد سبک طراحی کرد. محاسبه با نیروهای پوش اجزای محدود عضو (M3، V2، N؛ در ستون علاوه بر آن M2) و بر پایه روش عرض مؤثر (EGM) انجام می‌شود — معادل فولاد سبک روند تیر و ستون فولادی. برای طراحی پنل به مقاله طراحی پنل و استاد در فولاد سبک مراجعه کنید.
در کدام نسخه‌ها؟ محاسبات فولاد سبک در نسخه StatiCAD Ultimate وجود دارد.
1. اختصاص مقطع
- در پنجره مشخصات کلاف (کلاف قائم) از کادر نوع عضو گزینه «Hafif Çelik» (فولاد سبک) را علامت بزنید (در کنار گزینه‌های چوب و فولاد).
- برای مقطع، پنجره پروفیل کارخانه‌ای (Fabrikasyon Profil) را باز کنید و در بخش Cold Formed یکی از دسته‌های C، Z، U، C+، Sigma یا Sigma+ را انتخاب کنید. 527 پروفیل جدول‌های از پیش تعریف‌شده به‌صورت «CC C200x80x16x2»، «ZZ Z200x60x15x2»، «UU U200x94x4»، «CPLUS C+200-89x25x15x4»، «SIGMA S200-50x67x16x2»، «SIGMAPLUS S+200-55x95x25x15x4» فهرست می‌شوند.
- پروفیل را انتخاب کنید و اختصاص (Ata) را بزنید؛ ترسیم مقطع (دورخط واقعی)، مشخصات ناخالص (A، Ix، Iy کاتالوگ) و مقادیر پیچشی به‌طور خودکار می‌آید. به‌عنوان مصالح، رده فولاد (مثلاً S235، S355) اختصاص می‌یابد؛ Fy و E از همین مصالح خوانده می‌شود.
- تحلیل را اجرا کنید؛ نتایج در فهرست هشدارهای تحلیل و در گزارش نمایان می‌شود.
2. ترکیب‌های بار
نیازها علاوه بر ترکیب‌های برنامه، با ترکیب‌های HCBTİE 4.3.1 نیز گرفته می‌شود — LRFD (YDKT): 1.4G؛ 1.2G + 1.6Q + 0.5S؛ 1.2G + 1.6S + 1.0Q؛ در صورت وجود باد 1.2G + 1.0Q + 0.5S + 1.6W و 0.9G + 1.6W؛ ASD (GKT): ترکیب‌های متناظر ASCE 7. به این ترتیب ضرایب ترکیب قائم موجود در پروژه (پیش‌فرض 1.0G + 1.0Q) برای عضوهای فولاد سبک کم نمی‌آورد. در گزارش نام ترکیب کنترل‌کننده نوشته می‌شود؛ نشان «[1.2G+1.0Q]» یا «[GKT]» بیانگر آن است که ضرایب ترکیب برنامه متناسب با روش تبدیل شده است.
در فهرست ترکیب‌های TBDY حالت بار باد وجود ندارد: برای ورود باد به طراحی تیر و ستون باید حالت‌های بار و ترکیب‌های تعریف‌شده انتخاب شوند (در غیر این صورت هشدار داده می‌شود). خیز تیر از ترکیب‌های بهره‌برداری بدون ضریب (G + Q، G + S) محاسبه می‌شود. روش طراحی (YDKT/GKT) از همان تنظیم پروژه‌ای که برای استادهای پنل است گرفته می‌شود.
3. کنترل‌ها
| عضو | نیازها (پوش تحلیل) | طول‌های کمانش | کنترل‌ها |
|---|---|---|---|
| تیر | M3، V2، N | Lx = دهانه؛ طول بدون مهار جانبی بر حسب علامت لنگر: Lb+ = طول عضو یا Le کاربر (اگر بال بالایی به روکش متصل باشد، در لنگر مثبت کمانش جانبی-پیچشی وجود ندارد)، Lb− = فاصله مهار بال پایینی (در صورت نبود ورودی، Lb+)؛ Cb از نمودار لنگر (در کنسول و در Lb < L برابر 1) | M+/Md+ و M−/Md− با علامت، V/Vd، P/Pd + M/Md (رابطه 4.8.4)، خمش + برش هم‌زمان (رابطه 4.8.5/4.8.6، با Mdlo در مخرج)، چروکیدگی جان در تکیه‌گاه (4.8.3)، الزام سخت‌کننده 7.4، خیز L/K و خیز فقط بار زنده L/250 (جدول 7.1)، ارتعاش (7.5) |
| ستون | N، M3، M2، V2 | KLx = KLy = ارتفاع طبقه (K = 1) یا ورودی کاربر | N/Pd، P/Pd + Mx/Md,x + My/Md,y (رابطه 4.8.4)، V/Vd، هشدار KL/r > 200؛ در ستون کششی T/Td (رابطه 4.8.1/4.8.2) |
- مقاومت خمشی کوچک‌ترین مقدار در ردیف‌های کمانش کلی (پیچشی–جانبی)، موضعی و اعوجاجی است؛ مقاومت فشاری نیز به همین شکل تعیین می‌شود.
- در ستون، ظرفیت خمشی محور ضعیف از مقطع مؤثر برای دو جهت جداگانه محاسبه می‌شود.
- کفایت سخت‌کننده لبه (لب) طبق HCBTİE 4.9.3 کنترل می‌شود؛ در صورت وجود کاهش، در پاورقی گزارش نوشته می‌شود.
- مقاطعی که شرایط مقطع فصل 3 HCBTİE را برآورده نمی‌کنند (مثلاً در مقاطعی که نسبت لب/بال < 0.20 است، لب نادیده گرفته می‌شود) در پاورقی گزارش ذکر می‌شوند.
- برای ورودی‌های ویژه تیر کف (اتصال روکش، فاصله مهار بال پایینی، شکل تکیه‌گاه، طول نشیمن، سخت‌کننده، مهار عرضی) و جزئیات کنترل‌ها به مقاله دال فولاد سبک: تیرهای کف و دیافراگم مراجعه کنید.
- مقطع Z به‌عنوان لاپه (پرلین)/تیر خم‌شونده حول محور عمود بر جان محاسبه می‌شود؛ در مقطع U چون لب وجود ندارد بال‌ها به‌صورت قطعه سخت‌نشده گرفته می‌شوند و ردیف اعوجاجی تشکیل نمی‌شود؛ در مقاطع C+ و Sigma+ خم‌برگشت انتهای لب به‌عنوان بخشی از سخت‌کننده لبه در محاسبه لحاظ می‌شود.
4. مهار چرخشی روکش
در تیر و ستون نیز مهار چرخشی (kφ) که روکش برای بال فراهم می‌کند می‌تواند در محاسبه لحاظ شود: در مشخصات عضو (در تیر زبانه Ahşap2، در ستون زبانه Ahşap) در کادر «Hafif Çelik: kaplama dönme tutulumu» (فولاد سبک: مهار چرخشی روکش) نوع روکش، فاصله اعضا، سختی خمشی صفحه، فاصله پیچ‌ها و در صورت لزوم مقدار kφ کاربر وارد می‌شود.
- فرض می‌شود روکش واردشده روی هر دو بال وجود دارد؛ در عضوهایی که فقط یک بالشان پوشیده است «تعریف‌نشده» (Tanımsız) بگذارید.
- در عضوهای لبه‌ای که صفحه فقط در یک سمت عضو قرار دارد (مثلاً تیر لبه دال) نصف سختی خمشی صفحه را وارد کنید.
- شرایط: فاصله پیچ‌ها ≤ 305 mm و فاصله اعضا ≤ 625 mm؛ در غیر این صورت kφ = 0 در نظر گرفته می‌شود و دلیل آن در گزارش نوشته می‌شود.
5. گزارش‌ها
اگر در پروژه تیر یا ستون فولاد سبک وجود داشته باشد، در گروه گزارش‌های المان فولاد سبک صفحات طراحی تیر فولاد سبک (EGM) و طراحی ستون فولاد سبک (EGM) نمایان می‌شوند: نام عضو و مقطع، هندسه (L، Lb / KL، لاغری، A، I)، روش و مصالح، نیازها و ترکیب‌های کنترل‌کننده، خمش (کلی / موضعی / اعوجاجی ← Md؛ در تیر لنگر مثبت و منفی جدا)، برش، اندرکنش محوری + خمش، در تیر خیز، ردیف‌های چروکیدگی جان، سخت‌کننده جان و ارتعاش، در ستون ردیف‌های فشار و یادداشت فرضیات.
6. کتابخانه پروفیل فولاد سبک از پیش تعریف‌شده
پروفیل‌ها از فایل HafifCelikProfil.txt در پوشه نصب خوانده می‌شوند. این جدول 527 مقطع فولاد سبک از پیش تعریف‌شده را شامل می‌شود: C (89)، Z (90)، U (88)، C+ (87)، Sigma (90)، Sigma+ (83)؛ ارتفاع 100–400 mm، ضخامت 1.0–4.0 mm.
در هر سطر کد نوع (1 = C، 2 = Z، 3 = U، 5 = Sigma، 8 = C+، 9 = Sigma+)، هندسه کامل (H، A، B، C1، C2، D خم‌برگشت، E، F، G، T، R) و مشخصات مقطع کاتالوگ (وزن، A، Ix، Wx، ix، Iy، Wy، iy، ex، ey) وجود دارد. در فهرست استاد پنل فقط مقاطع C، C+، Sigma و Sigma+ ارائه می‌شود. در طراحی، A، Ix، Iy ناخالص از ستون‌های کاتالوگ گرفته می‌شود؛ ستون‌های هندسه در محاسبه عرض مؤثر، پیچش و کمانش اعوجاجی به کار می‌روند.
افزودن پروفیل‌های خودتان: فایل به‌صورت متن ساده است؛ سطرهایی که با # شروع می‌شوند توضیح هستند. می‌توانید پروفیل‌های خودتان را با همان ترتیب ستون‌ها اضافه کنید (هندسه بر حسب mm، مشخصات مقطع بر حسب cm، جداکننده اعشار نقطه). اگر ستون‌های کاتالوگ خالی یا 0 گذاشته شوند، مشخصات از هندسه (مدل با گوشه تیز، چند درصد بیشتر) محاسبه می‌شود.
# Tip|Ad|H|A|B|C1|C2|D|E|F|G|T|R|Agirlik_kgm|Alan_cm2|Ix_cm4|Wx_cm3|ix_cm|Iy_cm4|Wy_cm3|iy_cm|ex_cm|ey_cm
1|C200x80x16x2|200|80|80|16|16|0|0|0|0|2|3|5.9|7.51|471.93|47.19|7.91|60.29|10.51|2.83|2.26|0
5|S200-50x67x16x2|200|67|67|16|16|0|50|15|25|2|3|5.89|7.5|430.94|43.09|7.55|32.56|7.46|2.08|2.34|0
7. دامنه و فرض‌ها
- فقط مقاطع جدول پروفیل از پیش تعریف‌شده (HafifCelikProfil.txt) محاسبه می‌شوند؛ اگر مقطعی که در کتابخانه نیست اختصاص داده شود، محاسبه با یادداشت «kütüphanede yok» (در کتابخانه نیست) ناکافی علامت می‌خورد.
- محاسبه تیر بر این فرض استوار است که بار از مرکز برش می‌گذرد یا پیچش با اتصالات محدود شده است (فصل 5 HCBTİE). در تیرهای C، U و C+ اگر دو بال به‌طور مؤثر به روکش متصل نباشند، باید مهار پیچشی اضافی پیش‌بینی شود.
- مقطع Z فقط برای خمش حول محور عمود بر جان محاسبه می‌شود؛ خمش حول محورهای اصلی و رفتار دو‌محوره بدون مهار جانبی مدل نمی‌شود.
- در ستون برای کشش، مساحت خالص برابر مساحت ناخالص گرفته می‌شود؛ سوراخ‌های پیچ و بولت و مقاومت اتصال باید جداگانه کنترل شود.
- نیروی محوری مصنوعی (مرکب) که هم‌زمان از خروج از محور تیر و دیافراگم صلب پدید می‌آید، در طراحی تیر فولاد سبک از نیروی محوری کسر می‌شود (رجوع کنید به دال فولاد سبک: تیرهای کف و دیافراگم).
8. پرسش‌های متداول
هشدار «… hafif çelik kiriş/kolon hesabı yapılamadı: kesit kütüphanede yok» را دریافت می‌کنم. به عضو مقطعی خارج از جدول پروفیل از پیش تعریف‌شده اختصاص داده شده است. در پروفیل کارخانه‌ای ← Cold Formed از دسته C، Z، U، C+، Sigma یا Sigma+ یک مقطع انتخاب کنید.
هشدار «… hafif çelik kiriş yetersiz (M/Md=… V/Vd=… sehim=…)» را دریافت می‌کنم. مقطع را بزرگ‌تر کنید یا ورودی‌های مهار جانبی (Le) را بازبینی کنید. در تیر کف اگر بال بالایی به‌طور پیوسته به روکش متصل است، این را در زبانه فولاد سبک (Hafif Çelik) علامت بزنید؛ در لنگر مثبت کمانش جانبی-پیچشی حذف می‌شود.
در گزارش پروفیل U ردیف‌های اعوجاجی «yok» (وجود ندارد) نوشته شده است. در مقطع U بدون لب، ردیف کمانش اعوجاجی اعمال نمی‌شود؛ این ردیف‌ها برای بال‌های دارای سخت‌کننده لبه است.
در ستون ردیف «Çekme» (کشش) ظاهر می‌شود. ستون دست‌کم در یک ترکیب کشش می‌گیرد. مقاومت کششی با فرض مساحت خالص = مساحت ناخالص محاسبه می‌شود؛ سوراخ‌ها و مقاومت اتصال باید جداگانه کنترل شود.