طراحی پنل و استاد در فولاد سبک

این مقاله استفاده از ماژول پنل دیوار برشی فولاد سبک (فولاد سردنورد) در StatiCAD را شرح می‌دهد. ماژول دو کنترل اصلی انجام می‌دهد: ظرفیت برشی روکش پنل (TBDY 2018) و کنترل استادها (dikme) در قاب پنل برای فشار محوری + خمش ناشی از باد خارج از صفحه (روش عرض مؤثر — EGM مطابق فصل 4 HCBTİE؛ LRFD یا ASD). نیروها از نتایج تحلیل برنامه گرفته می‌شوند؛ نتایج در هشدارهای تحلیل و در گزارش‌های محاسباتی ترکی/انگلیسی ارائه می‌شود.

مقالات مرتبط: طراحی تیر و ستون در فولاد سبک، ضوابط آیین‌نامه، مهار و پی، مبانی نظری، صحت‌سنجی.

اطلاع

در کدام نسخه‌ها؟ محاسبات فولاد سبک در نسخه StatiCAD Ultimate وجود دارد. داده‌های پنل در همه نسخه‌ها همراه پروژه ذخیره می‌شود.

1. روند کلی

1. دیوار را به‌طور معمول ترسیم کنید و پنجره مشخصات دیوار (Duvar Özellikleri) را باز کنید.
2. به‌عنوان نوع طراحی، گزینه «پنل در فولاد سبک» (Hafif Çelikte Panel) را علامت بزنید.
3. در زبانه پنل فولاد سبک (Hafif Çelik Paneli)، ورودی‌های روکش و استاد را وارد کنید (بخش 2) و با تأیید ذخیره نمایید.
4. برای پنل‌های نمای خارجی، در مشخصات دیوار از کادرهای محور لبه (محور لبه بالا/پایین/چپ/راست) گزینه مناسب را علامت بزنید؛ خمش ناشی از باد فقط برای این دیوارها محاسبه می‌شود (بخش 5).
5. در تنظیمات عمومی پروژه، روش طراحی (LRFD/ASD)، فشار سرعت باد و حد خیز استاد را بررسی کنید (بخش‌های 5 و 6).
6. تحلیل را اجرا کنید. ظرفیت برشی پنل و کنترل استادها هنگام تحلیل به‌طور خودکار محاسبه می‌شود؛ ناکافی‌ها در فهرست هشدارهای پایان تحلیل نمایش داده می‌شوند (بخش 8).
7. در درخت زبانه گزارش در پنجره انتخاب گزارش، گروه «گزارش‌های المان فولاد سبک» و زیرگزارش‌های آن را علامت بزنید و گزارش را تولید کنید (بخش 9).

2. ورودی‌های زبانه «پنل فولاد سبک»

ورودی	توضیح	پیش‌فرض
روکش وجه چپ/بالای پنل موجود است	آیا روی وجه چپ (بالا) پنل صفحه روکش وجود دارد	موجود
روکش وجه راست/پایین پنل موجود است	آیا روی وجه راست (پایین) پنل صفحه روکش وجود دارد	موجود
vc,sol, vc,sağ (kN/m)	مقاومت برشی مشخصه روکش در واحد طول (بر حسب نوع صفحه، قطر و فاصله پیچ؛ توضیح موجود در زبانه مقادیر متداول جدول 10.5 TBDY را می‌دهد)	10.2 (OSB با ضخامت 11 mm)
پروفیل استاد (C / Sigma)	مقطع سردنورد مورد استفاده در استادهای پنل؛ فهرست از جدول پروفیل نصب‌شده پر می‌شود	خالی (کاربر انتخاب می‌کند)
فاصله استادها s (mm)	فاصله محور تا محور استادهای میانی	600
تعداد استاد لبه n	تعداد استادها در هر انتهای پنل؛ نیروی واژگونی بین این استادها تقسیم می‌شود	2

یادداشت

فایل‌های پروژه قدیمی که این ورودی‌ها را ندارند بدون نیاز به تغییر باز می‌شوند؛ فیلدها با مقادیر پیش‌فرض می‌آیند.

3. ظرفیت برشی پنل (TBDY 2018)

برای هر پنل فولاد سبک، ظرفیت برشی وجه (وجوه) روکش‌دار محاسبه می‌شود:

اطلاع

Vc = 0.6 · vc · L (L: طول دیوار)

• در محدوده 2 ≤ h/L ≤ 4 ظرفیت با ضریب 2L/h کاهش می‌یابد؛ اگر h/L > 4 یا L < 0.30 m باشد پنل در ظرفیت برشی مشارکت نمی‌کند.
• اگر فقط یک وجه روکش دارد، ظرفیت همان وجه؛ اگر دو وجه روکش دارند، در روکش‌های یکسان مجموع، و در روکش‌های متفاوت قاعده max(2·کوچک، بزرگ) به کار می‌رود.

نتیجه، در توزیع برش طبقه به‌عنوان ظرفیت افقی پنل لحاظ می‌شود و در گزارش به‌تفکیک پنل فهرست می‌گردد.

3.1 پنل بدون روکش

اگر در زبانه پنل فولاد سبک علامت روکش هر دو وجه (روکش وجه چپ/بالای پنل موجود است و روکش وجه راست/پایین پنل موجود است) برداشته شود، پنل بدون روکش محسوب می‌شود:

• ظرفیت برشی پنل صفر است، زیرا ظرفیت برشی از روکش تأمین می‌شود. پنل در محاسبه سهم صفحه گچی نیز وارد نمی‌شود.
• استادها با طول‌های کمانش حالت بدون روکش طراحی می‌شوند: Ly = Lz = h، و با n ردیف تسمه h/(n+1) (بخش 4.2).
• اگر توزیع برش با روش اجزای محدود انجام شود، پنل در نوع سختی ظرفیت عملاً برش نمی‌گیرد. در نوع سختی کلاسیک به نسبت سختی خود برش می‌گیرد؛ اگر این برش از یک‌هزارم برش پنل‌های هم‌جهت طبقه بیشتر شود، خطا داده می‌شود. در توزیع برش کلاسیک پنل برش نمی‌گیرد.
• در هشدارهای تحلیل یک ردیف اطلاعاتی ظاهر می‌شود که پنل‌های بدون روکش را اعلام می‌کند.

اگر پنل در واقع روکش دارد، علامت‌های وجه‌ها را بررسی کنید.

3.2 طبقه بدون پنل دارای ظرفیت برشی

اگر در یک طبقه همه پنل‌های یک راستا (X یا Y) بدون روکش یا کوتاه (h/L > 4 یا L < 0.30 m) باشند، در آن راستا پنلی برای تحمل بار افقی باقی نمی‌ماند. در این حالت تحلیل خطای «kat, X/Y doğrultusu: kesme kapasiteli panel yok» (طبقه، راستای X/Y: پنل دارای ظرفیت برشی وجود ندارد) را می‌دهد و آن را در فهرست کنترل پروژه می‌نویسد. برش طبقه فقط برای اینکه قابل توزیع باشد، با فرض روکش در هر دو وجه به این پنل‌ها داده می‌شود؛ چون ظرفیت آن‌ها صفر می‌ماند، کنترل‌های پنل ناکافی درمی‌آیند. بخشی از پنل‌ها را روکش کنید یا طول آن‌ها را افزایش دهید. پنل‌های دارای مهاربند ضربدری با نوار فولادی پشتیبانی نمی‌شوند.

4. کنترل استاد (EGM — فصل 4 HCBTİE)

4.1 نیازها

تحلیل برای هر پنل، پوش برش درون‌صفحه (V) و نیروی محوری قائم (N) دیوار را در همه ترکیب‌های بار استخراج می‌کند؛ نام ترکیب کنترل‌کننده در گزارش نشان داده می‌شود. نیاز استادها از این پوش به‌دست می‌آید:

عضو	نیاز محوری	توضیح
استاد میانی	Nara = N · s / L	سهم سطح بارگیر از بار قائم
استاد لبه	Nkenar = max[ N·(s/2)/L + (V·h/L)/n ; Cd ]	سهم سطح بارگیر + سهم نیروی انتهایی ناشی از لنگر واژگونی که بر تعداد استادهای لبه تقسیم شده است. Cd همان توزیع است که با بزرگ‌کردن اثر زلزله با ضریب اضافه‌مقاومت D برای هر ترکیب محاسبه شده است (TBDY 10.4.1.1(a)). مقدار بزرگ‌تر ملاک است. در گزارش، کنار نیاز عبارت «(D ile)» یا «(zarf)» نوشته می‌شود.

4.2 ظرفیت

برای مقطع انتخابی، ظرفیت فشار محوری (Pd) با EGM به‌دست می‌آید: کوچک‌ترین مقدار در ردیف‌های کمانش موضعی (عرض‌های مؤثر)، کمانش اعوجاجی (distorsiyonel) و کمانش خمشی–پیچشی (کلی) کنترل‌کننده است. طول‌های کمانش:

• محور قوی: Lx = ارتفاع پنل h.
• اگر دست‌کم یک وجه روکش داشته باشد، برای محور ضعیف و پیچش Ly = Lz = فاصله استادها s در نظر گرفته می‌شود و کمانش پیچشی–جانبی مهارشده فرض می‌شود؛ اگر روکش نباشد Ly = Lz = h (اگر n ردیف تسمه تعریف شده باشد h/(n+1)؛ به ضوابط آیین‌نامه، مهار و پی در ساختمان‌های فولاد سبک مراجعه کنید).

مشخصات مقطع ناخالص (A، Ix، Iy) مقادیر کاتالوگ سازنده در جدول پروفیل است؛ ثابت پیچش، مرکز برش و ثابت تابیدگی به‌طور خودکار از هندسه مقطع محاسبه می‌شود. در پنل‌های روکش‌دار، ردیف کنترل‌کننده اغلب کمانش اعوجاجی است؛ تنش بحرانی اعوجاجی با روش کلی HCBTİE 4.10.3.3 یا، در صورت انتخاب، با روش نوار محدود محاسبه می‌شود (به مبانی نظری مراجعه کنید).

برای هر پنل، استاد لبه و استاد میانی در ردیف‌های جداگانه کنترل می‌شوند. دو نسبت محاسبه می‌شود و بزرگ‌تر به‌عنوان نسبت کنترل‌کننده تعیین‌کننده تصمیم «Yeterli / YETERSİZ» (کافی / ناکافی) است:

• نسبت محوری = PEd/Pd (پوش همه ترکیب‌های بار)،
• نسبت ترکیب باد = P/Pd + M/Md (فقط در دیوارهای خارجی؛ رابطه 4.8.4 HCBTİE).

5. خمش و خیز باد خارج از صفحه

استادهای دیوارهای دارای محور لبه (خارجی)، زیر فشار باد عمود بر سطح دیوار مانند تیر ساده خم می‌شوند:

• w = max(0.8 · q ; 0.5) kN/m² (0.8: ضریب فشار TS 498؛ 0.5 kN/m²: حد پایین بار باد مشخصه HCBTİE)
• M = γW · w · b · h² / 8 (b: در استاد میانی s، در استاد لبه s/2؛ بزرگ‌نمایی مرتبه دوم اعمال می‌شود)

q همان کادر «Rüzgar Yükü» (بار باد) در زبانه تنظیمات عمومی پروژه ← ترکیب‌های بار است؛ باید مقدار متناسب با ارتفاع ساختمان طبق TS 498 وارد شود (0–8 m: 0.5؛ 8–20 m: 0.8؛ 20–100 m: 1.1 kN/m²). بار برف در همین زبانه در نیروی محوری ترکیب باد مشارکت دارد. ترکیب‌های باد — LRFD: 1.2G + 1.0Q + 0.5S + 1.6W و 1.2G + 1.6S + 0.8W؛ ASD: G + 0.75Q + 0.75S + 0.45W و G + 0.6W.

یادداشت

اگر در پروژه هیچ پنل فولاد سبکی به‌عنوان دیوار خارجی علامت نخورده باشد، در فهرست هشدارهای تحلیل سطری برای اعلام آن ظاهر می‌شود؛ خمش باد بی‌صدا نادیده گرفته نمی‌شود. اگر q وارد نشده باشد یا کمتر از مقدار TS 498 متناظر با ارتفاع تراز بالای پنل باشد نیز هشدار داده می‌شود (q توسط برنامه تغییر داده نمی‌شود).

کنترل خیز: در استادهای دیوار خارجی، خیز خارج از صفحه با مقدار مشخصه باد محاسبه و δ ≤ h/K کنترل می‌شود. خیز با ممان اینرسی مؤثر مقطع در لنگر بهره‌برداری (HCBTİE 4.9.5) محاسبه می‌شود؛ در مقاطع لاغر ممکن است از مقدار محاسبه‌شده با اینرسی ناخالص بزرگ‌تر شود. K از فهرست حد خیز استاد در کادر «Hafif Çelik Eleman Tasarım Yöntemi» (روش طراحی عضو فولاد سبک) در زبانه تنظیمات عمومی پروژه ← انتخاب آیین‌نامه انتخاب می‌شود (h/120، h/200، h/240 پیش‌فرض، h/300، h/360). چون HCBTİE حد ویژه‌ای برای استاد نداده است، انتخاب باید مهندسی و متناسب با نوع روکش انجام شود: در روکش انعطاف‌پذیر h/120، در روکش گچی یا OSB حد h/240، در روکش اندود یا سرامیک h/360 رایج است. نتیجه در ردیف جداگانه «Sehim» (خیز) در گزارش نوشته می‌شود؛ در صورت تجاوز، استاد ناکافی محسوب می‌شود.

6. روش طراحی: YDKT / GKT

در زبانه تنظیمات عمومی پروژه ← انتخاب آیین‌نامه (که وقتی نوع ساختمان فولاد سبک است یا در پروژه پنل فولاد سبک وجود دارد نمایان می‌شود) از کادر «Hafif Çelik Eleman Tasarım Yöntemi» انتخاب می‌شود و همراه پروژه ذخیره می‌گردد:

گزینه	مقاومت	ترکیب‌های بار
YDKT (پیش‌فرض؛ معادل LRFD)	φc = 0.85، φb = 0.90 (HCBTİE)	ترکیب‌های برنامه؛ در ترکیب‌های دارای زلزله به‌جای G مقدار 1.2G؛ همچنین ترکیب‌های قائم HCBTİE 4.3.1 (1.4G؛ 1.2G + 1.6Q + 0.5S؛ 1.2G + 1.6S + Q) از نتایج خالص G/Q/S تولید و به پوش افزوده می‌شود.
GKT (معادل ASD)	Ωc = 1.80، Ωb = 1.67 (AISI S100)	ترکیب‌های برنامه به معادل GKT تبدیل می‌شود؛ همچنین G + Q، G + S، G + 0.75Q + 0.75S و حالت G + 0.7E ترکیب‌های دارای زلزله به پوش افزوده می‌شود.

اخطار

HCBTİE فقط YDKT را تعریف می‌کند؛ گزینه GKT برای مقایسه و پیش‌طراحی است. در محاسبات رسمی از YDKT استفاده کنید. پروژه‌های قدیمی با YDKT باز می‌شوند.

7. مهار چرخشی روکش (kφ)

روکش OSB یا تخته چندلا، بال‌های استاد را در برابر چرخش مهار می‌کند و مقاومت کمانش اعوجاجی را افزایش می‌دهد (HCBTİE 4.10.3.3، AISI S240). اگر داده‌ای وارد نشود kφ = 0 فرض می‌شود.

• در کادر «Kaplamanın dikmeye dönme tutulumu» (مهار چرخشی روکش نسبت به استاد) در زبانه مشخصات دیوار ← پنل فولاد سبک، برای وجه چپ و راست نوع صفحه (تعریف‌نشده / صفحه گچی / OSB / تخته چندلا / kφ کاربر)، سختی خمشی صفحه (0 = پیش‌فرض نوع)، فاصله پیچ‌ها و فقط برای «kφ کاربر» مقدار kφ وارد می‌شود. در محاسبه، کوچک‌تر از دو وجه به کار می‌رود: اگر یکی از وجوه صفحه گچی، تعریف‌نشده یا بدون روکش باشد kφ = 0 می‌شود.
• شرایط: فاصله پیچ‌ها ≤ 305 mm و فاصله استادها ≤ 625 mm؛ در غیر این صورت kφ = 0 در نظر گرفته می‌شود و دلیل آن در گزارش نوشته می‌شود. صفحه گچی در محاسبه مقاومت لحاظ نمی‌شود.
• در گزارش، در یادداشت استاد، مقدار kφ هر وجه یا دلیل صفر بودن آن و مقدار مورد استفاده نوشته می‌شود.

8. هشدارهای تحلیل

هشدار	معنا / اقدام لازم
“… hafif çelik panel dikme hesabı yapılamadı: Dikme profili seçilmedi”	در زبانه پنل، پروفیل استاد انتخاب نشده است. از مشخصات دیوار ← زبانه پنل فولاد سبک پروفیل را انتخاب کنید.
“… hafif çelik panel KENAR/ARA dikmesi yetersiz (oran=…)”	نسبت کنترل‌کننده استاد مربوطه از 1 بیشتر است. پروفیل بزرگ‌تر یا ضخیم‌تر انتخاب کنید، فاصله استادها را کم کنید یا تعداد استاد لبه را افزایش دهید.
“Hafif çelik panellerde bina kenar aksı (dış duvar) işaretli duvar yok …”	چون هیچ پنلی به‌عنوان دیوار خارجی علامت نخورده، خمش باد محاسبه نشده است. در پنل‌های نما کادرهای محور لبه را علامت بزنید.
“… hafif çelik panel dikme sehimi fazla (rüzgâr: sehim=… mm > h/K=… mm)”	خیز خارج از صفحه استاد دیوار خارجی از حد انتخابی بیشتر است. پروفیل سخت‌تر انتخاب کنید، فاصله استادها را کم کنید یا اگر با نوع روکش سازگار است حد را بازبینی کنید.
“Rüzgâr basıncı q girilmemiş …” / “… TS 498 yükseklik kademesinin altında …”	مقدار زبانه تنظیمات عمومی پروژه ← ترکیب‌های بار ← بار باد را متناسب با ارتفاع ساختمان وارد کنید.
ردیف اطلاعاتی پنل بدون روکش	پنل‌هایی که هر دو وجه آن‌ها بدون روکش علامت‌گذاری شده است فهرست می‌شوند؛ این پنل‌ها برش تحمل نمی‌کنند (بخش 3.1). اگر پنل روکش دارد، علامت‌های وجه‌ها را اصلاح کنید.
“… kaplamasız … katılamaz ancak analizde V=…”	در نوع سختی کلاسیک، پنل بدون روکش در تحلیل برشی بیش از یک‌هزارم برش پنل‌های طبقه گرفته است. پنل را روکش کنید یا از نوع ظرفیت استفاده کنید.
“kat, X/Y doğrultusu: kesme kapasiteli panel yok”	در آن راستا پنلی که بتواند بار افقی را تحمل کند وجود ندارد (بخش 3.2). بخشی از پنل‌ها را روکش کنید یا طول آن‌ها را افزایش دهید.

9. گزارش‌ها

در درخت زبانه گزارش در انتخاب گزارش، گروه «گزارش‌های المان فولاد سبک» (Hafif Çelik Eleman Raporları) وجود دارد (اگر در پروژه پنل فولاد سبک باشد نمایان می‌شود):

• طراحی پنل فولاد سبک: به‌تفکیک پنل، اطلاعات روکش، ورودی‌های h، L، vc و ظرفیت‌های برشی روکش.
• طراحی استاد فولاد سبک (EGM): طبقه به طبقه و به‌تفکیک پنل — نام پنل و پروفیل، هندسه (h، L، s، n)، روش طراحی و فشار باد، نیروهای پوش (با نام ترکیب کنترل‌کننده)، برای استاد لبه و میانی نیاز، ظرفیت، نسبت محوری، نسبت کنترل‌کننده و وضعیت؛ در دیوارهای خارجی ردیف ترکیب باد و خیز؛ ردیف‌های مهار و برش پنل؛ ردیف‌های تراک پایین و بالا و تسمه (نیاز، مقاومت کششی و فشاری، نسبت، جمع‌کننده، نیروی تسمه و هشدارهای جزئیات HCBTİE 6)؛ یادداشت فرضیات محاسبه.
• طراحی تیر فولاد سبک (EGM) و طراحی ستون فولاد سبک (EGM): اگر در پروژه چنین عضوی وجود داشته باشد (به طراحی تیر و ستون در فولاد سبک مراجعه کنید).

گزارش‌ها بر اساس تنظیم زبان برنامه به ترکی یا انگلیسی تولید می‌شوند؛ پس از پایان تحلیل با «Tüm Seçili Raporları Oluştur» (تولید همه گزارش‌های انتخاب‌شده) دریافت می‌شوند و می‌توان آن‌ها را به‌صورت PDF/DOCX خروجی گرفت.

10. پرسش‌های متداول

ظرفیت برشی پنل 0 نمایش داده می‌شود. ممکن است h/L > 4 یا L < 0.30 m باشد یا روی هیچ‌کدام از دو وجه روکش علامت نخورده باشد (پنل بدون روکش، بخش 3.1). در پروژه‌های قدیمی، مقاومت روکش ممکن است با مقدار پیش‌فرض قدیمی (2.7 kN/m) بیاید؛ از زبانه بررسی کنید.

فهرست پروفیل استاد خالی است یا فقط پروفیل‌های Sigma را نشان می‌دهد. پروفیل‌ها از فایل HafifCelikProfil.txt در پوشه نصب (527 پروفیل) بارگذاری می‌شوند. اگر این فایل پیدا نشود، فایل پشتیبان HafifCelikSigma.txt (90 پروفیل Sigma) استفاده می‌شود؛ اگر هیچ‌کدام وجود نداشته باشد فهرست خالی می‌ماند. به‌روزرسانی را دوباره نصب کنید.

در دیوار فولاد سبک جدید پروفیل استاد خالی می‌آید. پروفیل را کاربر انتخاب می‌کند: مشخصات دیوار ← پنل فولاد سبک ← پروفیل استاد. اگر انتخاب نشود، تحلیل هشدار می‌دهد.

در گزارش ردیف ترکیب باد وجود ندارد و «iç duvar» (دیوار داخلی) نوشته شده است. دیوار با هیچ‌یک از کادرهای محور لبه علامت نخورده است. اگر دیوار نما است، از مشخصات دیوار محور لبه مربوط را علامت بزنید و تحلیل را تکرار کنید.

کنار نیاز استاد لبه «(D ile)» نوشته شده است. طبق TBDY 10.4.1.1(a)، نیاز استاد لبه از ترکیب‌های زلزله بزرگ‌شده با ضریب اضافه‌مقاومت D نیز محاسبه می‌شود؛ در ساختمان چندطبقه، لنگر واژگونی انباشته از طبقات بالا نیز لحاظ می‌شود. اگر نسبت ناکافی است، تعداد استاد لبه یا پروفیل را بزرگ‌تر کنید.

در پاورقی گزارش یادداشت «Kenar rijitleştirici (HCBTİE 4.9.3)» (سخت‌کننده لبه) وجود دارد. لب برای سخت‌کردن کامل بال کافی نیست؛ ضریب کمانش ورق بال و عرض‌های مؤثر طبق آیین‌نامه کاهش داده شده است. اگر ضخامت بیشتر یا پروفیل با لب بلندتر انتخاب شود، کاهش کمتر می‌شود.

چرا در پنل روکش‌دار ردیف کنترل‌کننده همیشه کمانش اعوجاجی است؟ روکش، کمانش محور ضعیف و پیچشی را به فاصله استادها محدود می‌کند؛ در مقاطع جدار نازک در این حالت کمترین مقاومت معمولاً از کمانش اعوجاجی به‌دست می‌آید. وارد کردن مهار چرخشی روکش (بخش 7) و گزینه نوار محدود (در مقاطع Sigma) این مقاومت را واقعی‌تر محاسبه می‌کند.