مدل‌سازی سازه‌های پیش‌ساخته
StatiCAD برای سازه‌های صنعتی بتن مسلح پیش‌ساخته (پیش‌تولید) ابزارهای مدل‌سازی، تحلیل و طراحی اتصال ارائه می‌کند: اعضای میله‌ای با مقطع متغیر (nonprismatic) و مقاطع پارامتریک پیش‌ساخته، تخصیص اتصال مفصلی، مهاربندهای معادل دیافراگم بام (TBDY 2018 پیوست 8B)، جرم‌های پنل نما و جرم جرثقیل، بارهای جرثقیل سقفی (گذرنده)، R و D متفاوت در بخش بالایی و پایینی (TBDY 4.3.6)، طراحی اتصال بر اساس فصل 8 آیین‌نامه TBDY، بار زلزله پنل نما، لغزش در پی و طراحی آرماتور تیرهای چندضلعی و با مقطع متغیر.
این امکانات روی ساختمان نمونه کتاب «تحلیل و طراحی یک ساختمان صنعتی نمونه بتن مسلح پیش‌تولید بر اساس TBDY-2018» از اتحادیه پیش‌ساخته ترکیه (ساختمان 40×75 m، دو دهانه، با طبقه میانی و جرثقیل سقفی 200 kN) توسعه و مقایسه شده‌اند (نک. مطالعات صحت‌سنجی سازه‌های پیش‌ساخته).
در کدام نسخه‌ها؟ ابزارهای پیش‌ساخته (دستورهای پیش‌ساخته در منوی ماکروها، الگوهای مقطع Precast، پنجره طراحی اتصال و صفحه اتصال در گزارش) در نسخه StatiCAD Ultimate وجود دارند. داده‌های پیش‌ساخته پروژه‌ای که در Ultimate تهیه شده در فایل حفظ می‌شود؛ وقتی پروژه در نسخه دیگری باز شود، تحلیل با همان داده‌ها انجام می‌گیرد. تعریف مقطع متغیر (Nonprismatic) در همه نسخه‌ها موجود است.
1. روند کلی
- در تنظیمات کلی پروژه نوع ساختمان را بتن مسلح، مصالح و پارامترهای زلزله را وارد کنید. در ساختمان‌های دارای طبقه میانی، در کادرهای R و D ضرایب بخش بالایی را بنویسید.
- مقاطع را تعریف کنید: ستون‌ها مستطیلی؛ برای تیرهای شیب‌دار بام، مقطع متغیر یا الگوهای Precast (بخش 2 و 3).
- ستون‌ها و تیرها را ترسیم کنید. تیرهایی را که با پین متصل می‌شوند، مانند تیر بام، شاه‌تیرچه (پرلین) و ناودانی، انتخاب کرده و دستور ماکروها ← انتهای تیرهای انتخاب‌شده را مفصلی کن (M2+M3) را اجرا کنید (بخش 4).
- دیافراگم بام را مشخص کنید: دیافراگم صلب (پیش‌فرض) یا مهاربندهای معادل پیوست 8B (بخش 5).
- جرم‌های پنل نما و پل جرثقیل را به‌عنوان جرم اضافی زلزله و بارهای جرثقیل سقفی را با پنجره جرثقیل وارد کنید؛ در ساختمان‌هایی که بخش بالایی و پایینی سیستم باربر متفاوت دارند، تنظیم R–D متفاوت را انجام دهید (نک. بارهای جرثقیل سقفی، جرم‌های اضافی زلزله و R–D متفاوت).
- گزینه‌های تحلیل را بررسی کرده و تحلیل را اجرا کنید. آرماتور تیرهای بتن مسلح چندضلعی و با مقطع متغیر در تحلیل به‌طور خودکار محاسبه می‌شود.
- اتصالات را در پنجره ماکروها ← طراحی اتصال پیش‌ساخته (TBDY فصل 8)... طراحی کرده و به گزارش اضافه کنید (نک. طراحی اتصال پیش‌ساخته).
همه دستورهای پیش‌ساخته در انتهای منوی ماکروها در منوی اصلی قرار دارند. پنجره‌های مهاربند، جرثقیل و اتصال دائمی نیستند: تا زمانی که پنجره باز است می‌توانید در مدل به انتخاب عضو ادامه دهید.
2. الگوهای مقطع پارامتریک پیش‌ساخته
در فهرست نوع الگو در پنجره مشخصات مقطع عضو میله‌ای الگوهای زیر وجود دارند. با انتخاب الگو، جدول پارامترهای مقطع ابعاد (cm) و توضیحات آن‌ها را نشان می‌دهد؛ در پیش‌نمایش، مقطع با برچسب ابعاد بلافاصله ترسیم می‌شود.
| الگو | کاربرد |
|---|---|
| Precast I | تیر پیش‌ساخته I یا با بال حبابی (bulb tee)؛ عرض بال‌ها، ارتفاع‌ها، پخ و ضخامت جان‌ها |
| Precast T | تیر طبقه با یک بال بالایی و دارای پخ (قطعه پیش‌ساخته تیر مرکبی که روی آن بتن‌ریزی می‌شود) |
| Precast U | تیر یا ناودانی پیش‌ساخته با مقطع U |
| Precast Box, Box/Tube | مقاطع جعبه‌ای: ابعاد خارجی، ضخامت دیواره‌ها و دال‌ها |
| Trapezoidal | مقطع ذوزنقه‌ای: عرض بالا و پایین، ارتفاع |
مقطع در برنامه به‌صورت مقطع چندضلعی ذخیره می‌شود؛ مساحت، ممان اینرسی و مرکز ثقل به‌طور خودکار از روی چندضلعی محاسبه می‌شوند. پارامترها نیز ذخیره می‌شوند، بنابراین هنگام بازگشایی مجدد مقطع، در حالت پارامتریک باز می‌شود. چیدمان آرماتور را می‌توان از ویرایشگر چندضلعی داد یا در صورت خالی ماندن، در طراحی تیر به‌طور خودکار تولید می‌شود. در انتقال به SAP2000، الگوها با تعریف‌های مقطع پیش‌ساخته خود SAP2000 ارسال می‌شوند.
3. تیرهای با مقطع متغیر (nonprismatic)
اعضایی که ارتفاعشان در طول عضو تغییر می‌کند، مانند تیر خرپای بام، به‌صورت یک عضو میله‌ای مدل می‌شوند؛ سختی بر اساس تغییر واقعی مقطع محاسبه می‌شود. تعریف در پنجره مشخصات مقطع عضو میله‌ای با انتخاب نوع الگوی Nonprismatic و در پنجره تعریف مقطع متغیر که باز می‌شود انجام می‌گیرد:
| ستون | توضیح |
|---|---|
| Start Section / End Section | مقطع ابتدا و انتهای قطعه (از مقاطع منشوری از قبل تعریف‌شده؛ مثلاً در انتها مستطیل 40×26 و در وسط 40×140 یا دو Precast I متفاوت) |
| Length / Length Type | Absolute: طول قطعه بر حسب cm. Variable: وزن نسبی؛ پس از کسر قطعات Absolute از طول عضو، طول باقی‌مانده با این نسبت بین قطعات Variable توزیع می‌شود. |
| EI33 / EI22 variation | نحوه تغییر سختی خمشی: Linear (EI خطی)، Parabolic (√EI خطی؛ زمانی که در مقطع I با بال غالب ارتفاع تغییر می‌کند)، Cubic (∛EI خطی؛ مستطیل با عرض ثابت و ارتفاع با تغییر خطی) |
تیر بام دو شیبه (دوطرفه) با دو قطعه تعریف می‌شود: مقطع انتها ← مقطع وسط ← مقطع انتها. مساحت، ثابت پیچش و مساحت‌های برشی در داخل قطعه به‌صورت خطی تغییر می‌کنند. کافی است نام مقطع را به‌عنوان مقطع تیر انتخاب کنید؛ تحلیل، انتقال به SAP2000 (با تمام قطعات) و طراحی آرماتور، مقطع متغیر را خودکار به کار می‌برند.
چگونه محاسبه می‌شود؟ ماتریس سختی عضو با انتگرال‌گیری انعطاف‌پذیری خواص مقطعی که در طول عضو تغییر می‌کنند (با احتساب تغییر شکل برشی) تشکیل می‌شود؛ در مقطع ثابت، این ماتریس با ماتریس عضو منشوری با دقت عددی یکسان است. نیروهای گیرداری ناشی از بار گسترده نیز بر اساس مقطع متغیر محاسبه می‌شوند؛ انتهای ضخیم‌تر لنگر گیرداری بزرگ‌تری می‌گیرد. جرم و وزن مرده با مساحت متوسط در طول عضو توزیع می‌شود (حجم کل صحیح است).
مقطع متغیر فقط در تیرها در نظر گرفته می‌شود؛ اختصاص آن به ستون پشتیبانی نمی‌شود.
4. اتصالات مفصلی (پین‌دار)
در ساختمان‌های پیش‌ساخته، تیرهای بام، شاه‌تیرچه‌ها و ناودانی‌ها معمولاً با اتصال مفصلی پین‌دار به ستون‌ها متصل می‌شوند. برای تخصیص در یک مرحله، تیرهای مربوط را (در تمام طبقات) انتخاب کرده و دستور ماکروها ← انتهای تیرهای انتخاب‌شده را مفصلی کن (M2+M3) را اجرا کنید. این دستور در دو انتهای هر تیر انتخاب‌شده دو لنگر خمشی (M2، M3) را آزاد می‌کند، ضرایب فنر مفصل را صفر می‌کند و مفصل را در تمام بارگذاری‌ها فعال می‌سازد؛ در پایان تعداد تیرهای پردازش‌شده را اعلام می‌کند. برای یک انتها، مفصل را از جدول مفصل در پنجره مشخصات تیر نیز می‌توان وارد کرد.
در تیرها حتی اگر خروج از محور (قرارگیری خط گره تیر در بالای آن) وجود داشته باشد، مفصل در سمت گره اعمال می‌شود؛ تیر پین‌دار مانند یک تکیه‌گاه ساده واقعی رفتار می‌کند. نیروی محوری مرکبی که دیافراگم صلب و خروج از محور با هم تولید می‌کنند، از ارزیابی بار محوری تیر کنار گذاشته می‌شود.
5. دیافراگم بام: دیافراگم صلب یا مهاربندهای معادل پیوست 8B
فرض پیش‌فرض برای هر طبقه (از جمله بام) دیافراگم صلب است (تنظیمات کلی پروژه ← نیروهای عضو ← دیافراگم کاملاً صلب). در بام‌هایی با شاه‌تیرچه و بخش‌بندی مهاربندی که هزاران گره به دیافراگم متصل می‌شوند، دیافراگم صلب با تبدیل دقیق اصلی–وابسته حل می‌شود؛ تنظیم کاربر لازم نیست.
در بام‌های پوشیده با ورق ذوزنقه‌ای یا پنل ساندویچی، پیوست 8B آیین‌نامه TBDY اجازه می‌دهد سختی برشی صفحه بام با جفت‌های مهاربند معادل با دو انتهای مفصلی نمایش داده شود. برای این منظور از پنجره ماکروها ← مهاربندهای معادل دیافراگم بام پیش‌ساخته (TBDY پیوست 8B) استفاده کنید:
| ورودی | توضیح | پیش‌فرض |
|---|---|---|
| قطر پیچ Trifon به اندازه D (mm) | قطر پیچی که ورق را به شاه‌تیرچه متصل می‌کند | 4 |
| ضخامت ورق بالایی t1 (mm) | ضخامت ورق در ورق ذوزنقه‌ای؛ ورق بالایی در پنل ساندویچی | 0.5 |
| ورق پایینی t2 (mm) | ورق پایینی در پنل ساندویچی؛ در ورق ذوزنقه‌ای 0 | 0.4 |
| پیچ در واحد طول n (عدد/m) | تعداد پیچ در هر متر در امتداد شاه‌تیرچه | 5.5 |
| مقاومت تسلیم ورق fy (MPa) | 255 | |
| ضریب ایمنی γ | 0.67 | |
| تعداد بخش‌ها | فاصله بین دو تیر در امتداد طول تیر به چند سلول تقسیم شود | 4 |
| مصالح مهاربند E (MPa) | مدول الاستیسیته میله معادل | 33227 |
- محاسبه: سختی محوری معادل (EA)e، بیشترین نیرویی که یک مهاربند می‌تواند تحمل کند، مقایسه معادله 8B.1 آیین‌نامه TBDY، مقطع میله معادل و شرایط کاربرد پیوست 8B (فاصله شاه‌تیرچه‌ها ≤ 2.0 m، زاویه مهاربند ≈ 45°) نمایش داده می‌شود.
- در مدل دو تیر موازی را که مهاربندها بین آن‌ها ساخته می‌شود (مثلاً دو تیر بام مجاور) انتخاب کنید و دکمه بین 2 تیر انتخاب‌شده مهاربند تولید کن را فشار دهید. فاصله بین دو تیر به تعداد سلول انتخاب‌شده تقسیم می‌شود و در هر سلول یک جفت X قرار می‌گیرد. مهاربندها اعضای مجازی با دو انتهای مفصلی، بدون جرم و بدون بار هستند؛ وارد طراحی بتن مسلح و متره نمی‌شوند.
- مهاربندهای تولیدشده و تیرهای مبدأ انتخاب‌شده باقی می‌مانند. با اجرای دستور ماکروها ← تیرهای انتخاب‌شده متقاطع را در تمام طبقات تقسیم کن، اتصال انتهای مهاربندها را با شاه‌تیرچه‌ها و تیرها در گره مشترک تضمین کنید.
هنگام کار با بام دارای مهاربند پیوست 8B باید تنظیمات کلی پروژه ← نیروهای عضو ← دیافراگم نیمه‌صلب انتخاب شود. توصیه می‌شود برای مقایسه، حل با دیافراگم صلب نیز اجرا شود.
6. گزینه‌های تحلیل
| گزینه | محل | توضیح |
|---|---|---|
| دیافراگم کاملاً صلب / نیمه‌صلب | تنظیمات کلی پروژه ← نیروهای عضو | در بام دارای مهاربند پیوست 8B نیمه‌صلب انتخاب می‌شود؛ در غیر این صورت دیافراگم صلب توصیه می‌شود. |
| تخصیص دیافراگم صلب در تحلیل مودال | تنظیمات کلی پروژه ← نیروهای زلزله | با گزینه «انجام شود»، مدل کاهش‌یافته با سه درجه آزادی (UX، UY، RZ) برای هر طبقه استفاده می‌شود؛ گره‌هایی که در تراز طبقه (±2 cm) قرار دارند به طبقه متصل می‌شوند. |
| در نظر گرفتن دال‌ها در تحلیل مودال با دیافراگم صلب | تنظیمات کلی پروژه ← نیروهای زلزله | سهم پوسته‌های دال در سختی در حل استاتیکی وجود دارد، اما در تحلیل مودال با دیافراگم صلب به‌طور پیش‌فرض وجود ندارد؛ بنابراین زمان‌های تناوب مودال کمی بلندتر و تغییر مکان‌های استاتیکی کمی کوچک‌تر به دست می‌آیند (2–5%). برای یکسان‌سازی دو حل می‌توان در مدل‌های کوچک آن را فعال کرد؛ در بام‌های بزرگ با شاه‌تیرچه و بخش‌بندی مهاربندی به دلیل نیاز به حافظه توصیه نمی‌شود. |
| عدم اتصال گره‌های میانی تیر به دیافراگم صلب | تنظیمات کلی پروژه ← نیروهای زلزله | وقتی محور تیرها زیر خط گره مدل می‌شود، چون گره‌های تقسیم تیر به دیافراگم صلب متصل هستند، تیرها به‌صورت مرکب سخت می‌شوند. با فعال کردن این گزینه، فقط گره‌های تقسیم خارج از دیافراگم می‌مانند؛ گره‌های ستون، دیوار برشی و تقاطع تیر متصل باقی می‌مانند. به‌طور پیش‌فرض غیرفعال است و همراه با پروژه ذخیره می‌شود. |
7. محدوده کاربرد
- مقطع متغیر فقط در تیرها در نظر گرفته می‌شود؛ محاسبه مقطع پیش‌تنیده خارج از محدوده است.
- بررسی کنسول کوتاه (guse) و کنسول جرثقیل، بررسی پی کاسه‌ای (دارای حفره) و بررسی مرحله نصب در این نسخه وجود ندارد.
- سختی برشی بام نیمه‌صلب دارای مهاربند پیوست 8B باید همراه با حل دیافراگم صلب ارزیابی شود.
- در جزئیات اتصال بال–دیواره الگوی Precast U نسبت به SAP2000 اختلاف مساحت کوچکی وجود دارد (در مقطع نمونه −4%).
8. موارد پرتکرار
| نشانه | راه‌حل |
|---|---|
| دستورهای پیش‌ساخته در منوی ماکروها نیست؛ الگوهای Precast در فهرست مقاطع دیده نمی‌شود. | ابزارهای پیش‌ساخته در نسخه Ultimate فعال هستند. |
| مهاربندهای تولیدشده با شاه‌تیرچه‌ها اتصال ندارند. | دستور ماکروها ← تیرهای انتخاب‌شده متقاطع را در تمام طبقات تقسیم کن را در حالی که مهاربندها و تیرها انتخاب شده‌اند اجرا کنید. |
| زمان تناوب غالب کوتاه‌تر از انتظار است. | نتیجه فرض دیافراگم صلب بام است؛ توضیح آن در مقاله صحت‌سنجی آمده است. |