این بخش به الزامات طراحی اعضای منشوری می پردازد که تحت اثر نیروی محوری فشاری در امتداد محور طولی عضو قرار دارند.
مقررات این بخش تحت عناوین زیر ارائه میگردد :
• ۱-۴-۲-۱۰ الزامات عمومی
• ۲-۴-۲-۱۰ نسبت لاغری
• ۳-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی بر اساس کمانش خمشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر
• ۴-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی بر اساس کمانش پیچشی و کمانش خمشی پیچشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر
• ۵-۴-۲-۱۰ اعضای با مقطع نبشی تک
• ۶-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری ساخته شده (مرکب)
• ۷-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری دارای اجزای لاغر
۱-۴-۲-۱۰ الزامات عمومی
اعضای فشاری می توانند از نیمرخ تک نیمرخهای مرکب و نیمرخهای ساخته شده از ورق یا ترکیبی از ورق و نیمرخ باشند.
در روش LRFD مقاومت فشاری طراحی اعضا برابر ΦcPc و در روش ASD مقاومت فشاری مجاز اعضا برابر Pc/Ωc است . Pn مقاومت فشاری اسمی است که باید برابر کوچک ترین مقدار محاسبه شده بر اساس حالت های حدی کمانش خمشی کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی (حسب مورد) در نظر گرفته شود. در طراحی اعضای فشاری مقدار Φc برابر ۰.۹ و مقدار Ωc برابر ۱.۶۷ است
حالت های حدی حاکم بر طراحی اعضای فشاری بر اساس شکل مقطع مطابق جدول ۱۰-۲-۴-۱ انتخاب میشود.
۲-۴-۲-۱۰ نسبت لاغری
ضریب طول مؤثر (K) برای محاسبه نسبت لاغری اعضا (KL/r) و محاسبه مقاومت اسمی آن ها، باید مطابق با ضوابط بخش ۱۰-۲-۱ این مبحث تعیین شود که در آن :
L= طول مهار نشده عضو حول محور کمانش مورد نظر
r= شعاع زیراسیون مقطع عضو حول محور کمانش مورد نظر
نسبت لاغری (KL/r)، اعضایی که برای تحمل نیروی محوری فشاری طراحی می شوند، نباید از ۲۰۰ بیشتر شود.
۳-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی براساس کمانش خمشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر
مقاومت فشاری اسمی (Pn) اعضای فشاری با مقطع دارای یک یا دو محور تقارن بدون اجزای لاغر بر اساس کمانش خمشی حول محور مورد نظر با استفاده از رابطه زیر تعیین میشود :
(۱-۴-۲-۱۰) Pn=FcrAg
که در آن :
Ag= سطح مقطع کلی عضو
Fcr= تنش فشاری ناشی از کمانش خمشی که از روابط زیر به دست می آید :
در روابط فوق :
KL/r = نسبت لاغری عضو حول محور کمانش مورد نظر
Fy = تنش تسلیم مشخصه فولاد
E = مدول الاستیسیته فولاد
K = ضریب طول موثر جول محور کمانش مورد نشر مطابق ضوابط بخش ۱۰-۲-۱
L = طول مهار نشده عضو حول محور کمانش مورد نشر
r = شعاع ژیراسیون مقطع عضو حول محور کمانش ومرد نظر
Fe = تنش کمانش الاستیک که مقدار آن عبارتست از :
۴-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی بر اساس کمانش پیچشی و کمانش خمشی پیچشی در اعضای با مقطع بدون اجزای لاغر
همان طور که در جدول ۱۰-۲-۴-۱ عنوان شده است الزامات این بند برای تعیین مقاومت فشاری اسمی اعضای فشاری با مقاطع دارای دو محور تقارن یک محور تقارن و نامتقارن مورد استفاده قرار میگیرد.
مقاومت فشاری اسمی (Pn) در اعضای فشاری با مقاطع بدون اجزای لاغر بر اساس کمانش پیچشی و کمانش خمشی - پیچشی (حسب مورد) برابر FcrAg است که در آن Ag سطح مقطع کلی عضو و Fcr تنش فشاری بوده که مقدار آن با استفاده از روابط ۱۰-۲-۴-۲ و ۱۰-۲-۴-۳ ولی براساس تنشهای کمانش پیچشی الاستیک و خمشی پیچشی الاستیک (Fe) که برای حالت های مختلف به شرح زیر تعیین میشود به دست می آید:
الف) برای مقاطع دارای دو محور تقارن بر اساس حالت حدی کمانش پیچشی حول محور طولی مار بر مرکز برش:
ب) برای مقاطع با یک محور تقارن که محور تقارن آن ها y نام گذاری شده است،بر اساس حالت حدی کمانش خمشی - پیچشی حول محور y و محور طولی مار بر مرکز برش:
پ) برای مقاطع نامتقارن بر اساس حالت حدی کمانشی خمشی - پیچشی حول محورهای اصلی مقطع و محور طولی مار بر مرکز برش Fe عبارت است از کوچکترین ریشه معادله درجه سوم زیر:
در روابط فوق :
Cw= ثابت تابیدگی
Kz= ضریب طول مؤثر برای کمانش پیچشی مقدار این ضریب به طور محافظه کارانه می تواند برابر یک انتخاب گردد ولی در مواردی که فقط یک انتها یا هر دو انتهای ستون در برابر تابیدگی مقید شده باشند این ضریب می تواند برابر ۰.۷ برای حالت فقط در یک انتها مقید یا برابر ۰.۵ برای حالت در هر دو انتها مقید در نظر گرفته شود مقید شدن در برابر تابیدگی می تواند از طریق جعبه ای کردن مقطع در انتها در طولی حداقل برابر بزرگترین بعد مقطع ستون انجام شود.
J= ثابت پیچشی
G= مدول الاستیسیته برشی G =۱/۲.۶E با فرض (ν=۰.۳)
x۰ و y۰ = مختصات مرکز برش نسبت به مرکز سطح در راستای محورهای اصلی x و y
rx و ry = شعاع ژیراسیون حول محورهای اصلی x و y
r۰= شعاع زیراسیون قطبی نسبت به مرکز برش که از رابطه زیر محاسبه میشود:
Ag = سطح مقطع کلی عضو
H = ضریبی است که از رابطه زیر محاسبه میشود:
Fey,Fex و Fez از روابط زیر محاسبه می شوند :
Iy و Ix = ممان اینرسی حول محورهای اصلی
Lx و Ly و Lz = طول مهار نشده عضو به ترتیب حول محورهای کمانش y , x و z
Ky و Kx = ضریب طول موثر برای کمانش خمشی حول محورهای اصلی x و y
۵-۴-۲-۱۰ اعضای با مقطع نبشی تک
نبشی هایی که به صورت برون محور بارگذاری می شوند در صورتی که شرایط زیر برقرار باشند، در طراحی می توان از برون محوری آنها صرف نظر کرد :
(۱) نیروی محوری نبشی از دو انتهای آن و فقط از طریق یک ساق اعمال گردد.
(۲) اتصال دو انتهای عضو به کمک جوش یا حداقل دو پیچ انجام شود.
(۳) هیچ گونه بار عرضی میانی بر عضو اعمال نگردد.
نبشی های تکی که شرایط فوق را دارند و نیز شرایط انتهایی آنها با یکی از حالت های مشخص شده در بندهای (الف) و (ب) زیر مطابقت دارد می توانند بر اساس نسبت های لاغری اصلاح شده که در این بخش ارائه میشود، به عنوان عضوی که تنها تحت اثر نیروی فشاری قرار دارد، طراحی شوند. نبشی های تکی که این شرایط را ندارند با شرایط انتهایی آنها با حالت های مشخص شده در بندهای (الف) و (ب) زیر متفاوت است باید برای ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی مطابق بخش ۱۰-۲-۷ مورد محاسبه و طراحی قرار گیرند.
الف) برای نبشی با ساق های مساوی یا نامساوی که از طریق ساق بلندتر متصل شده اند و به صورت اعضای تک یا اعضای جان خرپاهای صفحه ای که با اعضای مجاور خود به یک سمت ورق اتصال یا یال خریا متصل شده اند لاغری اصلاح شده با استفاده از روابط زیر به دست می آید:
ب) برای نبشی با ساق های مساوی یا نامساوی که از طریق ساق های بلندتر متصل شده اند و عضوی از جان خرپای جعبه ای یا فضایی هستند که با اعضای مجاورشان به یک طرف ورق اتصال یا بال ها متصل شده اند لاغری اصلاح شده از روابط زیر به دست می آید:
در روابط فوق :
L = طول عضو بین محل تقاطع محور اعضا
bl = پهنای ساق بزرگتر نبشی
bs = پهنای ساق کوچکتر نبشی
ra = شعاع ژیراسیون حول محور موازی با ساق متصل شده
rz = شعاع ژیراسیون حول محور اصلی ضعیف نبشی
۶-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری ساخته شده (مرکب)
مقاطع ساخته شده مورد بحث در این بخش مقاطعی هستند که از دو یا چند نیمرخ با قطعات لقمه بین آن ها یا از دو یا چند نیمرخ به همراه ورق سراسری یا بست های موازی یا مورب و یا از دو نیمرخ که با پیچ یا جوش به هم متصل شده اند ساخته می شوند. مقاومت فشاری اسمی و محدودیت های ابعادی این گونه مقاطع مطابق با الزامات بندهای ۱۰-۲-۴-۶-۱ و ۱۰-۲-۴-۶-۲ است.
۱-۶-۴-۲-۱۰ مقاومت فشاری اسمی
مقاومت فشاری اسمی مقاطع ساخته شده باید بر اساس الزامات بندهای ۱۰-۲-۴-۳ و ۱۰-۲-۴-۴ یا ۷-۴-۲-۱۰ و با اصلاحات لاغری ارائه شده در حالت های (الف) و (ب) این بند تعیین شود :
الف) در اعضای فشاری ساخته شده که در آنها اتصال قطعات متصل کننده میانی به اجزای مختلف مقطع به صورت پیچی و با عملکرد اتکائی است نسبت لاغری نسبت به محور عمود بر صفحه بست (محور بدون مصالح مقطع ساخته شده) باید از رابطه زیر تعیین شود :
ب) در اعضای فشاری ساخته شده که در آن ها اتصال قطعات میانی متصل کننده نیمرخهای مختلف مقطع به صورت جوشی یا پیچی پیش تنیده یا لغزش بحرانی است،نسبت لاغری به محور عمود بر صفحه بست (محور بدون مصالح ساخته شده) باید از رابطه زیر تعیین شود:
m(KL/r) = نسبت لاغری اصلاح شده عضو فشاری نسبت به محور بدون مصالح مقطع ساخته شده
o(KL/r) = نسبت لاغری عضو فشاری نسبت به محور بدون مصالح مقطع ساخته شده
Ki = برابر ۰.۵ برای مقاطع نبشی پشت به پشت، ۰.۷۵ برای مقاطع ناودانی پشت به پشت و ۰.۸۶ برای سایر مقاطع
a = فاصله بین متصل کننده ها
ri = شعاع زیراسیون حداقل هر یک از نیمرخها
۲-۶-۴-۲-۱۰ محدودیت های ابعادی
محدودیت های ابعادی نیمرخهای اعضای فشاری ساخته شده به شرح زیر هستند:
الف) هر یک از نیمرخهای اعضای فشاری ساخته شده (مرکب) باید در فاصله a به یکدیگر متصل باشند، به نحوی که ضریب لاغری مؤثر هر یک از نیمرخها (a/ri) در این فاصله از ¾ نسبت لاغری تعیین کننده کل عضو ساخته شده بیشتر نشود در این محاسبه ۲ شعاع ژیراسیون حداقل هر نیمرخ است.
ب) اتصالات متصل کننده های میانی می توانند از نوع جوشی یا پیچی با عملکرد اتکائی پیش تنیده یا لغزش بحرانی باشند لیکن اتصالات متصل کننده های انتهایی باید از نوع جوشی یا پیچی پیش تنیده یا لغزش بحرانی با وضعیت سطحی کلاس A یا B باشند.
پ) در انتهای اعضای فشاری ساخته شده در محل فشار مستقیم بر کف ستون ها یا در محل سطوح صاف و تنظیم شده در درز وصله ها و نیز ناحیه اتصالات تیر به ستون های ساخته شده تمامی نیمرخهای اعضای ساخته شده باید در فاصله ۱.۵ برابر بعد حداکثر مقطع ساخته شده با پیچ هایی که فاصله محور به محور آنها از یکدیگر حداکثر ۴ برابر قطرشان باشد به یکدیگر متصل شوند. اگر وسیله اتصال جوش باشد تمامی نیمرخهای متصل به یکدیگر باید در طولی بزرگتر یا مساوی بعد حداکثر مقطع ساخته شده با جوش پیوسته به یکدیگر متصل شوند.
ت) چنانچه عضو فشاری ساخته شده از نیمرخها و ورقهای سراسری تشکیل شده باشد، در ناحیه میانی فواصل طولی محور به محور بین پیچ ها یا فاصله آزاد بین نوارهای جوش منقطع باید به نحوی انتخاب شود که مقاومت لازم تأمین گردد. حداقل و حداکثر فاصله مرکز سوراخ ها تا لبه قطعات متصل شونده و نیز حداقل و حداکثر فاصله مرکز تا مرکز سوراخ ها باید الزامات بخش ۱۰-۲-۹ را تأمین نماید. همچنین حداکثر فاصله خالص بین جوش های منقطع و فاصله مرکز تا مرکز سوراخ ها نباید از مقادیر زیر بیشتر شود:
ث) چنانچه عضو فشاری از نیمرخها و ورقهای سوراخ دار تشکیل شده باشند در صورتی که ضوابط زیر رعایت شده باشند بخشی از پهنای این ورقها (پهنای کلی ورق سوراخ دار منهای عرض سوراخ) به همراه سطح مقطع نیمرخها می تواند به عنوان سطح مقطع خالص جهت کمک به تأمین مقاومت موجود در نظر گرفته شود:
(۲) نسبت طول سوراخ در راستای تنش به عرض سوراخ از ۲ بیشتر نباشد.
(۳) فاصله خالص بین سوراخ ها در راستای تنش از فاصله عرضی متصل کننده ها کمتر نباشد.
(۴) شعاع پیرامون سوراخ ها در تمامی نقاط حداقل ۴۰ میلی متر باشد.
ج) چنانچه عضو فشاری از نیمرخها و بست های مورب تشکیل شده باشد ضوابط زیر باید رعایت شوند
(۱) بست های مورب در انتهای عضو فشاری باید به ورق بست انتهایی ختم شوند. در قسمت های میانی عضو در صورتی که نظم بست های مورب به هم خورده باشد، باید ورقهای اتصال به تیر تعبیه گردد. طول ورقهای بست انتهایی (در امتداد طولی عضو) باید حداقل برابر فاصله مراکز هندسی نیمرخهای تشکیل دهنده عضو فشاری باشد و طول ورقهای اتصال به تیر باید فضای کافی برای برقراری اتصال را داشته باشد.
ضخامت ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال به تیر باید طوری انتخاب شوند که مقاومت کافی در برابر نیروهای منتقل شده از طرف عضو فشاری به کف ستون و از طرف تیر و مهاربندی به ستون را دارا باشند. در هر حال ضخامت ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال به تیر نباید از b/۵۰ کمتر باشد؛ که در آن b برابر پهنای ورق انتهایی و ورق اتصال در اتصالات جوشی و برابر فاصله عرضی وسایل اتصال در اتصالات پیچی است.
پهنای ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال باید حداقل برابر فاصله بین مراکز هندسی نیمرخهای تشکیل دهنده عضو فشاری باشد. چنانچه اتصال این ورقها به نیمرخهای عضو فشاری از نوع پیچی باشد فاصله عرضی (عمود بر محور طولی عضو فشاری) وسایل اتصال باید حداقل برابر فاصله بین مراکز هندسی نیمرخهای تشکیل دهنده عضو فشاری باشد.
اگر وسایل اتصال ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال به تیر از نوع پیچی باشد، فاصله این وسایل از یکدیگر در امتداد طولی عضو فشاری امتداد تنش نباید از ۶ برابر قطر آنها بیشتر شود. در هر ورق انتهایی و ورق اتصال به تیر باید حداقل ۳ عدد پیچ تعبیه شود. در هر حال تعداد و قطر پیچ ها باید طوری انتخاب شوند که مقاومت کافی در برابر نیروی منتقل شده از طرف عضو فشاری به کف ستون و از طرف تیر و مهاربندی به ستون را دارا باشند.
اگر وسیله اتصال ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال به تیر از نوع جوشی باشد دورتادور این ورقها باید به عضو فشاری جوش شود ضخامت جوش اتصال به عضو فشاری باید طوری انتخاب شود که مقاومت کافی در برابر نیروی منتقل شده به عضو فشاری را دارا باشد.
(۲) بست های مورب را می توان از تسمه نبشی ناودانی یا مقطع مناسب دیگر انتخاب کرد. همانند نیمرخهای کلیه اعضای فشاری ساخته شده بست های مورب را باید طوری قرار داد که نسبت لاغری مؤثر هر یک از نیمرخهای عضو فشاری در فاصله بین اتصال بست های مورب به عضو فشاری الزامات بند (الف) از محدودیت های ابعادی اعضای فشاری ساخته شده (مرکب) را تأمین نماید.
(۳) مشخصات هندسی بست های مورب شامل طول مقطع و وسایل اتصال دو انتهای آنها به عضو فشاری باید به گونه ای انتخاب شوند که منجر به تأمین مقاومت برشی لازم گردد. مقاومت برشی لازم برابر نیروی برشی عضو فشاری در اثر نیروهای خارجی بعلاوه معادل ۲ درصد مقاومت فشاری موجود عضو در نظر گرفته میشود.
(۴) طول کمانش برای محاسبه نسبت لاغری بست های مورب در بست های تکی برابر فاصله بین مرکز هندسی اتصالات پیچ یا جوش دو انتهای آنها به عضو فشاری و در بست های مورب ضربدری ۷۰ درصد این فاصله به حساب می آید.
(۵) نسبت لاغری بست های مورب تک نباید از ۱۴۰ و نسبت لاغری بست های مورب ضربدری نباید از ۲۰۰ بیشتر شود.
(۶) زاویه محور طولی بست های مورب نسبت به محور طولی عضو فشاری مرکب (α) نباید کمتر از ۴۵ درجه برای بست های مورب ضربدری و کمتر از ۶۰ درجه برای بست های مورب تکی باشد.
(۷) اگر فاصله بین مرکز هندسی اتصالات دو انتهای بست بیش از ۴۰۰ میلی متر باشد ارجح است که بست ها به صورت ضربدری در نظر گرفته شوند یا از نیمرخ مناسب مانند نبشی یا ناودانی طراحی شوند.
چ) چنانچه عضو فشاری ساخته شده از نیمرخها و بست های موازی تشکیل شده باشد. ضوابط زیر باید رعایت شوند:
(۱) همانند اجزای کلیه اعضای فشاری فاصله بست ها از یکدیگر باید به اندازه ای باشد که نسبت لاغری مؤثر هر یک از نیمرخهای عضو فشاری ساخته شده در فاصله بین مرکز تا مرکز دو بست متوالی الزامات بند (الف) از محدودیت های ابعادی اعضای فشاری ساخته شده را تأمین نماید.
(۲) استفاده از تسمه نبشی یا هر مقطع مناسب دیگر به عنوان بست مجاز است، مشروط بر آن که کلیه محدودیت های عنوان شده در موردهای (۱) تا (۵) از بند (ج) همین قسمت در آنها رعایت شده باشد.
(۳) مشخصات هندسی بست های موازی شامل طول مقطع و وسایل اتصال دو انتهای آنها به عضو فشاری باید به گونه ای انتخاب شود که منجر به تأمین مقاومت برشی لازم گردد. مقاومت برشی لازم باید برابر نیروی برشی عضو فشاری در اثر نیروهای خارجی بعلاوه ۲ درصد مقاومت فشاری موجود عضو در نظر گرفته شود.
(۴) بست های موازی در انتهای عضو فشاری مورب و نیز در محل اتصال تیر به ستون باید محدودیت های عنوان شده در مورد (۱) از بند (ج) در خصوص ورقهای انتهایی و ورقهای اتصال را تأمین نماید.
(۵) طول بست های میانی نباید از و کمتر باشد.
۷-۴-۲-۱۰ اعضای فشاری دارای اجزای لاغر
این بخش به طراحی اعضای منشوری با مقطع دارای اجزای لاغر می پردازد که تحت اثر نیروی محوری فشاری قرار دارند مقاومت فشاری اسمی (P) این نوع اعضا بر اساس حالت های حدی کمانش خمشی کمانش پیچشی و کمانش خمشی پیچشی در اندرکنش با کمانش موضعی باید با استفاده از رابطه زیر تعیین شود :
(۲۰-۴-۲-۱۰) Pn=FcrAec
Aec = مجموع سطح مقطع مؤثر اجزای عضو در فشار که با توجه بعد مؤثر کاهش یافته ، be یا de و یا he جزء با استفاده از روابط ۱۰-۲-۴-۲۱ و ۱۰-۲-۴-۲۲ محاسبه میشود یا مستقیماً بر اساس روابط ۱۰-۲-۴-۲۴ و ۱۰-۲-۴-۲۵ به دست می آید.
Fcr = تنش بحرانی که بر اساس حالت های کمانش از روابط بخش های ۱۰-۲-۴-۳ و ۱۰-۲-۴-۴ به دست میآید در مورد مقاطع نبشی تک فقط باید از ضوابط بخش ۱۰-۲-۴-۳ برای محاسبه این تنش استفاده شود.
۱-۷-۴-۲-۱۰ اعضای دارای اجزای لاغر به استثنای مقاطع توخالی دایره ای
پهنای مؤثر کاهش یافته (be) در اجزای این مقاطع از روابط زیر محاسبه میشود. این روابط برای محاسبه ارتفاع مؤثر جان اجزای لاغر (he) یا عمق مؤثر تیغه مقاطع سیری (de) نیز قابل استفاده هستند.
در روابط فوق :
b = پهنای جزء (در محاسبه he یا de از پارامترهای h یا d که به ترتیب ارتفاع جان یا عمق تیغه هستند، استفاده شود )
Cl = ضرایب تأثیر نقص اولیه که از جدول ۱۰-۲-۴-۲ به دست می آید.
λ = نسبت پهنا به ضخامت جزء
λr = حداکثر نسبت پهنا به ضخامت جزء که از جدول ۱۰-۲-۲-۱ به دست می آید.
Fel = تنش کمانش الاستیک موضعی که از رابطه زیر محاسبه میشود.
c۲ = ضرایب تأثیر نقص اولیه که از جدول ۱۰-۲-۴-۲ به دست می آید.
۲-۷-۴-۲-۱۰ مقاطع توخالی دایره ای لاغر
در این مقاطع سطح مقطع مؤثر (Aec) از روابط زیر محاسبه میشود.
در روابط فوق :
D = قطر خارجی مقطع توخالی دایره ای
t = ضخامت دیواره مقطع توخالی دایره ای
Ag = سطح مقطع کلی عضو
تصویر ۱
تصویر ۲
تصویر ۳
تصویر ۴
تصویر ۵
تصویر ۶
تصویر ۷
تصویر ۸
تصویر ۹
تصویر ۱۰
تصویر ۱۱
تصویر ۱۲
تصویر ۱۳
تصویر ۱۴
تصویر ۱۵
تصویر ۱۶
تصویر ۱۷
تصویر ۱۸
تصویر ۱۹
تصویر ۲۰
تصویر ۲۱
تصویر ۲۲
تصویر ۲۳
تصویر ۲۴
تصویر ۲۵
تصویر ۲۶