این بخش به الزامات طراحی اعضای مختلط متشکل از نیمرخ فولادی نورد شده یا ساخته شده از ورق محاط در بتن یا دایره ای شکل تو خالی قوطی شکل (HSS) و جعبه ای پرشده با بتن می پردازد که به واسطه برشگیرهای متصل به فولاد و مدفون در بتن یا به واسطه چسبندگی با یکدیگر به طور توام در تحمل بار عمل میکنند همچنین به الزامات طراحی تیرهای خمشی فولادی با دال بتنی متکی بر آن می پردازد که توسط برشگیرهای فولادی به هم اتصال یافته اند علاوه بر موارد فوق این بخش به الزامات طراحی تیرهای خمشی با دهانه های ساده یا پیوسته با دال بتنی متکی بر آن همراه با برشگیرهای فولادی تیرهای خمشی فولادی محاط در بتن یا پرشده با بتن می پردازد که با یا بدون استفاده از پایه های موقت اجرا می شوند.
مقررات این بخش تحت عناوین زیر ارائه میگردد:
• ۱-۸-۲-۱۰ الزامات عمومی
• ۲-۸-۲-۱۰ اعضای محوری با مقطع مختلط
• ۳-۸-۲-۱۰ اعضای خمشی با مقطع مختلط
• ۴-۸-۲-۱۰ مقاومت برشی موجود اعضای با مقطع مختلط
• ۵-۸-۲-۱۰ ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی در اعضای با مقطع مختلط
• ۶-۸-۲-۱۰ انتقال بار در اعضای با مقطع مختلط محاط در بتن و پرشده با بتن
• ۷-۸-۲-۱۰ دیافراگم های مختلط
• ۸-۸-۲-۱۰ برشگیرها در تیرهای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن
• ۹-۸-۲-۱۰ برشگیرها در ستون ها و سایر اعضای مختلط
• ۱۰-۸-۲-۱۰ کنترل فشار هیدرواستاتیک در مقاطع مستطیلی پرشده با بتن
۱-۸-۲-۱۰ الزامات عمومی
در تعیین آثار بار در اعضا و اتصالات سازه هایی که دارای اعضای با مقطع مختلط هستند، لازم است. توجه کافی به میزان مؤثر بودن بخش های مختلف مقطع عضو در هر مرحله از افزایش بارگذاری مبذول گردد. الزامات مربوط به پوشش بتن روی میلگردها وصله میلگردها فواصل میلگردها خم میلگردها و مقاومت برشی اجزای بخش بتنی باید با توجه به الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه تعیین گردند مگر آنکه در این بخش الزامات خاصی برای آنها مقرر شده باشد.
۱-۱-۸-۲-۱۰ مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط
مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط بر اساس یکی از روش های زیر تعیین میگردد :
• روش توزیع تنش پلاستیک
• روش سازگاری کرنش
• روش توزیع تنش الاستیک
• روش تنش کرنش مؤثر
در محاسبه مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط از مقاومت کششی بتن صرف نظر میشود. آثار کمانش موضعی اجزای بخش فولادی در محاسبه مقاومت اسمی اعضای مختلط با مقطع فولادی پرشده با بتن باید مطابق ضوابط این بخش در نظر گرفته شود در اعضای مختلط با مقطع مختلط محاط در بتن لزومی به در نظر گرفتن آثار کمانش موضعی نیست
الف) روش توزیع تنش پلاستیک
در این روش مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط بر اساس فرضیات زیر محاسبه میشود:
۱- تنش در اجزای بخش فولادی و میلگردها هم در ناحیه فشاری و هم در ناحیه کششی به تنش یکنواخت Fy می رسد که در آن Fy تنش تسلیم اجزای بخش فولادی و میلگردها است.
۲- تنش در اجزای بخش بتنی در ناحیه فشاری به تنش یکنواخت ۰.۸۵f'c می رسد که در آن f'c تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن است برای اعضای با مقطع مختلط دایره ای شکل تو خالی که با بتن پرشده باشند به دلیل محصور شدگی بتن توسط مقطع فولادی میتوان تنش بتن در ناحیه فشاری را ۰.۹۵f'c در نظر گرفت.
ب) روش سازگاری کرنش
در این روش مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط با این فرض صورت میگیرد که تغییرات کرنش در مقطع مختلط به صورت خطی بوده به طوری که مقدار حداکثر کرنش در ناحیه فشاری اجزای بتنی برابر ۰.۰۰۳ باشد. روابط تنش-کرنش مصالح فولادی میلگردها و بتنی باید بر اساس نتایج آزمایش تعیین گردد یا برای تعیین آنها به نتایج منتشر شده برای مصالح توسط مدارک معتبر رجوع شود. روش سازگاری کرنش عموماً در تعیین مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط نامنظم و نیز در حالت هایی که اجزای فولادی مقطع دارای رفتار الاستو پلاستیک نیستند، مورد استفاده قرار میگیرد.
پ) روش توزیع تنش الاستیک
در این روش مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط با در نظر گرفتن جمع آثار تنشهای الاستیک برای حالت حدی آستانه تسلیم اجزای فولادی یا خرد شدگی اجزای بتنی محاسبه میشود.
ت) روش تنش - کرنش مؤثر
در این روش مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط با در نظر گرفتن سازگاری کرنش و رابطه تنش کرنش مؤثر برای اجزای بتنی و فولادی متأثر از آثار کمانش موضعی تسلیم، اندرکنش و محصور شدگی محاسبه میشود.
۲-۱-۸-۲-۱۰ محدودیت های مصالح در اعضای با مقطع مختلط
مشخصات مصالح بتنی میلگرد و بخش فولادی اعضای با مقطع مختلط باید دارای شرایط زیر باشند.
۱- برای محاسبه مقاومت موجود اعضای با مقطع مختلط تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن (f'c) برای بتن های با وزن مخصوص معمولی نباید از ۲۰Mpa کمتر و از ۷۰Mpa بیشتر و برای بتن های با وزن مخصوص سبک نباید از ۲۰Mpa کمتر و از ۴۰Mpa بیشتر باشد. مصالح بتنی با مقاومت بیشتر را میتوان برای استفاده آنها در سختی اعضا به کار برد لیکن در محاسبه مقاومت اسمی اعضای با مقطع مختلط نمیتوان به آن تکیه کرد. مگر آنکه استفاده از آنها توسط آزمایش یا تحلیل توجیه داشته باشد.
۲- در محاسبه مقاومت موجود اعضای با مقطع مختلط تنش تسلیم مشخصه بخش فولادی و میلگردها به ترتیب نباید بیشتر از ۴۶۰ و ۵۵۰ مگاپاسکال در نظر گرفته شوند.
۳-۱-۸-۲-۱۰ طبقه بندی مقاطع مختلط پرشده با بتن از منظر کمانش موضعی
برای نیروی محوری فشاری و لنگر خمشی در اعضای با مقاطع مختلط پرشده با بتن مقاطع فولادی به سه گروه زیر طبقه بندی می شوند :
• مقاطع با اجزای فشرده
• مقاطع با اجزای غیر فشرده
• مقاطع با اجزای لاغر
برای نیروی محوری فشاری مقاطع با اجزای فشرده به مقاطعی گفته می شوند که در آنها نسبت پهنا به ضخامت کلیه اجزای تشکیل دهنده مقطع فولادی λp از مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۱ بیشتر نباشد. مقاطع با اجزای غیر فشرده به مقاطعی گفته می شوند که در آنها نسبت پهنا به ضخامت یک یا چند جزء مقطع فولادی از λp مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۱۸ بیشتر بوده اما از λr مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۱ کوچک تر باشد. مقاطع با اجزای لاغر به مقاطعی گفته می شوند که در آنها نسبت پهنا به ضخامت حداقل یکی از اجزای مقطع فولادی از λr مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۱ بزرگتر باشد؛ اما نسبت پهنا به ضخامت هیچ یک از آنها از حداکثر نسبت پهنا به ضخامت مجاز مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۱ بزرگ تر نباشد.
برای لنگر خمشی، مقاطع با اجزای فشرده به مقاطعی گفته می شوند که در آنها نسبت پهنا به ضخامت اجزای فشاری بال و جان مقطع فولادی از λp مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۲ بیشتر نباشد. مقاطع با اجزای غیر فشرده به مقاطعی گفته می شوند که در آنها نسبت پهنا به ضخامت یک یا چند جزء فشاری بال و جان مقطع فولادی از λp مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۲ بیشتر بوده اما از λr مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۲ کوچک تر باشد مقاطع با اجزای لاغر به مقاطعی گفته می شوند که در آنها نسبت پهنا به ضخامت حداقل یکی از اجزای فشاری بال و جان مقطع فولادی از λr مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۲ بزرگتر باشد؛ اما نسبت پهنا به ضخامت هیچ یک از آنها از حداکثر نسبت پهنا به ضخامت مجاز مشخص شده در جدول ۱۰-۲-۸-۲ بزرگ تر نباشد. برای تعاریف h , d , b و t مشخص شده در جدول های ۱۰-۲-۸-۱ و ۱۰-۲-۸-۲ به بخش ۱۰-۲-۲ مراجعه شود.
۴-۱-۸-۲-۱۰ سختی اعضای با مقطع مختلط پرشده با بتن و محاط در بتن و تعیین مقاومت های مورد نیاز
در تحلیل و طراحی برای تأمین پایداری مقاومت های مورد نیاز اعضای با مقطع مختلط پرشده با بتن یا محاط در بتن باید با توجه به الزامات مندرج در بخش ۱۰-۲-۱ و موارد زیر محاسبه شوند.
- صلبیت خمشی اسمی اعضای تحت اثر بار محوری فشاری خالص باید برابر El)eff) که در بند ۱۰-۲-۸-۲ ارائه شده است. در نظر گرفته شود.
- سختی محوری اسمی اعضای تحت اثر بار محوری فشاری خالص باید برابر مجموع سختی محوری بخش های فولادی و بتنی
- سختی محوری اعضای تحت اثر بار محوری کششی خالص باید برابر سختی محوری بخش فولادی مقطع مختلط در نظر گرفته شود.
تبصره: در تحلیل و طراحی به روش تحلیل مستقیم مقدار τb باید برابر ۰.۸ در نظر گرفته شود.
۲-۸-۲-۱۰ اعضای محوری با مقطع مختلط
اعضای محوری با مقطع مختلط به دو گروه زیر طبقه بندی می شوند :
الف) اعضای محوری با مقطع مختلط محاط در بتن که در آن مقطع فولادی نورد شده یا ساخته شده از ورق در بتن سازه ای محاط است (شکل ۱۰-۲-۸-۱- الف).
ب) اعضای محوری با مقطع مختلط پرشده با بتن که در آن مقطع فولادی نورد شده یا ساخته شده از ورق و مقطع دایره ای شکل تو خالی یا مقطع قوطی شکل (HSS) با بتن سازه ای پرشده است. (شکل ۱۰-۲-۸-۱ - ب و ب).
۱-۲-۱-۲-۱۰ اعضای محوری با مقطع مختلط محاط در بتن
الف) محدودیت ها
اعضای محوری با مقطع مختلط محاط در بتن باید محدودیت های زیر را برآورده نمایند :
۱ - سطح مقطع هسته فولادی باید حداقل یک درصد مساحت کلی مقطع مختلط باشد.
۲- پوشش بتنی هسته فولادی باید به کمک میلگردهای طولی و تنگ های عرضی یا مارپیچ مسلح شوند. حداقل قطر تنگ های عرضی ۱۰ میلی متر است. چنانچه از تنگ عرضی با قطر ۱۰ میلی متر استفاده شود حداکثر فاصله مرکز تا مرکز تنگ ها در راستای طولی عضو محوری ۳۰۰ میلی متر و چنانچه از تنگ های عرضی با قطر ۱۲ میلی متر یا بیشتر استفاده شود حداکثر فاصله مرکز تا مرکز تنگ ها ۴۰۰ میلی متر است. در هر حال حداکثر فاصله تنگهای عرضی در راستای طولی نباید از نصف بعد کوچک تر مقطع مختلط بیشتر باشد.
۳- نسبت مساحت میلگردهای طولی به مساحت کل مقطع مختلط (ρs) باید حداقل ۰.۰۰۴ باشد.
که در آن :
Ag = سطح مقطع کل مقطع مختلط
Asr = محموع سطح مقطع آرماتورهای طولی
ب) مقاومت فشاری موجود
برای مقاطع مختلط محاط در بتن و دارای دو محور تقارن مقاومت فشاری موجود در روش LRFD برابر ΦcPn و در روش ASD برابر Pn/Ωc است که در آن Pn مقاومت فشاری اسمی مقطع بوده و باید بر اساس حالت حدی کمانش خمشی با توجه به لاغری عضو به شرح زیر تعیین شود :
که در آن :
Ac = سطح مقطع بخش بتنی
As = سطح مقطع بخش فولادی
El)eff) = صلبیت خمشی مؤثر مقطع مختلط مطابق رابطه زیر:
که در آن C۱ ضریبی است که برای تعیین سختی مؤثر عضو فشاری با مقطع مختلط محاط در بتن از رابطه زیر تعیین میشود:
Es= مدول الاستیسیته فولاد
Fy= تنش تسلیم مشخصه فولاد
Fysr= تنش تسلیم مشخصه میلگردهای فولادی
Ic= ممان اینرسی بخش بتنی نسبت به محور خنثی الاستیک مقطع مختلط
Isr= ممان اینرسی میلگردها نسبت به محور خنثی الاستیک مقطع مختلط
K= ضریب طول مؤثر عضو محوری فشاری مختلط
L= طول مهار نشده عضو محوری فشاری مختلط
KL=Lc
wc= جرم مخصوص بتن بر حسب کیلوگرم بر متر مکعب با محدودیت :
- برای بتن های با وزن محصوص معمولی ۲۳۰۰kg/m³<wc≤۲۵۰۰kg/m³
- برای بتن های با وزن محصوص سبک ۱۴۰۰kg/m³≤wc≤۲۳۰۰kg/m³
تبصره : مقاومت فشاری موجود اعضای مختلط محاط در بتن لزومی ندارد کمتر از مقاومت فشاری مقطع فولادی تنها در نظر گرفته شود.
پ) مقاومت کششی
مقاومت کششی موجود اعضای محوری کششی با مقطع مختلط محاط در بتن در روش LRFD برابر ΦtPn و در روش ASD برابر Pn/Ωt است که در آن Pn مقاومت کششی اسمی بوده و باید براساس حالت حدی تسلیم کششی از رابطه زیر تعیین شود :
که در آن Fy ، Asr ، As و Fysr در بند ۱۰-۲-۸-۱-ب تعریف شده اند.
ت) انتقال بار
الزامات انتقال بار برای اعضای محوری با مقطع مختلط محاط در بتن باید با توجه به الزامات بند ۱۰-۲-۸-۶ تعیین گردد.
ت) جزئیات بندی اعضای محوری با مقطع مختلط محاط در بتن
۱- الزامات مربوط به پوشش بتن روی میلگردها وصله میلگردها فواصل میلگردها از یکدیگر و خم میلگردها باید با توجه به الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان تعیین گردد.
۲- فاصله آزاد بین میلگردها و مقطع فولادی باید از ۱.۵ برابر قطر میلگرد طولی و ۴۰ میلی متر بزرگ تر باشد.
۳- به طور کلی در اعضای فشاری با مقطع مختلط محاط در بتن لزومی به در نظر گرفتن الزامات کمانش موضعی برای اجزای فولادی نیست لیکن در صورتی که مقطع فولادی از دو یا تعداد بیشتری مقطع فولادی تشکیل شده باشد مقاطع فولادی باید توسط بست که میتواند از تسمه نبشی ناودانی یا مقاطع دیگر باشد به یکدیگر متصل شوند تا از کمانش هر یک از مقاطع فولادی به تنهایی در اثر بارهای وارد بر آنها قبل از سفت شدن بتن جلوگیری به عمل آید.
۲-۲-۸-۲-۱۰ اعضای محوری با مقطع مختلط پرشده با بتن
الف) محدودیت ها
اعضای محوری با مقطع مختلط پر شده با بتن باید محدودیت های زیر را برآورده نمایند :
۱- مساحت بخش فولادی باید حداقل یک درصد مساحت کل مقطع مختلط باشد.
۲- نسبت پهنا به ضخامت در اجزای مقطع فولادی باید مطابق با الزامات بند ۱۰-۲-۸-۱-۳ تعیین شود.
۳- در اعضای محوری با مقطع مختلط پرشده با بتن لزومی به تأمین حداقل میلگرد طولی نبوده و در صورت استفاده از میلگردهای طولی نیازی به تنگ های عرضی برای تأمین مقاومت نیست.
ب) مقاومت فشاری موجود
مقاومت فشاری موجود اعضای فشاری با مقطع مختلط پرشده با بتن دارای دو محور تقارن باید بر اساس الزامات بند ۱۰-۲-۸-۲-۱-ب و با اصلاحات زیر تعیین شود. :
۱- برای مقاطع با اجزای فشرده :
(۹-۸-۲-۱۰) Pno=Pp
که در آن :
C۲=۰.۸۵ برای مقاطع قوطی شکل (HSS) و جعبه ای و ۰.۹۵ برای مقاطع دایره ای شکل توخالی
۲- برای مقاطع با اجزای غیر فشرده :
که در آن :
Pp = مطابق رابطه ۱۰-۲-۸-۱۰
λ= نسبت پهنا به ضخامت اجزای مقطع فولادی
λp= حد لاغری برای اجزای فشرده مطابق جدول ۱۰-۲-۸-۱
λr= حد لاغری برای اجزای غیر فشرده مطابق جدول ۱۰-۲-۸-۱
۳- برای مقاطع با اجزای لاغر :
که در آن :
که در آن C۳ ضریبی است که مقدار آن برای تعیین سختی مؤثر عضو فشاری با مقطع مختلط پرشده با بتن از رابطه زیر تعیین میشود:
تبصره: مقاومت فشاری موجود اعضای با مقطع مختلط پرشده با بتن لزومی ندارد کمتر از مقاومت فشاری مقطع فولادی تنها در نظر گرفته شود.
پ) مقاومت کششی موجود
مقاومت کششی موجود اعضای محوری کششی با مقطع مختلط پرشده با بتن ، در روش LRFD مساوی ΦtPn و در روش ASD برابر Pn/Ωt است که در آن Pn مقاومت کششی اسمی بوده و مقدار آن باید بر اساس حالت حدی تسلیم کششی از رابطه زیر تعیین شود :
که در آن Fy ، Asr ، As و Fysr در بند ۱۰-۲-۸-۱-ب تعریف شده اند.
ت) انتقال بار
برای اعضای محوری با مقطع مختلط پر شده با بتن الزامات انتقال بار باید بر اساس ضوابط بند ۱۰-۲-۸-۶ تعیین شود.
۳-۸-۲-۱۰ اعضای خمشی با مقطع مختلط
اعضای خمشی با مقطع مختلط به سه گروه زیر طبقه بندی می شوند :
الف) اعضای خمشی با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن به همراه برشگیر
ب) اعضای خمشی با مقطع مختلط محاط در بتن
پ) اعضای خمشی با مقطع مختلط پرشده با بتن
۱-۳-۸-۲-۱۰ پهنای مؤثر و حداقل ضخامت دال بتنی
الف) پهنای مؤثر
پهنای مؤثر دال بتنی برابر با مجموع پهناهای مؤثر در هر طرف محور مقطع فولادی بوده و با تیر فولادی به کمک برشگیرها به صورت مختلط عمل می نماید پهنای مؤثر دال بتنی در هر طرف تیر نباید از کوچکترین مقادیر زیر بزرگتر در نظر گرفته شود:
۱- یک هشتم طول دهانه تیر (مرکز تا مرکز تکیه گاه های تیر )
۲- نصف فاصله محور تیر تا محور تیر مجاور برای تیرهای مختلط میانی
۳- فاصله محور تیر تا لبه آزاد دال بتنی برای تیرهای مختلط کناری
ب) حداقل ضخامت دال بتنی
حداقل ضخامت دال بتنی در حالت بدون استفاده از ورقهای عرشه که با مقطع فولادی به صورت مختلط عمل مینماید برابر ۸۰ میلی متر است.
۲-۳-۸-۲-۱۰ مقاومت در برابر بارهای حین اجرا
در صورتی که در اعضای خمشی با مقطع مختلط در هنگام بتن ریزی دال بتنی در زیر تیر فولادی از پایه موقت استفاده نشود عضو فولادی تا قبل از رسیدن بتن به ۷۵ درصد تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه ای (f'c) باید به تنهایی دارای مقاومت کافی برای تحمل وزن بتن تر و بارهای حین اجرا (نظیر بارهای ناشی از قالب بندی) و وزن خود باشد. مقاومت خمشی عضو فولادی تنها باید بر اساس الزامات [[article:۱۵۱۴۰|[[article:۱۵۱۴۰|[[article:۱۵۱۴۰|بخش ۱۰-۲-۵]]]]]] تعیین شود.
۳-۳-۸-۲-۱۰ مقاومت خمشی موجود اعضای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن
الف) در نواحی لنگر خمشی مثبت
در نواحی لنگر خمشی مثبت مقاومت خمشی موجود اعضای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن با عملکرد مختلط کامل در روش LRFD برابر ΦbMnᐩ و در روش ASD برابر Mnᐩ/Ωb است که باید بر اساس حالت حدی تسلیم به شرح زیر تعیین شود :
Φb=۰.۹ (LRFD) , Ωb=۱.۶۷ (ASD)
در صورتی که h/tw ≤ ۳.۷۶√E/Fy باشد،Mnᐩ مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۲ باید بر اساس توزیع تنش پلاستیک بر روی مقطع مختلط تعیین شود.
که در آن :
tw = ضخامت جان تیر فولادی
h = فاصله بین شروع کردی ریشه جان به بال برای نیمرخهای نورد شده و فاصله آزاد بین دو بال برای مقاطع ساخته شده از ورق
در صورتی که مقاومت برشگیرهای به صورت گل میخ یا ناودانی به کار رفته در حد فاصل حداکثر لنگر خمشی مثبت و لنگر خمشی صفر (ΣQn) از کوچکترین دو مقدار AsFy و ۰.۸۵f'cAc کمتر باشد در این صورت تیر دارای عملکرد مختلط ناقص خواهد بود. در این حالت برای محاسبه مقاومت خمشی اسمی موجود ابتدا باید یک بلوک فشاری فرضی به ارتفاع از بالاترین تار مقطع جایگزین بخش بتن شود سپس مقدار a از رابطه ΣQn/۰.۸۵f'cbeff محاسبه شده و پس از آن از طریق تعادل استاتیکی مقدار لنگر خمشی اسمی تیر تعیین شود (شکل ۱۰-۲-۸-۳)
الف-۲) در صورتی که h/tw > ۳.۷۶√E/Fy باشد،Mnᐩ باید بر اساس روی هم گذاری تنشهای الاستیک و با فرض مقطع تبدیل یافته بر اساس تنشهای حاصل از بارهای قبل از سفت شدن بتن روی دورترین تار مقطع فولادی و بارهای پس از سفت شدن بتن در دورترین تارهای مقطع مختلط تعیین شود. در این حالت مقدار Mnᐩ برابر کوچکترین دو مقدار به دست آمده از Mn۱ᐩ و Mn۲ᐩ خواهد بود که در آن Mn۱ᐩ لنگر خمشی نظیر تنش Fy در دورترین تار تحتانی مقطع مختلط و Mn۲ᐩ لنگر خمشی نظیر تنش ۰.۷f'c در دورترین تار فوقانی مقطع مختلط بوده و به شرح زیر محاسبه می شوند.
• در صورت استفاده از پایه های موقت (مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۴) :
• در صورت عدم استفاده از پایه های موقت (مطابق شکل های ۱۰-۲-۸-۵) :
Mr۰ = لنگر ناشی از بارهای قبل از سفت شدن بس است که مقدار آن در روش LRFD برابر Mu۰/Φ و در روش ASD برابر ΩMa۰ است.
ب) در نواحی لنگر خمشی منفی
در نواحی لنگر خمشی منفی مقاومت خمشی موجود اعضای مختلط و دال بتنی متکی بر آن با عملکرد مختلط کامل در روش LRFD برابر ⁻ΦbMn و در روش ASD برابر Mn⁻/Ωb بوده که در آن Φb برابر ۰.۹ ، Ωb برابر ۱.۶۷ و ⁻Mn را می توان به طور محافظه کارانه برابر مقاومت خمشی اسمی منفی مقطع فولادی تنها بر اساس ضوابط [[article:۱۵۱۴۰|[[article:۱۵۱۴۰|[[article:۱۵۱۴۰|بخش ۱۰-۲-۵]]]]]] در نظر گرفت در صورت اقناع شرایط زیر مقاومت خمشی اسمی منفی مقطع مختلط را میتوان بر اساس توزیع تنش پلاستیک و با منظور کردن میلگردهای موجود در دال بتنی در محدوده پهنای مؤثر تیر محاسبه نمود:
۱- اجزای مقطع فولادی فشرده و دارای اتکای جانبی کافی مطابق الزامات [[article:۱۵۱۴۰|[[article:۱۵۱۴۰|[[article:۱۵۱۴۰|بخش ۱۰-۲-۵]]]]]] باشد.
۲- در ناحیه لنگر خمشی منفی دال بتنی به کمک برشگیرهای کافی به تیر فولادی وصل شده باشد.
۳- در محدوده عرض مؤثر دال بتنی میلگردهای موازی با محور تیر به طور کامل الزامات مربوط به چسبندگی و طول مهاری را مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان برآورده نمایند.
در صورتی که ΣQn≥AsrFyr باشد در ناحیه لنگر خمشی منفی عملکرد مختلط کامل بوده و مقدار ⁻Mn می تواند مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۶- الف بر اساس توزیع تنش پلاستیک تعیین شود. اما اگر ΣQn<AsrFyr باشد در ناحیه لنگر خمشی منفی عملکرد مختلط ناقص بوده و مقدار ⁻Mn می تواند مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۶ -ب تعیین گردد. در هر حال در ناحیه لنگر خمشی منفی در صورتی میتوان از عملکرد مختلط ناقص استفاده کرد که ΣQn/AsrFyr کمتر از ۰.۲۵ نباشد.
پ) مقاومت خمشی موجود اعضای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن به همراه عرشه فولادی
مقاومت خمشی موجود اعضای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن به همراه عرشه فولادی باید براساس الزامات بند ۱۰-۲-۸-۳-۳-الف برای مقاومت خمشی موجود مثبت و براساس الزامات بند ۳۸۲۱۰-۳ ب برای مقاومت خمشی موجود منفی و با رعایت الزامات زیر تعیین گردد:
پ-۱) ملاحظات و محدودیت ها
۱- ارتفاع اسمی عرشه فولادی (hr) نباید از ۷۵ میلیمتر بیشتر باشد. پهنای متوسط کنگره های پرشده با بتن (w) نباید کمتر از ۵۰ میلی متر باشد لیکن در محاسبات نباید بزرگتر از حداقل پهنای آزاد (خالص) در نزدیکی سطح فوقانی عرشه فولادی در نظر گرفته شود.
۲- دال بتنی باید به وسیله برشگیرهای از نوع گل میخ با قطر حداکثر ۲۰ میلی متر به مقطع فولادی متصل شوند گل میخ ها باید از طریق عرشه فولادی یا به طور مستقیم به مقطع فولادی جوش شوند پس از نصب ارتفاع گل میخ ها که از بالای عرشه فولادی اندازهگیری میشود نباید از ۴۰ میلی متر و نصف ضخامت دال بتنی روی عرشه کوچک تر باشد.
۳- پوشش بتن روی گل میخ ها نباید از ۱۵ میلی متر کمتر باشد.
۴- ضخامت دال بتنی در قسمت فوقانی عرشه فولادی نباید کمتر از ۵۵ میلی متر باشد.
۵- عرشه فولادی باید در فواصلی حداکثر ۴۵۰ میلی متر به مقطع فولادی و سایر اعضای تکیه گاهی مهار شوند. این مهارها میتوانند برشگیرهای از نوع گل میخ ترکیبی از گل میخ ها و جوش های نقطه ای یا هر راهکار فنی دیگر باشد.
پ-۲) عرشه فولادی که کنگره های آنها عمود بر محور طولی تیر است.
در تعیین مشخصات هندسی مقطع مختلط و نیز در محاسبه Ac باید از بتن موجود در زیر سطح فوقانی عرشه فولادی صرف نظر شود (شکل ۱۰-۲-۸-۸)
پ-۳) عرشه فولادی که کنگره های آنها موازی با محور طولی تیر است.
در تعیین مشخصات هندسی مقطع مختلط و نیز در محاسبه سطح مقطع بخش بتنی (Ac) می توان از بتن موجود در داخل کنگره های عرشه فولادی استفاده نمود. همچنین عرشه فولادی را می توان در روی تیر فولادی تکیه گاهی از هم جدا کرد به طوری که در روی بال مقطع فولادی یک ماهیچه بتنی تشکیل شود.
چنانچه ارتفاع اسمی عرشه فولادی (hr) برابر ۴۰ میلی متر یا بزرگتر باشد، پهنای متوسط کنگره های پرشده با بتن در روی تیر تکیه گاهی نباید کمتر از ۵۰ میلی متر برای حالت یک گل میخ در پهنا باشد. این پهنای حداقل برای هر گل میخ اضافی در پهنا باید به اندازه ۴ برابر قطر گل میخ افزایش یابد.
ت) مقاومت برشی مورد نیاز بین تیر فولادی و دال بتنی
ت-۱) در نواحی لنگر خمشی مثبت
برش افقی مورد نیاز کل (Vh) بین تیر فولادی و دال بتنی در فاصله نقطه حداکثر لنگر خمشی مثبت و نقطه لنگر خمشی صفر در حالت عملکرد مختلط کامل باید برابر کوچکترین دو مقدار به دست آمده از حالتهای حدی زیر در نظر گرفته شود :
۱- خرد شدگی بتن مطابق رابطه زیر :
(۲۰-۸-۲-۱۰) Vh=۰.۸۵f'cAc
۲- تسلیم کششی مقطع فولادی مطابق رابطه زیر :
(۲۱-۸-۲-۱۰) Vh=fyAs
تبصره : در ناحیه لنگر خمشی مثبت (فاصله بین نقطة حداکثر لنگر خمشی مثبت و نقطه لنگر خمشی صفر) چنانچه مقدار ΣQn مساوی یا بیش از Vh باشد تیر دارای عملکرد مختلط کامل، کمتر از Vh و مساوی یا بیشتر از ۰.۲۵Vh باشد تیر دارای عملکرد مختلط ناقص و کمتر از ۰.۲۵Vh باشد تیر بدون عملکرد مختلط در نظر گرفته میشود.
در روابط فوق :
Ac = سطح مقطع دال بتنی در محدوده پهنای مؤثر
As = مساحت مقطع فولادی
ΣQn = مقاومت اسمی برشگیرهای تعبیه شده در فاصله بین نقطه لنگر خمشی صفر و نقطه با حداکثر لنگر خمشی مثبت
ت-۲) در نواحی لنگر خمشی منفی
در تیرهای پیوسته و خمشی که در آن میلگردهای طولی در نواحی لنگر خمشی منفی به صورت مختلط با مقطع فولادی عمل مینمایند برش افقی مورد نیاز کل (⁻Vh) بین دال بتنی و تیر فولادی در فاصله نقطه حداکثر لنگر خمشی منفی و نقطه لنگر خمشی صفر باید بر اساس حالت حدی تسلیم میلگردهای داخل بتن در پهنای مؤثر دال بتنی از رابطه زیر تعیین شود:
(۲۲-۸-۲-۱۰) Vh⁻ = FyrAsr
که در آن :
Asr = سطح مقطع میلگردهای طولی تعبیه شده در عرض مؤثر دال
Fyr = تنش تسلیم مشخصه میلگردها
تبصره: در ناحیه لنگر خمشی منفی (فاصله بین نقطه حداکثر لنگر خمشی منفی و نقطه لنگر خمشی صفر) چنانچه مقدار ΣQn مساوی یا بیش از ⁻Vh باشد تیر دارای عملکرد مختلط کامل کمتر از ⁻Vh و مساوی یا بیش از ⁻۰.۲۵Vh باشد تیر دارای عملکرد مختلط ناقص و کمتر از ⁻۰.۲۵Vh باشد تیر بدون عملکرد مختلط در نظر گرفته میشود.
۴-۳-۸-۲-۱۰ تغییر شکل های قائم و تغییر مکان های جانبی اعضای خمشی مختلط
برای محاسبه تغییر شکل های قائم و تغییر مکان های جانبی در تحلیل الاستیک سیستم های شامل اعضای با مقطع مختلط ممان اینرسی مؤثر اعضای با مقطع مختلط می تواند بر اساس رابطه زیر تعیین شود:
(۲۳-۸-۲-۱۰) Iequivalent=۰.۷۵(αlpos + βIneg)
که در آن :
αlpos = ممان اینرسی مؤثر عضو خمشی مختلط در ناحیه خمشی مثبت بر اساس مقطع تبدیل یافته در حالت عملکرد مختلط کامل
βIneg = ممان اینرسی مؤثر عضو خمشی مختلط در ناحیه خمشی منفی بر اساس مقطع تبدیل یافته در حالت عملکرد مختلط کامل
α و β = ضرایب وزنی مورد استفاده در محاسبه ممان اینرسی مؤثر مقطع مختلط عضو خمشی که باید به شرح زیر در نظر گرفته شود :
- برای تیرهای دو سر ساده مقدار α برابر ۱.۰ و مقدار β برابر صفر
- برای تیرهای پیوسته تحت بارهای ثقلی مقدار α برابر ۰.۶ و مقدار β برابر ۰.۴
- برای تیرهای خمشی مختلط واقع در قاب های خمشی تحت اثر بارهای ثقلی، مقدار α برابر ۰.۶ و مقدار β برابر ۰.۴
- برای تیرهای خمشی مختلط واقع در قاب های خمشی تحت اثر بارهای جانبی مقدار هر دو ضریب α و β برابر ۰.۵
چنانچه عملکرد مختلط بین بخش بتنی و فولادی مطابق بند ۱۰-۲-۸-۳-۳-ت به صورت ناقص باشد، در رابطه ۱۰-۲-۸-۲۳ برای مقادیر lpos و Ineg باید مطابق روابط زیر از مقادیر مؤثر آنها استفاده شود :
که در آن :
ΣQn = مقدار مقاومت برشی اسمی برشگیرهای به صورت گل میخ یا ناودانی تعبیه شده در حد فاصل لنگر حداکثر مثبت و لنگر صفر در رابطه ۱۰-۲-۸-۲۴ و مقدار مقاومت برشی اسمی برشگیرهای به صورت گل میخ یا ناودانی تعبیه شده در حد فاصل لنگر حداکثر منفی و لنگر صفر در رابطه ۱۰-۲-۸-۲۵
Cf = حداقل دو مقدار AsFy و ۰.۸۵f'cAc
Is = ممان اینرسی مقطع تیر فولادی تنها
۵-۳-۸-۲-۱۰ مقاومت خمشی موجود مقاطع مختلط محاط در بتن
مقاومت خمشی موجود مقاطع مختلط محاط در بتن مساوی ΦbMn در روش LRFD و مساوی Mn/Ωb در روش ASD است که در آن :
Φb=۰.۹ (LRFD) , Ωb=۱.۶۷ (ASD)
و مقاومت خمشی اسمی (Mn) باید بر اساس یکی از روشهای زیر تعیین شود:
۱- در صورت تعبیه برشگیرهای کافی در سرتاسر طول عضو مختلط بر اساس یکی از روشهای توزیع تنش پلاستیک (شکل ۱۰-۲-۸-۱۰) یا سازگاری کرنش ها بر روی مقطع مختلط
۲- بر اساس روی هم گذاری تنشهای الاستیک با فرض مقطع تبدیل یافته برای حالت حدی اولین نقطه تسلیم در مقطع مختلط (مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۱۱ در حالت بدون استفاده از پایه های موقت و مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۱۲ در حالت استفاده از پایه های موقت)
۳- بر اساس توزیع تنش پلاستیک بر روی مقطع فولادی تنها (Mp)
۶-۳-۸-۲-۱۰ مقاومت خمشی موجود مقاطع مختلط پرشده با بتن
مقاومت خمشی موجود مقاطع مختلط پرشده با بتن در روش LRFD برابر ΦbMn و در روش ASD برابر (Mn/Ωb) است که در آن Φb برابر ۰.۹ و Ωb برابر ۱.۶۷ بوده و Mn مقاومت خمشی اسمی مقطع مختلط است که باید با توجه به شرایط اجزای مقطع از منظر کمانش موضعی به شرح زیر تعیین شود:
۱- برای مقاطع فشرده
در این مقاطع مقاومت خمشی اسمی (Mn) از رابطه زیر تعیین میشود :
(۲۶-۸-۲-۱۰) Mn=Mp
که در آن :
Mp = لنگر خمشی پلاستیک مقطع مختلط مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۱۳ لنگر خمشی متناظر با توزیع تنشی که در آن مقطع فولادی در کشش و فشار به تسلیم کامل رسیده و تنش در ناحیه فشاری بتن برابر با ۰.۸۵f'c است.
۲-برای مقاطع غیر فشرده
در این مقاطع مقاومت خمشی اسمی (Mn) از رابطه زیر تعیین میشود :
که در آن :
λ = نسبت پهنا به ضخامت اجزای مقطع فولادی (هر کدام شرایط بحرانی تری ایجاد نماید )
λp = حد لاغری برای بال و جان فشرده مطابق جدول ۱۰-۲-۸-۲
λr = حد لاغری برای بال و جان غیر فشرده مطابق جدول ۱۰-۲-۸-۲
Mp = لنگر پلاستیک مقطع مختلط
My = لنگر تسلیم مقطع مختلط مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۱۴ لنگر متناظر با تسلیم کامل بال کششی و بخشی از جان کششی و شروع تسلیم در تار فشاری بخش فولادی و همچنین توزیع خطی تنش با حداکثر مقدار ۰.۷f'c در دورترین تار فشاری در ناحیه فشاری بخش بتنی است.
۳- برای مقاطع با اجزای لاغر
مطابق شکل ۱۰-۲-۸-۱۵ در این گونه مقاطع Mn باید بر اساس توزیع خطی تنش بر روی مقطع مختلط با حداکثر مقادیر تنش Fcr مطابق رابطه ۱۰-۲-۸-۱۴ در دورترین تار فشاری بخش فولادی و تنش Fy در دورترین تار کششی بخش فولادی با توزیع خطی تنش و همچنین توزیع خطی تنش با حداکثر مقدار ۰.۷f'c در دورترین تار فشاری بخش بتنی و مقدار صفر در محل محور جنتی، تعیین گردد.
۴-۸-۲-۱۰ مقاومت برشی موجود اعضای با مقطع مختلط
مقاومت برشی موجود اعضای با مقطع مختلط به شرح زیر تعیین میگردد :
الف) اعضای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن
در اعضای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن با و بدون عرشه های فولادی مقاومت برشی موجود برابر ΦvVn در روش LRFD و برابر Vn/Ωv در روش ASD است که در آن مقاومت برشی اسمی (Vn) باید بر اساس مقطع فولادی تنها و مطابق الزامات بخش ۱۰-۲-۶ تعیین شود.
ب) اعضای مختلط محاط در بتن
در اعضای مختلط محاط در بتن مقاومت برشی موجود برابر ΦvVn در روش LRFD و برابر Vn/Ωv در روش ASD است و میتواند بر اساس یکی از روش های زیر محاسبه شود.
۱- بر اساس مقاومت برشی موجود مقطع فولادی تنها بر مبنای الزامات بخش ۱۰-۲-۶
۲- بر اساس مقاومت برشی موجود بخش بتنی مقطع مختلط (بتن و میلگردهای عرضی) مطابق الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان با منظور نمودن Φv=۰.۷۵ و Ωv=۲
۳- بر اساس مقاومت برشی اسمی مقطع فولادی تنها بر مبنای الزامات بخش ۱۰-۲-۶ بعلاوه مقاومت برشی اسمی میلگردهای عرضی مطابق الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان با منظور نمودن Φv=۰.۷۵ و Ωv=۲ برای هر دو بخش مقطع فولادی و میلگردهای عرضی
پ) اعضای مختلط پرشده با بتن
در اعضای با مقطع مختلط پر شده با بتن مقاومت برشی موجود برابر ΦvVn در روش LRFD و برابر Vn/Ωv در روش ASD است که در آن Φv برابر ۰.۹ و Ωv برابر ۱.۶۷ بوده و Vn از رابطه زیر محاسبه میشود :
که در آن :
Av = سطح مقطع مؤثر برشی بخش فولادی مقطع مختلط پرشده با بتن که مقدار آن برای مقاطع قوطی شکل (HSS) و جعبه ای ساخته شده از ورق باید برابر مجموع مساحت دو جان مطابق بخش (۱۰-۲-۶) و برای مقاطع دایره ای شکل باید برابر ۲As/π در نظر گرفته شود.
Ac = مساحت بخش بتنی مقطع مختلط
As = مساحت بخش فولادی مقطع مختلط
Kc = برای کلیه مقاطع چنانچه Mr/Vrd≤۰.۷ باشد باید برابر یک برای مقاطع مختلط قوطی شکل (HSS) و جعبه ای ساخته شده از ورق با مقطع فشرده چنانچه Mr/Vrd<۰.۵ باشد باید برابر ۱۰ برای مقاطع مختلط دایره ای شکل با مقطع فشرده چنانچه Mr/Vrd<۰.۵ باشد باید برابر ۹ و برای مقاطع غیر فشرده و لاغر باید برابر یک در نظر گرفته شود. برای مقاطع فشرده با شرایط o.۵<Mr/Vrd ≤۰.۷ میتوان از درون یابی خطی استفاده نمود.
d = عمق کلی مقطع در راستای برش
Mr = مقاومت خمشی مورد نیاز ستون
Vr = مقاومت برشی مورد نیاز ستون
f'c = تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن بر حسب مگاپاسکال
۵-۸-۲-۱۰ ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی در اعضای با مقطع مختلط
اثر هم زمان نیروی محوری و لنگرهای خمشی در اعضای با مقطع مختلط باید با رعایت الزامات زیر در نظر گرفته شود:
(۱) اثر هم زمان نیروی محوری و لنگرهای خمشی در اعضای با مقطع مختلط باید با در نظر گرفتن الزامات تحلیل و طراحی برای تأمین پایداری مطابق الزامات بخش ۱۰-۲-۱ صورت گیرد.
(۲) مقاومت محوری و خمشی موجود باید بر مبنای الزامات بندهای ۱۰-۲-۸-۲ و ۱۰-۲-۸-۳ تعیین شوند.
(۳) برای اعضای مختلط محاط در بتن و اعضای مختلط پرشده با بتن با اجزای فولادی فشرده اثر هم زمان نیروی محوری و لنگرهای خمشی میتواند بر اساس الزامات بخش ۱۰-۲-۷-۲ یا بر اساس یکی از روشهای قید شده در بند ۱۰-۲-۸-۱-۱ در نظر گرفته شود.
(۴) برای اعضای مختلط پرشده با بتن با اجزای فولادی غیر فشرده یا لاغر، اثر هم زمان نیروی محوری و لنگرهای خمشی باید بر اساس الزامات بخش ۱۰-۲-۷-۲ یا بر اساس روش تنش کرنش مؤثر معرفی شده در بند ۱۰-۲-۸-۱-۱-ت و یا از طریق روابط زیر تعیین شود:
که در آن :
Pr = مقاومت محوری مورد نیاز عضو با مقطع مختلط
Pc = مقاومت محوری موجود عضو با مقطع مختلط
Mr = مقاومت خمشی مورد نیاز عضو با مقطع مختلط
Mc = مقاومت خمشی موجود عضو با مقطع مختلط
Cp و Cm = ضرایبی هستند که بر اساس جدول ۱۰-۲-۸-۳ و مقدار Csr تعیین می
شوند. در این محاسبات مقدار Csr از رابطه زیر به دست می آید.
۶-۸-۲-۱ انتقال بار در اعضای با مقطع مختلط محاط در بتن و پرشده با بتن
۱۱-۶-۸-۲-۱۰ لزامات عمومی
هنگامی که اعضای با مقطع مختلط محاط در بتن یا پرشده با بتن تحت اثر نیروی محوری خارجی قرار می گیرند در مرز بخش بتنی و فولادی برش طولی مورد نیاز (V'r) متناسب با نحوه انتقال بار به مقطع مختلط براساس الزامات بند ۱۰-۲-۸-۶-۲ تعیین میگردد مقاومت برش طولی موجود در روش LRFD برابر ΦRn و در روش ASD برابر Rn/Ω است و بر اساس نوع مکانیزم انتقال نیرو مطابق الزامات بند ۱۰-۲-۸-۶-۳- تعیین میشود مقاومت برش طولی موجود باید بزرگتر یا مساوی مقاومت برش طول مورد نیاز (V'r) باشد.
۲-۶-۸-۲-۱۰ مقاومت برش طولی مورد نیاز در مقاطع مختلط محاط در بتن و پرشده با بتن
مقاومت برشی طولی مورد نیاز (V'r) در مقاطع مختلط محاط در بتن و پرشده با بتن به شرح زیر تعیین میشود :
الف) هنگامی که نیروی خارجی مستقیماً به مقطع فولادی وارد میشود
در این حالت مقاومت برش طولی مورد نیاز که باید به بخش بتنی انتقال یابد (V'r) از رابطه زیر محاسبه میشود :
که در آن :
As = مساحت بخش فولادی مقطع مختلط
Fy = تنش تسلیم مشخصه مصالح مقطع فولادی
Pno = مقاومت محوری فشاری اسمی مقطع مختلط بدون در نظر گرفتن آثار طول مؤثر، مطابق رابطه ۱۰-۲-۸-۴ برای مقاطع مختلط محاط در بتن و روابط ۱۰-۲-۸-۹ و ۱۰-۲-۸-۱۱ برای مقاطع مختلط پرشده با بتن دارای اجزای فولادی فشرده و غیر فشره (حسب مورد)
P'r = نیروی خارجی وارد بر مقطع بر اساس ترکیبات بارگذاری LRFD و ASD در تراز طبقات
ب) هنگامی که نیروی خارجی مستقیماً به بتن وارد میشود
در این حالت مقاومت برش طولی مورد نیاز که باید به بخش فولادی منتقل گردد (V'r) از روابط زیر تعیین میگردد :
۱- برای مقاطع مختلط محاط در بتن و مقاطع پرشده با بتنی که اجزای فولادی مقطع فشرده و غیر فشرده هستند.
(۳۱-۸-۲-۱۰) V'r = P'r(FyAs/Pno)
۲- برای مقاطع مختلط پرشده با بتن با اجزای فولادی لاغر
(۳۲-۸-۲-۱۰) V'r = P'r(FcrAs/Pno)
که در آن :
Fcr = تنش کمانشی بحرانی اجرای لاغر بخش فولادی در مقطع مختلط مطابق رابطه ۱۰-۲-۸-۱۴
Pno = مقاومت محوری فشاری اسمی مقطع مختلط بدون در نظر گرفتن آثار طول مؤثر، مطابق رابطه ۱۰-۲-۸-۴ برای مقاطع مختلط محاط در بتن و رابطه ۱۰-۲-۸-۹ برای مقاطع مختلط پرشده با بتن
پ) هنگامی که نیروی خارجی به طور هم زمان به بخش فولادی و بخش بتنی وارد شود
در این حالت مقاومت برش طولی مورد نیاز (V) از طریق تعادل نیروها در مقطع مختلط تعیین میگردد.
۳-۶-۸-۲-۱۰ مقاومت برش طولی موجود در مقاطع مختلط محاط در بتن و پرشده با بتن
مقاومت برش طولی موجود اعضای با مقطع مختلط محاط در بتن بر اساس یکی از مکانیزم های انتقال نیرو شامل برشگیرهای تعبیه شده و اتکای مستقیم و مقاومت برش طولی موجود اعضای با مقطع مختلط پرشده با بتن بر اساس یکی از مکانیزمهای انتقال نیرو شامل چسبندگی بین بتن و فولاد برشگیرهای تعبیه شده و اتکای مستقیم بر اساس الزامات این بند تعیین میگردد. به کارگیری هم زمان مکانیزم های انتقال نیرو مجاز نیست.
الف) مقاومت برش طولی موجود بر اساس مکانیزم چسبندگی بین بتن و فولاد
هنگامی که در مقطع مختلط پرشده با بتن مقاومت برش طولی مورد نیاز از طریق مکانیزم چسبندگی بین بتن و فولاد انتقال می یابد مقاومت برش طولی موجود در روش LRFD مساوی ΦRn و در روش ASD مساوی Rn/Ω بوده و به صورت زیر تعیین میگردد:
(۳۳-۸-۲-۱۰) Rn = PbLinFin
Φ=۰.۵ (LRFD) , Ω=۳ (ASD)
که در آن
Fin = تنش اسمی پیوستگی بر حسب مگاپاسکال که برابر است با :
برای مقاطع تو خالی جعبه ای مستطیلی : Fin=۲۱۰۰t/H²≤۰.۷
برای مقاطع لوله ای شکل : Fin=۵۳۰۰t/D²≤۱.۴
D = قطر خارجی مقاطع لوله ای بر حسب میلی متر
H = حداکثر بعد عرضی مقطع تو خالی جعبه ای بر حسب میلی متر
Lin = طول مقرر بار که انتقال برش از طریق آن صورت میگیرد شامل عمق اتصال تیر به ستون بعلاوه ۲ برابر حداقل بعد ستون در پایین و بالای ناحیه اتصال بر حسب میلی متر
Rn = مقاومت اسمی پیوستگی
Pb = محیط فصل مشترک پیوستگی بتن و فولاد مقطع مختلط بر حسب میلی متر
t = ضخامت مقطع تو خالی فولادی
ب) مقاومت برش طولی موجود بر اساس مکانیزم برشگیرهای تعبیه شده
هنگامی که در مقطع مختلط محاط در بتن یا پرشده با بتن مقاومت برش طولی مورد نیاز از طریق مکانیزم برشگیرهای تعبیه شده انتقال می یابد مقاومت برش طولی موجود مساوی مقاومت برشی موجود گل میخ های فولادی یا ناودانی شکل بوده و از رابطه زیر به دست می آید :
(۳۴-۸-۲-۱۰) Rc=ΣQcv
که در آن :
ΣQcv: جمع مقاومت برشی موجود برشگیرهای به صورت گل میخ یا ناودانی در طول مقرر بار که در روش LRFD برابر ΣΦQcv و در روش ASD برابر ΣQcv/Ω بوده و مطابق الزامات بند ۹-۸-۲-۱۰ تعیین میگردد.
پ) مقاومت برش طولی موجود بر اساس مکانیزم اتکای مستقیم
هنگامی که در مقطع مختلط محاط در بتن یا پرشده با بتن مقاومت برش طولی مورد نیاز از طریق مکانیزم اتکای مستقیم در محدوده عمق اتصال یا زیر آن و در داخل محدوده طول مقرر بار انتقال می یابد، مقاومت برش طولی موجود مساوی مقاومت اتکایی موجود بتن بوده و در روش LRFD مساوی ΦBRn و در روش ASD مساوی Rn/ΩB است که بر اساس حالت حدی خرد شدگی بتن از رابطه زیر به دست می آید:
(۳۵-۸-۲-۱۰) Rn=۱.۷f'cAl
Φ=۰.۶۵ (LRFD) , Ω=۲.۳۱ (ASD)
که در آن Al سطح بارگذاری شده بتن است.
۴-۶-۸-۲-۱۰ جزئیات بندی
الف) اعضای مختلط محاط در بتن مکانیزم انتقال بار باید در طول ناحیه ای که انتقال برش از طریق آن صورت میگیرد توزیع گردد. این طول به عنوان طول مقرر بار نام گذاری شده و نباید از ارتفاع اتصال تیر به ستون بعلاوه دو برابر حداقل بعد عرضی مقطع محاط شده در بالا و پایین این ناحیه اتصال بیشتر گردد. برشگیرهایی که برای انتقال برش طولی در طول مقرر بار به کار میروند باید حداقل در دو وجه مقطع فولادی به صورت متقارن نسبت به محور مقطع فولادی تعبیه شوند فواصل برشگیرها در محدوده داخل و خارج طول مقرر بار باید الزامات بند ۱۰-۲-۸-۹- ج را برآورده نماید.
ب) اعضای با مقطع مختلط پرشده با بتن
مکانیزم انتقال بار باید در طول ناحیه ای که انتقال برش از طریق آن صورت میگیرد، توزیع گردد. این طول به عنوان طول مقرر بار نام گذاری شده و نباید از ارتفاع اتصال تیر به ستون بعلاوه دو برابر حداقل بعد عرضی مقطع مستطیلی فولادی توخالی یا دو برابر قطر مقطع فولادی دایره ای شکل در بالا و پایین این ناحیه اتصال بیشتر گردد فواصل برشگیرها در محدوده داخل و خارج طول مقرر بار باید الزامات بند ۱۰-۲-۸-۹-ج را برآورده نماید.
۷-۸-۲-۱۰ دیافراگم های مختلط
دیافراگم های کف و اجزای مرزی در بخش خارجی آن باید بر اساس ترکیبات بارگذاری متعارف مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و الزامات فصل ۱۰-۳ این مبحث طراحی شوند. همچنین کلیه دیافراگم ها باید الزامات زیر را تأمین نمایند:
۱- برای انتقال بار بین دیافراگم ها و اعضای مرزی اجزای جمع کننده و اعضای افقی سیستم باربر جانبی پیش بینی جزئیات مناسب الزامی است.
۲- در دال های بتنی متکی بر تیر فولادی مقاومت برشی اسمی دیافراگم در داخل صفحه برای حالت بدون استفاده از عرشه فولادی باید بر اساس کل ضخامت دال بتنی و برای حالت استفاده از عرشه فولادی بر اساس ضخامت دال بتنی در روی کنگره ورق عرشه بدون در نظر گرفتن بتن داخل کنگره ها تعیین شود.
۸-۸-۲-۱۰ برشگیرها در تیرهای مختلط با مقطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن
الف) الزامات عمومی
۱- در تیرها برشگیرهای مورد نیاز در هر یک از طرفین نقطه لنگر حداکثر مثبت یا منفی را می توان بین آن نقطه و نقاط مجاوری که دارای لنگر صفر هستند به طور یکنواخت توزیع نمود. لیکن مقدار برشگیر موجود بین هر بار متمرکز و نزدیکترین نقطه دارای لنگر صفر باید جهت حصول لنگر حداکثر مورد نیاز در نقطه اعمال بار کافی باشد.
۲- در تیرهای مختلط قطر برشگیرهای از نوع گل میخ باید مساوی یا کوچک تر از ۲۰ میلی متر باشد. فقط برای انتقال نیروهای برشی دیافراگم هایی از نوع دال بتنی توپر به تیر میتوان از برشگیرهای از نوع گل میخ تا قطر ۲۵ میلی متر استفاده نمود. همچنین قطر گل میخ ها نباید از ۲/۵ برابر ضخامت فلز پایه ای که گل میخ به آن جوش میشود، بیشتر شود، مگر اینکه گل میخ درست در امتداد جان مقطع فولادی قرار گیرد.
۳- طول برشگیرهای از نوع گل میخ نباید از چهار برابر قطر آن کوچک تر باشد.
۴- در اعضای مختلط با مقاطع فولادی و دال بتنی متکی بر آن پوشش بتن روی برشگیرهای از نوع گل میخ نباید از ۱۵ میلی متر و روی برشگیرهای از نوع ناودانی از ۲۰ میلی متر کوچک تر باشد.
۵- در دال های بتنی توپر متکی بر تیر فولادی ارتفاع برشگیرهای از نوع گل میخ و ناودانی نباید از نصف ضخامت دال بتنی کوچک تر در نظر گرفته شود.
ب) مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع گل میخ کلاهک دار
مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع گل میخ از رابطه زیر تعیین میشود :
که در آن :
Asa= سطح مقطع گل میخ
Ec= مدول الاستیسیته بتن
f'c= تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن
Fu= تنش کششی نهایی مصالح گل میخ
Rp و Rg= ضرایب اصلاحی مطابق جدول ۱۰-۲-۸-۴
در جدول فوق:
hr= ارتفاع اسمی کنگره ورق عرشه
wr= پهنای متوسط بتن داخل کنگره فولادی
* در صورتی که فاصله بین لبه بدنه گل میخ تا نصف ارتفاع عرشه فولادی بیشتر از ۵۰ میلی متر باشد این مقدار میتواند تا ۰/۷۵ افزایش یابد.
** برای گل میخ تکی
پ) مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع ناودانی
مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع ناودانی که بر بال فوقانی تیر فولادی متصل شده و در داخل دال بتنی قرار میگیرند بدون توجه به جهت قرارگیری ناودانی در طول تیر از رابطه زیر تعیین میشود:
که در آن:
tf= ضخامت متوسط بال ناودانی
tw= ضخامت جان ناودانی
la= طول ناودانی
f'c= تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه ای بتن
Ec= مدول الاستیسیته بتن
مقاومت حاصل از رابطه ۱۰-۲-۸-۳۷ از طریق جوش ناودانی به بال تیر با در نظر گرفتن برون محوری ناودانی تأمین میگردد در صورت تأمین کلیه محدودیت های زیر طراحی جوش اتصال ناودانی به بال تیر میتواند بدون در نظر گرفتن اثر برون محوری ناودانی انجام پذیرد
• نسبت ضخامت بال به جان ناودانی بزرگتر از ۱ و کوچک تر از ۵.۵ باشد.
• نسبت ارتفاع ناودانی به ضخامت جان از ۸ بزرگ تر باشد.
• نسبت طول ناودانی به ضخامت بال آن از ۶ بزرگ تر باشد.
• نسبت شعاع ناحیه اتصال بین بال و جان ناودانی به ضخامت جان ناودانی بزرگتر از ۰.۵ و کوچک تر از ۱.۶ باشد.
ت) تعداد برشگیرهای مورد نیاز
تعداد برشگیرهای مورد نیاز در حد فاصل مقطع با لنگر خمشی حداکثر مثبت یا منفی و مقطع مجاور با لنگر صفر از تقسیم برش افقی به دست آمده از رابطه بندهای ۱۰-۲-۸-۳-۳-ت-۱ و ۱۰-۲-۸-۳-۳-ت-۲ بر مقاومت برشی اسمی یک برشگیر به دست آمده از روابط ۱۰-۲-۸-۳۶ یا ۱۰-۲-۸-۳۷ (حسب مورد) محاسبه میگردد. در حد فاصل یک بار متمرکز و نقطه مجاور با لنگر خمشی صفر باید به تعداد کافی برشگیر تعبیه شود تا ظرفیت خمشی لازم برای تحمل خمش حداکثر در محل بار متمرکز فراهم گردد.
ت) جزئیات بندی
۱- تعداد برشگیرهای مورد نیاز در هر طرف نقطه با لنگر خمشی حداکثر مثبت یا منفی باید به صورت یکنواخت با فواصل مساوی تا نقطه با لنگر خمشی صفر توزیع شوند. مگر اینکه توسط مهندس طراح راهکار دیگری با مستندات کافی ارائه شده باشد.
۲- در راستای عمود بر محور طولی تیر برشگیرها باید حداقل ۲۵ میلی متر پوشش جانبی از بتن داشته باشند.
۳- در امتداد محور طولی تیر فاصله برشگیرها تا لبه بتن برای بتنهای با وزن مخصوص معمولی نباید کوچک تر از ۲۰۰ میلی متر و برای بتنهای سبک کوچکتر از ۲۵۰ میلی متر باشد.
۴- فاصله مركز تا مرکز برشگیرهای از نوع گل میخ در راستای طولی تیر نباید کوچک تر از ۶ برابر قطر آنها و در برشگیرهای از نوع ناودانی کوچک تر از ۴ برابر پهنای بال ناودانی در نظر گرفته شود. همچنین فاصله مرکز تا مرکز بین برشگیرهای از نوع گل میخ در امتداد عمود بر محور طولی تیر نباید کوچک تر از ۴ برابر قطر آنها در نظر گرفته شود.
۵- حداکثر فاصله مرکز تا مرکز برشگیرها نباید از ۸ برابر ضخامت کل دال بتنی یا ۹۰۰ میلی متر بیشتر باشد.
۹-۸-۲-۱۰ برشگیرها در ستون ها و سایر اعضای مختلط
الف) الزامات عمومی
الزامات مندرج در این بند برای محاسبه مقاومت اسمی برشگیرهای به کار رفته در طول مقرر بار ستون ها و تیرستون های با مقطع مختلط تیرهای با مقطع مختلط محاط در بتن یا پرشده با بتن تیرهای همبند با مقطع مختلط و دیوارهای برشی با مقطع مختلط بوده که در آنها اجزای بتنی و فولادی به واسطه عملکرد مختلط در طول عضو با یکدیگر کار میکنند ضوابط این بند برای سازه های مرکب از اعضای بتنی و فولادی که در آنها بتن و فولاد با یکدیگر کار نمی کنند، قابل کاربرد نیست.
محاسبات مربوط به مقاومت برشگیرهای مدفون در دال بتنی با در دال بتنی واقع بر عرشه فولادی در بند ۱۰-۲-۸-۸ ارائه گردیده است. حالت های حدی مرتبط با گسیختگی برشگیر و گسیختگی قالبی بتن در این بخش ارائه میگردد علاوه بر این ضوابط مرتبط با فاصله گذاری و محدودیت های هندسی برشگیرها مندرج در این بخش از قلوه کن شدن بتن در تماس با برشگیر تحت اثر بارهای برشی و همچنین گسیختگی قالبی بتن در تماس با برشگیر تحت اثر بارهای کششی جلوگیری می کنند.
در اعضای با مقطع مختلط قطر برشگیرهای از نوع گل میخ باید مساوی یا کوچک تر از ۲۰ میلی متر باشد. همچنین قطر گل میخ ها نباید از ۲.۵ برابر ضخامت فلز پایه ای که گل میخ به آن جوش میشود، بیشتر شود، مگر اینکه گل میخ درست در امتداد جان مقطع فولادی قرار گیرد.
در بتن های با وزن مخصوص معمولی چنانچه برشگیر از نوع گل میخ تنها تحت اثر برش قرار گیرد. ارتفاع برشگیر از نوع گل میخ پس از نصب نباید از ۵ برابر قطر گل میخ کمتر باشد. چنانچه گل میخ تحت اثر کشش یا ترکیبی از کشش و برش قرار گیرد ارتفاع گل میخ نباید از ۸ برابر قطر آن کوچک تر باشد. در بتنهای با وزن مخصوص سبک چنانچه گل میخ تنها تحت اثر برش قرار گیرد ارتفاع گل میخ پس از نصب نباید از ۷ برابر قطر آن و چنانچه گل میخ تحت اثر کشش قرار گیرد. ارتفاع گل میخ نباید از ۱۰ برابر قطر آن کوچک تر باشد.
مقاومت اسمی برشگیرهای از نوع گل میخ مدفون در بتن با وزن مخصوص سبک که تحت اثر ترکیبی از بارهای کششی و برشی قرار میگیرند باید بر اساس ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان تعیین شوند در این نوع اعضا مشخصات هندسی برشگیرها در جدول ۱۰-۲-۸-۵ نیز ارائه شده است. قطر کلاهک برشگیرهای از نوع گل میخ که تحت اثر کشش یا ترکیبی از کشش و برش قرار میگیرند باید از ۱.۶ برابر قطر بدنه گل میخ بزرگ تر باشد.
ب) مقاومت برشی موجود برشگیرهای از نوع گل میخ کلاهک دار
در مواردی که گسیختگی قالبی بتن در برش به عنوان یک حالت حدی محسوب نشود، مقاومت برشی موجود گل میخ ها در روش LRFD برابر ΦvQnv و در روش ASD برابر
Qnv/Ω بوده که در آن :
(۳۸-۸-۲-۱۰) Qnv=FuAsa
Φ=۰.۶۵ (LRFD) , Ω=۲.۳۱ (ASD)
Fu = تنش کششی نهایی گل میخ
Asa = سطح مقطع گل میخ
چنانچه گسیختگی قالبی بتن در برش به عنوان یک حالت حدی محسوب شود. مقاومت برشی طراحی یک برشگیر گل میخ باید بر اساس یکی از حالات زیر تعیین شود:
۱) چنانچه بر اساس الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان میلگرد لازم در دو طرف ناحیه گسیختگی در بین کار گذاشته شود کوچکترین مقدار به دست آمده از معادله ۱۰-۲-۸-۳۸ و مقاومت اسمی میلگرد باید به عنوان مقاومت برشی اسمی گل میخ (Qnv)، محسوب شود.
۲) بر اساس الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان
پ) مقاومت کششی موجود برشگیرهای از نوع گل میخ
در مواردی که فاصله مرکز گل میخ تا لبه آزاد بتن در امتداد عمود بر ارتفاع گل میخ بزرگتر از ۱.۵ برابر ارتفاع گل میخ و فاصله مرکز تا مرکز گل میخ ها بزرگتر یا مساوی ۳ برابر ارتفاع گل میخ باشد.
مقاومت کششی موجود گل میخ ها در روش LRFD مساوی ΦtQnt و در روش ASD برابر Qnt/Ωt است که در آن :
(۳۹-۸-۲-۱۰) Qnt=FuAsa
Φ=۰.۷۵ (LRFD) , Ω=۲.۰۰ (ASD)
Fu و Asa همان تعاریف به کار رفته در بند (ب) فوق هستند.
تبصره: در مواردی که فاصله مرکز گل میخ تا لبه آزاد بتن در امتداد عمود بر ارتفاع گل میخ کوچک تر از ۱.۵ برابر ارتفاع گل میخ یا فاصله مرکز تا مرکز گل میخ ها کوچک تر از ۳ برابر ارتفاع گل میخ باشد مقاومت کششی طراحی گل میخ ها باید بر اساس یکی از حالات زیر تعیین گردد:
۱) چنانچه بر اساس الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان میلگرد لازم در دو طرف ناحیه گسیختگی در بتن کار گذاشته شود کوچکترین مقدار به دست آمده از رابطه ۳۹-۸-۲-۱۰ و مقاومت اسمی میلگرد باید به عنوان مقاومت برشی اسمی گل میخ (Qnt) محسوب شود.
۲) بر اساس الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران
ت) اثر هم زمان برش و کشش در گل میخ ها
در مواردی که گسیختگی قالبی بتن در برش به عنوان یک حالت حدی محسوب نشود و نیز فاصله مرکز گل میخ تا لبه آزاد بتن در امتداد عمود بر ارتفاع گل میخ بزرگتر از ۱.۵ برابر ارتفاع گل میخ و فاصله مرکز تا مرکز گل میخ ها بزرگتر یا مساوی ۳ برابر ارتفاع گل میخ باشد، اثر توام برش و کشش در گل میخ باید به شرح زیر در نظر گرفته شود.
در روابط فوق :
Qut = مقاومت کششی مورد نیاز گل میخ در LRFD
Qat = مقاومت کششی مورد نیاز گل میخ در ASD
Quv = مقاومت برشی مورد نیاز گل میخ در LRFD
Qav = مقاومت برشی مورد نیاز گل میخ در ASD
Qnt = مقاومت کششی اسمی گل میخ
Qnv = مقاومت برشی اسمی گل میخ
Φt = ضریب کاهش مقاومت کششی گل میخ مساوی ۰.۷۵
Φv = ضریب کاهش مقاومت برشی گل میخ مساوی ۰.۶۵
Ωt - ضریب اطمینان مقاومت کششی گل میخ مساوی ۲.۰۰
Ωv - ضریب کاهش مقاومت برشی گل میخ مساوی ۲.۳۱
ت) مقاومت برشی موجود برشگیرهای از نوع ناودانی
مقاومت برشی موجود برشگیرهای از نوع ناودانی در روش LRFD مساوی ΦvQnv و در روش ASD مساوی Qnv/Ωv است که در آن :
Φ=۰.۷۵ (LRFD) , Ω=۲.۰۰ (ASD)
و Qnv مقاومت برشی اسمی برشگیرهای از نوع ناودانی بوده که باید بر اساس رابطه ۱۰-۲-۸-۳۷ تعیین شود.
ج) جزئیات بندی
برشگیرها باید حداقل ۲۵ میلی متر پوشش جانبی از بتن داشته باشند.
حداقل فاصله مرکز تا مرکز گل میخ ها در هر امتداد ۴ برابر قطر گل میخ است.
حداکثر فاصله مرکز تا مرکز گل میخ ها ۳۲ برابر قطر گل میخ است.
حداکثر فاصله مرکز تا مرکز برشگیرهای از نوع ناودانی ۶۰۰ میلی متر است.
ج) حالت های خاص
هنگامی که عضو با مقطع مختلط منطبق بر مقررات این بند نباشد مقاومت اسمی برشگیرها و جزئیات اجرایی آنها باید بر اساس یک برنامه آزمایشی مناسب تعیین شود.
۱۰-۲-۲-۱۰ کنترل فشار هیدرواستاتیک در مقاطع مستطیلی پرشده با بتن
در صورتی که در هنگام ریختن بتن به داخل مقاطع مستطیلی شکل فشار هیدرواستاتیکی بزرگی به دیواره مقطع فولادی به جدارهای مقطع مستطیلی شکل وارد شود ممکن است دیواره مقطع دچار تغییر شکل بزرگی شود. این مسئله علاوه بر ایجاد ظاهر نامناسب در مقطع ممکن است موجب فراهم شدن شرایطی برای شروع کمانش موضعی جدارهای مقطع مستطیلی شکل شود. برای کنترل این گونه تغییر شکلها میتوان از روابط زیر استفاده کرد:
در روابط فوق :
σmax = تنش عمودی حداکثر در جدار مقطع مستطیلی شکل ناشی از فشار هیدرواستاتیک
δmax = تغییر شکل حداکثر در جدار مقطع مستطیلی شکل ناشی از فشار هیدرواستاتیک
h = بعد بزرگ مقطع مستطیلی شکل و hc = h - ۲t
b = بعد کوچک مقطع مستطیلی شکل و bc = b - ۲t
t = ضخامت دیواره مقطع مستطیلی شکل
p = فشار هیدرواستاتیک
L = طول فشار هیدرواستاتیک
Es = مدول الاستیسیته فولاد
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
تصویر ۲۷
تصویر ۲۸
تصویر ۲۹
تصویر ۳۰
تصویر ۳۱
تصویر ۳۲
تصویر ۳۳
تصویر ۳۴
تصویر ۳۵
تصویر ۳۶
تصویر ۳۷
تصویر ۳۸
تصویر ۳۹
تصویر ۴۰
تصویر ۴۱
تصویر ۴۲
تصویر ۴۳
تصویر ۴۴
تصویر ۴۵