طرح لرزه ای دیافراگم

طرح لرزه ای دیافراگم


امروزه ساختمان‌های طراحی شده به دلیل نیاز به فضای بیشتر و داشتن طرح‌های معماری خاص و ویژه، استفاده از دهانه‌های بلند اجتناب‌ناپذیر است. در چنین پروژه‌هایی نیاز به یک سقف مناسب به جهت جلوگیری از تغییر شکل زیاد امری ضروری است. ازجمله سقف‌های مناسب برای پوشش دهانه‌های بلند می‌توان به سقف‌های دال- تیر، دال تخت، دال مشبک (وافل) و دال مجوف اشاره کرد.
 
طراحی انواع دال‌ها برای پوشش دهانه‌های بلند بسیار حساس و نیاز به‌ دقت و دانش فنی کافی است. چراکه بدون داشتن آگاهی و دانش کافی ممکن است منجر به نتایج غیر قابل ‌جبران گردد که متأسفانه نمونه‌های زیادی از آن در چند سال گذشته در نقاط مختلف کشور دیده شده است. طراحی انواع دال‌ها برای پوشش دهانه‌های بلند صرفاً برای بارهای ثقلی کافی نیست و نیاز به طرح لرزه‌ای دقیق و منطبق بر ضوابط آیین‌نامه دارد. طرح لرزه‌ای دیافراگم‌ها مسلماً به دانش فنی مهندسی کافی نیاز دارد.
 
شرکت مهندسی آبا با در اختیار داشتن مهندسین باتجربه و مهارت بالا درزمینهٔ مهندسی سازه و زلزله توانسته است طرح لرزه‌ای دیافراگم‌ها را برای بیش از 100 پروژه در سطح کشور انجام دهد و رضایت کارفرمایان و مهندسین سایر شرکت‌ها را جلب کند. این شرکت قادر است به‌صورت اختصاصی به همکاری برای طرح لرزه‌ای دیافراگم‌ها در انواع پروژه‌ها بپردازد. ازجمله خدماتی که این شرکت می‌تواند مهیا کند به شرح ذیل است:
  1. مشاوره تخصصی درزمینهٔ انتخاب نوع سقف برای پروژه‌های با دهانه‌های بلند
  2. مشاوره در مورد انتخاب ابعاد قالب‌های وافل بر اساس مشخصات هر پروژه
  3. مشاوره و همکاری در طراحی سقف‌ها
  4. طرح لرزه‌ای اختصاصی دیافراگم‌ها منطبق بر ضوابط ACI 318-19 و ASCE7-16
  5. جزئیات بندی دقیق سقف‌ها بر اساس طرح لرزه‌ای انجام شده
  6. تعیین مشخصات هندسی و جانمایی آرماتورهای خمشی، برشی و پانچ به‌صورت دقیق و منطبق بر آیین‌نامه  
 
 

آشنایی با مفهوم کلی دیافراگم 

دیافراگم ها یکی از اجزای مهم سازه ها محسوب می شوند که نقش اساسی در تحمل و انتقال بارهای مختلف بر عهده دارند. دیافراگم ها معمولا شامل صفحات افقی و یا متمایل به افقی هستند که به عنوان جداگرهای کف (طبقات) به کار رفته و بارهای ثقلی ناشی از وزن اجزای سازه ای و همچنین بارهای بهره برداری را تحمل می کنند. از طرفی نیروهای جانبی ناشی از بارهایی از قبیل زلزله نیز از طریق دیافراگم ها به اعضای قائم سیستم باربر جانبی شامل ستون ها یا دیوارها  منتقل می شود. بنابراین نقش دیافراگم ها در حفظ یکپارچگی سازه ، تحمل و همچنین انتقال بارهای وارد بر آن بسیار حائز اهمیت بوده و لازم است با انجام طراحی مناسب، مقاومت دیافراگم را تامین نمود.
انواع دیافراگم ها
همان طور که گفته شد، در بسیاری از موارد دیافراگم ها شامل سیستم باربر کف بوده که علاوه بر تحمل بارهای ثقلی لازم است قابلیت انتقال نیروهای جانبی را نیز داشته باشند. دیافراگم هایی که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته و ضوابط خاص طراحی برای آنها در نظر گرفته می شود، شامل موارد زیر هستند
  1. دیافراگم هایی که به صورت دال های بتنی یکپارچه ساخته می شوند.
  2. دیافراگم هایی که به صورت رویه بتنی درجا بر روی اجزای پیش ساخته اجرا شده اند.
  3. دیافراگم هایی که از اجزای پیش ساخته ی دارای نوار لبه تشکیل شده اند. نوارهای لبه می توانند توسط رویه بتنی درجا و یا توسط تیرهای لبه تأمین شده باشند.
  4. دیافراگم هایی که بدون بتن رويه درجا و از اتصال اجرا پیش ساخته تشکیل شده اند.
در صورتی که دیافراگم مورد بررسی در یکی از چهار گروه فوق باشد، لازم استضوابط این فصل در خصوص
طراحی آن رعایت گردد.

 نیروهای طراحی دیافراگم

در شکل زیر نمای یک ساختمان بتن آرمه به همراه سیستم قاب خمشی و دیوار برشی نشان داده شده است. سیستم کف در هر یک از طبقات سازه به صورت یک دیافراگم در نظر گرفته شده که باید توانایی تحمل بارهای
قائم را داشته باشد .
از مهمترین بارهای قائم که بر روی دیافراگم ها مطابق شکل زیر اعمال می شود، می توان به بارهای مرده، زنده و برف اشاره نمود . علاوه بر این ساختمان تحت اثر نیروهای جانبی از قبیل باد و زلزله نیز قرار می گیرد. نیروی جانبی باد که بر وجوه خارجی اعمال می شود، باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها می گردد.
نیروهای طراحی دیافراگم
 
 
نیروهای زلزله باعث ایجاد نیروهای جانبی در محل مرکز جرم دیافراگم ها می گردد. بنابراین این نیروها نیز باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها شده که این نیروها باید از طریق دیافراگم به اعضای قائم سیستم باربر جانبی ساختمان انتقال یابد. برای انتقال مناسب نیروهای درون صفحه دیافراگم ها به اعضای قائم سیستم باربر جانبی از اعضایی به نام جمع کننده استفاده می شود. در ساختمان شکل فوق، دال فوقانی زیرزمین که در صورت عدم وجود زیرزمین می تواند با فونداسیون جایگزین شود، به صورت یک دیافراگم عمل می کند که تحت تاثیر نیروهای قائم و افقی مستقیم و غیرمستقیم قرار می گیرد. از جمله نیروهای قائم وارد بر فونداسیون وزن ناشی از کف سازی و همچنین بارهای بهره برداری پایین ترین طبقه و همچنین بارهای قائم ناشی از دیوار و ستون ها بوده و نیروهای جانبی ناشی از فشار جانبی خاک و عکس العمل نیروهای جانبی طبقات فوقانی می باشد.
در محل فونداسیون نیروی حاصل از اجزای قائم سیستم باربر جانبی توسط توزیع کننده نیروها به فونداسیون انتقال می یابد. در واقع توزیع کننده ها عملکردی مشابه جمع کننده ها دارند با این تفاوت که در این اعضا نیرو از طريق اعضای سیستم باربر جانبی به دیافراگم انتقال می یابد. مطابق توضیحات داده شده و شکل فوق به طور خلاصه می توان نیروهای وارد بر دیافراگم ها را به صورت زیر خلاصه نمود:
 
1-    از نیروهای خارج از صفحه ناشی از بارهای ثقلی و سایر بارهای وارد بر سطح دیافراگم ،
نیروهای قائم وارد بر دیافراگم ها تحت اثر بارهای مرده و زنده بوده، از طرفی بارهای قائم ناشی از زلزله هنگامی که لحاظ اثر این نیروها ضروری است، باید در طراحی دیافراگم ها در نظر گرفته شوند. در دیافراگم واقع در بام ، نیروهای مکش ناشی از باد و همچنین برف نیز به عنوان نیروی قائم در نظر گرفته می شود .
2-    نیروهای داخل صفحه ناشی از بارهای جانبی سازه؛
 نیروهای ناشی از باد و زلزله از جمله مهمترین نیروهایی هستند که باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در  دیافراگم ها می گردند. در سازه های خاص نیروی جانبی ناشی از فشار خاک و یا فشار جانبی ناشی از سیالات نیز باعث ایجاد نیروهای داخل صفحه در دیافراگم ها می گردد.
3-    نیروهای منتقل شده به دیافراگم؛
همان طور که گفته شد، نیروی اجزای قائم سیستم باربر جانبی سازه از طریق دیافراگم ها منتقل می شود. با توجه به اینکه مشخصات مقطع و سختی المان های قائم در ارتفاع به صورت متغیر می باشد، لذا تغییر
نیروی این المان ها در تراز دیافراگم از طریق دیافراگم ها باید منتقل شود. از جمله واضح ترین مقاطعی که چنین نیرویی در آن رخ می دهد، محل اتصال سازه به فونداسیون بوده که در آن فونداسیون (در صورتی که به صورت گسترده در نظر گرفته شده باشد و یا سرشمع در صورت استفاده از فونداسیون عمیق) به عنوان دیافراگم باید توانایی انتقال و تحمل نیروهای ناشی از سازه را داشته باشد.
4-     نیروهای به وجود آمده در اتصالات دیافراگم و اعضای قائم قاب یا اجزای غیر سازه ای
نیروهای اعمال شده بر اعضای مختلف سازه، مثل اثر باد یا زلزله بر اجرای قائم سازه از طریق دیافراگم ها منتقل می شود. از طرفی اکثر سازه ها به جز موارد خاص در سازه های صنعتی، دارای پوشش و اجزای غیر سازه ای متصل به آنها هستند. نیروهای وارد بر این اجزا نهایتا باید از طریق دیافراگم ها به اجزای باربر اصلی سازه انتقال یابد .
5-     نیروهای افقی ایجاد شده در اثر وجود اجزای قائم مهاری و یا اجزای مایل سازه؛
 در برخی از سازه ها لازم است المان های مهاری محوری به صورت مورب به کار برده شوند. کاربرد چنین اجزایی در برخی موارد به سبب حفظ پایداری قسمتی از سازه و یا به هدف تأمین باربری جانبی مثل کاربرد مهاربندها می باشد. این اجزا دارای نیروهای محوری معمولا بزرگی بوده که باعث ایجاد نیروهای قائم و افقی قابل ملاحظه در دیافراگم ها می گردد. با توجه به هندسه مورد بررسی المان های مورب، طراحی دیافراگم در برابر چنین نیروهایی بسیار حائز اهمیت می باشد.

مدلسازی دیافراگم

مطابق آنچه در قسمت قبل گفته شد ، لازم است دیافراگم ها تحت نیروهای وارد بر آنها به نحو صحیحی طراحی شوند. برای این منظور لازم است مدلسازی دیافراگم نیز به طور صحیحی انجام شود. با توجه به نوع دیافراگم، سختی آن نسبت به سختی تکیه گاه ها (سیستم باربر جانبی) و نسبت طول به عرض دهانه دیافراگم می توان از مدل های متفاوتی استفاده نمود که مهمترین آنها عبارتند از :
1-     مدل دیافراگم صلب:
 این حالت یکی از متداول ترین مدل های طراحی دیافراگم بوده که معمولا در دیافراگم های دال بتنی و یا دیافراگم های متشکل از دال بتنی و قطعات پیش ساخته قابل استفاده است.
2-    مدل دیافراگم انعطاف پذیر:
 معمولا انعطاف پذیری و یا صلبیت دیافراگم ها مطابق ایین نامه های بارگذاری و براساس نسبت میزان تغییر مکان جانبی دیافراگم به تغییر مکان جانبی طبقه تعیین می شود. اما به طور کلی دیافراگم های انعطاف پذیر شامل دیافراگم های فاقد پوشش بتنی و یا با پوشش بتن کمتر از ۳۸ میلی متر به شرط دارا بودن سختی و مقاومت کافی سیستم باربر جانبی در برابر بارهای جانبی به عنوان دیافراگم های انعطاف پذیر در نظر گرفته می شوند.
3-     مدل اجزای محدود:
معمولا این نوع مدلسازی بسیار دقیق بوده و تقریبا در تمام انواع دیافراگم ها قابل کاربرد است. اما توجه شود معمولا از این روش مدلسازی در دیافراگم های نامنظم استفاده می شود. در این روش لازم است توزیع غیریکنواخت برش در طراحی لحاظ شود و از طرفی المان هایجمع کننده که نیروهای دیافراگم را به اعضای قائم سیستم باربر جانبی انتقال می دهند، تحت برش طراحی شوند .
4-    مدل خرپایی (بست و بند):
از این روش در قسمت هایی از سازه که در آنها رابطه توزیع خطی کرنش ها برقرار نیست، استفاده می شود. معمولا در محل هایی که دارای تغییر ناگهانی در هندسه هستند و یا اعضایی که در نقاط مشخصی بارهای متمرکز قابل توجه بر آنها اعمال می شود، استفاده از این روش توصیه می گردد.