5-3-10 الزامات لرزه‌ای قاب‌های خمشی مختلط ویژه (C-SMF)

1-5-3-10 الزامات عمومی

قاب‌های خمشی مختلط ویژه (C-SMF) با اتصال گیردار تیر به ستون باید براساس الزامات این بخش طراحی شوند. در این نوع قاب‌های خمشی مختلط، ستون‌ها از نوع بتن‌آرمه یا مختلط و تیرها از نوع فولادی تنها، فولادی با دال بتنی متکی بر آن و با عملکرد مختلط کامل یا مختلط محاط در بتن و با عملکرد مختلط کامل تشکیل می‌شوند.

3-5-3-10 مبانی طراحی

با به‌کارگیری الزامات در نظر گرفته شده در این بخش انتظار می‌رود که در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، تغییرشکل‌های فرا ارتجاعی قابل توجهی در محدوده دو انتهای تیرها و تسلیم محدودی در چشمه اتصال ستون‌ها ایجاد شود. در این نوع قاب‌ها، طراحی ستون‌ها باید به طریقی صورت گیرد که در هر گره ضابطۀ نسبت لنگر خمشی ستون به لنگر خمشی تیر (ضابطه تیر ضعیف -ستون قوی) رعایت گردد. در این نوع قاب‌های خمشی تسلیم خمشی در پای ستون مجاز است.

4-5-3-10 الزامات تحلیل

در تحلیل قاب‌های خمشی مختلط ویژه، اگر به صورت قاب‌های خمشی صفحه‌ای مجزا مورد استفاده قرار گیرند، رعایت ضابطۀ اضافی، الزامی نیست. در مورد ستون‌هایی از این قاب‌ها که در محل تقاطع دو قاب خمشی قرار می‌گیرند، آثار لنگر در امتداد متعامد نیز باید مورد توجه قرار گیرد.

5-5-3-10 الزامات سیستم

1-5-5-3-10 نسبت لنگر خمشی ستون به لنگر خمشی تیر

در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، در کلیه گره‌های اتصالات گیردار تیر به ستون، رعایت ضابطه زیر (ضابطه تیر ضعیف – ستون قوی) الزامی است:

که در آن:

= مجموع مقادیر اسمی مقاومت خمشی ستون‌های بالا و پایین گره اتصال در امتداد مورد نظر که با در نظر گرفتن آثار نیروی محوری ستون در محل محور مرکزی تیر محاسبه می‌شود. برای ستون‌های مختلط، مقاومت خمشی اسمی ( ) باید براساس الزامات بخش 10-2-8 این مبحث و با منظور نمودن اثر نیروی محوری ستون حاصل از ترکیبات بارگذاری شامل زلزله تشدید یافته به دست آید. برای ستون‌های بتن‌آرمه مقاومت خمشی اسمی ( ) باید براساس الزامات مبحث نهم مقررات ملی ساختمان و با منظور نمودن اثر نیروی محوری ستون حاصل از ترکیبات متعارف بارگذاری تعیین شود.

تبصره: در صورتی که گره موردنظر در محل تلاقی دو قاب خمشی قرار گرفته باشد، در صفحه و موردنظر برای محاسبه علاوه بر اثر نیروی محوری، باید اثر لنگر خمشی موردنیاز امتداد عمود بر صفحه نیز به نحو مقتضی لحاظ شود.

= مجموع مقادیر لنگرهای خمشی تیرها در گره اتصال و در امتداد موردنظر که نسبت به محور ستون محاسبه می‌شود. محاسبه مقدار این لنگرها باید براساس آثار حداکثر لنگر خمشی مورد انتظار تیر در محل تشکیل مفصل پلاستیک و آثار بارهای ثقلی با ضرایب بار مربوطه، صورت گیرد. لنگر پلاستیک مورد انتظار مقطع مختلط بوده که می‌تواند براساس روش توزیع تنش پلاستیک در مقطع یا سازگاری کرنش محاسبه شود؛ با این تفاوت که در این محاسبات به جای F_y از R_yF_y، به جای f_yr از 1.2f_yr و به جای از استفاده می‌شود که در آن:

F_y = تنش تسلیم مشخصه مقطع فولادی

f_yr = تنش تسلیم مشخصه آرماتورهای طولی

= تنش فشاری مشخصه نمونه استوانه‌ای بتن

R_y = نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به تنش تسلیم مشخصه فولاد مطابق جدول 10-3-2-1

R_c = نسبت تنش فشاری مورد انتظار به تنش فشاری مشخصه بتن مطابق جدول 10-3-2-1

M_rv = لنگر خمشی اضافی تیر نسبت به محور ستون ناشی از برش ظرفیتی تیر در محل تشکیل مفصل پلاستیک و بارهای ثقلی (با ضرایب بار مربوطه) روی تیر است.

α_s = برابر 1.0 در روش LRFD و برابر 1.5 در روش ASD

تبصره: در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، تبصره 2 بند 10-3-3-3-6 می‌تواند مورد استفاده قرار گیرد با این تفاوت که در این نوع قاب‌های خمشی، حالت (الف) این تبصره به صورت P_rc<0.1P_c خواهد.

2-5-5-3-10 مهار جانبی تیرها

در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، الزامات لرزه‌ای مهار جانبی تیرها باید مشابه این الزامات در قاب‌های خمشی فولادی ویژه در نظر گرفته شود.

3-5-5-3-10 الزامات مهار پایداری در محل اتصالات تیر به ستون

در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، الزامات لرزه‌ای مهار پایداری در محل اتصالات تیر به ستون باید مشابه این الزامات در قاب‌های خمشی فولادی ویژه در نظر گرفته شود.

6-5-3-10 الزامات اعضا

1-6-5-3-10 الزامات کمانش موضعی تیرها و ستون‌ها

در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، بال‌های مقاطع اعضا باید به طور پیوسته به جان یا جانهای مقطع متصل بوده و نسبت پهنا به ضخامت اجزای فولادی مقاطع اعضای آن، محدودیت اعضای با شکل‌پذیری زیاد را برآورده سازند. هم‌چنین در تیرهای با مقطع مختلط محاط در بتن فاصله دورترین تار فشاری بتن تا محور خنثی پلاستیک مقطع نباید از مقدار زیر بیشتر شود:

که در آن:

E = مدول الاستیسیته تیر فولادی

F_y = تنش تسلیم مشخص تیر فولادی

Y_con = فاصله بال تیر فولادی تا بالای بتن

d = عمق کلی تیر مختلط

استثناء: اعضای با مقطع مختلط محاط در بتن، در صورت وجود حداقل 50 میلی‌متر پوشش بتن و محصورشدگی میلگردهای طولی در نواحی محتمل تشکیل مفصل پلاستیک با میلگردهای بسته (مطابق مبحث نهم مقررات ملی ساختمان) می‌توانند الزامات اعضای با شکل‌پذیری متوسط را برآورده نمایند.

2-6-5-3-10 بال‌های تیر

در ناحیه مفصل پلاستیک تغییر ناگهانی در مساحت بال تیر مجاز نیست. سوراخ‌کاری با مته در بال و بریدن پهنای بال تیر در صورتی مجاز است که آزمایش یا تأیید کیفیت نشان دهد که مفاصل پلاستیک پایدار می‌تواند تا تأمین زاویه تغییرمکان نسبی موردنیاز طبقه، توسعه یابد.

3-6-5-3-10 نواحی حفاظت شده

در دو انتهای تیر ناحیه‌هایی که تحت اثر کرنش‌های فرا ارتجاعی قرار می‌گیرند، باید به عنوان نواحی حفاظت شده در نظر گرفته شده و در آن‌ها الزامات بند 10-3-2-17 رعایت شوند. این ناحیه باید فاصله از بر ستون با مقطع مختلط تا یک دوم عمق تیر پس از محل تشکیل مفصل پلاستیک در نظر گرفته شود.

7-5-3-10 اتصالات

اتصال تیر به ستون، اتصال ستون به کف ستون و وصله ستون که باید به صورت گیردار در نظر گرفته شوند، باید الزامات این بخش را برآورده سازند.

1-7-5-3-10 جوش‌های بحرانی لرزه‌ای

در قاب‌های خمشی مختلط ویژه جوش‌های زیر به عنوان جوش بحرانی لرزه‌ای محسوب می‌شوند و باید الزامات بند 10-3-2-1-6-ب را تأمین نمایند:

الف) جوش شیاری در وصل ستون‌ها

ب) جوش‌های اتصال ستون به کف ستون

استثناء: در صورتی که آزمایش‌ها با تحلیل‌ها نشان دهند که امکان تشکیل مفاصل پلاستیک در پای ستون یا در نزدیکی آن وجود ندارد و ضمناً تحت اثر ترکیبات بارگذاری شامل زلزله تشدید یافته در پای ستون بر کنش محتمل نیست، جوش‌های این اتصال می‌توانند بحرانی لرزه‌ای محسوب نشوند.

پ) جوش‌های شیاری بال‌های تیر به ستون، جوش‌های شیاری جان تیر به ستون و جوش‌های شیاری ورق‌های اتصال جان تیر به ستون در اتصالات گیردار

ت) جوش‌های شیاری ورق‌های پیوستگی

2-7-5-3-10 اتصالات تیر به ستون

در قاب‌های خمشی مختلط ویژه، اتصالات تیر به ستون‌های مختلط باید شرایط زیر را تأمین نمایند:

الف) اتصالات خمشی تیر به ستون باید توانایی تحمل تغییرشکل‌های دورانی حداقل به میزان 0.04 رادیان را بدون کاهش قابل توجه در مقاومت موجود خود دارا باشند

ب) مقاومت خمشی اندازه‌گیری شده اتصال در وجه ستون باید حداقل 0.8M_P تیر باشد.

پ) پیکربندی اتصال تیر به ستون باید از انواع به کار رفته در اتصالات پیش تأیید شده بوده یا عملکرد آن از طریق آزمایش مورد تأیید قرار گیرد.

استثنا: در تیرهای با مقطع مختلط محدودیت‌های 1 و 2 مطابق بند 10-3-7-1-پ کاربرد ندارد.

3-7-5-3-10 مقاومت برشی موردنیاز

مقاومت برشی موردنیاز اتصال تیر به ستون (V_r) باید براساس آثار نیروی زلزله محدود به ظرفیت خمشی تیر در محل مفصل پلاستیک، از رابطه زیر تعیین شود:

که در آن:

= مقاومت خمشی مورد انتظار تیر

L_h = فاصله بین محل تشکیل دو مفصل پلاستیک در طول تیر

V_rg = برش حاصل از بارهای ثقلی با ضرایب بار مربوطه

α_s = برابر 1.0 در روش LRFD و برابر 1.5 در روش ASD

4-7-5-3-10 ورق‌های پیوستگی اتصال

در ستون‌های مختلط پرشده با بتن ضخامت ورق‌های پیوستگی باید حداقل برابر ضخامت بالهای تیر باشند. اتصال ورق‌های پیوستگی به ستون باید به صورت جوش شیاری با نفوذ کامل یا جوش گوشه دوطرفه باشند. در ستون‌های مختلط پرشده با بتن تعبیه سوراخ‌های دایره‌ای شکل با قطر کافی برای عبور بتن از این دیافراگم‌ها الزامی است.

8-5-3-10 وصله ستون‌ها

وصله ستون‌ها باید الزامات بند 10-3-2-12 را تأمین نمایند. وصله مستقیم ستون‌ها باید با استفاده از جوش شیاری با نفوذ کامل انجام شود. وصلة غیرمستقیم ستون‌ها می‌تواند از نوع جوشی یا پیچی باشد. در هر حال مقاومت خمشی موردنیاز وصله‌های غیرمستقیم نباید از M_{Pcc min}/α_s و مقاومت برشی موردنیاز آن‌ها نباید از کمتر در نظر گرفته شود که در آن:

M_{pcc min} = لنگر پلاستیک کوچکترین مقطع وصله شونده ستون

ΣM_pcc = مجموع لنگرهای پلاستیک دو انتهای ستون در طبقه موردنظر

α_s = برابر 1.0 در روش LRFD و برابر 1.5 در روش ASD

H_c = ارتفاع خالص ستون (فاصله خالص بین بال تحتانی تیر فوقانی و روی دال بتنی تیر تحتانی در طبقه موردنظر و در صورت عدم وجود دال بتنی سازه‌ای، فاصله خالص بین بال تحتانی تیر فوقانی و بال فوقانی تیر تحتانی در طبقه موردنظر)

تبصره: در هر حال مقاومت محوری موجود وصله هر جزء فولادی مقطع ستون (بدون در نظر گرفتن آثار لنگر خمشی)، نباید از R_yF_yb_it_i/α_s کمتر در نظر گرفته شود که در آن:

R_y = نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به تنش تسلیم مشخصه فولاد ستون

F_y = تنش تسلیم مشخصه فولاد ستون

b_i = پهنای جزء ستون کوچکتر وصله شونده

t_i= ضخامت جزء ستون کوچکتر وصل شونده