دستورالعمل طراحی اتصالات گیردار پیچی با ورق انتهائی برای سیستم های قاب خمشی معمولی و ویژه Design Instructions of Beam To Column Flange Moment Bolt Connections in OMRF & SMRF Using Extended End Plate

شرح محدوده

محاسبه اتصالات صلب معمولا بر مبنای ظرفیت خمشی تیر متصل به ستون انجام می شود، نه براساس نیروهای داخلی حاصل از تحلیل سازه در مقابل بارهای قائم وجانبی. برای تعیین ظرفیت خمشی نیز دو حالت پیش می آید، قاب های خمشی معمولی وقاب های خمشی با شکل پذیری متوسط و زیاد(ویژه)، به چنین فلسفه ای ترکیب بار ظرفیتی گفته می شود. بررسی روند طراحی اتصالات فلنجی پیچی گیردار در سیستم های قاب خمشی معمولی و قاب خمشی متوسط و ویژه  که در حالت ساده هرگونه آرایشی را می توان برای شکل اتصال در نظر گرفت ولی برای حالت قاب خمشی متوسط و ویژه باید با توجه به نتایج آزمایشگاهی که فقط برای حالات دارای سخت کننده(لچکی) جهت فلنج های با طول امتداد یافته و حالت بدون سخت کننده جهت فلنج های با طول امتداد یافته بر اساس اتصالات ارزیابی شده و مشابه از قبل ساخته و تست شده آزمایشگاهیPrequalified Connections)) انجام شده است اتصال را طراحی نمود. که در دو بخش جداگانه با عناوین قاب خمشی ساده و قاب خمشی متوسط و ویژه به طور جداگانه بررسی می گردند.

اهداف

مراحل طراحی اتصالات فلنجی پیچی گیردار در سیستم های قاب خمشی معمولی

مراحل طراحی اتصالات فلنجی پیچی گیردار در سیستم های قاب خمشی متوسط و ویژه

منابع و مراجع

تجارب و رویه های طراحی

All Specifications

استانداردهای بین المللی

Prequalified Connections For Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications-ANSI/AISC 358-10(includes 2011 supplement)

Specification for Structursl Steel Buildings

Seismic Provisions for Structural Steel Building-ANSI 341-05(includes supplement NO.1)

مبحث دهم:طرح واجرای ساختمانهای فولادی ایران

دیگرمنابع و مراجع

طراحی سازه های فولادی-جلددوم(اتصالات)-دکتر طاحونی

طراحی سازه های فولادی-جلد سوم(اتصالات)-دکتر میرقادری

تعاریف

Prequalified Connections: اتصالات از قبل ارزیابی شده در آزمایشگاه

قاب خمشی معمولی

کلیات

اتصالات فلنجی پیچی گیردار،  بوسیله جوش  تیر مربوطه به یک  ورق انتهائی با سوراخهائی جهت پیچ و مهره شدن به بال ستون آهنی ساخته می شوند، این اتصالات در قاب خمشی ساده می تواند با توجه به نیاز پروژه در حالات مختلف و چیدمان بولت ها با آرایش متعدد در تعداد سطر و ستون گوناگون برروی فلنج اتصال به کار برده شود. در خصوص این نوع اتصالات در قاب خمشی معمولی می توان به دو صورت اتصال را طراحی نمود :

الف-طراحی اتصال به صورت کاملا اتکائی انجام شود و در جهت اطمینان در زمان اجرا،  پیچهای اتصال را تا حد امکان پیش تنیده نمود(ولی این مطلب بدین معنی که حالا نوع اتصال اصطکاکی شده است، نمی باشد).

ب- طراحی اتصال به صورت کاملا اصطکاکی انجام شود.

تبصره: مطابق آئین نامهAISC  و آئین نامه ایران فقط برای سازه های مشمول بند10-1-10-ش-گزینه4و5 می بایست اتصال را کاملا اصطکاکی طراحی نمود و در بقیه موارد الزامی وجود ندارد، لازم به ذکر است که در این پروسیجر در جهت اطمینان بیشتر مبنای محاسبه اتصال در قاب خمشی معمولی را به صورت اصطکاکی در نظر گرفته وکاررا دنبال می کنیم.

محدودیتهای تیر استفاده شده در اتصال

تیرهای مورد استفاده در اتصال موظف به رعایت محدودیت های ذیل می باشند:

تیرها می توانند از نوع گرم  نورد شده یا از نوع مقاطع I  شکل(built-up) ساخته شوند.درخصوص جوش بین بال و جان تیرهای  مقاطع I  شکل(built-up) در محدوده انتهای اتصال خمشی  باید این جوش در طولی به اندازه ارتفاع مقطع تیر یا در طولی معادل سه برابر عرض تیر، هرکدام که کمتر است به صورت جوش نفوذی جناغی(CJP) یا به صورت یک جفت جوش گوشه دو طرفه با بعد جوش حداقل 0.75 برابر ضخامت بال به شرطی که بعد جوش کمتر از 6 میلیمتر نشود اجرا گردد .برای یادآوری در خصوص این تیرها ،  ارزش بعد جوش نباید کمتر از آن ملزومات مربوط به انتقال مقدار برش بین جان وبال تیر باشد.

هیچگونه محدودیتی در خصوص وزن در واحد طول برای تیر وجود ندارد.

حداکثر عرض بال های تیراتصال می تواند،  معادل عرض بال ستون اتصال باشد.

محدودیتهای ستون

ستونهای مورد استفاده در اتصال ملزم به رعایت محدودیت های ذیل می باشند:

فلنج انتهائی اتصال(END-PLATE) باید به بال ستون متصل شود.

هیچگونه محدودیتی در خصوص وزن در واحد طول برای ستون وجود ندارد.

هیچگونه الزامات اضافی در خصوص ضخامت بال ستون وجود ندارد.

محدودیتهای تیروستون نسبت به یکدیگر

اتصالات تیر به ستون هیچ گونه محدودیتی ندارد.

ورق های پیوستگی

به ورق های پیوستگی نیازی نیست ولی در جهت اطمینان استفاده می شودو در این پروسیجر از ورق های پیوستگی با ضخامت 10 میملیمتراستفاده می شود و این ورق بوسیله یک جوش گوشه دو طرفه  به بال ستون متصل می شود.

مقاومت مورد نیاز برای جوشهای گوشه نباید کمتر از مقدار  Fy.Ac  باشد.

Ac : سطح تماس بین ورق پیوستگی و بالهای ستونی که به بالهای تیر متصل شده اند.

Fy     :حداقل مقاومت تنش تسلیم مربوط به ورق پیوستگی.

بولت ها

بولت ها باید مطابق بارعایت الزامات فصل شماره 4 آئین نامهANSI/AISC 358-10   در نظر گرفته شوند.

جزئیات اتصال

Gage (اندازه گیری)

مقدار Gage که به اختصار به آن g  گفته می شود در شکل ‏5 1مشخص شده اند. مقدار حداکثر اندازه g  به عرض بال تیر متصل شده محدود می گردد.

فواصل مجاز.

فاصله مجاز بین مرکز بولت، از طرفین بال تیر یا از طرفین ورق پیوستگی داخل ستون و همچنین فاصله مجاز بین ردیف بولتها باید به صورت ذیل در نظر گرفته شود:

برای بولتهای با قطر حداکثر 25 میلیمتر: حداقل فاصله مجاز فوق را برابر قطر بولت به اضافه 13میلیمتر باید در نظر گرفت.

برای بولتهای با قطر بزرگتر از 25 میلیمتر: حداقل فاصله مجاز فوق را برابر قطر بولت به اضافه 19میلیمتر باید در نظر گرفت.

معرفی علامات اختصاری pfi , pfo , psi ,pso  که بروی شکل ‏5 1شکل ‏5 1مشخص شده اند :

Pfi   : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر داخلی بال تیر.

Pfo  : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر بیرونی بال تیر.

Psi   : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر داخلی ورق پیوستگی داخل ستون.

Pso  : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر بیرونی ورق پیوستگی داخل ستون.

Pb   : فاصله بین مرکز یک جفت بولت در هر کدام از طرفین بال تیر که فقط مختص اتصال نوع 8ES می باشد و حداقل باید معادل 7/2 برابر قطر بولت در نظر گرفته شود وتوصیه می شود در صورت امکان فاصله فوق معادل 3 برابر قطر بولت در نظر گرفته شود

توجه : در خصوص فواصل pfi , pfo , psi ,pso   این فاصله ها باید به نحوی باشند تا هیچ گونه تداخلی با جوشهای موجود در پیرامون خود نداشته باشند .

شکل ‏5 1  علامت های اختصاری مربوطه در اتصال

عرض ورق اتصال انتهائی

عرض ورق اتصال انتهائی باید بزرگتر یا مساوی عرض بال تیر متصل شده به آن باشد در مقدار عرض موثر ورق اتصال انتهائی نباید بزرگتر از عرض بال تیر به علاوه 25 میلیمتر باشد.

سخت کننده متصل به تیر و ورق اتصال انتهائی

در خصوص شکل ‏5 2  که داری دو عدد سخت کننده در بالا و پائین تیر اتصال به ورق انتهائی هستند، مقدار حداقل طول این سخت کننده ها جهت اتصال به تیر، تابع مقدار حداقل طول جوش مورد نیاز به شرح ذیل می باشند:

hst   :ارتفاع سخت کننده می باشد که  طبق شکل ‏5 2 دارای طولی معادل از برِ بیرونی تیر تا  انتهای ورق اتصال انتهائی تیر می باشد .

شکل ‏5 2 ابعاد سخت کننده در اتصال

ورق های سخت کننده فوق باید با تیر و ورق انتهائی اتصال، کاملا درگیر شده و جوش شوند وجهت جلوگیری از تمرکز تنش در گوشه های تیز این ورقها ، باید مطابق شکل ‏5 2 نوک‌ِ تیز ورق فوق به اندازه 25 میلیمتر بریده شود.

درخصوص ضخامت ورق های سخت کننده رعایت اصول ذیل الزامی می باشد:

در صورتی که جنس متریال تیر و همچنین ورق سخت کننده یکسان باشند یعنی دارای مقاومت یکسان باشند، ضخامت ورق سخت کننده باید بزرگتر یامساوی ضخامت  جان تیر در نظر گرفته شود.

در صورتی که جنس متریال تیر و همچنین ورق سخت کننده یکسان نباشد یعنی دارای مقاومت یکسان نباشند، ضخامت ورق سخت کننده نباید کمتر از نسبت مقاومت جاری شدن ورق سخت کننده به مقاومت جاری شدن  جان تیر، ضرب در ضخامت  جان تیر نظر گرفته شود.

ورقهای پرکننده درزها(Finger Shims)

در خصوص استفاده از ورقهای پرکننده درزها(Finger Shims)  که در شکل ‏5 3 با مثال توضیح داده شده و می تواند به صورت جفت در بالا و پائین یا به صورت تکی در بالا یا پائین در هرطرف ستون (هرجا که درزی واقع شده) بارعایت محدودیت های آئین نامهRCSC استفاده شوند.

شکل ‏5 3  تیپ ورقهای پر کننده در اتصال

جزئیات جوشها(Welding Details) .

نحوه جوش تیر به ورق انتهائی اتصال باید از محدودیت های ذیل پیروی نماید:

ایجاد حفره و سوراخ در هر نقطه ای از اعضای اتصال(شامل تیر،ستون،سخت کننده، ورق انتهائی ) جهت دسترسی جوشکاری مجاز نمی باشد.

اتصال بال تیر به ورق انتهائی  باید بوسیله جوش نفوذی CJP انجام شود در ضمن در محل جوش نفوذی از بوجود آمدن برآمدگی جوش(حالت گرده ماهی) در محل جوش نفوذی باید جلوگیری نمود و محل این جوش نفوذیCJP باید از سمت خارجی بالهای تیر به سمت مرکز تیر باشد ، یعنی ریشه جوش از سمت جان تیر به بالهای تیر در طرفین جان تیر باید با جوش نفوذی پرشود در ضمن سمت داخلی بال تیر به ورق انتهائی نیز باید با یک جوش گوشه 8 میلیمتری به ورق انتهائی متصل شود و در کل محاسبات این جوشها برای حالت ظرفیت نهائی مقطع باید در نظر گرفته شود.

اتصال جان تیر به ورق انتهائی  باید بوسیله  هر کدام از جوش گوشه  یا  جوش نفوذی CJP انجام شود و در صورت استفاده از جوش گوشه با توجه به اندازه بعد جوش باید در طولی معادل 150 میلیمتر فراتر از مر کز داخلی ترین بولت اتصال به سمت بال دیگر امتداد داشته باشد و این بعد و طول جوش برای کل  نیروی کششی ظرفیتی که در جان تیر امکان پذیر است باید طراحی شود.

درصورتی که اتصال جان تیر به ورق انتهائی  بوسیله  جوش نفوذی CJP  انجام شود، دراین صورت درفاصله ای به طول 1.5Kدر طول جان از طرفین داخلی بال ، مجاز به استفاده از جوش PJP در محدوده فوق می باشیم.

در خصوص جوش ورق های سخت کننده اتصال، در صورتی که ضخامت این ورقها کوچکتر یا مساوی 10 میلیمتر باشد، مجاز به استفاده از جوش گوشه جهت اتصال ورق سخت کننده به ورق انتهائی می باشیم، در غیر این صورت باید از جوش  نفوذی CJP  استفاده شود.

مراحل طراحی

گام 1- محاسبه لنگر و برش برای طراحی اتصال اصطکاکی:

درقاب های خمشی معمولی فرض می شود که مفصل خمیری تیر در محل اتصال تیر به ستون به وجود می آید در نتیجه مقادیر لنگر و برش طراحی اتصال به صورت ذیل به دست می آید:

محاسبه لنگر:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

محاسبه برش:

براساسAISC و  براساس آئین نامه ایران:

q= بار ضریب دار در طراحی به روش حدی

گام 2- محاسبه تعداد ردیف  پیچ لازم با فرض قطر پیچ دلخواه و فرض تعداد ستون مناسب پیچ، توسط طراح برای طراحی اتصال:

و

nt= تعداد پیچهای لازم برای فرض تحمل کشش ناشی از خمش در یک ستون پیچ

nv= تعداد پیچهای لازم برای فرض تحمل برش در یک ستون پیچ

n= تعداد کل پیچهای لازم برای تحمل برش و خمش در یک ستون پیچ که به سمت بالا رند می شود ودر این پروسیجر عدد 4 یا 8 باید در نظر گرفته شود، تا بتوان از فرمولهای خطوط گسیختگی برای محاسبه  Yp مشابه حالات 4E  یا 4ES  یا  8ES  استفاده کرد، ولی در صورت نیاز پروژه اگربیش از 8عدد باشد ازهمان فرمولهای 8ES استفاده شود.

p=فاصله پیچها در هر ستون

m=تعداد ستون پیچها که توسط طراح انتخاب می شود و عدد زوج می باشد ولی، در این پروسیجر همواره عدد 2 در نظر گرفته شود تا بتوان از فرمولهای خطوط گسیختگی برای محاسبه  Yp مشابه حالات 4E  یا 4ES  یا  8ES  استفاده کرد.

Mp= لنگر خمشی ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال

Ø =ظریب تقلیل مقاومت و مساوی 75/0 م باشد.

RntØ =مقاومت کششی طرح

RnvØ =مقاومت برشی  طرح

Fnt=تنش کششی اسمی پیچ براساسAISC و براساس آئین نامه ایران از جدول ‏5 1و جدول ‏5 2 بدست می آید

Fnv= تنش برشی اسمی پیچ براساس AISC و  براساس آئین نامه ایران ازجدول ‏5 1و  جدول ‏5 2بدست می آید

Ab=سطح مقطع اسمی تنه پیچ(مقطع دندانه نشده)

جدول ‏5 1 مقادیر تنش اسمی براساس آئین نامه AISC

جدول ‏5 2  مقادیر تنش اسمی کششی و برشی براساس آئین نامه ایران

گام 3- بررسی کفایت مقاومت طرح اتصال براساس کنترل کشش به تنهائی براساس آئین نامهAISC  و ایران:

Rut=تلاش موجود(کششی) ناشی ازلنگرخمشی ظرفیتی مقطع در طول تیر، وارده بر پیچهای پیش تنیده شده

RntØ =مقاومت کششی طرح

Ø =ظریب تقلیل مقاومت و مساوی 75/0 م باشد.

Mp=لنگر خمشی ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال

c=فاصله دورترین پیچ از تار خنثی(محل تار خنثی در مرکز اتصال می باشد)

y=فاصله هر پیچ از تار خنثی(محل تار خنثی در مرکز اتصال می باشد)

Fnt=تنش کششی اسمی پیچ براساسAISC و براساس آئین نامه ایران از جدول ‏5 1و جدول ‏5 2 بدست می آید

Ab=سطح مقطع اسمی تنه پیچ(مقطع دندانه نشده)

گام 4- بررسی کفایت مقاومت طرح اتصال براساس کنترل برش به تنهائی براساس آئین نامهAISC  و ایران:

Ruv=تلاش موجود(برشی) ناشی ازلنگرخمشی ظرفیتی مقطع در طول تیر، وارده بر پیچهای پیش تنیده شده

RnvØ =مقاومت برشی طرح

Ø =ظریب تقلیل مقاومت و مساوی 75/0 م باشد.

Vp= برش ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال

Nb=تعداد کل پیچهای موجود در اتصال: (تعدادستون پیچ)*Nb=n

Fnv= تنش برشی اسمی پیچ براساس AISC و  براساس آئین نامه ایران ازجدول ‏5 1و  جدول ‏5 2بدست می آید

گام 5-بررسی کفایت مقاومت طرح اتصال براساس کنترل لغزش:

نکته مهم:در خصوص این گام با توجه به آئین نامه ایران وAISC  وRCSC  وموارد ذکر شده در آن توصیه می شود بنا به قضاوت مهندس طراح با توجه به وضعیت سازه برای کنترل یا عدم کنترل این گام اقدام شود.

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Ruv=تلاش موجود(برشی) ناشی ازلنگرخمشی ظرفیتی مقطع در طول تیر، وارده بر پیچهای پیش تنیده شده

Rn=مقاومت نهائی اسمی (برشی) مقطع

RnØ =مقاومت نهائی طرح (برشی) مقطع

Ø =ضریب تقلیل مقاومت: بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی 00/1در نظر می گیریم(برای این پروسیجر).

Ø =ضریب تقلیل مقاومت: بر اساس آئین نامه ایران مساوی 00/1در نظر می گیریم(برای این پروسیجر).

Vp= برش ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال

Nb=تعداد کل پیچهای موجود در اتصال: (تعدادستون پیچ)*N=n

μ=ضریب اصطکاک: برای وضعیت سطحی کلاسA(سطح فلس دار تمیز ورنگ نشده) بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی 30/0 در نظر می گیریم.

μ=ضریب اصطکاک: برای وضعیت سطحی کلاسB(سطح فلس دار تمیز ورنگ نشده) بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی 50/0 در نظر می گیریم.

μ=ضریب اصطکاک: برای وضعیت سطحی کلاسA(سطح فلس دار تمیز ورنگ نشده) بر اساس آئین نامه ایران مساوی 33/0 در نظر می گیریم.

μ=ضریب اصطکاک: برای وضعیت سطحی کلاسB(سطح فلس دار تمیز ورنگ نشده) بر اساس آئین نامه ایران مساوی 45/0 در نظر می گیریم.

hsc=ضریب سوراخ پیچ: برای سوراخ استاندارد بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی 00/1در نظر می گیریم(برای این پروسیجر).

hsc=ضریب سوراخ پیچ: برای سوراخ استاندارد بر اساس ایران مساوی 90/0در نظر می گیریم(برای این پروسیجر).

Du=بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی 13/1در نظر می گیریم

Ns=تعداد صفحات لغزش

Tb=حداقل نیروی پیش تنیدگی پیچ براساس آئین نامهAISC 358-10 از جدول ‏5 4  بدست می آید

Tb=حداقل نیروی پیش تنیدگی پیچ براساس آئین نامه ایران

Fu=تنش نهائی مصالح پیچ براساس آئین نامه ایران از جدول‏5 3 بدست می آید

جدول‏5 3 جدول ‏5 5

جدول ‏5 4 حداقل نیروی پیش تنیدگی پیچ براساسAISC

جدول ‏5 5  تنش نهائی مصالح پیچ براساس آئین نامه ایران

گام 6-اعمال ضریب کاهنده مقاومت، به علت اثر مشترک کشش وبرش درکنترل لغزش:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Ks=ضریب کاهش مقاومت طرح

Tu=نیروی کششی ضریب دار

Tb=حداقل نیروی پیش تنیدگی پیچ براساس آئین نامهAISC 358-10 از جدول ‏5 4  بدست می آید

Tb=حداقل نیروی پیش تنیدگی پیچ براساس آئین نامه ایران

Nb=تعداد کل پیچ ها

گام 6- بررسی کفایت مقاومت طرح اتصال براساس کنترل اندر کنش کشش و برش:

بررسی کفایت مقاومت کششی طرح برای اندر کنش با برش براساس آئین نامهAISC  و ایران:

F'nt=تنش کششی اسمی اصلاح شده

fv= تنش برشی ناشی از بارهای ضریب دار

Fnt=تنش کششی اسمی پیچ براساسAISC و براساس آئین نامه ایران از جدول ‏5 1و جدول ‏5 2 بدست می آید

Fnv= تنش برشی اسمی پیچ براساس AISC و  براساس آئین نامه ایران ازجدول ‏5 1و  جدول ‏5 2بدست می آید

بررسی کفایت مقاومت برشی طرح برای اندر کنش با کشش براساس آئین نامهAISC  و ایران:

F'nv=تنش برشی اسمی اصلاح شده

ft= تنش کششی ناشی از بارهای ضریب دار

Fnt=تنش کششی اسمی پیچ براساسAISC و براساس آئین نامه ایران از جدول ‏5 1و جدول ‏5 2 بدست می آید

Fnv= تنش برشی اسمی پیچ براساس AISC و  براساس آئین نامه ایران ازجدول ‏5 1و  جدول ‏5 2بدست می آید

گام 7-تعیین ضخامت مورد نیاز ورق انتهائی(tb req'd) براساسAISC یا (tb) براساس آئین نامه ایران:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

dɸ   =  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی00/1 در نظر می گیریم.

Fyp = مقاومت تسلیم مصالح ورق انتهائی

Yp  =پارامتر مربوط به مکانیزم خطوط گسیختگی که از شکل ‏5 4 یا شکل ‏5 5 یا شکل ‏5 6 بدست می آیند

ɸ   =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 75/0 در نظر می گیریم.

bɸ  =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 90/0 در نظر می گیریم.

گام 8-انتخاب ضخامت ورد نیاز ورق انتهائی(tp) براساسAISC یا (tb) براساس آئین نامه ایران ،بزرکتر از ضخامت مورد نیاز گام قبل.

شکل ‏5 4  پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی برای اتصال4E

شکل ‏5 5    پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی برای اتصال4ES

شکل ‏5 6  پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی برای اتصال8ES

قاب خمشی متوسط و ویژه

کلیات

اتصالات فلنجی پیچی گیردار،  بوسیله جوش  تیر مربوطه به یک  ورق انتهائی با سوراخهائی جهت پیچ و مهره شدن به بال ستون آهنی ساخته می شوند.

در این قسمت  سه حالت  مطابق شکل ‏6 1 در ذیل برای این نوع اتصالات Prequalified Connections)) در نظر گرفته شده است که با توجه به آئین نامه و ضوابط لرزه ای  AISCو در نظر گرفتن محدوده رعایت استانداردهای لازم پوشش داده می شود .

مراحل کنترل رفتار اتصالات

چگونگی رفتار این نوع از اتصالات می تواند کنترل شود بوسیله تعدادی از حالات محدود مختلف شامل :

تسلیم خمشی مقطع تیر

تسلیم خمشی فلنج اتصال

تسلیم خمشی ناحیه چشمه اتصال(Panel Zone) ستون

گسیختگی کششی پیچهای فلنج اتصال

گسیختگی برشی پیچهای فلنج اتصال

گسیختگی های مختلف جوشهای اتصال

این ضوابط طراحی تامین می کند، مقاومت کافی و بسنده برای اعضای اتصال را به منظور حصول اطمینان از اینکه تغییرشکل غیر الاستیک اتصال در صورت جاری شدن تیر  پدید می آید.

شکل ‏6 1  انواع حالات اتصال

شکل(a) : اتصال با 4 پیچ بدون سخت کننده ، با نام 4E

شکل(b) : اتصال با 4 پیچ با سخت کننده ، با نام 4ES

شکل(c) : اتصال با 8 پیچ با سخت کننده ، با نام 8ES

تعریف اتصال در سیستمهای قاب خمشی متوسط و ویژه

اتصالات فلنجی پیچی گیردار با فلنج های با طول امتداد یافته که قبلا ارزیابی شده اند، برای سازه های دارای قاب خمشی ویژه(SMF) و سازه های دارای قاب خمشی متوسط(IMF) قابل استفاده می باشند و از این به بعد جهت اختصار مطلب به عبارت ((اتصالات فلنجی پیچی گیردار با فلنج های با طول امتداد یافته که قبلا ارزیابی شده اند)) همان اتصالات فلنجی گفته می شود.

موارد خاص : استفاده از اتصالات فلنجی در سیستم قاب خمشی ویژه(SMF) دارای دال های بتنی بارعایت شرایط ذیل امکان پذیر می باشند:

ارتفاع تیرهای استفاده شده در اتصال با توجه به بند ‏6‌.4‌  که مربوط به محدودیت استفاده از تیرها می باشد و در ادامه به آنها اشاره خواهد شد باید حداقل 24 اینچ یا معادل 610  میلیمتر در نظر گرفته شوند.

عدم استفاده ازهیچ گونه اتصال حاوی نیروی برش در محدوده 1.5 برابر ارتفاع تیر از بر ستون(ناحیه بروز مفصل پلاستیک)

رعایت درز اجرائی  حداقل به عرض 1 اینچ یا معادل 25 میلیمتر از بر بال ستون با دال بتنی در محل تلاقی  بال ستون با دال بتنی که این درز باید توسط مواد دارای قابلیت فشردگی پر شود

کنترل محدودیتها

محدودیتهای از قبل ارزیابی شده در خصوص استفاده از این نوع اتصالات(8ES,4ES,4E) برای اعضای اتصال طیق جدول ‏6 1 که در ذیل آمده است حاوی مجموعه ای از پارامترهای کنترلی در یک محدوده خاص می باشد که قبلا تست و ارزیابی شده ورضایت بخش بوده است بنابراین، کلیه اعضای اتصال ملزم به رعایت آن می باشند و کلیه اعضای اتصال باید در محدوده مورد نظر انتخاب شوند.

جدول ‏6 1 حدود پارامترهای کنترلی

محدودیتهای تیر استفاده شده در اتصال

تیرهای مورد استفاده در اتصال موظف به رعایت محدودیت های ذیل می باشند:

تیرها باید به صورت گرم  نورد شده بال پهن باشند یا می توانند از نوع مقاطع I  شکل(built-up) ساخته شده از اعضاء مختلف بارعایت الزامات خاص مطابق بند3 .2 آئین نامهANSI/AISC 358-10  باشند .درخصوص جوش بین بال و جان تیرهای  مقاطع I  شکل(built-up) در محدوده انتهای اتصال خمشی  باید این جوش در طولی به اندازه ارتفاع مقطع تیر یا در طولی معادل سه برابر عرض تیر، هرکدام که کمتر است به صورت جوش نفوذی جناغی(CJP) یا به صورت یک جفت جوش گوشه دو طرفه   با بعد جوش حداقل 0.75 برابر ضخامت بال به شرطی که بعد جوش کمتر از 6 میلیمتر نشود اجرا گردد .برای یادآوری در خصوص این تیرها ،  ارزش بعد جوش نباید کمتر از آن ملزومات مربوط به انتقال مقدار برش بین جان وبال تیر باشد.

ارتفاع تیر(d) باید در محدوده مقادیر جدول ‏6 1 قرار داشته باشند.

هیچگونه محدودیتی در خصوص وزن در واحد طول برای تیر وجود ندارد.

ضخامت بال تیر باید در محدوده مقادیرجدول ‏6 1 قرار داشته باشند.

نسبت دهانه آزاد تیر به ارتفاغ مقطع تیر باید در محدوده ذیل باشد:

برای سازه های دارای قاب خمشی ویژه(SMF) باید حداقل این مقدار عدد7 یا بزرگتر از آن باشد.

برای سازه های دارای قاب خمشی متوسط(IMF) باید حداقل این مقدار عدد5 یا بزرگتر از آن باشد.

نسبت عرض به ضخامت بال وجان تیر باید مطابق ملزومات آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC باشد

اعمال مهار جانبی تیرها مطابق ملزومات آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC باید فراهم شود .

محدوده ناحیه مفصل پلاستیک تیر(PROTECTED ZONE) مطابق ذیل باید در نظر گرفته شود:

برای اتصالات فلنجی بدون سخت کننده در بخشی از تیر در حد فاصل بین برٍ ستون و در طولی معادل  حداقل  دو مقدار ذیل

محاسبه می شود:

ارتفاع مقطع تیر(d)

سه برابر عرض تیر

برای اتصالات فلنجی با سخت کننده در بخشی از تیر در حد فاصل بین برٍ ستون و در طولی معادل  حداقل  دو مقدار ذیل محاسبه می شود:

طول قاعده سخت کننده(stiffener) جوش شده به تیر به علاوه نصف ارتفاع مقطع تیر.

سه برابر عرض تیر

محدودیتهای ستون

ستونهای مورد استفاده در اتصال موظف به رعایت محدودیت های ذیل می باشند:

فلنج انتهائی اتصال(END-PLATE) باید به بال ستون متصل شود.

ارتفاع مقطع ستونهای گرم نورد شده(جان ستون) و ستونهای از نوع مقاطع I  شکل(built-up) باید کمتر از 110 سانتیمتر باشد ودر خصوص مقاطع صلیبی(چلیپا) نیز محدودیت فوق باید برای ارتفاع مقطع در هر جهت رعایت شود.

هیچگونه محدودیتی در خصوص وزن در واحد طول برای ستون وجود ندارد.

هیچگونه الزامات اضافی در خصوص ضخامت بال ستون وجود ندارد.

نسبت عرض به ضخامت بال وجان تیر باید مطابق ملزومات آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC باشد

محدودیتهای تیروستون نسبت به یکدیگر

اتصالات تیر به ستون توسط محدودیت های ذیل  می بایست در نظر گرفته شوند :

چشمه های اتصال(PANEL ZONE)  مطابق ملزومات آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC باید فراهم شود.

نسبت ممان اینرسی تیر- ستون ، مطابق ملزومات آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC باید فراهم شود.

ورق های پیوستگی

ورق های پیوستگی توسط محدودیت های ذیل  می بایست در نظر گرفته شوند :

بررسی روند نیاز به ورق های پیوستگی و نحوه محاسبه آنها مطابق بخش ‏6‌.11‌.2‌ که مربوط به روند طراحی(DESIGN PROCEDURE) می باشد باید کنترل  ودر صورت نیاز محاسبه شود.

ورق های پیوستگی باید  مطابق ملزومات آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC توسط جوشها به ستون متصل شود.

موارد خاص:  به ورق های پیوستگی با ضخامت مساوی یاکمتر از 10 میملیمتر باید اجازه داده شود تا بوسیله یک جوش گوشه دوطرفه  به بال ستون متصل شود.

مقاومت مورد نیاز برای جوشهای گوشه نباید کمتر از مقدار  Fy.Ac  باشد.

Ac : سطح تماس بین ورق پیوستگی و بالهای ستونی که به بالهای تیر متصل شده اند.

Fy     :حداقل مقاومت تنش تسلیم مربوط به ورق پیوستگی.

بولت ها

بولت ها باید مطابق بارعایت الزامات فصل شماره 4 آئین نامهANSI/AISC 358-10   در نظر گرفته شوند.

جزئیات اتصال

Gage (اندازه گیری).

مقدار Gage که به اختصار به آن g  گفته می شود در شکل ‏6 2 و شکل ‏6 3 و شکل ‏6 4 مشخص شده اند. مقدار حداکثر اندازه g  به عرض بال تیر متصل شده محدود می گردد.

فواصل مجاز.

فاصله مجاز بین مرکز بولت، از طرفین بال تیر یا از طرفین ورق پیوستگی داخل ستون و همچنین فاصله مجاز بین ردیف بولتها به صورت ذیل باید در نظر گرفته شود:

برای بولتهای با قطر حداکثر 25 میلیمتر: حداقل فاصله مجاز فوق را برابر قطر بولت به اضافه 13میلیمتر باید در نظر گرفت.

برای بولتهای با قطر بزرگتر از 25 میلیمتر: حداقل فاصله مجاز فوق را برابر قطر بولت به اضافه 19میلیمتر باید در نظر گرفت.

معرفی علامات اختصاری pfi , pfo , psi ,pso  که بروی شکل ‏6 2 و شکل ‏6 3 و شکل ‏6 4مشخص شده اند :

Pfi   : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر داخلی بال تیر.

Pfo  : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر بیرونی بال تیر.

Psi   : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر داخلی ورق پیوستگی داخل ستون.

Pso  : فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر بیرونی ورق پیوستگی داخل ستون.

Pb   : فاصله بین مرکز یک جفت بولت در هر کدام از طرفین بال تیر که فقط مختص اتصال نوع 8ES می باشد و حداقل باید معادل 7/2 برابر قطر بولت در نظر گرفته شود وتوصیه می شود در صورت امکان فاصله فوق معادل 3 برابر قطر بولت در نظر گرفته شود

توجه : در خصوص فواصل pfi , pfo , psi ,pso   این فاصله ها باید به نحوی باشند تا هیچ گونه تداخلی با جوشهای موجود در پیرامون خود نداشته باشند .

شکل ‏6 2  هندسه اتصال نوع 4E

شکل ‏6 3  هندسه اتصال نوع 4ES

شکل ‏6 4 هندسه اتصال نوع 8ES

عرض ورق اتصال انتهائی.

عرض ورق اتصال انتهائی باید بزرگتر یا مساوی عرض بال تیر متصل شده به آن باشد در مقدار عرض موثر ورق اتصال انتهائی نباید بزرگتر از عرض بال تیر به علاوه 25 میلیمتر باشد.

سخت کننده متصل به تیر و ورق اتصال انتهائی

در خصوص شکل شماره 1 در حالاتb,c  که داری دو عدد سخت کننده در بالا و پائین تیر اتصال به ورق انتهائی هستند، مقدار حداقل طول این سخت کننده ها جهت اتصال به تیر، تابع مقدار حداقل طول جوش مورد نیاز به شرح ذیل می باشند:

hst   :ارتفاع سخت کننده می باشد که  طبق شکل ‏6 5  دارای طولی معادل از برِ بیرونی تیر تا  انتهای ورق اتصال انتهائی تیر می باشد .

شکل ‏6 5  ابعاد سخت کننده در اتصال

ورق  های سخت کننده فوق باید با تیر و ورق انتهائی اتصال، کاملا درگیر شده و جوش شوند وجهت جلوگیری از تمرکز تنش در گوشه های تیز این ورقها ، باید مطابق شکل ‏6 5 نوک‌ِ تیز ورق فوق به اندازه 25 میلیمتر بریده شود.

درخصوص ضخامت ورق های سخت کننده رعایت اصول ذیل الزامی می باشد:

در صورتی که جنس متریال تیر و همچنین ورق سخت کننده یکسان باشند یعنی دارای مقاومت یکسان باشند، ضخامت ورق سخت کننده باید بزرگتر یامساوی ضخامت  جان تیر در نظر گرفته شود.

در صورتی که جنس متریال تیر و همچنین ورق سخت کننده یکسان نباشد یعنی دارای مقاومت یکسان نباشند، ضخامت ورق سخت کننده نباید کمتر از نسبت مقاومت جاری شدن ورق سخت کننده به مقاومت جاری شدن  جان تیر، ضرب در ضخامت  جان تیر نظر گرفته شود.

ورقهای پرکننده درزها(Finger Shims) .

در خصوص استفاده از ورقهای پرکننده درزها(Finger Shims)  که در شکل ‏6 6 با مثال توضیح داده شده و می تواند به صورت جفت در بالا و پائین یا به صورت تکی در بالا یا پائین در هرطرف ستون (هرجا که درزی واقع شده) بارعایت محدودیت های آئین نامهRCSC استفاده شوند.

شکل ‏6 6  تیپ ورقهای پر کننده در اتصال

جزئیات سقف دال مرکب(دال بتنی وتیرچه آهنی).

در جزئیات سقف دال مرکب(دال بتنی وتیرچه آهنی) برای سیستم سازه ای قاب خمشی متوسط(Composite  Slab  Detailing  for  IMF) اضافه بر رعایت محدودیت های مربوط به ناحیه مفصل پلاستیک که قبلا توضیح داده شده، استفاده ازهیچ گونه اتصال جوشی حاوی جمع کننده های  نیروی برش در محدوده 1.5 برابر ارتفاع تیر از بر ستون(ناحیه بروز مفصل پلاستیک) به بال فوقانی تیر اتصال،  مجاز نمی باشد.

رعایت درز اجرائی  حداقل به عرض 1 اینچ یا معادل 25 میلیمتر از بر بال ستون با دال بتنی در محل تلاقی  بال ستون با دال بتنی که این درز باید توسط مواد دارای قابلیت فشردگی پر شود.

جزئیات جوشها(Welding Details) .

نحوه جوش تیر به ورق انتهائی اتصال باید از محدودیت های ذیل پیروی نماید:

ایجاد حفره و سوراخ در هر نقطه ای از اعضای اتصال(شامل تیر،ستون،سخت کننده، ورق انتهائی ) جهت دسترسی جوشکاری مجاز نمی باشد.

اتصال بال تیر به ورق انتهائی  باید بوسیله جوش نفوذی CJP انجام شود در ضمن در محل جوش نفوذی از بوجود آمدن برآمدگی جوش(حالت گرده ماهی) در محل جوش نفوذی باید جلوگیری نمود و محل این جوش نفوذیCJP باید از سمت خارجی بالهای تیر به سمت مرکز تیر باشد ، یعنی ریشه جوش از سمت جان تیر به بالهای تیر در طرفین جان تیر باید با جوش نفوذی پرشود در ضمن سمت داخلی بال تیر به ورق انتهائی نیز باید با یک جوش گوشه 8 میلیمتری به ورق انتهائی متصل شود و در کل محاسبات این جوشها برای حالت ظرفیت نهائی مقطع باید در نظر گرفته شود.

اتصال جان تیر به ورق انتهائی  باید بوسیله  هر کدام از جوش گوشه  یا  جوش نفوذی CJP انجام شود و در صورت استفاده از جوش گوشه با توجه به اندازه بعد جوش باید در طولی معادل 150 میلیمتر فراتر از مر کز داخلی ترین بولت اتصال به سمت بال دیگر امتداد داشته باشد و این بعد و طول جوش برای کل  نیروی کششی ظرفیتی که در جان تیر امکان پذیر است باید طراحی شود.

درصورتی که اتصال جان تیر به ورق انتهائی  بوسیله  جوش نفوذی CJP  انجام شود، دراین صورت درفاصله ای به طول 1.5Kدر طول جان از طرفین داخلی بال ، مجاز به استفاده از جوش PJP در محدوده فوق می باشیم.

در خصوص جوش ورق های سخت کننده اتصال، در صورتی که ضخامت این ورقها کوچکتر یا مساوی 10 میلیمتر باشد، مجاز به استفاده از جوش گوشه جهت اتصال ورق سخت کننده به ورق انتهائی می باشیم، در غیر این صورت باید از جوش  نفوذی CJP  استفاده شود.

مراحل طراحی

روش گام به گام برای طراحی اتصالات فلنجی به شرح ذیل می باشد، در ضمن هندسه اتصالات مورد استفاده در انواع 8ES,4ES,4E درشکل ‏6 2 و شکل ‏6 3 و شکل ‏6 4  به ترتیب  قبلا نشان داده شده است.

طراحی ورق انتهائی وبولت(پیچ)

نکته مهم:در ابتدا باید مشابه گامهای 3 الی 6 بند ‏5‌.8‌ در قاب فولادی معمولی، کفایت کششی و برشی و کنترل لغزش اتصال برای قاب های خمشی متوسط و ویژه نیز انجام شود.

گام 1- محاسبه لنگر و برش برای طراحی اتصال:

محاسبه لنگر در برستون با نام (Mf) براساسAISC و با نام (Muc) براساس آئین نامه ایران :

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Mpr = مقدار حداکثر لنگر محتمل در محل مفصل پلاستیک براساسAISC.

Mpe = مقدار حداکثر لنگر محتمل در محل مفصل پلاستیک براساس آئین نامه ایران.

Fy= تنش تسلیم فولاد.

Fu= مقاومت کششی فولاد.

Zxb , Ze= اساس مقطع پلاستیک موثر در محل مفصل پلاستیک براساسAISC و براساس آئین نامه ایران.

Ry   = نسبت مقاومت تسلیم مورد انتظار به مقاومت  تسلیم حداقل که مقدار آن بر اساس آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC  طبق جدول ‏6 2 بدست می آید و در آئین نامه ایران معادل 15/1 در نظر گرفته    می شود.

جدول ‏6 2  مقادیرRy و Rt

Cpr= ضریب سخت شدگی که مقدار آن بر اساس آئین نامه و مقررات لرزه ای AISC به صورت ذیل محاسبه می شود:

و در آئین نامه ایران معادل 10/1 در نظر گرفته می شود.

Lp , Sh  =فاصله بر ستون تا مفصل پلاستیک براساسAISC و براساس آئین نامه ایران ،برای دو حالت ذیل:

برای اتصال بدون سخت کننده از نوع4E  مقدار، Sh را معادل حداقلd/2  یا3bbf  در نظر می گیریم:

برای اتصال با سخت کننده از نوع4ES   یا 8ES  مقدار، Sh را معادل Lst + tp  در نظر می گیریم:

Vu  =مقدار نیروی برش در انتهای تیر، که از رابطه ذیل محاسبه می شود:

bbf  =عرض بال تیر.

d    =ارتفاع تیر اتصال.

Lh  =فاصله بین موقعیت های مفاصل پلاستیک در روی تیر.

Lst  =معادل طول قاعده ورق سخت کننده که به تیر اتصال جوش می شود، مطابق شکل ‏6 5 ارائه شده در قبل.

tp    =ضخامت ورق انتهائی اتصال.

Vgravity  =مقدار نیروی برش تیر که در نتیجه ترکیب بارگذاری 1.2D+f1L+0.2S بدست می آید(مقدار f1 مطابق آئین نامه بارگذاری مربوطه استخراج می گردد وهمواره نباید کمتر از 5/0 باشد).

گام 2- انتخاب یکی از سه حالت مربوط به شکل ‏6 1 جهت اتصال گیردار فلنجی و تعیین مقادیر اولیه هندسه اتصال (g,pfi,pfo,pb,hi,…,).

گام 3-تعیین قطر مورد نیاز پیچ (db req'd) با استفاده از یکی از روابط زیر:

الف-برای حالت اتصال چهار پیچه(4ES,4E):

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

ب-برای حالت اتصال هشت پیچه(8ES):

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Fnt Ft  ,  =مقاومت کششی اسمی پیچ در حالت حدی بر اساس آئین نامهAISC و آئین نامه ایران.

hi   =فاصله مرکز بال فشاری تیر تا مرکز i  امین ردیف پیچ

ho  =فاصله مرکز بال فشاری  تا سمت  مرکز  بیرونی ترین ردیف پیچ کششی

nɸ  =ضریب ایمنی جزئی که  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی90/0 در نظر می گیریم.

ɸ  =ضریب ایمنی جزئی که بر اساس آئین نامه ایران مساوی 75/0 در نظر می گیریم.

گام 4-انتخاب آزمایشی قطر پیچ(db req'd) براساسAISC یا (db) براساس آئین نامه ایران که مقدار آن باید بزرگتر از مقدار محاسباتی گام 3 باشد. ولی براساس آئین نامه ایران باید علاوه بر کنترل فوق باید به مقدار لنگر مقاوم پیچ ها بدون اثر اهرمی شدن نیز در تعیین قطر پیچ توجه نمود بنابراین نحوه محاسبه لنگر فوق(Mnp) در دوحالت ذیل براساس آئین نامه ایران باید کنترل شود:

الف-برای حالت اتصال چهار پیچه(4ES,4E):

ب-برای حالت اتصال هشت پیچه(8ES):

که در آن:

Pt   =مقاومت کششی پیچ.

Ab  =سطح مقطع اسمی پیچ انتخابی.

db   =قطر اسمی پیچ انتخابی.

Ft   =مقاومت کششی اسمی پیچ در حالت حدی.

در انتخاب قطر پیچ باید توجه شود که رابطه زیر برای آن صادق باشد:

گام 5-تعیین ضخامت مورد نیاز ورق انتهائی(tb req'd) براساسAISC یا (tb) براساس آئین نامه ایران:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

dɸ   =  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی00/1 در نظر می گیریم.

Fyp = مقاومت تسلیم مصالح ورق انتهائی

Yp  =پارامتر مربوط به مکانیزم خطوط گسیختگی که از شکل ‏6 7 یا شکل ‏6 8 یا شکل ‏6 9 بدست می آیند

ɸ   =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 75/0 در نظر می گیریم.

bɸ  =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 90/0 در نظر می گیریم.

شکل ‏6 7  پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی برای اتصال4E

شکل ‏6 8  پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی برای اتصال4ES

شکل ‏6 9  پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی برای اتصال8ES

گام 6-انتخاب ضخامت ورد نیاز ورق انتهائی(tp) براساسAISC یا (tb) براساس آئین نامه ایران ،بزرکتر از ضخامت مورد نیاز گام قبل.

گام 7- محاسبه نیروی اعمال شده به بال تیر(Ffu) :

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

d    =ارتفاع تیر اتصال.

tfb,tbf  =ضخامت بال تیر بر اساس آئین نامهAISC و آئین نامه ایران.

گام 8- کنترل مقاومت برشی تسلیم قسمت طره ای ورق انتهائی برای اتصال نوع چهار پیچه سخت نشده(4E) :

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

bp  =عرض ورق تنهائی بر اساس آئین نامهAISC ، که این مقدار نباید بزرگتر از عرض تیر اتصال به علاوه 25 میلیمتر باشد.

bp  =عرض ورق تنهائی بر اساس آئین نامه ایران.

در صورت عدم بر قراری شرط گام 8 ، باید ضخامت ورق انتهائی یا  مقاومت تسلیم مصالح ورق انتهائی را زیاد نمود.

گام 9- کنترل مقاومت برشی قالبی قسمت طره ای ورق انتهائی برای اتصال نوع چهار پیچه سخت نشده(4E) :

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

nɸ   =  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی90/0 در نظر می گیریم.

ɸ     =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 75/0 در نظر می گیریم.

Fup   =مقاومت کششی حداقل ورق انتهائی.

Ab  =سطح مقطع خالص ورق انتهائی.

db   =قطر اسمی پیچ انتخابی.

براساسAISC برای سوراخ های استاندارد

براساس آئین نامه ایران

در صورت عدم بر قراری شرط گام 9 ، باید ضخامت ورق انتهائی یا  مقاومت تسلیم مصالح ورق انتهائی را زیاد نمود.

گام 10- در صورت استفاده از اتصال (4ES) یا (8ES) در ابتدا ، ضخامت سخت کننده ورق انتهائی انتخاب شده و سپس جوش ورق سخت کننده به بال تیر و ورق انتهائی طراحی می شود:

twb   =  ضخامت جان تیر.

Fyb = حداقل مقاومت تسلیم مصالح تیر.

Fys = حداقل مقاومت تسلیم مصالح سخت کننده.

مشخصات هندسی سخت کننده باید مطابق بند ‏6‌.10‌.4‌ در نظر گرفته شود و در ادامه برای جلوگیری از کمانش موضعی، نسبت عرض به ضخامت باید مطابق رابطه زیر رعایت شود:

hst   :ارتفاع سخت کننده  اتصال  که  دارای طولی معادل از برِ بیرونی تیر تا  انتهای ورق اتصال انتهائی تیر می باشد .

گام 11-به طور محافظه کارانه فرض می شود که مقاومت برش قالبی اتصال توسط پیچ های بال فشاری تامین می شود:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Vu  =مقدار نیروی برش در انتهای تیر، که از رابطه ذیل محاسبه می شود:

nɸ   =  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی90/0 در نظر می گیریم.

nb  =  تعداد پیچ ها در بال فشاری که در حالت (4E) و (4ES) برابر 4 و در حالت (8ES) مساوی 8 می باشد.

Fnv و Fv  = مقاومت برشی اسمی پیچ بر اساس آئین نامهAISC و آئین نامه ایران.

Ab  =  سطح مقطع اسمی پیچ.

ɸ     =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 75/0 در نظر می گیریم.

در صورت عدم بر قراری شرط گام 11 ، باید قطر پیچ را افزایش داد.

گام 12- کنترل لهیدگی پیچ وپارگی در ورق انتهائی وبال ستون:

براساسAISC

برای هر پیچ داخلی

برای هر پیچ خارجی

براساس آئین نامه ایران

برای هر پیچ داخلی یا خارجی

ni  = تعداد پیچ های داخلی که در حالت (4E) و (4ES) برابر 2 و در حالت (8ES) مساوی 4 می باشد.

no  = تعداد پیچ های خارجی که در حالت (4E) و (4ES) برابر 2 و در حالت (8ES) مساوی 4 می باشد.

Lc  = فاصله خالص در امتداد نیرو بین لبه سوراخ تا لبه سوراخ مجاور یا لبه ورق.

t     = ضخامت ورق انتهائی یا ضخامت بال ستون.

Fu   = تنش گسیختگی ورق انتهائی یا ورق بال ستون.

db   =قطر پیچ.

گام 13- طراحی جوش بال و جان به ورق انتهائی.

جوش به صورت شیاری تمام نفوذی وتمام ظرفیت با الکترود E70 وکنترل غیر مخرب انجام شود و در نتیجه نیاز به کنترل تنش ندارد.

طراحی محدوده ستون

گام 14- کنترل بال ستون در برابر تسلیم خمشی:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Fyc = مقاومت تسلیم مصالح بال ستون.

Yc  =پارامتر مربوط به مکانیزم خطوط گسیختگی که از شکل ‏6 10یا شکل ‏6 11 بدست می آیند.

tcf  یا tfc  = ضخامت بال ستون بر اساس آئین نامهAISC و آئین نامه ایران.

در صورت عدم بر قراری شرط گام 14 ، باید ضخامت بال ستون را افزایش داد و یا از ورق سخت کننده استفاده نمود و در صورت استفاده از ورق سخت کننده باید شکل ‏6 10یا شکل ‏6 11 را در حالت با سخت کننده استفاده کرد مطابق گام بعد.

شکل ‏6 10  پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی بال ستون برای اتصال4Eو4ES

شکل ‏6 11 پارامتر خطوط مکانیسم گسیختگی بال ستون برای اتصال8ES

گام 15-در صورتی که به دلیل تسلیم خمشی ستون نیاز به سخت کننده باشد، نیروی سخت کننده تعیین می شود:

مقاومت خمشی طرح بال ستون برابر است با:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Yc  = پارامتر مربوط به مکانیزم خطوط گسیختگی در حالت با سخت کننده که از شکل ‏6 10یا شکل ‏6 11 بدست می آیند.

بنابراین نیروی معادل طرح ستون برابر است با:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

d        =ارتفاع کل مقطع تیر اتصال.

از دو مقدار فوق یعنی   برای طراحی سخت کننده در گام 19 استفاده می شود.

گام 16-کنترل تسلیم موضعی جان تقویت نشده ستون در محل اتصال به بال تیر.

مقاومت مورد نیازی که باید داشته باشیم:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

dɸ   =  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی00/1 در نظر می گیریم.

ɸ     =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 00/1 در نظر می گیریم.

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

Ct   =  مساوی 5/0 در حالتی که فاصله بین لبه فوقانی ستون تا سطح فوقانی بال تیر کوچکتر از ارتفاع کل مقطع ستون باشد و در غیر ای صورت مساوی 00/1  در نظر می گیریم.

kc  = فاصله سطح خارجی بال ستون تا ریشه گردی اتصال جان به ستون.

tbf   = ضخامت بال تیر.

N  = ضخامت بال تیر به علاوه دو برابر ساق جوش تقویتی جوش شیاری اتصال بال به ستون.

tp   = ضخامت ورق انتهائی.

Fyc = مقاومت تسلیم مصالح جان ستون.

tcw یا twc  = ضخامت جان ستون.

Ffu = نیروی بال تیر.

در صورتی که رابطه   یا رابطه    برقرار نباشد، باید از سخت کننده استفاده کرد.

گام 17-کنترل کمانش جانبی جان  تقویت نشده ستون در محل بال فشاری تیر.

مقاومت مورد نیازی که باید داشته باشیم:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

ɸ   =  بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی75/0 در نظر می گیریم.

ɸ     =  بر اساس آئین نامه ایران مساوی 90/0 در نظر می گیریم.

الف-اگرFfu در فاصله مساوی یا بزرگتر از   انتهای ستون اعمال شود

ب- اگر Ffu  در فاصله ای کمتر از  انتهای ستون اعمال شود

h   = فاصله خالص بین دو بال ستون. در نیمرخهای نورد شده از فاصله فوق می توان به اندازه شعاع گردی در هر طرف کاست.

در صورتی که رابطه    برقرار نباشد، باید از سخت کننده استفاده کرد.

گام 18- کنترل لهیدگی جان ستون در مقابل بال فشاری تیر:

مقاومت مورد نیازی که باید داشته باشیم:

براساسAISC

براساس آئین نامه ایران

الف- اگر Ffu  در فاصله ای برابر یا بزرگتر از  انتهای ستون اعمال شود

ب- اگر Ffu  در فاصله ای کمتر از  از انتهای ستون اعمال شود در این صورت باید برای یکی از دوحالت ذیل محاسبه شود:

ب-1-  اگر  در این صورت

ب-2-  اگر   در این صورت

N  = ضخامت بال تیر به علاوه دو برابر ساق جوش  شیاری اتصال بال به ستون.

dc    = عرض ستون.

در صورتی که رابطه    برقرار نباشد، باید از سخت کننده استفاده کرد.

گام 19-در صورت نیاز به ورق سخت کننده در هریک از حالات حدی قبل، نیاز به ورق پیوستگی در جان ستون باشد، مقاومت مورد نیاز برابر است با :

Rnɸ     =  حداقل مقاومت بدست آمده در گام های 15و16و17و18.

اصطلاحات ،اختصارات وعلائم

فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر داخلی بال تیر    Pfi

فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر بیرونی بال تیر    Pfo

فاصله بین مرکز بولت نزدیکتر به تیر از بر بیرونی ورق پیوستگی داخل ستون    Pso

فاصله بین مرکز یک جفت بولت در هر کدام از طرفین بال تیر     Pb

تعداد پیچهای لازم برای فرض تحمل کشش ناشی از خمش در یک ستون پیچ    nt

تعداد پیچهای لازم برای فرض تحمل برش در یک ستون پیچ    nv

تعداد کل پیچهای لازم برای تحمل برش و خمش در یک ستون پیچ    n

فاصله پیچها در هر ستون    p

تعداد ستون پیچها    m

لنگر خمشی ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال    Mp

ضریب تقلیل مقاومت و مساوی 75/0 م باشد    Ø

مقاومت کششی طرح    RntØ

مقاومت برشی  طرح    RnvØ

تنش کششی اسمی پیچ     Fnt

تنش برشی اسمی    Fnv

سطح مقطع اسمی تنه پیچ(مقطع دندانه نشده)    Ab

تلاش موجود(کششی)    Rut

لنگر خمشی ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال    Mp

برش ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال     Vp

فاصله دورترین پیچ از تار خنثی    c

فاصله هر پیچ از تار خنثی    y

تلاش موجود(برشی)    Ruv

Nb    تعداد کل پیچهای موجود در اتصال

Rn    مقاومت نهائی اسمی (برشی) مقطع

RnØ     مقاومت نهائی طرح (برشی) مقطع

Vp     برش ظرفیتی تیرموجود وارد بر اتصال

μ    ضریب اصطکاک

hsc    ضریب سوراخ پیچ

Du    بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی 13/1در نظر می گیریم

Ns    تعداد صفحات لغزش

Tb    حداقل نیروی پیش تنیدگی پیچ

Fu    تنش نهائی مصالح پیچ براساس آئین نامه ایران از بدست می آید

Ks    ضریب کاهش مقاومت طرح

Tu    نیروی کششی ضریب دار

F'nt    تنش کششی اسمی اصلاح شده

F'nv    تنش برشی اسمی اصلاح شده

fv     تنش برشی ناشی از بارهای ضریب دار

dɸ         بر اساس آئین نامه AISC 358-10 مساوی00/1 در نظر می گیریم.

Fyp      مقاومت تسلیم مصالح ورق انتهائی

Yp      پارامتر مربوط به مکانیزم خطوط گسیختگی

ft     تنش کششی ناشی از بارهای ضریب دار

Mpr      مقدار حداکثر لنگر محتمل در محل مفصل پلاستیک براساسAISC.

Mpe      مقدار حداکثر لنگر محتمل در محل مفصل پلاستیک براساس آئین نامه ایران.

Fy     تنش تسلیم فولاد.

Zxb , Ze     اساس مقطع پلاستیک موثر در محل مفصل پلاستیک

Ry        نسبت مقاومت تسلیم مورد انتظار به مقاومت  تسلیم حداقل

Cpr     ضریب سخت شدگی

Lp , Sh      فاصله بر ستون تا مفصل پلاستیک

Vu      مقدار نیروی برش در انتهای تیر

bf      عرض بال تیر

d        ارتفاع تیر اتصال

Lh      فاصله بین موقعیت های مفاصل پلاستیک در روی تیر.

Lst      طول قاعده ورق سخت کننده که به تیر اتصال جوش می شود

tp        ضخامت ورق انتهائی اتصال

Vgravity      مقدار نیروی برش تیر در نتیجه ترکیب بارگذاری 1.2D+f1L+0.2S بدست می آید.

hi       فاصله مرکز بال فشاری تیر تا مرکز i  امین ردیف پیچ

ho      فاصله مرکز بال فشاری  تا سمت  مرکز  بیرونی ترین ردیف پیچ کششی

Pt       مقاومت کششی پیچ.

tfb,tbf      ضخامت بال تیر بر اساس آئین نامهAISC و آئین نامه ایران.

bp      عرض ورق انتهائی

Fup       مقاومت کششی حداقل ورق انتهائی

twb         ضخامت جان تیر

Fyb      حداقل مقاومت تسلیم مصالح تیر

Fys      حداقل مقاومت تسلیم مصالح سخت کننده

hst       ارتفاع سخت کننده  اتصال

Vu      مقدار نیروی برش در انتهای تیر

nb        تعداد پیچ ها در بال فشاری

ni       تعداد پیچ های داخلی

no       تعداد پیچ های خارجی

Lc       فاصله خالص در امتداد نیرو بین لبه سوراخ تا لبه سوراخ مجاور یا لبه ورق

t          ضخامت ورق انتهائی یا ضخامت بال ستون

tcf  یا tfc       ضخامت بال ستون

Ct       ضریب

kc       فاصله سطح خارجی بال ستون تا ریشه گردی اتصال جان به ستون

tbf        ضخامت بال تیر

N       ضخامت بال تیر به علاوه دو برابر ساق جوش تقویتی جوش شیاری اتصال بال به ستون

tp        ضخامت ورق انتهائی

tcw یا twc       ضخامت جان ستون.

Ffu      نیروی بال تیر.

h        فاصله خالص بین دو بال ستون