شاید اگر برش پانچ دال (سقف و فونداسیون) را یکی از مهم ترین دغدغه های هر مهندس طراح بدانیم، بیراه نباشد؛ زیرا که یکی از دو عامل اصلی تعیین ضخامت دال، همین کنترل برش پانچ است. بطوریکه در کنار سایر کنترل ها در مورد فونداسیون، مثل کنترل برش یک طرفه (برش قیچی کننده) و کنترل تنش خاک زیر پی، این مورد معمولا وضعیت بحرانی تری دارد.
وزن سقف قرار گرفته روی ستون ها سبب ایجاد تنش های برشی در دال آن می شود. تمرکز این تنش ها در یک مساحت کوچک، نیروی متمرکزی بسیار زیادی را در محل اتصال ستون به دال به وجود می آورد. در صورتی که تدابیر مناسبی (مثل تعبیه آرماتورهای برشی تقویتی) برای مهار و کاهش این تنش ها در دال به کار برده نشده باشد، دال توسط ستون سوراخ شده و سقف بر سر ساکنین آن آوار خواهد شد. به این پدیده «برش پانچ» یا «برش سوراخ کننده(منگنه ای) یا برش دو طرفه» گفته می شود.
این موضوع در دال های تخت که فاقد تیرهای میانی هستند، از حساسیت فوق العاده ای برخوردار است. مشابه همین اتفاق در نقاط اتصال ستون با فونداسیون نیز ممکن است رخ دهد به طوری که وزن طبقاتِ روی یک ستون، باعث تمرکز نیرو در یک ناحیه کوچک از فونداسیون می گردد.
برای درک بهتر این اتفاق، سوراخ کردن کاغذ به وسیله ی یک سوراخ کن را تصور کنید که نیروی وارده با تمرکز در نوک سوزن سبب سوراخ شدن کاغذ می شود که دقیقاً مشابه کاریست که ستون با دال می کند. همین شباهت عملکردی منجر شده است که نام این دو پدیده یکسان باشد.
بدیهی است که هر چه مقدار نیروی عکس العمل وارده از طرف ستون به دال، بیشتر و محیط و ضخامت ناحیه ی اعمال این نیروی متمرکز کوچکتر باشد؛ وضعیت بحرانی تری حاکم خواهد بود. لذا اکثر روش هایی که برای کنترل و کاهش برش پانچ ارائه می گردد، برپایه همین دو موضوع پایه ریزی شده اند. که در پایان این مقاله، نمونه های اجرایی از روش های پیشنهادی برای کاهش برش پانچ ارائه گردیده است.
حالا که با مفهوم برش پانچ آشنا شدیم، در ادامه قصد داریم نحوه کنترل برش پانچ در safe و همچنین محاسبات دستی این کنترل را به شما آموزش دهیم.
قبل از شروع کنترل برش پانچ در Safe لازم است به موارد زیر توجه کنید:
تعیین موقعیت ستون ها
حال برای شروع کنترل برش پانچ نرم افزار Safe، بایستی نوع هر ستون را بر حسب موقعیت آن در فونداسیون (گوشه، کناری و میانی) مشخص شده و به آن ستون اختصاص داده شود. به عنوان مثال ستونی که در محل تلاقی آکس های F و 1 قرار دارد انتخاب و مطابق مسیر زیر پیش می رویم. بنابراین:
پس از ظاهر شدن پنجره در قسمت Location Type می توان نوع ستون انتخابی را از نظر موقعیت آن به نرم افزار معرفی کرد. برای این کار با باز کردن منوی آبشاری ِ مقابل Location Type لیستی از موقعیت های قابل اختصاص به ستون مورد نظر نمایان خواهد شد.
تعیین موقعیت ستون ها در safe
سوالی که مطرح می شود این است که هر از یک از گزینه های Interior (ستون میانی)، Edge (ستون کناری) و Corner (ستون گوشه) معرّف چه موقعیت هایی هستند؟ یا اینکه هر یک از اعداد 1 تا 4 جلوی هر یک موقعیت ها قرار دارد، بیانگر چیست؟ برای پاسخ به این سوالات می توان موقعیت هر ستون را براساس شکل زیر مشخص و در برنامه معرفی نمود:
راهنمای تعیین موقعیت ستون ها در safe
براساس همین شکل که از راهنمای نرم افزار استخراج شده است، اگر شکل کلّی فونداسیون را به صورت مستطیل خاکستری بالا متصور شویم، می توان موارد زیر را از آن استنباط نمود:
حال که با فلسفله نام گذاری هر ستون بر اساس موقعیت آن آشنا شدیم، برای ستون روی آکس F و 1 (همان ستون انتخابی در عکس) بایستی نوع آن را Corner1 در نظر گرفت. مطابق همین روال، نام گذاری را برای سایر ستون های فونداسیون انجام می دهیم.
چرا با انتخاب گزینه ی Auto در منوی آبشاری، انتخاب موقعیت ستون ها را به خود نرم افزار محوّل نکنیم؟
همان طور که قبلاً هم اشاره شد، ورژن های مختلف نرم افزار Safe در بعضی حالات (نظیر ترسیم پی نواری با ایجاد دستور Opening ، اختصاص بازشوی دستگاه راه پله و چاهک آسانسور در پی، وارد کردن ابعاد صفحات پای ستون و …) دچار خطا در موقعیت یابی ستون ها می شوند و همین موضوع سبب گزارش مقادیر اشتباه در رشیو توسط نرم افزار می شود.
پس از تعیین موقعیت ستون ها که نقش مهمی در محاسبه محیط پانچ آن داشت، اکنون نوبت به محاسبه ضخامت موثر در زیر هر ستون رسیده است. برای این کار کافیست مقدار کاور فونداسیون و نصف قطر میلگردهای خمشی تحتانی را از ضخامت کل فونداسیون کم کنیم. به عنوان مثال اگر ضخامت فونداسیون 100 سانتی متر در نظر گرفته باشیم و مقدار کاور (با توجه به شرایط محیطی) برابر 6 سانتی تر باشد و از میلگرد نمره 20 به عنوان آرماتور خمشی استفاده شده باشد؛ مقدار ضخامت موثر در پانچ برابر می شود با:
سانتی متر 93= 1 – 6 – 100
تعیین عمق موثر پی
برای وارد کردن مقدار محاسبه شده، با انتخاب Punching Check Overwrite از منوی Desing، پنجره ای ظاهر خواهد شد که منوی آبشاری مقابل Effective Depth را باز کرده و گزینه ی Specified را انتخاب می کنیم. با انتخاب این گزینه، سلول زیر آن فعال شده که مقدار عمق موثر محاسبه شده در مرحله قبل را در آن سلول وارد خواهیم نمود.
وارد کردن عمق موثر پی در نرم افزار
بعد از اینکه مقدار عمق موثر هر یک از ستون ها اختصاص داده شد، برای مشاهده ی رشیوی پانچینگ هر ستون، بایستی ابتدا فونداسیون را آنالیز کنیم. بر همین اساس پس از اطمینان از موقعیت دهی و تعیین عمق موثر پانچینگ هر یک از ستون ها، دکمه ی آنالیز پی را می زنیم. این کار بسته به قدرت سیستم و مقدار پیچیدگی طراحی، کمی زمانبر خواهد خواهد بود.
آنالیز پی در سیف
پس از اتمام آنالیز پی، برای مشاهده ی مقادیر رشیوی پانچینگ هر ستون از طریق مسیر زیر اقدام خواهیم کرد. به عنوان روش میانبر، همین کار را می توان با زدن دکمه ی F10 نیز انجام داد.
نمایش نسبت تنش ها در کنترل برش پانچ
با انتخاب گزینه ی Show Punching Shear Design (یا زدن دکمه F10) مقدار رشیو هر یک از ستون های در کنار آن به نمایش درخواهد آمد. به عنوان مثال، همان طور که در شکل زیر دیده می شود همگی ستون ها برای برش پانچ جوابگو هستند. (مقدار رشیوی ستون قرار گرفته در محل تقاطع آکس D و 3 را توجه به ارقام معنی دار نرم افزار Safe می توان قابل قبول دانست).
اگر برای تعدادی از ستون ها مقدار رشیو بزرگتر از 1 می بود، می بایست با اعمال تغییراتی در فونداسیون این رشیو را به زیر 1 برسانیم.
مشاهده ratio
قبلاً در ابتدای مقاله اشاره شد که اکثر روش هایی که برای افزایش مقاومت برشی پانچ فونداسیون یا دال بتنی، ارائه می شود، بر دو پایه استوار است:
مواردی پیشنهادی توسط آیین نامه ها و همچنین تجربه مهندسین طراح برای کاهش برش پانچ را می توان به دو دسته تغییرات کلّی و تغییرات موضعی تقسیم کرد. بدین معنی که بعضی روش ها صرفاً قابل اعمال به کل (یا قسمت اعظمی از) فونداسیون هستند. (نظیر افزایش عرض در فونداسیون نواری) و برخی دیگر به صورت موضعی و صرفاً در ناحیه پانچینگ قابل اعمال اند. ( مثل تعریف دراپ یا طراحی آرماتورهای صلیبی).
همان طور که حدس زده اید، اعمال روش های کلی در نرم افزار سریع تر ولی در اجرا هزینه بر تر است. (همین طور موجب دفنِ غیر ضروری سرمایه های ملی مثل بتن و میلگرد در خاک می شود!) و استفاده از روش های موضعی کمی زمان بر ولی در عوض صرفه ی اقتصادی قابل توجهی (به خصوص در پروژه های بزرگ) به همراه خواهد داشت.
در صورتی که تعدادی زیادی از ستون های فونداسیون رشیوهای بزرگتر از 1 داشته باشد، بهتر است روش های زیر اعمال گردد:
در صورتی که صرفاً تعداد محدودی از ستون های فونداسیون دارای رشیوهای بزرگتر از 1 باشند؛ استفاده از روش های زیر به صرفه تر است:
پخ کردن محل اتصال ستون به فونداسیون
کتیبه
آرماتورهای برشی برای کنترل برش پانچ
کلاهک برشی
اجرای کلاهک برشی در سقف یوبوت
در صورتی که به مباحث تئوریک مربوط به برش پانچ و آشنایی سایر روش های کاهش برش پانچ علاقه مند هستید، می توانید از این فیلم استفاده کنید:
فیلم 1