مبحث دهم مقررات ملی ساختمان : طرح و اجرای ساختمان های فولادی (1401) | 10-پ6-5 روابط محاسباتی باربری اعضای فولادی در معرض آتش و افزایش دما

این بخش به مشخصات مصالح در دماهای بالا و روشهای محاسباتی جهت تعیین مقاومت اعضای فولادی در معرض آتش می پردازد. 

۱۰-پ۶-۵-۱ ترکیبات بارگذاری مورد استفاده 

مقاومت اعضای سازه که در معرض آتش و افزایش دما قرار گرفته اند تحت ترکیبات بارگذاری مندرج در بخش حوادث غیر عادی مبحث ششم مقررات ملی ساختمان تعیین شود .

۱۰-پ۶-۵-۲ مشخصات مصالح در دماهای بالا 

۱۰-پ۶-۵-۲-۱ انبساط حرارتی 

مقدار ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالا به شرح زیر تعیین می شود :

۱) فولاد ساختمانی و میلگردها: ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالاتر از 66 درجه سلسیوس برابر 1.4x10⁻⁵ /°C در نظر گرفته شود. 

2) بتن معمولی: ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالاتر از 66 درجه سلسیوس برابر 1.8x10⁻⁵ /°C در نظر گرفته شود. 

3) بتن سبک: ضریب انبساط حرارتی در دماهای بالاتر از 66 درجه سلسیوس برابر 0.79x10⁻⁵ /°C در نظر گرفته شود. 

۱۰-پ۶-۵-۲-۲ مشخصات مکانیکی مصالح در دماهای بالا 

مقاومت و سختی مصالح با افزایش دما کاهش می یابد که این تغییرات باید در تحلیل اعضای سازه به شرح زیر در نظر گرفته شود : 

۱) برای اعضای فولادی مقادیر (T)E و (T)G و (T)Fp و (T)Fy و (T)Fu در دماهای بالا به صورت نسبتی از مقادیر آنها در دمای محیط (20°C) در جدول ۱۰-پ۶-۳ ارائه شده است. (T)Fp  حد خطی فولاد در دماهای بالا بوده که بر اساس نسبتی از تنش تسلیم مشخصه فولاد (Fy) بیان شده است. 

۲) برای مصالح بتنی مقادیر (T)fc و (T)Ec و (T)ξcu  در دماهای بالا به صورت نسبتی از مقادیر آنها در دمای محیط (20°C) در جدول ۱۰-پ۶-۴ ارائه شده است. برای بتن سبک مقدار (T)ξcu باید با توجه به نتایج آزمایشگاهی تعیین شود. 

۳) برای پیچ های مقادیر (T)Fnt و (T)Fnv در دماهای بالا به صورت نسبی از مقادیر آنها در دمای محیط (20°C) در جدول ۱۰-پ۶-۵ ارائه شده است. 

10-پ6-5-3 روش تفصیلی تحلیل و طراحی سازه در برابر آتش (تحلیل حرارتی - مکانیکی) 

در این روش عملکرد کل اعضای سازه در معرض آتش مورد تحلیل قرار میگیرد. تحلیل سازه شامل پاسخ حرارتی و مکانیکی اعضای سازه است پاسخ حرارتی سازه بیانگر تغییرات دمایی اعضای سازه تحت اثر سناریوی آتش سوزی مورد نظر است پاسخ مکانیکی سازه بیانگر تغییرات نیروها و تغییر شکل های ایجاد شده در اعضا ناشی از پاسخ حرارتی و بارهای موجود است. 

اثرات ناشی از کاهش مقاومت و سختی در اثر افزایش دما انبساط حرارتی رفتار غیر خطی و بازتوزیع نیروها تغییر شکلهای بزرگ و تغییرات تابع زمان نظیر خزش و تغییر مشخصات مصالح با افزایش دما باید در تحلیل سازه و پاسخ مکانیکی اعضاء دیده شود. 

نتایج تحلیل باید امکان ارزیابی تمامی حالت های حدی ممکن از قبیل تغییر شکل های بزرگ گسیختگی اتصالات و کمانش های کلی و موضعی را فراهم نماید. 

۱۰-پ۶-۵-۴ روش ساده شده تحلیل و طراحی سازه در برابر آتش 

• روش های ارائه شده در این بخش برای ارزیابی عملکرد یک عضو سازه ای منفرد در معرض آتش به کار می رود. 

• شرایط مرزی شامل شرایط تکیه گاهی و نیروهای ایجاد شده در عضو در دماهای بالا همانند شرایط عادی و بدون تغییر فرض گردد. 

• پاسخ حرارتی اعضای فولادی و مختلط را می توان با استفاده از معادله انتقال حرارت یک بعدی تعیین کرد. برای اعضای خمشی دمای فولاد باید به بال پایینی اعمال گردد. 

• برای دماهای کمتر از 200°C ، مقاومت موجود اعضا و اتصالات باید بدون در نظر گرفتن اثرات تغییرات دما تعیین شود. 

پس از انجام تحلیل فوق مقاومت های کششی فشاری خمشی و برشی اسمی عضو مورد نظر در حضور حرارت باید به شرح زیر تعیین گردد .

الف) مقاومت کششی اسمی 

مقاومت کششی اسمی عضو در دماهای بالا باید بر اساس الزامات بخش ۳-۲-۱۰ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش 10-پ6-5-2 تعیین شود. فرض می شود که دما در تمام سطح عضو به صورت یکنواخت به میزان حداکثر رسیده است. 

ب) مقاومت فشاری اسمی 

مقاومت فشاری اسمی عضو در دماهای بالا باید بر اساس الزامات بخش ۱۰-۲-۴ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ-۶-۵-۲ و رابطه زیر تعیین شود :

(Fy(T = تنش تسلیم مشخصه فولاد در دمای مورد نظر 
(Fe(T = تنش کمانشی الاستیک با استفاده از رابطه ۱۰-۲-۴-۴ و با فرض استفاده از (T)E در دمای مورد نظر 

پ) مقاومت خمشی اسمی 

برای تیرهای فولادی دما را در تمام عمق مقطع میتوان ثابت و برابر با دمای محاسبه شده برای بال پایین در نظر گرفت مقاومت خمشی اسمی مقاطع با دو محور تقارن بر اساس حالت حدی کمانش جانبی پیچشی در دماهای بالا بر اساس الزامات بخش ۱۰-۲-۵ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ به شرح زیر تعیین می گردد :  

1) برای Lb ≤ Lr(T) :

2) برای Lb ≥ Lr(T) :

که در آن:

T= دمای فولاد به علت قرار گرفتن در معرض آتش (درجه سلسیوس)

ت) مقاومت خمشی اسمی اعضای مختلط 
در تیرهای مختلط فولادی دما از بال پایین تا وسط ارتفاع جان مقطع به صورت ثابت در نظر گرفته شده و از آنجا تا بال فوقانی به صورت خطی و به میزان حداکثر 25 درصد کاهش یابد. مقاومت خمشی اسمی اعضای مختلط در دماهای بالا با استفاده از روابط بخش ۱۰-۲-8 و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین میگردد همچنین مقاومت خمشی اسمی تیرهای مختلط فولادی در دماهای بالا را میتوان از رابطه زیر نیز به دست آورد. T دمای بال پایینی عضو است. 

(10-پ6-23)                           Mn(T) = r(T)Mn

Mn = مقاومت خمشی اسمی عضو مختلط در دمای محیط 

r(T) = ضریب حفظ مقاومت بر اساس دمای بال پایینی عضو (T) مطابق جدول ۱۰-پ۶-۶  

ت) مقاومت برشی اسمی 

مقاومت برشی اسمی عضو در دماهای بالا باید بر اساس الزامات بخش ۱۰-۲-۶ و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین شود فرض می شود که دما در کل مقطع به صورت ثابت باشد. 

ج) مقاومت اسمی عضو برای ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی 

مقاومت اسمی اعضا برای ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی حول یک یا دو محور با یا بدون لنگر پیچشی باید بر اساس الزامات بخش ۱۰-۲-۷ و با مقاومت محوری و خمشی ارائه شده در بندهای (الف) تا (ت) این بخش تعیین شود. مقاومت پیچشی اسمی عضو باید بر اساس الزامات بخش 10-۲-7 و با فرض مصالح با مشخصات ارائه شده در بخش ۱۰-پ۶-۵-۲ تعیین شود. دما در کل مقطع به صورت ثابت در نظر گرفته می شود.