نمذجة الكانة (stirrup) بإستعمال سكتش أب

ما هي ال stirrup ؟.

stirrups : حديد التسليح  لمقاومة قوى القص (shear) و قوى الثني (Torsion) في الجسور , و تستعمل في الأعمدة لمنع تعرض حديد التسليح الرئيسي للإنبعاج و بالتالي تشقق الخرسانة و تستعمل كذلك لسهولة التعامل مع الحديد الافقي في أثناء عملية صب الخرسانة و ذلك بربط الحديد الأفقي بالاكانات.

كيف تبدو ؟.

تأتي الكانة بأشكال مختلفة , ربما تكون مثلث , أو مربع أو حتى دائري ! و ذلك حسب التصميم الأنشائي لها .

اشكال مختلفة للكانات
www.detallesconstructivos.net

ماذا تحتاج لنمذجة الالكانات ؟
- أبعاد المقطع الخرساني. متضمنا (العرض و الإرتفاع و الغطاء الخرساني.).
- قطر حديد الكانة نفسه.

خلال هذا الشرح سوف نستخدم برنامج Sketchup . يكفي أن تكون لديك معرفة بأساسيات البرنامج.
الشرح بالـ SI-units.
يفترض أن تكون لديك معرفة بتفريد الحديد.

نمذجة الكانة بسيطة (مربع) .

بداية يجب عليك أن تقوم بتجهيز المقطع الخرساني المطلوب من الرسومات الإنشائية .
في هذا الدرس سوف نقوم بإستعمال المقطع الآتي :

العرض : 350 mm
الإرتفاع : 500 mm
غطاء خرساني : 25 mm 
قطر حديد الكانة : 10 mm

من هذا المقطع يمكننا الحصول على أطوال الكانة على النحو الاتي :

- قطر الزوايا المنحنية = 4 × 10 = 40 mm

- طول الزوائد = 10 × 10 = 100 mm

- طول الجزئين السفلي و العلوي = 350 - 50 = 300 mm

- طول الأجزاء الجانبية = 500 - 50 = 450 mm

النمذجة.

1. أفتح sketchup , ثم قم بتغير ال Template إلى Construction Documentation - Meters 

2. أختر أداة رسم الخط , ثم أرسم خطا عاموديا منطبقا على المحور الأزرق (1) بطول 0.45 m , ثم خطا أفقيا بإتجاه المحور الاحمر بطول 0.3 m ثم أغلق الكانة.

3. بعد إغلاق الكانة سوف تصبح كما في الصورة, نحن لسنا بحاجة المساحة التي تم إنشائها , فنحن نريد الحدود فقط, لذلك قم بتحديد الوجه المتشكل ثم أضغط Delete .

4. قم برسم مثلث  كما في الصورة.

5. قم بحذف الحدود الموضحة بالأزرق , ثم قم برسم خطين الأول موازي للمحور الازرق و الاخر موازي للمحور الأحمر كما في الصورة.

6. قم بتعديل الكانة بالشكل الذي تريد , مثلا قم بتقريب الأجزاء المفتوحة من بعضها لإغلاق الكانة .

7. نحن الآن بحاجة لعمل الزوايا المنحنية للكانة , إذا يجب أن نقوم بعمل Fillet , توجه إلى قائمة Draw > 2D Tools > 2D fillet

8. قم بإدخال نصف القطر 0.036 m .

9. الأمر مشابه للأوتوكاد , حدد الخط الاول ثم الخط الثاني ليقوم البرنامج بإضافة Fillet

10. بهذا نكون قد حصلنا على تخطيط للكانة .

11. الآن سوف نقوم بإضافة مظهر ثلاثي الأبعاد للكانة بإستعمال الأداة Follow me 

- قم برسم دائرة نصف قطرها 0.005 m على أحد نهايتي الكانة بحيث تكون عمودية عليه .

- قم بتحديد اللكانة كاملة.

- أختر أداة Follow me .

- حدد الدائرة التي قمت برسمها .

تهانينا ! , لقد حصلت على الكانة يمكنك إستعمالها في نمذجة تفاصيل الحديد, قم بتحويلها إلى component.

في النهاىة يمكن إستخدام هذا الشرح في عمل أشكال أخرى , فالفكرة هي رسم تخطيط اللكانة ثم فصل نهايتها و إضافة Fillet ثم إستعمال Follow me .

إدخال و تعريف الأحمال الرأسية في SAP2000 ?

    لكي يستطيع أي تصميم إنشائي القيام بما هو مصمم لأجله , على التصميم أن يكون مبنيا على الأحمال التي من المفترض أن يتعرض لها المنشأ خلال فترة خدمته , بحيث يكون هذا التصميم قادرا على مقاومة الإجهادات الناشئة عن هذه الأحمال بشكل (آمن) و ( عملي) .
    يتعرض أي منشأ إعتيادي لأحمال رأسية(Gravity Loads)  تتمثل بالأحمال الميتة(Dead)  و الأحمال الحية (Live) , حيث تمثل الاحمال الميتة أوزان العناصر الإنشائية (الوزن الذاتي للمنشأ) و أي إضافات مثبتة بشكل دائم بالمنشأ , في حين تمثل الأحمال الحية , الأحمال التي تتغير بإستمرار خلال عمر المنشأ .
 
    يتم حساب الأحمال الميتة من خلال ضرب كثافة المادة المستخدمة بالسماكة للحصول على حمل موزع لكل متر مربع , عند ضربه بطول العنصر بإتجاه التحليل يمكن الحصول على حمل موزع لكل متر طولي.
    أما الأحمال الحية فيمكن الحصول عليها من الكود المتبع في التصميم ( مثلا : كود الأحمال الأردني ) , حيث تعتمد على طبيعة المنشأ و إشغاله (Occupancy) .
 

 
   يقوم البرنامج تلقائيا بحساب الوزن الذاتي (Own weight ) و إضافته إلى Dead Load . لذلك على المستخدم أن يدخل الأحمال الحية.

  تعريف و إدخال الأحمال :

  لإدخال الأحمال إلى برنامج SAP2000 :
- القيام بتعريف Load Patterns.
- القيام بتعريف Load Combinations.
- نوع الحمل Load type

1. Load Patterns 

   لتعريف ال Load Patterns , نختار من قائمة Define الأمر Load Patterns لتظهر نافذة Define Load Patterns .
يمكن من خلال هذه النافذة تعريف أنماط التحميل التي سوف يتعرض لها المنشأ ( Dead , Live , Quack , Wind ) , حيث سوف يتم لاحقا إضافة الاحمال إلى أحد هذه الأنماط ( مثلا حمل حي موزع بإنتظام على سقف خرساني نقوم بإضافته إلى النمط Live).
   و تحتوي هذه النافذة على جزء يسمى Self Weight Multiplier , يقوم هذا المعامل بإدخال الوزن الذاتي للعناصر الإنشائية ( أو عدم إدخالها) عند التحليل لأي حمل يتعرض له العنصر .
   يعطي البرنامج القيمة الإفتراضية (1) للنمط Dead . و القيمة الإفتراضية (0) للنمط Live.
 


2. Load Combinations 
 
    نقوم بتعريف تراكيب التحميل عند التصميم لإضافة Factor of safety , و من أكثر التراكيب إستعمالا هي ( 1.6DL + 1.2LL) حيث يدخل في هذا التركيب تأثير الأحمال الحية و الميتة فقط , حيث يوجد تراكيب أخرى يدخل بها تأثير أحمال الرياح و الزلازل.

   و لإدخال أحد هذه التراكيب إلى برنامج ; من قائمة Define نختار الامر Load Combinations فتظر النافذة Define Load Combination .
    من النافذة أختر Add New Combo .. لتظهر نافذة Load Combination Data ثم نحدد أنماط التحميل المراد عمل Combinations منها .

ما هي خاصية Set Modifiers عند تعيين مقطع في SAP2000 أو ETABS ?

   
في أي برنامج إنشائي من الخطوات المهمة قبل البدء بعملية التحليل و التصميم هي تحديد مقاطع العناصر الإنشائية (Define > Frame section ) , حيث أن تحديد المقطع مهم في حساب التشوهات deflections .



     لو أعتبرنا أن ما نريد تحليله هو Simply supported beam معرض لحمل موزع بشكل منتظم , فإن المعادلة المستخدمة لحساب التشوه الذي يتعرض له هي :

    لاحظ أن الصيغة المستخدمة في الحساب تعتمد على :
w : قيمة الحمل الموزع.
L : طول العنصر.

E : يمكن حسابها بناء على قيمة f'c للخرسانة بناء على الصيغة : 4700 (f'c)^0.5 

I : هي ال Moment of inertia للمقطع .

قيمة I للخرسانة المسلحة:

من المعروف أن:
-  أي مقطع خرساني يتكون من مادتين ( الخرسانة) و (حديد التسليح) .
- الخرسانة التي تكون في منطقة الشد تهمل في الحسابات و يستخدم ال Transformed section .
لذلك لا نستخدم Igross = bh^3/12 لهذا المقطع  , و إنما نستخدم Ieffective و هي قيمة تقع بين Ig و Icraked
و يوجد في كود ACI-318 معادلات لحساب Ieff . و هي على النحو الآتي :

Beams : 0.35 Ig.

Columns : 0.7 Ig.

Solid slab : 0.25 Ig .

      يقوم البرنامج بحساب I بناء على قيمة gross مما يعطي قيمة كبيرة لـ I , و لأن I موجودة في مقام صيغة حساب التشوه سوف تعطي قيم صغيرة للتشوهات مما يجعل من التحليل أو التصميم غير آمن و غير صحيح .

لذلك يقوم البرنامج بإعطاء المستخدم الخيار لتعديل Ig بما يتناسب مع الكود المتبع , و يتم ذلك من خلال Set Modifiers .

يتم الوصول إلى نافذة Set modifiers من خلال نفس النافذة التي يتم من خلالها إدخال خصائص المقطع : 

لنحصل على النافذة الآتية : 

     يقوم البرنامج بتعيين قيمة إفتراضية لكل ال Modifiers و هي (1) , و هذا يعني أن البرنامج سوف يقوم بحساب Ig كاملة و إدخالها في عملية تحليل العناصر. و كما ذكرنا سابقا إعتبار أن كامل المقطع سوف يقوم بمقاومة ال bending moment هو في الواقع أمر غير صحيح و سوف يعطي قيما غير آمنة للتشوهات المتوقع حدوثها. لذلك يجب أن نقوم بتغيير هذه القيم إلى القيم الموجودة في الكود.

     في حالة ال Beam : 

   - كامل المقطع يستطيع مقاومة القوى المحورية Axial forces لذلك نبقي القيمة كما هي (1)

   - كامل المقطع يستطيع مقاومة قوى القص Shear لذلك نبقي القيمة كما هي (1)

   - في حالة ال Moment فإن جزء من المقطع سوف يكون Cracked و لن يقاوم القوى الناتجة من العزوم لذلك نقوم بتخفيض قيمة Ig بإدخال (0.35) مقابل Moment of inertia about 3 axis . ( نستخدم ...about 2 axis إذا كان العنصر معرض لأحمال جانبية ).