⭕️ دیافراگم صلب (Rigid) چیست؟

✅سبب کاهش محاسبات و سبک ­تر شدن محاسبات در حین تحلیل خواهد ­شد (کوچک تر شدن ماتریس سختی).

قاب­ های لرزه­ بر، قاب­ های خمشی و قاب­ های مهاربندی­ شده است (دقت کنید که قاب­ های مفصلی فاقد مهاربند، شامل این موضوع نمی­ شوند)
؟ تعریف انواع دیافراگم در ساختمان 

مطابق تعریف استاندارد ۲۸۰۰ به اجزای افقی یا تقریباً افقی منتقل‌کننده نیروهای جانبی دیافراگم افقی یا به‌اختصار دیافراگم گفته می‌شود. تعیین مقدار صلبیت دیافراگم، به‌عنوان اولین المانی که با نیروی زلزله درگیر است، از اهمیت فوق‌العاده‌ای برخوردار است؛ چراکه پس از توزیع برش پایه در ارتفاع ساختمان و تعیین نیروی جانبی طبقات، برش هر طبقه بین عناصر باربر جانبی آن طبقه توزیع می‌گردد. این توزیع نیروی جانبی که کاملاً تابع صلبیت دیافراگم است، مقدار باربری لرزه‌ای هر المان باربر لرزه‌ای را مشخص خواهد کرد که توزیع صحیح آن برای طراحی المان‌های باربر قائم امری حیاتی است.
دیافراگم‌ها به سه دسته صلب، نیمه صلب و انعطاف‌پذیر تقسیم‌بندی می‌شوند. با وارد شدن نیروهای جانبی، نظیر زلزله، دیافراگم‌ها باید در برابر تغییر شکل‌های افقی مقاومت و سختی کافی را داشته .باشند. هرچقدر این سختی و مقاومت بیشتر باشد رفتار به دیافراگم صلب نزدیک‌تر خواهد بود. توجه داشته باشید که صلبیت صد درصد در عمل ممکن نیست.
 

دیافراگم صلب (Rigid)
در این نوع دیافراگم سختی داخل صفحه دیافراگم بسیار زیاد بوده و تغییر شکل‌های خمشی بسیار جزئی تحت بار زلزله در دیافراگم ایجاد می‌شود. به‌عبارت‌دیگر سختی دیافراگم به‌قدری زیاد است که با بستن المان‌های متصل به دیافراگم به همدیگر، درجات آزادی درون صفحه‌ی دیافراگم را به ۳ درجه (۲ درجه انتقال افقی و یک درجه پیچشی) محدود می‌کند. از همین رو نیروی جانبی زلزله را به‌صورت یک‌بار متمرکز در مرکز جرم طبقه قابل‌اعمال خواهد بود.
در تحلیل‌های خطی با شرط وجود سقف با دیافراگم صلب، نیرو به نسبت سختی و در حالتی که سازه وارد ناحیه غیرخطی می‌شود، توزیع نیرو به نسبت مقاومت اعضا انجام می‌شود. یعنی نیروهای اینرسی که به دلیل زلزله در دیافراگم ایجادشده‌اند به نسبت سختی در میان اعضای باربر، نظیر قاب‌های خمشی و دیوارهای برشی، تقسیم می‌شوند. توجه داشته باشید که صلب بودن دیافراگم یک مفهوم مطلق نیست و باید آن را نسبت به سیستم باربر قائم ارزیابی نمود.
 متمرکز کردن نیروی زلزله، سبب کاهش محاسبات  و سبک ­تر شدن محاسبات در حین تحلیل خواهد ­شد(کوچک تر شدن ماتریس سختی).
در مدلسازی سقف­ ها با این نوع دیافراگم، ایرادات زیر مطرح است: به دلیل صلب فرض نمودن دیافراگم، هیچ یکی از نقاط آن نسبت­ به­ هم تغییر شکل و جابجایی نداشته و همین امر سبب می­ شود که نیروی محوری تیر های متصل به دیافراگم صفر گردد (همین امر سبب تعجب مهندسینی می­ شود که برای اولین ­بار با نرم افزار ایتبس کار می­ کنند). تغییر شکل­ های افقی و پیچشی که در شکل زیر آورده شده است، مویّد همین ادعاست.
ظرفیت برشی دیافراگم مستقل از سختی المان­ ها بوده و همین امر باعث می­ گردد که وجود بازشو در دیافراگم دیده نشود؛ این موضوع زمانی بحرانی­ تر می­ گردد که بازشو های بزرگ نزدیک­ هم بوده و پلان دارای نامنظمی هندسی باشد. آیا در دریافراگم ­های دارای بازشو، می ­توان سقف را صلب در نظر گرفت؟
برای پاسخ به این سوال، این یادداشت را تا آخر بخوانید و خود جواب تان را بیابید.
چه موقع از دیافراگم صلب سقف استفاده نکنیم؟
در مواقعی که لازم است مقدار نیروی محوری تیرها تعیین شود یا تیرها برای نیروی محوری نیز طراحی شوند(تیر-ستون­ ها)، بایستی در نرم افزار ایتبس از سقف نیمه صلب (Semi Rigid) استفاده گردد. این موارد شامل:
طراحی تیرهای سقف زیر زمین تحت نیروی جانبی فشار خاککنترل تنش در تیرهای ­تحت بارهای حرارتی طراحی تیر پیوند در مهاربند واگرا (برای این مورد می ­توان سقف را صلب مدل کرده و صرفاً تیر پیوند را از اتصال به دیافراگم صلب آزاد نمود.)
2.1. دیافراگم انعطاف­ پذیر
بر خلاف دیافراگم های صلب ، سختی درون صفحه این دیافراگم بسیار کم بوده و دچار تغییر شکل­ های خمشی داخل صفحه­ ی قابل ملاحظه ­ای می­ گردد. برای محاسبات نیروی­ های ایجاد شده در دیافراگم و توزیع بار جانبی بین المان­ های لرزه­ بر بایستی به مدل سازی دقیق نرم­ افزاری در ایتبس روی­ آورد.
به نظر شما در گذشته که نرم افزار­ های دقیق تحلیل و طراحی سازه وجود نداشت، برای توزیع نیروی زلزله در دیافراگم انعطاف پذیر، از چه روشی استفاده می شد؟
در جواب می گوییم که در این موارد مهندسین به عنوان یک روش تقریبی دستی در محاسبات، سهم هر قاب باربر جانبی از برش طبقه را برابر سطح بارگیر آن قاب از بارهای ثقلی در نظر می­ گرفتند که امروزه نیز کاربرد دارد. لازم به ذکر است که این روش بیشتر برای پلان­ هایی مفید است که بازشو های بزرگ و نزدیک هم نداشته و پلان از منظمی نسبی برخوردار باشد.
3.1. دیافراگم نیمه صلب
حالتی بینابینی از موارد فوق است. در حالتی که تغییر شکل درون صفحه‌ای دیافراگم و تغییر مکان جانبی عناصر باربر قائم در یک حدود باشند، نمی‌توان دیافراگم را صلب یا منعطف فرض کرد. در این حالت روش دقیق‌تر آن است که رفتار درون صفحه‌ای دیافراگم با روش اجزا محدود مدل گردد و همراه با سایر اجزای سازه (تیرها، ستون‌ها، دیوارها و مهاربندها) تحلیل شود.
در این نوع دیافراگم هر دو سیستم باربر جانبی افقی و قائم بر هم دیگر تأثیرگذار هستند؛ لذا باید به‌صورت دقیق و با جزئیات کامل مدل‌سازی شوند تا اندرکنش این دو قسمت به‌طور کامل دیده شود. به همین خاطر مدل‌سازی این نوع دیافراگم صرفاً در نرم‌افزارهایی مانند ETABS قابل انجام است.
هرچند وجود اثر متقابل این دو سیستم باربر جانبی و دیده شدن آن در مدل‌سازی، این نوع دیافراگم را به نزدیک‌ترین مدلی که با واقعیتِ اجرایی دیافراگم تطابق دارد، بدل کرده است ولی افزایش حجم محاسبات و نزدیکی زیاد نتایج حاصل از تحلیل آن به نتایج حاصل از تحلیل دیافراگم صلب، سبب شده است جز در موارد خاص، استفاده از این نوع دیافراگم چندان موردتوجه نباشد.
آیا دیافراگم‌ها در واقعیت کاملاً صلب هستند؟
معمولاً مهندسین طراح کف‌های افقی در هر طبقه را به‌صورت صلب مدل‌سازی می‌کنند، به‌نحوی‌که نقاط واقع در صفحه X-Y نسبت به همدیگر تغییر مکان نداشته باشند. حال اینکه در واقعیت آیا عملکرد صلب دارند یا خیر؟
برای پاسخ به پرسش فوق باید کنترل صلبیت دیافراگم صورت گیرد. دو روش برای این کار وجود دارد. جامع‌ترین و دقیق‌ترین روش برای تشخیص نوع دیافراگم مدل‌سازی اجزای محدود آن است. یعنی دیافراگم به همراه اجزای تیر، ستون و دیوارهای برشی در یک مدل سه‌بعدی بررسی گردد.
روش دیگر در دیافراگم‌ها متعارف نظیر شکل زیر که فاقد بازشوهای بزرگ و نزدیک به هم هستند مناسب است. در این روش دیافراگم همانند تیر عمیقی در نظر گرفته می‌شود که تکیه‌گاه‌های آن اعضای باربر جانبی نظیر دیوارهای برشی می‌باشند.
2. صلبیت دیافراگم در استاندارد 2800
حال که با انواع دیافراگم­ ها و مکانیزم عملکردی آن­ ها آشنا شدیم، بند هایی از ویرایش چهارم استاندارد 2800 که به انواع دیافراگم اشاره دارد، بیان کرده و قسمت­ های مبهم را بیشتر توضیح خواهیم داد.
گر بخواهیم بند الف آیین­ نامه را ساده­ تر بیان کنیم، خواهیم داشت:
Delta diaphragm / Delta story > 2 : دیافراگم انعطاف ­پذیر(نرم)
اگر بخواهیم بند ب آیین­ نامه را ساده­ تر بیان کنیم، خواهیم داشت:
Delta diaphragm / Delta story < 0.5 : دیافراگم صلب
و اگر این نسبت بین دو مقدار بالا باشد (بین 0.5 و 2) دیافراگم از نوع نیمه­ صلب خواهد بود.