امروزه طراحی سازه در سراسر جهان با چالش‌هایی برای اقتصادی‌تر بودن طرح‌ها مواجه است.  محدودیت طراحی اقتصادی اینجا است که عمل کردن به آیین‌نامه‌های طراحی برای ارائه یک طرح قوی و پایدار اجتناب ناپذیر بوده و نمی‌توان آن را کنار پیروی کامل از آیین نامه قرار داد.

شاید همین، این سوءتفاهم را ایجاد کند که طراحی سازه‌ای که با آیین‌نامه سازگار باشد، اقتصادی نیست. پیچش (گردش و چرخش المان‌های سازه‌ای) موضوعی است که در سازه وجود دارد.

پیچش

به طور کلی پیچش را می توان به دو نوع  پیچش تعادلی و  پیچش همسازی تقسیم کرد.

پیچش تعادلی

پیچش اولیه یا پیچش معین استاتیکی زمانی در سازه به وجود می‌آید که  بارهای خارجی مسیر انتقال مناسبی نداشته باشند، پس این بارها به شکل پیچش منتقل می‌شوند. برای چنین مواردی، باید تعادل استاتیکی پیچشی برقرار باشد. از این امر نمی‌توان صرف‌نظر کرد، چرا که اگر نادیده گرفته شود پایداری سازه از بین می‌رود.

برای درک بهتر این موضوع، یک دال کنسولی به همراه یک تیر را در نظر بگیرید. یک سر این دال که به تیر متصل نیست، هیچ تکیه‌گاهی هم ندارد. این مثالی از پایداری پیچشی است. اگر تیر، پیچش به وجود آمده را جذب کند و تکیه‌گاه مناسبی برای دال باشد، می‌توان گفت که پایداری دال هم فراهم می‌شود. بار وارد بر دال فقط یک مسیر انتقال دارد آن هم از طریق تیر ایجاد می‌شود. چنان چه المان‌های سازهای ساختمان هم‌چنین شرایطی داشته باشند، نیازمند طراحی با لحاظ پیچش هستند.

پیچش همسازی

پیچش ثانویه یا پیچش همسازی یا پیچش نامعین، در اثر الزامات همسازی یا پیوستگی تغییر شکل بین بخش‌های مجاور در یک سازه است. در این شرایط می‌توان نیروهای داخلی را دوباره تنظیم و یک معادله تعادل جایگزین برای نیروها مشخص کرد. در این موارد  پیچش به وجود آمده بیش از یک مسیر انتقال بار دارد.

ضوابط آیین‌نامه

طبق بند ۴۱.۱ از آیین‌نامه IS-456 اگر از سختی پیچشی اعضای سازه در مدل تحلیلی به‌صورت کامل صرف‌نظر شود، می‌توان در طراحی پیچش همسازی را نادیده گرفت. به علاوه آیین‌نامه مذکور اضافه می‌کند که ظرفیت برشی اسمی آرماتورها که از بند ۴۰ به دست می‌آید، باید به‌قدر کافی باشد تا از گسترش ترک‌های پیچشی جلوگیری شود.

 

 

 

صرف‌‌نظر کردن از پیچش همسازی شامل ۲ بخش می‌شود:

1. صرفنظر از پیچش در اعضای سازه زمانی که دال‌ها به‌صورت Plate (ورق)  یا Shell  (پوسته) مدل می‌شوند و دال طبق نیروهای مدل طراحی می‌شود.
2. صرفنظر از پیچش در اعضای سازه، زمانی که دال به‌صورت Plate یا Shell مدل نمی‌شود.

در حالت اول، همسازی تغییر شکل بین بخش‌های مختلف اعضای سازه به‌صورت کامل فراهم می‌شود، پس لازم نیست پیچش در طراحی در نظر گرفته شود.

در حالت دوم، اگر طول دهانه‌های متوالی قاب یا بارهای اعمالی بر آن‌ها با یکدیگر فرق کند، همسازی کامل بین تغییر شکل‌های بخش‌های مختلف سازه فراهم نخواهد شد.  در این حالت دو راه برای طراحی وجود دارد:

1. یا تیر نیازمند طراحی برای این لنگر تفاضلی از نوع پیچشی است.
2. یا اینکه دال باید بر اساس بند 1-4-24 طراحی شود.

اگر راه اول انتخاب شود،  باید آرماتورهای اضافه‌ای برای مقاومت در برابر پیچش در نظر گرفت. بتن ساده یا غیرمسلح در حالت عادی یک ظرفیت پیچشی اسمی برای مقابله با پیچش دارد پس اضافه کردن آرماتور پیچشی موجب افزایش ظرفیت اسمی‌ آن می‌شود.  اگر نیروهای ناشی از پیچش به آرماتورهای فولادی منتقل شوند، بتن ترک می‌خورد. در این صورت، سختی پیچشی را باید نصف حالت محاسبه‌شده برای مقطع کامل بتن در نظر گرفت. این مسئله بدان معنی است که ضریب اصلاح سختی پیچشی بتن در مدل مورد تحلیل برابر با 0.5 است.

نتیجه‌گیری

1. از پیچش تعادلی نمی‌توان صرف‌نظر کرد.
2. از پیچش همسازی می‌توان صرف‌نظر کرد.

درصورتی‌که طراحی برای پیچش همسازی انتخاب شود،  باید ضریب اصلاح سختی پیچشی برابر با 0.5 در نظر گرفته شود. برخی از طراحان، این روش را برای طراحی کلیه اعضای سازه لحاظ می‌کنند که نتیجه آن یک طرح غیراقتصادی و برخی دیگر، تعادل پیچشی را هم در نظر نمی‌گیرند و نتیجه یک طرح غیر ایمن خواهد بود.