ترکیب بار طراحی سازه بتنی در ایتبس

ترکیب بارهای طراحی در ایتبس

ترکیب بار چیست؟

برای اینکه آنالیز سازه به درستی انجام شود، می بایست تاثیر انواع بارها در دسته بندی هایی به صورت همزمان بر سازه دیده شود. به این منظور آیین نامه برای بارها گروه بندی هایی تحت عنوان ترکیبات بار تعریف کرده است. این ترکیبات بار، متناسب با نوع سازه (فلزی و بتنی ) در مباحث نهم و دهم مقررات ملی ساختمان موجود می باشد.

بار زلزله و پیچش تصادفی:

یکی از بارهای مهمی که باید در طراحی سازه در نظر گرفت بار زلزله است. این بار در طراحی سازه در دو جهت متعمد X و Y به سازه اعمال می شود

از آنجایی که معمولا مرکز جرم و مرکز سختی ساختمان  بر هم منطبق نیستند، هنگام وارد شدن بار زلزله علاوه بر حرکت انتقالی، سازه از خود حرکت چرخشی هم نشان می دهد که اصطلاحا به آن پیچش ساختمان می گوییم. یعنی سازه ها بخصوص سازه های نامنظم، در زلزله دچار پیچش می شوند.

مرکز جرم و مرکز سختی چیست؟

مرکز جرم براساس توزیع اجرام تشکیل دهنده ساختمان حول محور های تقارن آن تعیین می شود. اگر توزیع جرم ساختمان به صورت کاملا یکنواخت صورت گرفته باشد، محل مرکز جرم روی محور تقارن ساختمان قرار می گیرد. اما اگر مثلا در یک طرف ساختمان فضای خالی مانند پاسیو یا چاله آسانسور داشته باشیم، آنوقت محل مرکز جرم به سمت مخالف متمایل می شود.

محل تاثیر نیروی زلزله، مر کز جرم ساختمان است.

مرکز سختی بر اساس توزیع اجزای مقاوم در برابر نیروی جانبی تعیین می شود. قاب های خمشی ، دیوار های برشی، مهاربند ها ، از جمله اجزای مقاوم در سازه هستند که عمده سختی ساختمان ناشی از آنها است.

البته سایر اجزای ساختمان مثل سقف ها نیز در میزان سختی سازه تاثیر گذار هستند ولی ما در آیین نامه برای تعیین ضریب رفتار ساختمان از آن ها صرف نظر شده است.

اگر توزیع این اجزای مقاوم به صورت یکنواخت یا متقارن در سازه انجام گیرد مرکز سختی هم روی محورهای تقارن سازه قرار خواهد  گرفت. اما اگر توزیع غیر یکنواخت و غیر متقارن باشد، مثلا تراکم ستون ها در یک سمت سازه بیشتر باشد، سختی سازه نیز، به همان سمت متمایل می شود.

بنابراین در سازه احتمال پیچش ساختمان در اثر نیروی جانبی (زلزله) وجود دارد.

 طبق آیین نامه در جهت اطمینان از لحاظ شدن اثر پیچش در طراحی سازه، می بایست یک خروج از مرکزیت تصادفی نیز برای نیروی زلزله لحاظ کنیم. آیین نامه میزان این خروج از مرکزیت را ۵ درصد بُعد سازه ( بُعدی از ساختمان که در راستای عمود بر جهت نیروی زلزله است.) پیشنهاد می دهد. 

در تصاویرزیر به صورت شماتیک تاثیر در نظر گرفتن خروج از مرکزیت در سازه به نمایش درآمده است.

در نرم افزار ایتبس نیز، گزینه ای برای در نظر گرفتن این خروج از مرکزیت و پیچش تصادفی در نظر گرفته شده است.

بنابراین در ترکیب بارها علاوه بر نیروی زلزله در هر جهت، با اثر دادن خروج از مرکزیت در جهت مثبت و منفی، نیروهایی نیز با خروج از مرکزیت (پیچش تصادفی) تعریف می کنیم.

به صورت قرار دادی ترکیب بارهای شامل پیچش تصادفی را با EXALL و EYALL  نمایش می دهیم.

ترکیب بارهای طراحی EXALL و EYALL ، هر کدام شامل سه دسته ترکیب بار می شود:

• ترکیب باری که شامل فقط نیروی زلزله در جهت X و Y است.
• ترکیب باری که شامل نیروی زلزله در جهت X و Y ، به همراه پیچش تصادفی در جهت مثبت است.
• ترکیب باری که شامل نیروی زلزله در جهت X و Y ، به همراه پیچش تصادفی در جهت منفی است.

در قسمت نهمِ آموزش طراحی سازه، در مورد مفهوم پیچش تصادفی و نحوه اعمال آن در نرم افزار توضیح داده ایم.

برای مثال عبارت زیر یک ترکیب بار طراحی است:

۰٫۶۹D+EXALL-EV

این یک ترکیب بار است که در آیین نامه آمده است. اگر بخواهیم این ترکیب بار را در نرم افزار ایتبس تعریف کنیم ، باید سه دسته ترکیب بار تعریف کنیم. پس داریم:

۰٫۶۹D+EX-EV

۰٫۶۹D+EXP-EV

۰٫۶۹D+EXN-EV

D= بار مرده

EV = بار قائم زلزله

EX = نیروی زلزله در جهت X بدون در نظر گرفتن پیچش تصادفی

EXP = نیروی زلزله در جهت X همراه با در نظر گرفتن پیچش تصادفی در جهت مثبت ( Positive )

EXN = نیروی زلزله در جهت X همراه با در نظر گرفتن پیچش تصادفی در جهت منفی ( Negative )

پس هرجا در ترکیب باری EXALL و EYALL داشتیم، باید به این شکل عمل کنیم.

در قسمت ۱۴ آموزش طراحی سازه بتنی ، به صورت کامل نحوه تعریف ترکیب بارها ، در نرم افزار etabs را یاد میگیریم.

ترکیب بارهای آیین نامه برای طراحی سازه های بتنی ، برای پهنه های با زلزله خیزی بسیار زیاد (A=0.35)  شامل ترکیب بارهای ۳۰-۱۰۰ است.

به صورت ساده شده این ترکیب بارها برای ساختمان های معمولی ( I=1 ) به شرح ذیل است:

برای سایر پهنه ها ، ترکیب بار های طراحی سازه های بتنی به صورت ساده شده برای ساختمان های معمولی   ( I=1 ) به شرح ذیل است.

ضریب p که ترکیبات بار، برای نیروهای زلزله نمایش داده شده است،مربوط به کنترل نامعینی سازه است. در ادامه به نحوه کنترل نامعینی سازه و تاثیر آن در ترکیب بار طراحی سازه بتنی می پردازیم.

تاثیر درجه نامعینی سازه در ترکیب بار طراحی سازه بتنی :

در قاب های خمشی هر قاب ، نقش یک سیستم باربر جانبی را نیز ایفا می کند. بنابراین، هر چقدر تعداد دهانه ها بیشتر باشد نامعینی سازه بیشتر است و مقاومت جانبی آن بالاتر می رود. در نتیجه حتی اگر یکی از دهانه ها در زلزله تخریب شود، به دلیل وجود سایر قاب ها، مقاومت سازه دچار افت شدید  یا  پیچش شدید نخواهد شد و همچنان می تواند پایداری خود را حفظ نماید.

در نتیجه حتی اگر یکی از دهانه ها در زلزله تخریب شود، به دلیل وجود سایر قاب ها، مقاومت سازه دچار افت شدید  یا  پیچش شدید نخواهد شد و همچنان می تواند پایداری خود را حفظ نماید.

در صورتی که تعداد دهانه های باربر جانبی کم باشد. حتی در صورت تخریب یکی از دهانه ها، ممکن است سازه دچار افت مقاومت شدید شود و احتمالا به دلیل از دست دادن تقارن در سختی جانبی، دچار پیچش شدید شده و تخریب گردد.

مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ ، در صورتی که در هر سمت مرکز جرم سازه ، حداقل دو دهانه باربر جانبی داشته باشیم، (مثل قاب خمشی ، دهانه بادبندی یا دیوار برشی) و ساختمان نامنظمی هندسی در پلان یا نامنظمی شدیدا پیچشی نداشته باشد، می توان ضریب p را برابر با یک در نظر گرفت. (نیروی زلزله افزایش نمی یابد.)

در سازه های بتنی رایج، معمولا تعداد قاب های خمشی زیاد است و سازه از درجه نامعینی کافی در مقابل نیروهای جانبی برخوردار است. در این حالت ، مطابق بند بالا در صورتی که سازه دچار نامنظمی پیچشی نباشند، نیروی زلزله افزایش نمی یابد.

در صورتی که درجه نا معینی سازه کم باشد، می بایست ضریب مربوط به نیروهای زلزله (p) را مطابق آیین نامه ۲۰ درصد افزایش داد. یعنی سازه را برای ۱٫۲ برابر زلزله باید طراحی کنیم که موجب سنگین تر شدن مقاطع خواهد شد.

نکته : در صورتی که سازه دچار نامنظمی شدیداً پیچشی باشد ، حتی با وجود تعداد بالای قاب های خمشی یا سایر المان های باربر جانبی، باز هم می بایست ضریب زلزله را افزایش داد. بنابراین بهتر است مهندسان معمار و مهندسان عمران، با هماهنگی و همکاری یکدیگر ساختمان هایی را طراحی نمایند که علاوه بر داشتن قاب های باربر زیاد، نامنظمی هندسی که غالباً منجر به نامنظمی پیچشی در سازه میگردد، نداشته باشند.

در قسمت دوازدهم آموزش طراحی سازه بتنی ، به  مفهوم نامنظمی پیچشی و نحوه کنترل نامنظمی پیچشی سازه بتنی در ایتبس پرداخته ایم. آموزش طراحی و تهیه نقشه های سازه های بتنی

یکی از عوامل ایجاد نظم هندسی در سازه، آکس بندی و ستون گذاری منظم است. به طوری که تعداد و راستای ستون ها در هر آکس با آکس های مجاور همسان باشد. البته در اغلب سازه ها، نمی توان این الگو را به صورت کامل پیاده کرد اما مهندس معمار و محاسب باید تلاش کنند، به این سمت حرکت کنند.

امیدوارم از این مقاله بهره کافی را برده باشید.

جهت اطلاع از مقالات و مطالب جدید وبسایت نگین عمران می توانید در کانال تلگرام نگین عمران به آدرس زیر عضو شوید.

neginomran@

همچنین برای دریافت آخرین مطالب و مقالات وبسایت در ایمیلتان، می توانید فرم زیر را تکمیل نمایید.