بررسی سختی جانبی طبقات و کنترل نامنظمی سختی جانبی در ارتفاع به کمک نرم افزار ETABS2016

بررسی سختی جانبی طبقات و کنترل نامنظمی سختی جانبی در ارتفاع به کمک نرم افزار ETABS2016

در این نوشته به نحوه محاسبه سختی طبقات با استفاده از نرم افزار ETABS و انجام کنترل نامنظمی در سختی جانبی طبقات مطابق استاندارد ۲۸۰۰ پرداخته می شود. نرم افزار به صورت خودکار سختی طبقات را محاسبه خواهد کرد اما مطابق راهنمای آن، سختی طبقات محاسبه شده توسط آن با آنچه مدنظر استانداردهای لرزه ای است، متفاوت خواهد بود. لذا باید با استفاده از تکنیک هایی می توان سختی طبقات را محاسبه نمود. برای اینکار دو روش کلی وجود دارد.

الف.  از فایل نهایی سازه، فایل های جدیدی به تعداد طبقات تهیه نموده و در هر فایل جهت محاسبه سختی طبقات، پای ستون های طبقه مذکور مقید می شود و در مرکز جرم طبقات یک نیرو به مقدار دلخواه اعمال می گردد. سپس مقدار جابجایی ایجاد شده در مرکز جرم تحت بار اعمالی را برداشت نمود و با تقسیم نیرو به جابجایی سختی طبقه حاصل می گردد.

ب.  به عنوان روش بعدی که البته در برخی از مراجع بین المللی هم پیشنهاد شده است، می توان از گزینه User Load نرم افزار استفاده نموده که در آن به ازای تعداد طبقات دسته های بارگذاری تهیه می گردد. در نهایت برای محاسبه سختی، یک نیرو به مقدار دلخواه در تراز طبقه مد نظر وارد کرده و در طبقه زیرین آن دقیقاً مقدار عکس نیروی اعمال شده معرفی می گردد. با این شرایط دیگر نیازی به معرفی فایل های جدید به تعداد طبقات و مقید کردن پای ستون ها نخواهد بود. با توجه به اینکه در استانداردهای لرزه ای استفاده از این روش را پیشنهاد کرده اند، بهتر است به جهت ارزیابی سختی طبقات از این روش استفاده شود.

برای محاسبه سختی طبقات با روش ارائه شده در بند “ب” بهتر است مراحل ذیل به ترتیب انجام شود.

آنچه از متن های آیین نامه استنباط می گردد؛ به نظر می رسد برای بررسی سختی جانبی طبقات نیازی به کاهش سختی المان های باربر جانبی که از موضوعات مهم روش تحلیل مستقیم در طراحی سازه های فولادی می باشد، نخواهد بود و به همین علت در این بخش از فایل مربوط به کنترل زمان تناوب و نسبت دریفت که با نام project#1-Period-Drift. EDB در مراحل قبلی تهیه شده است، استفاده خواهیم کرد.

1. در فایل مربوط به زمان تناوب و نسبت دریفت که در آن از کاهش سختی المان های باربر صرف نظرشده است، قفل نرم افزار را باز نموده و از منوی Define گزینه Load Patterns… را انتخاب کنید.
2. در این مرحله قصد محاسبه سختی جانبی طبقات در جهت X سازه را خواهیم داشت. به همین علت در پنچره Define Load Patterns نام الگوی بار را برابر Fx و در ستون Type گزینه Seismic را انتخاب کنید. در ستون Auto Lateral Load گزینه User Loads را انتخاب و در نهایت بر روی گزینه Add New Load کلیک کنیئ تا این الگوی بار همانند شکل ۲-۳۸۸ به نرم افزار معرفی گردد. شایان ذکر است که در صورت نیاز برای کنترل سختی طبقات در راستای Y بهتر است در همین مرحله الگوی بار دیگری مثلاً تحت نام Fy را به نرم افزار معرفی نمایید.

شکل ۲.۳۸۸ پنجرۀ معرفی الگوی بار Fx جهت محاسبه سختی طبقات در راستای X

3. در ادامه الگوی بار Fx را انتخاب و بر روی گزینه Modify Lateral Load… کلیک کرده تا با پنجره ای همانند شکل ۲-۳۸۹ مواجه شوید.
4. در این پنجره در ابتدا به تعداد طبقات باید دسته بارگذاری معرفی شود. برای این منظور با توجه به اینکه در این پروژه تعداد طبقات برابر ۵ طبقه است، کافیست که در مقابل گزینه Number of Load Sets عدد ۵ ویرایش شود.
5. در هر دسته بارگذاری حتما در مقابل گزینه Additional Eccentricity Ratio (all Diaphragms) عدد صفر را ویرایش کنید. در غیر اینصورت نرم افزار خروج از مرکزیت به مقدار داده شده در این گزینه را نیز در نظر گرفته که مد نظر کنترل این بخش نخواهد بود. همچنین کنترل کنید که گزینه Apply Load at Diaphragm Center of Mass فعال شده باشد تا بار وارد به مرکز جرم طبقات اعمال گردد.
6. در نهایت برای دسته اول در طبقه Story1 مقدار بار ۱۰۰۰ Kgf را در ستون Fx همانند شکل ۲-۳۸۹ معرفی کنید. از این دسته برای محاسبه سختی طبقه Story1 استفاده می شود. در این مرحله فقط به محاسبه سختی در راستای X پرداخته می شود. برای راستای Y نیز دقیقاً باید همین مراحل را طی کرد.

7. در ادامه همانند شکل ۲-۳۹۰ به دسته دوم بار گذاری (کادر مشخص شده در شکل ۲-۳۹۰) مراجعه کرده و مقدار بار -۱۰۰۰ در ستون Fx برای طبقه Story1 و مقدار بار ۱۰۰۰ برای طبقه Story2 را همانند شکل معرفی کنید. از این دسته بارگذاری برای محاسبه سختی طبقه Story2 استفاده می شود. همچنین در مقابل Apply Load at Diaphragm Center of Mass مقدار صفر را ویرایش کنید. شایان ذکر است اگر که قصد کنترل سختی در راستای Y را داشته باشید، باید مقدار بارها را در ستون Fy معرفی کنید.

شکل ۲.۳۹۰ نحوه معرفی بار به مرکز جرم برای سختی طبقه Story2 

8. در مرحله بعد به دسته سوم بارگذاری مراجعه کرده و مقداربار بار -۱۰۰۰ در ستون Fx برای طبقه Story2 و مقدار بار ۱۰۰۰ برای طبقه Story3 را معرفی کنید. این دسته بارگذاری سختی طبقه سوم را منتج می نماید که تنظیمات آن در شکل ۲-۳۹۱ نمایش داده شده است. همچنین در این دسته بارگذاری نیز در مقابل Apply Load at Diaphragm Center of Mass مقدار صفر را ویرایش کنید.

شکل ۲.۳۹۱ نحوه معرفی بار به مرکز جرم برای محاسبه سختی طبقه Story3 

9. دو دسته بارگذاری ۴ و ۵ را دقیقاً به همین ترتیب به نرم افزار معرفی کنید. در شکل ۲-۳۹۲ دسته بارگذاری پنجم نمایش داده شده است. در نهایت بر روی گزینه OK کلیک کنید. در پنجره Define Load Patterns نیز بر روی گزینه OK کلیک کنید تا دسته بارگذاری جهت محاسبه سختی در راستای X سازه به نرم افزار معرفی گردد.
10. در ادامه سازه را آنالیز کنید. پس از پایان مراحل آنالیز سازه، از منوی Display گزینه Show Tables را انتخاب کنید.
11. در پنجره جدید ظاهر شده مسیر Analysis> Results> Structure Results> Story Stiffness را انتخاب کنید.
12. در پنجره جدید ظاهر شده بر روی ستون Load Case کلیک راست کرده و هر ۵ دسته بارگذاری Fx را انتخاب و فیلتر کنید. در نهایت با پنجره ای حاوی اطلاعات مربوط به محاسبات سختی طبقات مواجه خواهیم شد که به جهت راحتی کار، بر روی ستون Shear X کلیک راست کرده و گزینه Sort Ascending را انتخاب نمایید.
13. در ستون Stiffness X سختی طبقات در راستای X گزارش شده است که به جهت راحتی کار، سختی طبقات در جدول ۲-۴۹ ارائه شده است.

شکل ۲.۳۹۳ سختی طبقات محاسبه شده در راستای X

14. مطابق استاندارد ۲۸۰۰ چنانچه سختی هر طبقه از ۷۰ درصد سختی طبقه بالای خود و یا از ۸۰ درصد متوسط سختی سه طبقه بالای خود کمتر باشد طبقه نرم و چنانچه همین نسبت ها به ترتیب برابر ۶۰ و ۷۰ درصد شود، طبق خیلی نرم در سازه وجود دارد. مطابق جدول ۲-۴۹ سختی طبقات از طبقات پایین به بالا در کاهش است که وقتی چنین وضعیتی در سازه وجود داشته باشد تحت هیچ شرایطی طبقه نرم و یا خیلی نرم در سازه رخ نمی دهد. اما اگر سختی طبقات بالا بیشتر از طبقات پایین باشد باید حتماً به دقت مراحل انجام شده در جدول ۲-۴۹ و در ستون و را انجام دهید. این پروژه مشمول نامظمی سختی جانبی نمی باشد و فرض گرفته شده در ابتدای این فصل کاملاً صحیح خواهد بود.

جدول ۲-۴۹  سختی طبقات در راستای X

شرکت مهندسی آبا با تکیه بر دانش فنی و مهندسی در زمینه ی مهندسی سازه و زلزله قادر به طراحی سازه های بتنی از کوتاه مرتبه تا بلند مرتبه است و با دراختیار داشتن نیروهای متخصص و مجرب در زمینه ی مهندسی عمران ، امکان طراحی کاملا فنی ، بهینه و دقیق ساختمان ها را دارد .