معرفی کتاب تحلیل و طراحی سازه های فولادی

فصل یکم این کتاب، به تشریح مبانی و خصوصیات فولاد اختصاص داده شده است. در این فصل مشخصات مکانیکی فولاد مورد اشاره قرار گرفته است. در فصل دوم، مختصری در ارتباط با نحوه بارگذاری سازه‌ها و همچنین در ارتباط با رفتار سازه‌ها در برابر این بارها، توضیحاتی داده شده است. فصل سوم به الزامات تامین پایداری در سازه‌های فولادی اختصاص دارد. در این فصل به اصول تحلیل مستقیم، روش طول موثر و روش مرتبه اول محدود شده اشاره شده با استفاده از مثال‌های کاربردی، هر یک از این موارد تشریح شده است. فصل چهارم، به بررسی مشخصات مقاطع فولادی و رفتار خمیری آنها می‌پردازد. در این فصل روابط حاکم بر مقاطع فولادی با تاکید بر مقاطع با تقارن دوبل، مورد بررسی قرار گرفته است. فصل پنجم تا سیزدهم به مباحث غیرلرزه‌ای مبحث دهم اختصاص پیدا نموده است. در این فصول، اصول طرح اعضای فولادی برای کشش، فشار، خمش، برش و همچنین طراحی اعضای مرکب فولادی و کنترل اعضای فولادی برای روابط حدی سرویس، با استفاده از مثال‌های کاربردی زیاد، مورد بررسی قرار گرفته است. فصل چهاردهم به تحلیل غیرارتجاعی سازه‌های فولادی اختصاص دارد. در این فصل مبانی تحلیل غیرارتجاعی سازه‌های فولادی تشریح شده است. فصل پانزدهم و شانزدهم، شامل طراحی لرزه‌ای اعضای فولادی بوده که فصل سوم مبحث دهم را پوشش می‌دهند. در این فصل سعی شده، با استفاده از بیان ساده مطالب، مفاهیم مرتبط با طراحی شکل‌پذیری قاب‌های خمشی و قاب‌های مهاربندی شده تشریح گردد. فصل هفدهم به طراحی دیوارهای برشی فولادی اشاره داشته و عمده ضوابط ارائه شده در این فصل به نقل از AISC341 می‌باشد. همچنین برای راحتی در محاسبات، در فصل هجدهم، برخی از روابط طراحی گفته شده در فصل‌های قبل، بصورت جدول‌بندی شده برای مقاطع مختلف متداول در ایران، آورده شده است. در نوشتن کتاب فرض بر آن بوده که خواننده با اصول تحلیل سازه در حد درس‌های دوره کارشناسی آشناست. این کتاب حاوی مثال‌های حل شده نسبتاً زیادی است (بیش از 300 مثال حل شده) که در تنظیم مثال‌ها تلاش شده تا نکات ویژه گنجانده شود. در نوشتن مثال‌ها سعی شده تا حد امکان مثال‌های عددی و به صورت کاربردی در متن گنجانده شوند.
@AlirezaeiChannel

دستور Additional Point Mass

وضیح دستور Additional Point Mass:
در صورتی که قصد انجام تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی یا طیفی را داشته باشید، میتوانید مشخص کنید که جرم سازه براساس بارهای وارده بر آن و یا جرم های اختصاص داده شده بر آن محاسبه شوند. رابطه بین جرم و وزن بصورت W=mg میباشد. با استفاده از این دستور میتوانید جرم های متمرکز را بر روی گره های انتخاب شده و از مسیر Assign menu > Joint/Point > Additional Point Mass به گره ها اختصاص دهید. در زیر بخش Masses in Global Directions جرم های انتقالی در جهات مختلف و در زیر بخش Mom. of Inertia in Global Directions ممان اینرسی دورانی حول محورهای اصلی داده میشود. واحد جرم انتقالی Force-Second^2/Length و واحد جرم دورانی Force-Length-Second^2 است.
 
منبع: کانال دکتر علیرضایی

دستور Automatic Frame Subdivide در Etabs

توضیح دستور Automatic Frame Subdivide:
در حین تحلیل برنامه ETABS بصورت خودکار المان‌های قابی را (مثل تیر، ستون و یا مهاربند) مشبندی میکند. بدین معنی که اگر نیاز به ایجاد گره داشته باشند، بدون دخالت کاربر، این کار انجام میشه. در صورتی که شما به هر دلیل نخواهید که برنامه بصورت اتوماتیک این را انجام دهد، بایستی از این دستور استفاده نمایید. به عنوان مثال در مهاربندهای ضربدری با عبور دو مهاربند از روی هم، برنامه آنها را مشبندی میکند. برای جلوگیری از مشبندی آنها باید از این دستور استفاده نمایید. برای این منظور از مسیر Assign menu > Frame/Line > Automatic Frame Subdivide اقدام نمایید. البته قبل از این کار بایستی المان های مورد نظر را انتخاب کرده باشید. در صورت انتخاب گزینه Auto Mesh at Intermediate Points المان های سازه ای در محل نقاط میانی ایجاد شده مشبندی میشوند، در صورت انتخاب گزینهAuto Mesh at Intermediate Points and Intersecting Lines/Edges المانهای سازه ای در محل گره های میانی و یا محل المان های متقاطع آنها مشبندی میشوند. در صورت انتخاب گزینه No Auto Meshing هیچ مشبندی صورت نمیگیرد.
 
منبع: کانال دکتر علیرضایی

مفاهیم تحلیل طیفی

- می دانیم یک سازه چند درجه آزاد دارای فرکانس های ارتعاشی متفاوتی است که کمترین آن مربوط به مود اول و بیشترین آن مربوط به مود آخر است . از طرفی زلزله های مختلف نیز دارای محتوای فرکانسی متفاوتی هستند. از دینامیک سازه‏ها می دانیم که اگر فرکانس بارگذاری که به یک سیستم اعمال می شود، نزدیک به فرکانس طبیعی آن سیستم باشد، در آن سیستم حالت تشدید رخ می‏دهد . با توجه به همین واقعیت، اگر محتوای فرکانسی غالب یک زلزله نیز، نزدیک به یکی از فرکانس‏های ارتعاشی سازه مورد نظر باشد‏، باید در آن مود خاص ، تشدید رخ دهد. اثر مشارکت جرمی در مودها در یک سازه به منظمی آن بستگی دارد. هرچه سازه منظم‌تر باشد، درصد مشارکت مود اول بالاتر خواهد بود.
چرا هیچوقت در یک مد ۱۰۰% اثر مشارکت جرمی نداریم ؟
- اینکه چرا هیچوقت در یک مد ۱۰۰% اثر مشارکت جرمی نداریم، باید به اصول تحلیل مودال برگردیم. دو رهیافت کلی برای تحلیل لرزه‌ای سازه‌های چند درجه آزاد وجود دارد. در رهیافت اول، می‌توان پاسخ هر درجه‌ی آزادی را در هر لحظه‌ی زمانی از وقوع زلزله محاسبه نمود و در نهایت تاریخچه‌ی زمانی پاسخ را محاسبه و ترسیم نمود، این روش تحلیل، اصطلاحاً «روش تحلیل تاریخچه‌ی زمانی پاسخ» نام دارد. پاسخ می‌تواند جابجایی، سرعت و یا شتاب باشد. در رهیافت دوم که «روش تحلیل طیف پاسخ» یا «روش تحلیل طیفی» نام دارد، حداکثر پاسخ محتمل سازه بدون داشتن اطلاعات تاریخچه‌ی زمانی تخمین زده می‌شود. یعنی مهندس محاسب بدون اطلاع از کل تاریخچه‌ی زمانی پاسخ، حداکثر پاسخ محتمل را ـ که در طراحی بسیار با اهمیت است ـ به دست می‌آورد. حداکثر پاسخ از آن جهت اهمیت دارد که با داشتن آن می‌تواند بدترین شرایط سازه را بررسی نمود و سازه را برای مقاومت در برار آن طراحی نمود. در عمل، معمولاً مهندسان روش دوم را ترجیح می‌دهند. زیرا در تحلیل تاریخچه‌ی زمانی حجم بسیار زیادی از داده‌ها تولید می‌شود. این داده‌ها پاسخهای مختلف برای کلیه‌ی درجات آزادی سازه است که بررسی آن دشوار و زمان‌بر است. در این روش یک سازه nدرجه آزاد به nتا سیستم یکدرجه آزاد تبدیل میشود. یعنی اینکه ارتعاش پیچیده (چیزی در واقعیت رخ می‌دهد) را میتوان به n تا ارتعاش ساده تبدیل کرد. بنابراین اگر سازه شما یک درجه آزادی داشته باشد، 100% مشارکت جرمی آن سهم آن یک مود ارتعاشی آن است.
- اصولاً معیاری از نظر آیین‌نامه برای درصد قابل قبول جهت مشارکت جرمی در آن مود وجود ندارد و ملاک میزان درصد تجمی جرمی است.
علت اینکه در ۳ مد اول و یا حتی در مد اول ما مشارکت جرمی کمی داریم (درصد مشارکت مثلا زیر ۱۰% برای هر راستا) چه هست ؟ (در مدهای بالاتر اثر مشارکت شکوفا میشود)
- اگر درصد مشارکت جرمی در مود اول پایین باشه، نشان دهنده نامنظمی سازه و اثر قابل ملاحظه در مودهای بالا است. این نامنظمی میتواند در جرم یا در سختی باشد. یعنی در این حالت سازه شما نامنظم بوده که این اتفاق افتاده.
- ملاک همان مجموع 90% است. لزوماً غلط مدل نشده است. البته اگر سازه شما منظم باشد و این اتفاق ایجاد شود باید حساس شوید و مدل را بازبینی کنید.
-اگر در مود اول درصد مشارکت جرمی 40% باشد، بقیه جرم سازه در مودهای دیگر نهفته است. اشکال مودی و فرکانس‌های متناظر آن‌ها (یا زمان‌های تناوب متناظر)، جزو مشخصات بسیار مهم هر سازه‌ی چنددرجه آزاد است که در تعیین پاسخ‌ آن‌ها تحت اثر شرایط ارتعاش اجباری، از جمله تحریک پایه‌ی زلزله، نقش بسیار اساسی ایفا می‌کند. اشکال مودی و فرکانس‌های آن‌ها با روش‌های ریاضی قابل محاسبه است.
برای دیدن جزئیات بیشتر در ارتباط با این سوال پیشنهاد میکنم این مقاله را مطالعه نمایید:
* حسینی، محمود؛ یعقوبی وایقان، فریبرز. "نگاهی دقیق تر به مفهوم ضریب مشارکت جرمی و تعاریف آن در تحلیل لرزه ای سازه ها"، پژوهشنامه پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، شماره 3، پاییز 1378
 
منبع: کانال دکتر علیرضایی

طراحی دیوار حائل در Etabs یا Safe

برنامه ETABS قادر به طراحی دیوار حائل نیست. برنامه تنها قادر به طراحی دیوارهای برشی بتنی برای نیروهای داخل صفحه است. دیوار حائل دارای عملکرد عمده خارج از صفحه است. بدین معنی که از دیوار حائل اصولاً جهت مقابله با بارهای جانبی خاک استفاده میشود. بهرحال شما برای طراحی آن میتوانید از طرح دستی استفاده کنید و یا آنکه از برنامه SAFE جهت تحلیل و طراحی آن استفاده کنید. با توجه به اینکه در اغلب سازه‌ها، دیوار حائل بصورت سرتاسری و دورتادور سازه اجرا میشود، سهمیه نیروی زلزله (تنش‌های ناشی از نیروی جانبی در آن) بسیار ناچیز است (مگر آنکه طول دیوارهای حائل خیلی کم باشد) و نیروی زلزله در اغلب موارد حاکم نیست. البته این مورد در ارتباط با دیوارهای حائل که سقف مهار هستند صادق است و در مواردی که دیوار حائل از بالا آزاد باشد، ممکن است نیرو زلزله آن زیاد باشد. اگر مراد طراحی دیوار برای بارهای داخل و خارج از صفحه باشد، بایستی از برنامه SAFE جهت طراحی آن برای بارهای خارج از صفحه و از برنامه ETABS برای طراحی داخل صفحه آن استفاده شود. البته در اینجا اندرکنش این نیروها دیده نمیشود.

اتصال اتکایی پیچ

منظور از اتصال اتکایی پیچ
در عملکرد اتکایی، پیچ درون سوراخ صفحات اتصال قرار می‌گیرد و مهره بسته می‌شود. هنگامی که بار خارجی به پیچ وارد می‌شود، قطعات اتصال لغزش پیدا می‌کنند که در اثر آن، یک نیروی فشاری به لبه‌های اتصال وارد می‌شود که تبدیل به نیروی برشی در پیچ میشود. این اتصال تنها برای حالت بارگذاری ثقلی است و در طرح لرزه‌ای نباید از این نوع عملکرد در اتصال استفاده نمود. در این نوع اتصال هیچ نیروی پیش تنیدگی در پیچ ایجاد نمی‌شود و برای اجرای این اتصال، تنها سفت کردن پیچ به وسیله‌ی کارگر کفایت می‌کند.

فرمول فواصل خاموت ها

جزئیات داده در بند 9-15-3 ضوابط غیرلرزه‌ای و ضوابط بند 9-23-3-1-2-5 ضوابط لرزه‌ای است. در عضوی که برای بارهای زلزله بایستی طراحی شود، بدترین این دو بند بایستی ملاک قرار گیرد. در بیشتر حالات محدودیت‌های ضوابط لرزه‌ای حاکم هستند.
 

طول گیرایی میلگردها و وصله ی میلگرد ها

طول گیرایی میلگردهای کششی طبق رابطه 9-21-1 از مبحث نهم تعیین می‌شود. این رابطه می‌تواند کاربردهای زیادی داشته باشد. مهمترین کاربرد آن تعیین طول وصله میلگردها کششی است که طبق بند 9-21-4-2-1 در وصله‌های پوششی، طول پوشش باید حداقل 1.3Ld باشد. خلاصه روابط طول مهاری میلگردها در شکل زیر نشان داده شده است.
 
[caption id="attachment_3819" align="alignnone" width="1280"] طول گیرداری و وصله ی میلگرد
روابط و فرمول های طول وصله میگرد و طول گیرداری میلگرد، طول خم میلگرد[/caption]

نیروی قائم زلزله

در بند 3-3-9 استاندارد 2800، به نیروی قائم زلزله پرداخته شده است:
الف) کل ساختمان‌هایی که در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده‌اند.
ب) تیرهای بیش از 15 متر
پ) تیرهایی که بار قائم متمرکز قابل توجهی دارند.
ت) بالکن‌ها
در 2800 تفکیکی صورت نگرفته که اگر سازه‌ای شامل حالت الف می‌شود، آیا حالت (ب) تا (ت) نیز شامل آن می‌شود یا خیر. لیکن به نظر شخصی اینجانب نیازی نیست و اعمال دو بار، نیروی زلزله به یک عضو بی‌مورد است. بنظرم بند‌های (ب) تا (ت) حساسیت بی مورد 2800 در مورد بار قائم است که به نوعی می‌خواسته روش سنتی اعمال بار قائم زلزله از ویرایش قبلی حفظ شود. آیین‌نامه ASCE7-10 خیلی راحت‌تر بار قائم را در نظر می‌گیرد:
12.4.2.2 Vertical Seismic Load Effect
The vertical seismic load effect, Ev, shall be determined in accordance with Eq. 12.4-4 as follows:
Ev = 0.2*SDS*D
SDS = design spectral response acceleration parameter at short periods obtained from Section 11.4.4
D = effect of dead load
در واقع ASCE7-10 تنها بند (الف) 2800 را پوشش می‌دهد.
منبع: کانال دکتر علیرضایی

ضوابط شکل پذیری متوسط

ضوابط سازه های با شکل پذیری متوسط:
اعضای تحت خمش در قاب ها:
خاموت گذاری در تیر ها:
اگر فاصله دو میلگرد طولی بیشتر از ۱۵۰ میلیمتر باشد , باید توسط خاموت به هم متصل شوند.
طول قسمت های بحرانی در تیرها:
دو برابر ارتفاع مقطع
فاصله خاموت ها در ناحیه ویژه:
کمترین مقادیر زیر:
d/4
۸ برابر قطر آرماتور طولی
۲۴ برابر قطر خاموت
۳۰۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در سایر قسمت های تیر:
d/2
اعضای تحت فشار و خمش در قاب ها:
خاموت گذاری در ستون ها:
طول ناحیه بحرانی در ستون ها:
بیشترین مقادیر زیر:
L/6
بعد بزرگتر ستون
۴۵۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی:
کمترین مقادیر زیر:
نصف کوچکترین بعد مقطع
۸ برابر قطر آرماتور طولی
۲۴ برابر قطر خاموت
۲۵۰ میلیمتر
فاصله اولین خاموت، نصف مقدار بالا است.
در محل اتصال ستون به شالوده باید در طول حداقل ۳۰۰ mm در داخل پی ، با آرماتور های عرضی (با فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی) تقویت گردد.
ضوابط سازه های با شکل پذیری زیاد:
اعضای تحت خمش در قاب ها :
خاموت گذاری در تیر ها:
فاصله آرماتور های عرضی دربرگیرنده وصله:
کمترین مقادیر زیر:
d/4
۱۰۰ mm
طول قسمت های بحرانی در تیرها:
دو برابر ارتفاع مقطع
فاصله خاموت ها در ناحیه ویژه:
کمترین مقادیر زیر:
d/4
۸ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
۲۴ برابر قطر خاموت
۳۰۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در سایر قسمت های تیر:
d/2
اعضای تحت فشار و خمش در قاب ها:
خاموت گذاری در ستون ها:
طول ناحیه بحرانی در ستون ها:
بیشترین مقادیر زیر:
L/6
بعد بزرگتر ستون
۴۵۰ میلیمتر
فاصله خاموت ها در ناحیه بحرانی:
کمترین مقادیر زیر:
¼ کوچکترین بعد ستون
۸ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
۱۲۵ میلیمتر
فاصله خاموت ها در سایر قسمت های ستون:
کمترین مقادیر زیر:
½ کوچکترین بعد ستون
۶ برابر قطر کوچکترین میلگرد طولی
۲۰۰ میلیمتر