نکات مهم در دفترچه مکانیک خاک

یک مهندس سازه به چه بخش‌هایی از دفترچه مکانیک خاک نیاز دارد؟
پیشنهاد می‌شود، تمام بخش‌های دفترچه مطالعات ژئوتکنیک توسط طراح سازه خوانده شده و به نکاتی مهم احتمالی آن از جمله روانگرا بودن سایت توجه شود. خطرات ساختگاهی معمولا بخشی از یک مطالعات استاندارد هستند که به مواردی همچون واگرایی خاکها، زمین لغزش و ... می‌پردازند. اگر نکته خاصی در دفترچه ذکر نشده باشد، معمولا از اطلاعات زیر بطور گسترده‌تر استفاده می‌شود:
1- مقدار ذکر شده برای ضریب عکس‌العمل بستر خاک Ks، که معمولاً برای انواع پیی و با عرض‌های مختلف بصورت گراف یا بصورت جدول ارائه می‌شود. مهندس طراح برای مدلسازی خاک زیر پی از این پارامتر استفاده می‌کند.
2- نوع خاک و انطباق آن با یکی از رده‌های ذکر شده در جدول 2-3 استاندارد 2800. این پارامتر یکی از پرکاربرد‌ترین پارامترهای مورد استفاده در دفترچه مکانیک خاک است. نوع خاک براساس سرعت موج برشی تعیین شده و معمولا از آزمایش دانهول (Downhole) یا SPT (با دقت کمتر) این پارامتر تعیین می‌شود. مهندس طراح از این پارامتر برای تعیین نیروی زلزله مستقیما استفاده می‌کند.
3- ظرفیت باربری مجاز: دو عامل در طراحی پی‌ها نقش تعیین کننده دارند، نخست اینکه فشار ناشی از پی به خاک از مقاومت ایمن خاک در مقابل گسیختگی تجاوز ننماید و دیگر اینکه بارهای وارده نباید باعث نشست‌های بیش از مقدار مجاز برای سازه مورد نظر گردد. هر دو عامل بایستی به طور مستقل کنترل شوند. این پارامتر در دفترچه مکانیک معمولا با qa نشان داده شده و یکی از پارامترها پر استفاده است.
4- تعیین ظرفیت باربری شمع: در صورتی که ظرفیت باربری پی‌های سطحی بدلیل زیاد بودن بار وارده و یا مجاز نبودن اجرای پی سطحی به دلیل خطر روانگرایی و یا نشست بیش از حد، پاسخگوی طرح نباشد و همچنین برای مقابله با فشار بالا راندگی استفاده از شمع جهت انتقال بارهای سازه به زمین ضروری است. شمع‌ها انواع مختلفی دارند که معمولا از شمع‌های درجا استفاده می‌شود. بنابراین اگر در پروژه‌ای نیاز به اجرای شمع بود، بایستی از پارامترهای آن استفاده شود.
5- فشار جانبی خاک: معمولا در صورتی که سازه نیاز به دیوار حائل داشته باشد، از پارامترهای آن مثل K0 برای تعیین فشاری خاک وارد بر دیواره استفاده می‌گردد.
6- حداقل عمق یخبندان که در دفترچه معمولا ذکر می‌شود.
7- سایر پارامترها مثل ضریب اصطکاک داخلی و ضریب چسبندگی خاک c، در صورتی که نیاز به برخی ملاحظات، مثل تعیین عمق ایمن گودبرداری باشد.
منبع: کانال AlirezaeiChannel

فلسفه ی زلرله تشدید یافته

در طراحی سازه یک روش ساده برای اینکه کاری کنیم که برخی از اجزا جاری نشوند (مثل اتصالات یا ستون‌ها) این است که آنها را قوی‌تر از بقیه اجزا طراحی نماییم. برای این منظور دو روش متداول وجود دارد:
1- طراحی آن اجزا (مثل اتصالات یا ستون‌ها) برای ظرفیت مورد انتظار اجزایی که در آنها رفتار غیرارتجاعی انتظار می‌رود.
2- طراحی آن اجزا (مثل اتصالات یا ستون‌ها) برای نیروی تشدید یافته.
پس بطور کلی برای کلیه اجزایی نمی‌خواهیم در آنها رفتار غیرارتجاعی ایجاد شود (یا در گام‌های نهایی رفتار غیرارتجاعی داشته باشند)، این اجزا برای نیروهای تشدید یافته باید طراحی شوند. این ضریب برای سازه‌های فولادی مشهورتر هستند ولیکن در سازه‌های بتنی نیز استفاده می‌شوند. به عنوان مثال وقتی با ACI318-14 طراحی می‌کنید، برای قاب‌های خمشی با شکل‌پذیری متوسط نیروی برشی طراحی ستون‌ها بصورت تشدید یافته حاصل می‌شود. جمله زیر از راهنمای برنامه ETABS برای طراحی این قاب‌ها آورده شده است:

For #Intermediate Moment Frames (seismic design), the shear design of the columns is based on the smaller of the following two conditions:
a) The shear associated with the development of nominal moment strengths of the columns at each restrained end of the unsupported length (ACI 18.4.3.1a),
b) The maximum #shear obtained from design load combinations that include earthquake load (E), with E increased by a factor of Ωo (ACI 18.4.3.1b).

فقط نیروی محوری تشدید یافته نمی‌شود. در مثال بالا نیروی برشی تشدید یافته شده است ولیکن در ستون‌های قاب‌های فولادی این تشدید یافتگی به نیروی محوری اعمال شده است. معمولا اثر تشدید یافتگی به مولفه نیرویی اعمال می‌شود که برای آن عضو نیرو-کنترل باشد. تقریبا تفاوتی بین آیین‌نامه‌های آمریکا و ایران در این زمینه وجود ندارد و تمام مقادیر اضافه مقاومت داده شده برای سیستم‌های مختلف در آیین‌نامه ASCE7 برابر با مقادیر متناظر در جدول 3-4 استاندارد 2800 است.
منبع: AlirezaeiChannel کانال دکتر علیرضایی

بررسی قاعده 100-30 در اعمال نیروی زلزله ( استاندارد 2800 و ASCE7-10 )

در اعمال قاعده 100-30 تقریبا تفاوت آشکاری بین استاندارد 2800 و ASCE7-10 وجود ندارد. ستون‌هایی که در محل تقاطع دو یا چند سیستم لرزه‌بر قرار دارند و همچنین در سیستم‌های لرزه‌بر غیرموازی، بایستی امتداد نیروی زلزله با زاویه مناسبی که حتی المقدور بیشترین اثر را ایجاد می‌کند، انتخاب شود. برای منظور نمودن بیشترین اثر زلزله، می‌توان صددرصد نیروی زلزله هر امتداد را با 30% نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن ترکیب کرد.
در FEMA751 و FEMA451 نیز روش SRSS به عنوان یک روش دیگر برای اعمال  نیز پیشنهاد شده است.
 

3.1.6.3 Torsion, Orthogonal Loading, and Load Combinations

There are three possible methods for applying the orthogonal loading rule:

1. Run the response-spectrum analysis with 100 percent of the scaled X spectrum acting in one direction, concurrent with the application of 30 percent of the scaled Y spectrum acting in the orthogonal direction. Use CQC for combining modal maxima. Perform a similar analysis for the larger seismic forces acting in the Y direction.

2. Run two separate response-spectrum analyses, one in the X direction and one in the Y direction, with CQC being used for modal combinations in each analysis. Using a direct sum, combine 100 percent of the scaled X-direction results with 30 percent of the scaled Y-direction results. Perform a similar analysis for the larger loads acting in the Y direction.

3. Run two separate response-spectrum analyses, one in the X direction and one in the Y-direction, with

CQC being used for modal combinations in each analysis. Using SRSS, combine 100 percent of the

scaled X-direction results with 100 percent of the scaled Y-direction results

 
خلاصه بند فوق را می‌توان بصورت زیر خلاصه نمود:
برای در نظر گرفتن اثر زلزله در جهات متعامد در تحلیل طیفی سه روش وجود دارد:
1- در یک تحلیل طیفی، 100% طیف در جهت x (مقیاس شده) و 30% طیف در جهت y (مقیاس شده) بر سازه اعمال شده و اثرات آنها با هم جمع زده می‌شود (قدرمطلق).
2- در دو تحلیل جداگانه یک بار 100% طیف در جهت x (مقیاس شده) و یک بار هم 100% طیف در جهت y (مقیاس شده) بر سازه اعمال شده و در ترکیب بارها 100% نیروی زلزله در هر جهت را با 30% در جهت عمود بر آن ترکیب نمایید.
 
منبع: کانال دکتر علیرضایی

باد جهشی ( تفسیر مبحث 6 )

افزایش سریع در سرعت باد را تند باد یا اثر جهشی باد (Gust effect) می گویند. ساختمان‌های بلند در مقابل تندبادهایی که در مدت زمانی تقریباً به طول سه ثانیه امتداد می‌یابند، حساس می‌باشند. بنابراین سرعت تندترین‌باد که در مدت زمان 30 الی 60 ثانیه میانگین گیری شده است، بعنوان معیار طراحی در ساختمان‌های بلند مورد استفاده قرار می‌گیرد و بایستی از سرعت تند باد به جای سرعت میانگین، در محاسبه بارهای حاصل از نیروی باد مورد استفاده قرار داد.
سرعت تندباد می‌تواند با ضرب کردن یک ضریبی بنام ضریب تند باد (Gust effect factor) در سرعت میانگین باد، حاصل شود. همه ساختمان‌ها بطور یکسان در مقابل تندبادها، حساس نمی‌باشند در کل، ساختمان‌هایی که دارای انعطاف پذیری بیشتر می‌باشند، دارای حساسیت بیشتری در مقابل تندبادها هستند و هر چقدر انعطاف پذیری سازه، افزایش یابد، به حساسیت آنها در مقابل تندبادها نیز افزوده می‌گردد. تنها راهی که برای بدست آوردن ضریب تندباد (همچنین برای بدست آوردن ضریب پاسخ تند باد) بکار می‌رود و از دقت بالایی نیز برخوردار است استفاده از تونل باد می‌باشد. بسیاری از آئین نامه‌ها معمولاً از یک دوره تناوب 5 دقیقه‌ای برای بدست آوردن سرعت تند باد که معیار طراحی قرار می‌گیرد، مورد استفاده قرار می‌دهند بدین معنی که سرعت متوسط را در آن دوره تناوب 5 دقیقه‌ای که خود آن یک متغیر تصادفی است به دست می‌آورند.
ساختمان کوتاه مرتبه: سازه‌ای که ارتفاع مبنای آن کمتر از 20 متر و یا نسبت ارتفاع به عرض آن کمتر از 0.5 باشد.
منبع: @AlirezaeiChannel

فلسفه ی همپایه سازی برش پایه دینامیکی و استاتیکی

تحلیل دینامیکی دقیقتر و برای سازه‌های نامنظم معقول‌تر است لیکن چه در تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی سازه در برابر زلزله، ما اصلا نیروی واقعی طراحی را نداریم و تمام نیروهایی که آیین‌نامه برای طراحی پیشنهاد می‌دهد، تنها جهت ایجاد یک سطح مقاومت در سازه بوده و ارزش واقعی ندارند. به عبارتی در تحلیل‌ها ما عدم قطعیت‌های خیلی زیادی داریم مثل:
1- مشکلات تخمین تحریکات لرزه‌ای بحرانی در ساختگاه، در طول عمر مفید سازه (یعنی فقدان جنبش شدید قطعی ونیز ترکیب بار بحرانی).
2- اشکال در مدلسازی سیستم خاک- پی- روسازه- اجزای غیرسازه‌ای و اندرکنش اجزای درونی آنها به هنگام وقوع زمین‌لرزه طرح (یعنی انتخاب صحیح مدل‌های ریاضی جهت تحلیل رفتار).
3- مشکلات تخمین نیروهای داخلی، تغییرشکل‌ها، تنش‌ها و کرنش‌های ایجاد شده در مدل بطوریکه نزدیک به واقعیت باشد (عدم دقت درتحلیل سازه وسیستم وتحلیل تنش)
4- مشکلات تخمین ظرفیت‌های واقعی سختی، مقاومت، پایداری و ظرفیت جذب و اتلاف انرژی (یعنی رفتار پسماند واقعی) در کل سیستم (تقاضا در بسیاری مواد متاثر از خصوصیات رفتاری سیستم است).
نتیجه کلی اینکه: در تحلیل دینامیکی نیروها درست نیستند ولی توزیع این نیروهای غیرواقعی در ارتفاع و پلان درست است. یعنی اثر سختی و جرم اجزا در توزیع نیرو در نظر گرفته میشود.
نکته دیگر اینکه در مدل‌های تحلیلی اجزای غیرسازه‌ای که در سختی سازه موثر هستند، مدلسازی نمی‌شوند و این عدم مدلسازی باعث افزایش دوره تناوب سازه می‌گردد. افزایش دوره تناوب باعث کاهش نیروی طراحی می‌شود.
با این اوصاف آیین‌نامه‌ها مبنای برش پایه را تحلیل استاتیکی قرار داده و تنها از تحلیل دینامیکی برای توزیع دقیق‌تر این نیرو استفاده می‌کند.
 
منبع: کانال تلگرام دکتر علیرضایی

تفاوت plate , Membrane و Shell

* Shell-type behavior means that both in-plane membrane stiffness and out-of-plane plate bending stiffness are provided for the section.
* Membrane-type behavior means that only in-plane membrane stiffness is provided for the section.
* Plate-type behavior means that only out-of-plane plate bending stiffness is provided for the section.

Plate رفتار صرفا خارج صفحه، Membrane رفتار صرفا داخل صفحه و Shell رفتار داخل و خارج صفحه دارد. در صورتی که سقف Shell باشه، حتما بایستی آن را مشبندی کنید. در صورت عدم مشبندی کل موضوع مدل شده به عنوان یک المان در نظر گرفته خواهد شد و روی تیرها باری منتقل نمیشه (در واقع در گوشه ها این انتقال صورت میگیرد. در صورتی که Membrane انتخاب شده باشد، توزیع بار بصورت پاکتی صورت میگیرد. در ادامه یک مثال نشان داده شده است. در صورتی که Plate باشد دقیقا برای رفتار خارج از صفحه شبیه Shell بوده و باید مشبندی شود.

رفتار متریال غیرخطی

در تحلیل غیرخطی شما برای مدلسازی رفتاری اجزا از رابطه کلی نیرو- تغییر شکل یا منحنی‌های دیگری که رفتار را نشان می‌دهند استفاده میکنید. در شکل زیر به نقل از FEMA356 منحنی ساده شده کلی رفتار بار- تغییر شکل نشان داده شده است. این مدل از نقطه A (عضو فاقد بارگذاری) تا یک نقطه تسلیم مؤثر در B، خطی است و بین نقاط B و C سختی کاهش یافته‌ای به صورت خطی وجود دارد که با یک کاهش ناگهانی در مقاومت در برابر بار جانبی ازنقطه C به نقطه D می رسد و تا نقطه E ثابت می‌ماند.
سرانجام در این نقطه مقاومت به صفر کاهش می یابد. شیب از A تا B را می‌توان مطابق ضوابط فصل ششم دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای محاسبه نمود. شیب از نقطه B تا نقطه C، با نادیده گرفتن اثرات بارهای ثقلی بر تغییرشکل جانبی، بین صفر تا 10% شیب اولیه منظور میگردد مگر اینکه شیب دیگری با آزمایش یا تحلیل، بهتر تشخیص داده شود. نقطه C دارای عرضی برابر با مقاومت عضو و طولی برابر با مقدار تغییرمکانی که در آن کاهش شدید مقاومت آغاز میگردد، می‌باشد. متن زیر نیز از Help برنامه SAP برداشت شده است:

These nonlinear hinges are used during static nonlinear analysis and nonlinear direct integration time history analysis only. For all other types of analysis, the hinges are rigid and have no effect on the behavior of the member.

البته از روش‌های دیگر نیز میتوان رفتار غیرخطی را مدل نمود. از جمله استفاده از مفهوم فایبر ( Fiber Element )
 
منبع :کانال دکتر علیرضایی

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

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.