نیروهای خودکرنشی (self-straining forces)

نیروهای خودکرنشی (self-straining forces) به سبب عواملی متعددی به مانند نشست غیر یکنواخت پی می‌توانند ایجاد شوند. آیین‌نامه بخشی برای تعیین مقدار این بارها ندارد. اثر تغییرات دما، خزش، رطوبت و ... می‌توانند نیروهای خودکرنشی ایجاد نمایند. مثلا اگر در یک قاب خمشی نشست تکیه‌گاهی غیریکنواختی ایجاد شود، لنگرهایی در تیرها به سبب این نشست ایجاد می‌شود یا اگر دیوار بتنی دچار خزش شود، در دال بتنی متصل به آن برش ایجاد می‌شود. آیین‌نامه ASCE7-10 نیز تاکید دارد که تعیین این نیروها در اغلب موارد عملی نیست و طراح را تشویق می‌کند تا با تمهیداتی اثرات این نیروهای خودکرنشی را کمتر کند.

However, it is not always practical to calculate the magnitude of self-straining forces. Designers often provide for self-straining forces by specifying relief joints, suitable framing systems, or other details to minimize the effects of self-straining forces.

 @AlirezaeiChannel

فیلم آموزشی نحوه ی کنترل تیر ضعیف ستون قوی فولادی

دانلود فیلم آموزشی نحوه ی کنترل تیر ضعیف ستون قوی فولادی در Etabs و به صورت دستی
مطابق با آخرین ویرایش مبحث دهم مقررات ملی ساختمان
این فیلم توسط آقای مهندس مجتبی محب علیان تهیه شده است.
 
 

 

ترکیب سیستم ها در ارتفاع سازه

بند 3-3-5-9 استاندارد 2800 مربوط به ترکیب سیستم ها در ارتفاع: (حالت کلی)
- اگر ضریب رفتار قسمت پایینی بیشتر از قسمت بالایی باشد، ضریب رفتار، ضریب بزرگنمایی جابجایی و همچنین ضریب اضافه مقاومت قسمت فوقانی ملاک تعیین نیروی جانبی کل سازه قرار گیرد.
به عنوان مثال: در یک سازه قسمت پایینی قاب خمشی فولادی با شکل‌پذیری ویژه و قسمت بالایی قاب مهاربندی شده همگرای ویژه استفاده شده است.
مشخصات سیستم بالایی:
R = 5.5
Omeaga0 =2
Cd = 5.0
مشخصات سیستم پایینی:
R = 7.5
Omeaga0= 3
Cd = 5.5
در این حالت بایستی ضریب رفتار، ضریب بزرگنمایی جابجایی و همچنین ضریب اضافه مقاومت قسمت فوقانی ملاک تعیین نیروی جانبی کل سازه قرار گیرد.
- اگر ضریب رفتار قسمت پایینی کمتر از قسمت بالایی باشد، ضریب رفتار، ضریب بزرگنمایی جابجایی و همچنین ضریب اضافه مقاومت قسمت فوقانی ملاک تعیین نیروی جانبی قسمت بالایی قرار گیرد. برای تعیین نیروی جانبی قسمت پایینی همین نیروها ولی حالت نیروی عکس العمل ناشی از تحلیل قسمت فوقانی نیز در نسبت Ru/Rho قسمت فوقانی به Ru/Rho قسمت تحتانی ضرب شده اند باید به مدل سازه قسمت تحتانی اضافه شوند. این نسبت در هر حال نباید از 1 کمتر باشد.
به عنوان مثال: در یک سازه قسمت پایینی قاب مهاربندی شده همگرای ویژه و قسمت بالایی قاب خمشی فولادی با شکل‌پذیری ویژه استفاده شده است.
مشخصات سیستم پایینی:
R = 5.5
Omeaga0 =2
Cd = 5.0
مشخصات سیستم بالایی:
R = 7.5
Omeaga0 = 3
Cd = 5.5
در این حالت بایستی ضریب رفتار، ضریب بزرگنمایی جابجایی و همچنین ضریب اضافه مقاومت قسمت فوقانی ملاک تعیین نیروی جانبی قسمت بالایی قرار گیرد. نیروی برش بخش بالایی باید با نسبت (7.5/5.5)=1.36 به بخش پایینی انتقال داده شود. (با فرض ضریب نامعینی هر دو بخش برابر یک).
توجه: آییننامه ASCE7 برای سازه‌ای که بخش بالایی آن قاب خمشی با شکل‌پذیری ویژه استفاده شده باشد و بخش پایینی سختی زیادی داشته باشد، سخت گیری زیادی نشان داده و استفاده از این سیستم را برای طبقه بندی لرزه ای D به بالا ممنوع میکند.
 

 ASCE7-10
12.2.5.5 Special Moment Frames in Structures Assigned to Seismic Design Categories D through F
For structures assigned to Seismic Design Categories D, E, or F, a special moment frame that is used but not required by Table 12.2-1 shall not be discontinued and supported by a more rigid system with a lower response modification coefficient, R, unless the requirements of Sections 12.3.3.2 and 12.3.3.4 are met. Where a special moment frame is required by Table 12.2-1, the frame shall be continuous to the base.

 
علت این سخت‌گیری می‌تواند احتمال وقوع رفتارهای غیرارتجاعی در بخش‌هایی پایینی سازه باشد که در این بخش، از سیستم با شکل‌پذیری کمتری استفاده شده است و سیستم با شکل‌پذیری بالا (قاب خمشی با شکل‌پذیری ویژه) را در بخش بالایی استفاده نموده‌ایم که احتمال تشکیل مفاصل پلاستیک در آن ناحیه کمتر است.
 
منبع: کانال دکتر علیرضایی
 
http://etabs-sap.ir/%d8%a8%d9%86%d8%af-%db%b3-%db%b3-%db%b5-%db%b9-%d8%aa%d8%b1%da%a9%db%8c%d8%a8-%d8%b3%db%8c%d8%b3%d8%aa%d9%85-%d9%87%d8%a7-%d8%af%d8%b1-%d8%a7%d8%b1%d8%aa%d9%81%d8%a7%d8%b9/
 
http://etabs-sap.ir/2800-combining-seismic-resisting-systems/

فیلم آموزش تنظیمات طراحی سازه فولادی

فیلم آموزش تنظیمات طراحی سازه فولادی
به روش LRFD و آخرین ویرایش مبحث دهم مقررات ملی و استاندارد 2800
این فیلم توسط آقای مهندس مجتبی محب علیان تهیه شده است.
در این ویدئو به بررسی تک تک گزینه های Design option پرداخته میشود.
سازه ای که در این فیلم طراحی می شود در یک جهت قاب خمشی متوسط و در جهت دیگر مهاربند همگرای ویژه می باشد. نوع دال این سازه عرشه فولادی است.
 

 

لنگر پیچشی در تیرهای بتنی (ضریب پیچشی)

آزمایشات نشان می دهد که یک سازه نامعین یا یک تیر سراسری بتن آرمه، با رسیدن لنگر در مقطع بحرانی به حد نهایی، دچار خرابی نمی شود؛ بلکه اگر سازه از شکل پذیری کافی برخوردار باشد، باز توزیع لنگر و تنش در اعضای خمشی، با توسعه مفصل پلاستیک در مقاطع بحرانی آنها ایجاد می گردد. این امر سبب می شود که سایر نقاط تیر به مقاومت و ظرفیت نهایی خود برسند. به علاوه، باز توزیع لنگر به طراحان اجازه می دهد که نمودار لنگر به دست آمده از تحلیل الاستیک را اصلاح نمایند. طبق بند 9-15-11-2 مبحث نهم، در حالتی که امکان کاهش لنگر پیچشی در اثر بازتوزیع لنگرهای داخلی در عضوی از یک ساختمان نامعین موجود باشد، می‌توان مقدار Tu را به 0.67Tcr کاهش داد بشرطی که اثر لنگرهای و برش‌های تعدیل شده عضو در سایر اعضای مجاور با استفاده از روابط تعادل محاسبه و در طراحی بکار گرفته شود. برای این منظور در ETABS بعد از تحلیل و طراحی، از مسیر Design menu > Concrete Frame Design > Start Design/Check با کلیک با روی Summary در انتهای پنجره نشان داده شده مقدار Tu و Tcr را قرائت کنید. حال با انتخاب آن تیر و استفاده از مسیر Assign menu > Frame > Property Modifiers ضریب پیچشی را مقداری در نظر بگیرید که بعد از تحلیل و طراحی مجدد، مقدار Tu به 0.67Tcr برسد. رسیدن به ضریب نهایی نیاز به سعی و خطا دارد. بند مربوط به ACI بصورت زیر است:
22.7.3.2 In a statically indeterminate structure where Tu ≥ ϕTcr and a reduction of Tu can occur due to redistribution of internal forces after torsional cracking, it shall be permitted to reduce Tu to ϕTcr, where the cracking torsion Tcr is calculated in accordance with 22.7.5.
طبق ACI در حالتی که تیر نامعینی استاتیکی بوده و امکان بازتوزیع لنگرهای پیچشی فراهم باشد، میتوان مقدار Tu را به ϕTcr کاهش داد. این کاهش توسط برنامه صورت نگرفته و در صورت نیاز باید توسط کاربر انجام شود.
@AlirezaeiChannel

اندرکنش خاک و سازه در نرم افزار ETABS

بررسی اندرکنش خاک و سازه
و استفاده از آن در نرم افزار ETABS
مطابق با آیین نامه 2800 ویراش چهارم

نویسنده :
ایمان نخعی
 

 
 
مطلب مرتبط:
http://etabs-sap.ir/%d8%a7%d9%86%d8%af%d8%b1%da%a9%d9%86%d8%b4-%d8%ae%d8%a7%da%a9-%d9%88-%d8%b3%d8%a7%d8%b2%d9%87-%d8%af%d8%b1-etabs2016/

مفهوم شکل پذیری

شکل پذیری: به توانایی عضو یا اعضای موجود در سیستم، برای پذیرش جابجایی، در خارج از محدوده ارتجاعی، می‌باشد. شکل‌پذیری به صورت نسبت بین حداکثر مقدار تغییرشکل حداکثر به جابجایی حد تسلیم بیان می‌شود.
افزایش شکل‌پذیری به معنی تحمل نیروی بیشتر نیست. افزایش شکل‌پذیری، به معنی قابلیت ورود بیشتر به حوزه غیرارتجاعی است. سیستم‌های ترد بعد از رسیدن به مقاومت نهایی خود قادر به تحمل تغییرشکل‌های کمی هستند.
مقدار شکل‌پذیری را می‌توان به صورت‌های زیر برای ارزیابی مقدار شکل‌پذیری یک سیستم سازه‌ای به کار برد:
شکل‌پذیری مصالح: بیان‌کننده تغییرشکل‌های پلاستیک مواد
شکل‌پذیری مقطع(انحنایی): تغییرشکل‌های پلاستیک سطح مقطع می‌باشد.
شکل‌پذیری اعضا (چرخشی): دوران‌های پلاستیک ایجاد شده که در محل اتصال تیر به ستون ایجاد می‌شود.
شکل‌پذیری سازه(جابجایی):ارزیابی کلی از عملکرد غیراتجاعی سازه تحت بارهای جانبی است.
عوامل زیادی در شکل‌پذیری موثر هستند مثل:
الف) مشخصات مصالح: مقدار شکل‌پذیری سیستم سازه‌ای به نحو قابل توجهی وابسته به پاسخ مصالح می‌باشد. برای ایجاد تغییرشکل‌های غیرارتجاعی بایستی مصالح دارای شکل‌پذیری بالایی باشند. بتن و مصالح بنایی جزء مصالح ترد می‌باشند. این مصالح بعد از رسیدن به حداکثر مقاومت فشاری خود، به سرعت سختی و مقاومت خود را از دست می‌دهند. هر دو مصالح ذکر شده دارای مقاومت کشش پایینی می‌باشند. شکل‌پذیری مصالح را می‌توان به صورت نسبت حداکثر کرنش نهایی ایجاد شده در آنها به کرنش حد تسلیم در نظر گرفت. شکل‌پذیری بتن با استفاده از آرماتورهای عرضی (خاموت) به مقدار قابل توجهی زیاد می‌شود. بر اساس آزمایش‌های تجربی که پاولی و پارک در سال1975 انجام دادند، ثابت کرده‌اند که استفاده از خاموت دایره‌ای موثرتر از خاموت‌های مستطیلی می‌باشند. لازم است رفتار بتن مسلح و غیر مسلح را در برابر نیروهای ناشی از زلزله بخوبی شناخت. زیرا بتن مسلح توسط میلگرد‌های طولی و عرضی (خاموت‌ها) بطور قابل توجهی محصور می‌شوند که رفتارش با حالتی که محصور نیست تفاوت قابل توجهی دارد.
ب) مشخصات مقطع: میزان شکل‌پذیری سطح مقطع اعضای سازه‌ای تحت لنگر خمشی عموماً توسط شکل‌پذیری انحنایی بیان می‌شود. در سازه‌های بتنی شکل‌پذیری انحنایی به میزان زیادی به کرنش متناظر با مقاومت فشاری نهایی بتن، مقاومت مشخصه فشاری بتن، مقاومت تسلیم آرماتورهای مسلح کننده، نسبت بین تنش نهایی و تنش تسلیم فولادهای مسلح کننده، نسبت بین فولادهای فشاری به کششی و تراز بارهای محوری وابسته است.
پ) جزئیات بندی در اعضا: استفاده از جزئیات خاص مثل فاصله کم خاموت‌ها در تیرها سبب افزایش شکل‌پذیری سازه می‌شود.
مقدار شکل‌پذیری کلی برای یک سازه، به شکل‌پذیری‌های موضعی موجود در آن وابسته است. برای رسیدن به تغییرشکل‌های غیرارتجاعی زیاد و در نهایت جذب انرژی زیاد در حین زلزله، بایستی شکل‌پذیری‌های موضعی بالایی وجود داشته باشد.
وقتی از سیستمی با Ru بیشتر استفاده می‌کنید، در واقع از سیستم با شکل‌پذیری بیشتری استفاده نموده‌اید. در این حالت، آیین‌نامه تخفیف بیشتری در نیروهای طراحی به شما می‌دهد و در واقع به جای سختی و مقاومت، از شکل‌پذیری بیشتر که در نتیجه منجر به اتلاف بیشتر انرژی می‌شود، استفاده کرده‌اید. فاکتور سختی و شکل‌پذیری را بایستی بصورت مستقل در نظر بگیرید و بطور مستقیم به هم مربوط نمی‌شوند. در سیستمی که Ru کمتری دارد، (مثل قاب مهاربندی شده همگرای معمولی) به جای استفاده از شکل پذیری، سازه برای نیروی بیشتری طراحی میشود، زیرا قابلیت اتلاف انرژی آن نیز کم است.
منبع: کانال @AlirezaeiChannel دکتر علیرضایی

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