Structural calculation report xls [ Etabs-SAP.ir ]
به وسیله ی این فایل اکسل می توانید بسیار سریع ، دفترچه محاسبات سازه را آماده کنید. بدون این که موضوع یا بندی از آیین نامه 2800 فراموش شود.
پارامتر T که دوره تناوب سازه بوده و به مشخصات دینامیکی آن بستگی دارد. برای تعیین آن از روشهای تجربی، موضوع بند 3-3-3 یا روشهای تحلیلی استفاده می‌شود. در روش تحلیلی نیاز به ایجاد یک مدل کامپیوتری است.
پارامتر Ts دوره تناوب خاک است. در صورتی که خاک از یک لایه تشکیل شده باشد، با استفاده از رابطه زیر می‌توان مقدار دوره تناوب خاک را تعیین نمود:
Ts=(4H)/vs
که در رابطه فوق، TS دوره تناوب خاک بر حسب ثانیه، H ارتفاع لایه خاک بر حسب متر و vS سرعت موج برشی بر حسب متر بر ثانیه می‌باشد. مقدار سرعت موج برشی در خاک تابعی از نوع خاک آن می‌باشد. در عمل لایه‌های زیادی از خاک وجود داشته و رابطه خیلی پیچیده‌تر است لیکن 2800 در جدول 2-2 مقادیری برای Ts ارائه می‌دهد.
پارامتر T0 تقریبا 20% مقدار Ts بوده و شاخه اول و دوم طیف را از هم تمیز می‌دهد.
پارامتر S شکل طیف را ایجاد می‌کند. شکل طیف را برای خاک‌های مختلف بالا یا پایین می‌کند. همچنین برای خاک‌های سست و لرزه‌خیزی زیاد، اثر غیرخطی شدن خاک در کاهش پاسخ را لحاظ می‌کند.
پارامتر S0 اثرات ساختگاهی را نشان می‌دهد. برای خاک‌های سست اثر بزرگنمایی زلزله بر روی لایه‌های بالایی زمین‌های آبرفتی را لحاظ می‌کند. بدین صورت که در حالتی زمین نوع III یا IV باشد، مقدار طیف B1 از یک شروع نشده و از مقداری بیشتر از 1 شروع خواهد شد.
مطلب زیر از کانال دکتر علیرضایی@AlirezaeiChannel اقتباس شده است:
دیافراگم‌ها سیستم‌های افقی هستند که نقش انتقال بارهای زلزله به سیستم‌های مقاوم جانبی بار بر عهده دارند. همچنین نقش دیگر آنها تحمل و انتقال بارهای ثقلی نیز هست. به دلیل اندرکنش بین رفتار درون صفحه و برون صفحه، بررسی انتقال بارهای در دیافراگم‌های افقی پیچیده می‌باشد. در شکل زیر پاسخ دیافراگم‌های صلب و انعطاف پذیر در برابر بارهای جانبی نشان داده شده است.
انعطاف‌پذیری دیافراگم‌ها ناشی از نرم بودن آنها و یا سخت بودن سیستم مقاوم جانبی است. دیافراگم‌ها در سه نوع، صلب، انعطاف‌پذیر و نیمه صلب طبقه‌بندی می‌شوند. در صورتی که سختی دورن صفحه دیافراگم زیاد باشد، آن را به صورت دیافراگم صلب در نظر میگیرند. در دیافراگم صلب، نیروهای جانبی به نسبت سختی هر یک از عناصر مقاوم قائم، بین آنها توزیع می‌شوند. لیکن در دیافراگم انعطاف پذیر، به صورت یک تیر دو سر ساده، نیروها به نسبت سطح بارگیر جانبی آنها بین عناصر مقاوم جانبی توزیع می‌شوند. همانطور که از شکل زیر پیداست، با افزایش ارتفاع طبقه، سختی دیوارها کاسته می‌شود و بطور مشابه با افزایش طول دهانه دیافراگم، سختی دیافراگم دچار نزول می‌شود.
همانطور که پیداست، دیافراگم‌های انعطاف پذیر قادر به چرخشی که در دیافراگم‌های صلب حول مرکز سختی رخ می‌دهد، نخواهند بود. در سازه‌های واقعی، دیافراگم‌ها نه انعطاف پذیر و نه کاملاً صلب هستند و تنها برای ساده‌سازی روند تحلیل آنها را صلب یا انعطاف‌پذیر در نظر میگیرند. در واقع دیافراگم‌های موجود را می‌توان به صورت نیمه صلب در نظر گرفت.
پاسخ دیافراگم‌های صلب و انعطاف پذیر در برابر بارهای جانبی؛ توزیع نیروی جانبی (بالا) برای صلب(چپ) و انعطاف پذیر (راست) و تغییرمکان‌های دیافراگم(پایین)
دیافراگم‌ها را می‌توان به صورت یک تیر عمیق مانند شکل زیر در نظر گرفت. نکته بسیار مهمی را که در طراحی تیرهای عمیق باید مد نظر قرار داد این است که بسط رفتار تیرهای معمولی به تیرهای عمیق کاملا نادرست است. چرا که بررسی‌های مختلف نشان داده که رفتار ارتجاعی تیرهای بتن مسلح با رفتار تیرهای معمولی متفاوت است.
این تفاوت اساسأ به اثر تنش‌های قائم در مقطع و تغییر شکل‌های برشی در این اعضا نسبت داده می‌شود. تیر عمیق دارای تغییر شکل برشی قابل توجهی است بنابراین استفاده از نظریه خمش ساده برای پیش بینی رفتار آن نامناسب است هم چنین از آنجایی که توزیع تنش و کرنش درمقطع آن غیر خطی است بنابراین نیاز به تحلیل جداگانه‌ای برای تحلیل این تیرها می‌باشد. در این مدلسازی، جان تیر همان دیافراگم و بال‌ها عناصر مقاوم جانبی هستند. تحلیل دقیق دیافراگم‌های نیمه صلب بسیار پیچیده می‌باشد. معمولاً برای توزیع بارهای جانبی در دیافراگم‌های نیمه صلب آنها را به صورت تیرهای پیوسته بر روی تکیه‌گاه‌های ارتجاعی در نظر میگیرند.
تشبیه دیافراگم افقی به تیر عمیق؛ توزیع نیرو(چپ) و خرابی‌های متداول(راست)
در بسیاری از نرم‌افزارهای تحلیل امکاناتی وجود دارد که می‌توان دیافراگم‌ها را به صورت کاملاً صلب در نظر گرفت. در این حالت تعداد درجات آزادی برای هر کف به سه کاهش می‌یابد (دو درجه آزادی انتقالی و یک درجه آزادی پیچشی). شکل زیر نمونه‌هایی از دیافراگم‌هایی را نشان می‌دهد که به سبب هندسه آنها نبایستی به صورت یکپارچه صلب در نظر گرفته شوند. در حالاتی که برخی از ستونها در یک طبقه به دیافراگم کف متصل نیستند نبایستی آنها را جزو دیافراگم صلب در نظر گرفت زیرا با این مدلسازی تغییر مکان‌‌های آنها به مانند دیافراگم خواهد بود.
نمونه‌ای از دیافراگم‌ها که به سبب هندسه نمی‌توان آنها را صلب فرض نمود
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
در تحلیل استاتیکی این قابلیت وجود دارد که نیروی برشی زلزله (مثلا در سازه های دارای دیوار حائل) از تراز روی دیوار حائل اعمال شود ،اما در تحلیل دینامیکی این امکان وجود ندارد، مشکل کجاست و راه حل چیست؟
در پاسخ باید گفت در تحلیل استاتیکی، وقتی تراز پایه را به روی دیوارهای حائل بیاوریم، در واقع جرم لرزه‌ای زیر تراز پایه را مشارکت نداده‌ایم و در همپایه سازی با برش پایه دینامیکی نیز این اثر را لحاظ نموده‌ایم. توجه شود که در تحلیل دینامیکی، معیار برش پایه، همان برش پایه استاتیکی است و نه برش پایه دینامیکی و تنها از توزیع بارهای دینامیکی استفاده می‌کنید. در این حالت همپایه سازی در همان نقطه که تراز را به عنوان تراز پایه در نظر گرفته‌اید، انجام دهید. توجه شود که در این حالت جابجایی مودی برای طبقاتی که دیوار حائل دارند، بسیار ناچیز است.نکته مهم بعدی اینکه، در اکثر مواقع شرایط بند 3-3-1-2 اقناع نشده و قادر به بالا آوردن تراز پایه نیستیم. در خیلی از موارد اما می‌توان، از مفاد بند 3-3-5-9-2 (حالت خاص ترکیب سیستم‌ها در ارتفاع) استفاده نمود و تراز پایه را از روی دیوار حائل متصور شد. طبق ضوابط این بند، شما باید بخش بالایی را با پای گیردار و بصورت مجزا تحلیل نمایید و اثر عکس‌العملی بخش بالایی را بر روی قسمت پایینی را رعایت ضوابط این بند، به بخش پایینی اعمال نمایید. پس در این حالت مشکلی در تحلیل #دینامیکی نیز نخواهید داشت.
در حالتی که شرایط بند 3-3-5-9-2 برقرار باشد، می‌توانید گره‌های روی تراز پایه (روی دیوار حائل را مقید کنید):
در صورتی که سه شرط زیر برآورده شود می‌توان از روش دو مرحله‌ای جهت تحلیل سازه استفاده نمود.
قسمت بالایی سازه نرم‌تر از قسمت تحتانی آن باشد،
میانگین سختی قسمت پایینی 10 برابر میانگین سختی قسمت بالایی باشد.
دوره تناوب کل سیستم بیش از 1.1 برابر دوره تناوب قسمت بالایی نباشد.
توجه: در بند ب این مورد در استاندارد 2800 به اشتباه نوشته شده، #دوره_تناوب کل سیستم بیش از 1.1 برابر دوره تناوب قسمت بالایی «باشد» که صحیح آن عبارت «نباشد» است و در 2800 این کلمه غلط ویرایشی است. آن را اصلاح کنید.
منبع: کانال دکتر علیرضایی @AlirezaeiChannel
اساس آیین نامه 2800 ویرایش چهارم در موارد زیرباید بار قایم زلزله اعمال شود
– کل سازه ساختمانهاییکه در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده اند
- تیرهاییکه دهانه آنها بیش از پانزده متر می باشد همراه با ستونهاو دیوارهای تکیه گاهی آنها
- تیرهاییکه بار قایم متمرکز قابل توجهی در مقایسه با سایر بارهای منتقل شده به تیر را تحمل می کنند
همراه با ستونها و دیوارهای تکیه گاهی آنها که بار متمرکز حداقل را با نصف مجموع بار وارده به تیر باشدآن بارقابل توجه تلقی می شود .
-بالکن ها و پیش آمدگی هاییکه بصورت طره ساخته می شوند
طبق بند 1-7-3 استاندارد 2800، در صورتی که سازه دارای نامنظمی شدید پیچشی یا خیلی نرم باشد، در در مناطق با خطر نسبی متوسط و بالاتر تنها بر روی زمین نوع 4 و مجاز نیست. طبق بند 3-2-2 سازه اگر بیش از 50 متر باشد و همچنین نامنظم زیاد یا شدید پیچشی نیز باشد، بایستی برای تحلیل از تحلیل دینامیکی استفاده شود و محدودیتی نیز برای ارتفاع برای آن در نظر گرفته نشده است. برای محدودیت‌های ارتفاعی باید ملاحظات جدول 3-4 استاندارد 2800 را در نظر داشته باشید که ربطی به منظمی یا نامنظمی آنها ندارد. مثلا برای قاب خمشی بتنی متوسط حداکثر ارتفاع مجاز 35 متر است. آیین‌نامه ASCE7 نیز در اجرای سازه‌های با نامنظمی شدید پیچشی را در طبقه بندی‌های لرزه‌ای E به بالا محدود می‌کند:
Structures assigned to Seismic Design Category E or F having horizontal irregularity Type 1b of Table 12.3-1 or vertical irregularities Type 1b, 5a, or 5b of Table 12.3-2 shall not be permitted.
همچنین ASCE7-10 قید می‌کند در مدلسازی این سازه‌های دارای نامنظمی پیچشی، حتما از مدل‌های سه بعدی استفاده شود:
Structures that have horizontal structural irregularity Type 1a, 1b, 4, or 5 of Table 12.3-1 shall be analyzed using a 3-D representation.
منبع:@AlirezaeiChannel
با استفاده از مسیر Define menu > Mass Source امکان دسترسی به گزینه‌های مختلف منبع جرم را خواهید داشت. این گزینه برای تعیین میزان جرم مورد نظر طراحی برای استفاده در تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. جرم مورد استفاده شده را می‌توان به شکل‌های مختلفی تعیین نمود. رایج‌ترین این روش‌ها استفاده از بارهای وارده بر سازه است که در تحلیل‌های متداول برای طراحی یک سازه استفاده می‌شود.
گزینه Element Self Mass: در صورت تیک خورد جرم المان‌های مدلسازی شده را در تعیین جرم سازه منظور می‌کند. توجه کنید تیک زدن این گزینه در حالتی که از مسیر Define menu > Load Patterns مقدار Self-Weight Multiplier را برای بار مرده عدد یک داده باشید و از روی بارهای وارده هم بخواهید جرم را تعیین کنید، درست نیست جرم المان‌های مدلسازی شده دوبار محاسبه می‌شود. برنامه از ضرب جرم مصالح اختصاص داده شده به مصالح المان‌ها در حجم آنها مقدار جرم آنها را محاسبه می‌کند.
گزینه Additional Mass: استفاده از این گزینه سبب در نظر گرفتن جرم‌های اضافی در منبع جرم می‌شود. شما می‌توانید به المان‌های نقطه‌ای، خطی و سطحی جرم اختصاص دهید (در بیشتر حالات به آنها وزن و بار از جنس kg یا ton اعمال می‌کنیم). این جرم‌ها معمولا در تحلیل‌های دینامیکی مورد استفاده قرار میگیرند و در طراحی سازه‌ها خیلی استفاده نمیشوند.
گزینه Specified Loads Patterns: پرکاربرد ترین گزینه این پنجره است و وقتی تیک آن زده می‌شود بارهای قائم رو به پایین به عنوان جرم در نظر گرفته شده و از تقسیم این بارهای بر g مقدار جرم بدست می‌آید. اگر باری رو به بالا اعمال شده باشد، مقدار آن در جرم صفر در نظر گرفته می‌شود. مثلا می‌توانید 100% بارهای مرده و 20% بارهای زنده را به عنوان منبع جرم سازه تعریف نمایید. در بخش Multiplier می‌توان ضریب هر نوع باری که قرار است به عنوان منبع جرم معرفی شود را وارد نمایید.
گزینه Adjust Diaphragm lateral Mass to Move Mass Centroid: با استفاده از این گزینه می‌توان مکان مرکز جرم را به صورت درصدی از بعد دیافراگم جابجا نمود.
گزینه Include Lateral Mass: در صورت تیک خوردن این گزینه جرم‌های انتقالی در جهت X و Y و جرم‌های دورانی حول محور Z در تحلیل مورد استفاده قرار میگیرند. معمولا این تیک بایستی زده شود.
گزینه Include Vertical Mass: در صورت تیک خوردن این گزینه جرم‌های انتقالی در جهت Z و دورانی حول محور X و Y در نظر گرفته شده و این گزینه معمولا نیازی به تیک خوردن ندارد مگر آنکه کاربر بخواهد تحلیل دینامیکی قائم انجام دهد.
گزینه Lump Lateral Mass at Story Levels: در صورت تیک خوردن این گزینه، جرم‌های بین تراز طبقات به نزدیک‌ترین تراز در بالا یا پایین منتقل می‌شوند.
منبع:@AlirezaeiChannel
شرحی بر بند 3-10 آیین نامه 2800
برای سازه های بتنی:
بر طبق ACI 318-14 :
18.14—Members not designated as part of the seismic-force-resisting system
ضوابط اعضایی که به عنوان بخشی از سیستم باربر جانبی طراحی نمیشوند.
18.14.1 Scope
18.14.1.1 This section shall apply to members not designated as part of the seismic-force-resisting system in structures assigned to SDC D, E, and F.
ضوابط این بخش باید به اعضایی که به عنوان بخشی از سیستم باربر جانبی نیستند در سازه های قرار گرفته در منطقه لرزه خیزی D ،E و F اعمال شود.
18.14.2 Design actions
18.14.2.1 Members not designated as part of the seismic force-resisting system shall be evaluated for gravity load combinations of (1.2D + 1.0L + 0.2S) or 0.9D, whichever is critical, acting simultaneously with the design displacement δu. The load factor on the live load, L, shall be permitted to be reduced to 0.5 except for garages, areas occupied as places of public assembly, and all areas where L is greater than 100 lb/ft2.
اعضایی که به عنوان بخشی از سیستم باربر جانبی طراحی نمی شوند، باید برای ترکیب بارهای ثقلی (1.2D + 1.0L + 0.2S) یا 0.9D هرکدام که بحرانی تر است به طور همزمان با اعمال تغییر مکان طراحی δu ، ارزیابی شوند. ضریب بار زنده L مجاز است به عدد 0.5 کاهش پیدا کند به جز در پارکینگ ها ، مکان های عمومی که امکان اجتماع افراد در آن وجود دارد و همه مواردی که بار زنده آن ها بیشتر از 100 lb/ft2 است.
18.14.3 Cast-in-place beams, columns, and joints
18.14.3.1 Cast-in-place beams and columns shall be detailed in accordance with 18.14.3.2 or 18.14.3.3 depending on the magnitude of moments and shears induced in those members when subjected to the design displacement δu. If effects of δu are not explicitly checked, the provisions of 18.14.3.3 shall be satisfied.
ستون ها و تیرهای در جا بتن ریزی شده بسته به بزرگای لنگرها و برش های ایجاد شده در آن ها زمانی که تحت تغییر مکان δu قرار میگیرند ، باید دارای جزئیات بخش های 18.14.3.2 یا 18.14.3.3 باشند.
اگر اثرات δu صریحا بررسی نشود الزامات بخش 18.14.3.3 باید رعایت شود.
(یعنی مشخصه که دو راه حل وجود داره یا الزامات 18.14.3.3 رو بدون هیچ بررسی ای باید رعایت کرد،
یا الزامات 18.14.3.2 یا 18.14.3.3را بر حسب بزرگای لنگرها و برش های ایجاد شده در آن ها، زمانی که تحت تغییر مکان δu قرار میگیرند ، باید رعایت کرد.)
18.14.3.2 Where the induced moments and shears do not exceed the design moment and shear strength of the frame member, (a) through (c) shall be satisfied:
زمانی که لنگر ها و برش ها (حاصله از قرار گرفتن تحت تغییر مکان δu ) از مقاومت خمشی و برشی اعضای قاب بیشتر نشود، ضوابط a تا c باید رعایت شوند:
(a) Beams shall satisfy 18.6.3.1. Transverse reinforcement shall be provided throughout the length of the beam at spacing not to exceed d/2. Where factored axial force exceeds Ag fc′/10, transverse reinforcement shall be hoops satisfying 18.7.5.2 at spacing so, according to 18.14.3.2(b).
تیرها باید الزامات بخش 18.6.3.1 را رعایت کنند. آرماتورهای برشی باید در سرتاسر تیر با حداکثر فاصله d/2 رعایت شود.
در جایی که نیروی محوری بیشتر از Ag fc′/10 باشد، آرماتورهای برشی باید طبق ضوابط بخش18.7.5.2 در فاصله های so بر طبق بخش 18.14.3.2(b) قلاب شوند.
(b) Columns shall satisfy 18.7.4.1, 18.7.5.2, and 18.7.6. The maximum longitudinal spacing of hoops shall be so for the full column length. Spacing so shall not exceed the lesser of six diameters of the smallest longitudinal bar enclosed and 6 in.
ستون ها باید الزامات بخش های 18.7.4.1 و 18.7.5.2 و 18.7.6 را رعایت کنند. ماکزیمم فاصله قلاب ها در کل طول ستون باید so باشد. فاصله so باید بیشتر از حداقل دو مقدار، 6 برابر قطر کوچکترین آرماتور طولی محصور شده و 6 اینچ باشد.
(c) Columns with factored gravity axial forces exceeding 0.35Po shall satisfy 18.14.3.2(b) and 18.7.5.7. The amount of transverse reinforcement provided shall be one-half of that required by 18.7.5.4 and spacing shall not exceed so for the full column length.
ستون ها با نیروی محوری ضریب دار بیشتر از 0.35Po باید الزامات بخش 18.14.3.2(b) و 18.7.5.7. را رعایت کنند. مقدار آرماتور برشی باید به مقدار نصف الزام بخش 18.7.5.4 باشد و فاصله ها نباید بیشتر از so در کل طول ستون باشد.
18.14.3.3 Where the induced moments or shears exceed ϕMn or ϕVn of the frame member, or if induced moments or shears are not calculated, (a) through (d) shall be satisfied:
در جایی که لنگر ها یا برش (حاصله از قرار گرفتن تحت تغییر مکان δu ) بیشتر از مقاومت خمشی و برشی طراحی اعضا باشد ، یا اگر لنگر ها یا برش ها محاسبه نشوند باید الزامات بخش های زیر از a تا d رعایت شوند:
(a) Materials, mechanical splices, and welded splices shall satisfy the requirements for special moment frames in 18.2.5 through 18.2.8.
مصالح ، وصله مکانیکی و وصله جوشی باید الزامات قاب خمشی بتنی ویژه آمده در بخش 18.2.5 تا 18.2.8 را رعایت کنند.
(b) Beams shall satisfy 18.14.3.2(a) and 18.6.5.
تیرها باید الزامات بخش های 18.14.3.2(a) و18.6.5. را رعایت کنند.
(c) Columns shall satisfy 18.7.4, 18.7.5, and 18.7.6.
ستون ها باید الزامات بخش های 18.7.4 ، 18.7.5 و 18.7.6 را رعایت کنند.
(d) Joints shall satisfy 18.8.3.1.
اتصالات باید الزامات بخش 18.8.3.1 را رعایت کنند.
من خودم به شخصه در طراحی سازه های بتنی با سقف وافل ستون هایی که جزء سیستم باربر جانبی نیستند رو با ضوابط ستون های قاب خمشی ویژه خاموت گذاری میکنم که راه حل ساده تری هست
منبع: کانال محاسبات سازه - مهندس رضا براتی
