آموزش تعریف الگوهای بار (Load Patterns) در ETABS + راهنمای تصویری

تعریف الگوهای بار در Etabs از اهمیت بالایی برخوردار است زیرا پایه‌گذار تحلیل سازه و تعیین پاسخ‌های آن می‌باشد. بدون تعریف دقیق الگوهای بار، تحلیل نتایج نادرستی ارائه می‌دهد. الگوی بار مشخص می‌کند که نیروها چگونه و در چه جهتی به سازه وارد می‌شوند. همچنین این الگوها پایه ترکیب بارها و طراحی نهایی اجزای سازه‌ای را تشکیل می‌دهند. در این مقاله به نحوه تعریف الگوهای بار (Load Patterns) در ETABS به همراه راهنمای تصویری پرداخته‌شده است.

معرفی انواع الگوهای بار غیر جانبی در Etabs:

الگوهای بار در Etabs در واقع انواع بارهایی می‌باشد که در طول عمر سازه می‌تواند به آن وارد شوند، این الگوهای بار در نرم افزار می‌توانند بر اساس نوع آنها به شرح زیر تعریف گردند.

بار مرده شامل Dead و Super Dead:

در این بخش نحوه تعریف بارهای فوق الذکر در ایتبس تشریح شده است.

بار Dead در ایتبس:

الگوی بار Dead: این الگوی بار مخصوص بارهای مرده است و برای تعریف بارهایی که طبق آیین‌نامه (مبحث ششم مقررات ملی ساختمان) در این طبقه‌بندی قرار می‌گیرند باید استفاده شود این بار عموماً شامل بارهای مرده قسمتهای سازه‌ای سقف و بارهای دیوارهای پیرامونی می‌باشد و در حالتیکه نیاز به تعریف جداگانه بار Super Dead نباشد می‌توان بارهای کفسازی و تیغه‌های از نوع بار مرده را نیز بر اساس بار Dead درنظر گرفت.

بار Super Dead در ایتبس:

الگوی بار Super Dead: این الگوی بار برای تعریف بارهای کفسازی و یا کفسازی + بار معادل تیغه‌بندی از نوع مرده در زمانی‌که طراح قصد طراحی سقف کامپوزیت در سازه های فولادی و یا محاسبه خیز در تیرها و دال‌های بتنی در نرم افزار SAFE را دارد و می خواهد از ETABS به SAFE خروجی بگیرد کاربرد دارد.

اگر بار تیغه‌بندی از نوع بار زنده باشد، بار Super Dead صرفاً شامل بارهای مرده کف‌سازی می‌گردد. در سازه‌های فولادی در صورتی‌که طراح قصد داشته باشد تیرهای اصلی سازه که در پیرامون سازه بوده و بار دیوارهای پیرامونی را تحمل می‌کنند نیز به‌صورت کامپوزیت طراحی نماید، می‌تواند بار دیوارهای پیرامونی بر روی تیرهای اصلی را نیز از نوع Super Dead تعریف نماید. در غیر این‌صورت، بار دیوارهای پیرامونی باید به‌صورت بار مرده (Dead) تعریف گردد. طبق راهنمای نظام مهندسی استان تهران، حداقل بار کف‌سازی برای کاربری‌های مسکونی و اداری ۲۰۰ کیلوگرم بر مترمربع، تجاری و پارکینگ ۲۵۰ کیلوگرم بر مترمربع و بام ۳۰۰ کیلوگرم بر مترمربع می‌باشد. این بارها جدا از بار بخش سازه‌ای سقف می‌باشند که باید با در نظرگیری جزئیات سقف در مدل سازه‌ای لحاظ گردد.

نکات بارهای Super Dead در سقف‌های کامپوزیت:

در صورت وجود سقف کامپوزیت و استفادهٔ طراح از نرم‌افزار ایتبس برای طراحی تیرچه‌های سقف با تعریف بار Dead و Super Dead به‌صورت جداگانه، نرم‌افزار در گام اول ابتدا وزن تیر و دال بتنی و قالب را بر اساس بار Dead بر عضو فولادی تنها اعمال نموده و تنش در بال کششی را محاسبه می‌نماید و در گام دوم بارهای Super Dead شامل تمام بارهای مردهٔ اضافی مانند کف‌سازی و تیغه‌بندی به‌همراه بار زنده را به مقطع کامپوزیت اثر می‌دهد و تنش در بال کششی را محاسبه می‌نماید.

در صورتی‌که طراح بخواهد اثرات بار زنده در حین ساخت را در طراحی تیر فولادی تنها (قبل از عملکرد کامپوزیت) به بارهای Dead اضافه نماید، می‌تواند از یک الگوی بار جدید از جنس Construction استفاده نماید. این الگوی بار در ترکیب بار طراحی با ضریب ۱.۶ در روش LRFD (روش ضرایب بار و مقاومت) با ۱.۲Dead جمع می‌گردد. مقدار بار Construction نیز که باید به المان‌های سطحی سقف کامپوزیت اختصاص یابد، به قضاوت مهندسی بستگی دارد و می‌تواند درصدی از بار زندهٔ واقعی سقف (حداقل ۲۵٪) در نظر گرفته شود.

بارهای زنده شامل Live , Reducible Live در ایتبس

انواع بارهای زنده به شرح زیر می‌باشند.

مقدار بارهای زنده گسترده وارد بر کف ها:

حداقل بارهای زنده گسترده یکنواخت بر اساس جدول 6-5-1 مبحث ششم مقررات ملی ایران تعیین می‌گردد.

بار Live و Live-0.5 در Etabs

با توجه به بند ۶-۲-۳-۲ مبحث ششم مقررات ملی ساختمان می‌توان دو نوع الگوی بار زنده تعریف نمود. یک الگو برای بارهای زنده‌ای که بر اساس آیین‌نامه در ترکیبات بار حالات حدی دارای ضریب ۱ می‌باشند (مثلاً با نام Live از نوع Live) و یک الگوی بار زنده‌ای که در برخی ترکیبات بار طبق مبحث ششم می‌توانند با ضریب ۰.۵ وارد گردند (مثلاً با نام Live-0.5 از نوع Live). طبق بند ۶-۲-۳-۲، در صورتی‌که بار زنده کمتر از ۵ کیلونیوتن بر مترمربع باشد و بار زنده مربوط به محل پارکینگ‌ها و یا محل اجتماع عمومی نباشد، در ترکیب بارهای دارای بار ثقلی حداکثر + بارهای جانبی باد یا زلزله، می‌توان ضریب بار زنده را برابر با ۰.۵ وارد نمود.

بار زنده قابل کاهش (Reducible Live) در ایتبس

کاهش بار زنده بر اساس بند ۶-۵-۵-۱ مبحث ششم انجام می‌شود و در صورتی‌که شدت بار زنده کمتر از ۵ کیلونیوتن بر مترمربع و یا محل بار زنده مربوط به پارک خودروهای سواری و یا محل اجتماع و ازدحام نباشد، می‌توان بار زنده را کاهش داد. در این حالت می‌بایست الگوی بار تعریف‌شده در نرم‌افزار به‌جای بار زنده با نام Live از نوع Live، با نام دیگری (مثلاً L-RED و از نوع Reducible Live) تعریف کرد. دقت نمایید استفادهٔ هم‌زمان از ضریب ۰.۵ برای بارهای زندهٔ کاهش‌یافته بر اساس مبحث ششم مجاز نمی‌باشد، اگرچه بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ایران بلامانع است.

کاهش بار زنده و یا استفاده از بار زنده با ضریب 0.5؟

مقایسهٔ بند ۶-۵-۵-۱ و بند ۶-۲-۳-۲ نشان می‌دهد در صورتی‌که بار زنده کمتر از ۵ کیلونیوتن بر مترمربع باشد و بار زنده مربوط به محل پارکینگ‌ها و یا محل اجتماع عمومی نباشد، طراح دو راهکار خواهد داشت: یا بار زنده را به‌صورت یک الگوی بار زنده‌ای که در برخی ترکیبات بار طبق مبحث ششم می‌توانند با ضریب ۰.۵ وارد گردد (مثلاً با نام Live-0.5 از نوع Live) تعریف نماید، یا بار زنده را با نامی (مثلاً L-RED و از نوع Reducible Live) تعریف کند. عموماً استفاده از دیدگاه اول در طراحی برای بار زنده، یعنی تعریف بار زنده با نام Live-0.5 از نوع Live، تأثیر بیشتری در کاهش مقاطع اعضای سازه خواهد داشت و از نظر اقتصادی به‌صرفه‌تر خواهد بود.

نحوه اعمال کاهش بار زنده در ایتبس:

برای اعمال کاهش بار زنده، از نوار ابزار فوقانی به منوی Design بروید.

بر روی گزینه Live Load Reduction Factors کلیک نمایید تا پنجرهٔ مربوطه باز گردد.

در قسمت Live Load Reduction Method، گزینهٔ Tributary Area (Based on Design Code) را انتخاب نمایید و از منوی کشویی زیر آن، آیین‌نامهٔ ASCE7-10 را انتخاب نمایید.

بخش Use default minimum factors را تیک بزنید.

در زیر بخش Application to Column، برای اعمال کاهش بار زنده برای تمامی مؤلفه‌های نیروهای ستون‌ها، گزینهٔ Apply to All Forces/Components را تیک بزنید. با انجام مراحل فوق، کاهش بار زنده به تمامی بارهایی که در نرم‌افزار از نوع Reducible Live تعریف شده باشند، اعمال می‌گردد.

نکته مهم:

در صورتی‌که شدت بار گسترده دقیقاً برابر با ۵ کیلونیوتن بر مترمربع بوده و محل پارک خودرو و یا اجتماع عمومی نباشد، صرفاً می‌تواند به‌عنوان بار زنده قابل کاهش در نظر گرفته شود و نباید به‌عنوان بار زنده با ضریب ۰.۵ در نظر گرفته شود.

در صورتی‌که طراح به هر دلیلی نخواهد و یا نتواند از بار زنده با ضریب ۰.۵ و یا کاهش بار زنده استفاده نماید، می‌تواند کل بارهای زنده را با نام Live از نوع Live تعریف نماید.

بار زنده بام در ایتبس:

با زنده بام در نرم افزار ایتبس از نوع Roof Live تعریف می‌گردد و شدت آن بر اساس ردیف 1 از جدول 6-5-1 مبحث ششم به دست می‌آید.

بار تیغه بندی در ایتبس:

این بار بطور کامل در یک مقاله جداگانه بررسی شده است.

بار برف در Etabs:

بار برف در بخش تعریف الگوهای بار در نرم‌افزار Etabs می‌تواند با نام Snow از نوع Snow تعریف می‌گردد. نحوه تعریف بار برف بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ایران در فصل 7 آورده شده است. بر اساس این فصل بامهای موجود جهت محاسبه بار برف به 3 دسته بام برف ریز، نیمه برف گیر و برفگیر طبفه‌بندی می‌شوند. در محاسبه بار برف بام لازم است حالت‌های مختلف بارگذاری شامل بار برف متوازن و نامتوازن، برف بخشی، انباشتگی برف و برف لغزنده طبق ضوابط این فصل در نظر گرفته شود.

2-7-6 بار برف بام

بار برف بر روی بام، P_r، با توجه به بار برف مبنا، شیب و دمای بام، برف‌گیری و اهمیت سازه برای هر متر مربع تصویر افقی سطح آن، از رابطه 6-7-1 تعیین می‌شود:

که در آن:

P_s = بار برف مبنا طبق بخش 6-7-3

l_s = ضریب اهمیت بار برف طبق جدول 6-1-2

C_n = ضریب برف‌گیری طبق بخش 6-7-4

C_h = ضریب شرایط دمایی طبق بخش 6-7-5

C_s = ضریب شیب طبق بخش 6-7-6 می‌باشند.

3-7-6 بار برف مبنا

بار برف مبنا، P_s، باری است که بر اساس آمار موجود در منطقه، احتمال فراگذشت از آن در سال دو درصد باشد (دوره بازگشت 50 سال).

بار برف مبنا در مناطق مختلف کشور را باید با توجه به تقسیم‌بندی مشخص شده در جدول 6-7-1 و یا شکل 6-7-1، حداقل برابر با مقادیر زیر در نظر گرفت:

این بار را می‌توان با انجام مطالعات دقیق‌تر آماری برای منطقه مورد نظر نیز تعیین نمود، ولی مقدار آن نباید کمتر از 0.8 مقادیر فوق در نظر گرفته شود.

4-7-6 ضریب برف گیری

ضریب برف‌گیری، C_n، با توجه به اثر ناهمواری محیط و ساخت و ساز اطراف و میزان برف‌گیری بام ساختمان بر اساس جدول 6-7-2، در نظر گرفته می‌شود. برای مناطق 1 الى 3 بار برف، این ضریب برابر یک در نظر گرفته می‌شود.

جدول 6-7-2 ضریب برف‌گیری، C_n

در جدول 6-7-2، بام برف‌ریز بامی است که بالاتر از محیط اطراف می‌باشد و محافظتی از اطراف وجود ندارد. اگر واحدهای تأسیساتی بزرگ بر روی بام وجود داشته باشند یا ارتفاع دست انداز بام و سایر برجستگی‌ها از روی بام بیشتر از ارتفاع برف متوازن، h_b=P_r/γ، باشد، در این صورت آن بام نمی‌تواند در گروه بام برف‌ریز قرار گیرد. موانع اطراف ساختمان تا فاصله ده برابر h₀ می‌توانند برای برف بام آن ساختمان محافظت ایجاد کرده و در آن صورت بام را نمی‌توان در گروه بام برف‌ریز دانست. h₀، فاصله قائم از روی مرتفع‌ترین مانع تا روی بام می‌باشد. وزن مخصوص برف، γ، را می‌توان از رابطه 6-7-2 محاسبه کرد.

تعریف بام برف‌گیر، نیمه برف‌گیر و برف‌ریز

بام برف‌گیر بامی است که از تمام جوانب، پایین‌تر از موانع متصل به آن و یا موانع اطراف می‌باشد. بام‌های غیربرف‌گیر و غیربرف‌ریز، بام‌های نیمه‌برف‌گیر محسوب می‌شوند. نوع ناحیه که در جدول 6-7-2 برای تعیین ضریب برف‌گیری استفاده‌می‌شود، باید بیانگر شرایط پیش بینی شده‌در دوره عمر مفید ساختمان مورد نظر باشند. برای هر جهت باد، نوع ناحیه بر اساس مشخصات هریک از دو قطاع 45 درجه در دو طرف جهت مورد نظر باد تعیین و هر کدام که بیشترین اثر را دارد انتخاب می‌شود. دو ناحیه به صورت زیر تعریف می‌شوند:

ناحیه پرتراکم– مناطق با تراکم ساختمانی شهری یا در مجاورت جنگل‌های انبوه شامل ناهمواری و موانع متعدد و متراکم با ارتفاع 9 متر یا بیشتر

ناحیه باز– محدوده‌ای که در آن ساختمان‌ها، درختان با موانع دیگر به صورت پراکنده‌قرار گرفته‌و یا در مجاورت دریاچه، دریا، ساحل باز یا همراه‌با پوشش‌های گیاهی کم ارتفاع واقع شده‌است. ضمنا مناطقی که در آنها تراکم ساختمان‌ها یا موانع یا ارتافع آنها شرایط ناحیه پرتراکم را نداشته باشند، مشابه ناحیه باز تلقی می شوند.

5-7-6 ضریب شرایط دمایی

ضریب شرایط دمایی، C_h، از جدول 6-7-3، با توجه به شرایط مورد انتظار ساختمان در سال‌های عمر مفید تعیین می‌شود.

 جدول 6-7-3 ضریب شرایط دمایی، C_h

6-7-6 ضریب شیب

برای بام‌های مسطح، ضریب شیب، C_s، برابر واحد می‌باشد. برای بام‌های شیب‌دار ضریب شیب بر حسب زاویه شیب، α، به صورت زیر تعیین می‌شود:

زاویه α₀، طبق بند 6-7-6-1، با توجه به شرایط سطح شیب‌دار مشخص می‌شود.

1-6-7-6 اگر سطح بام لغزنده بوده و لغزش برف بر روی سطح شیب‌دار بدون مانع باشد و همچنین فضای کافی پایین‌تر از لبه بام برای ریزش برف موجود باشد، مقدار α₀ برای C_h=1 برابر پنج درجه، برای C_h=1/1 برابر ده درجه و برای مقادیر بیشتر C_h برابر پانزده درجه خواهد بود. بام‌های لغزنده شامل پوشش‌های فلزی، سنگبرگ، شیشه‌ای و پوشش لاستیکی، پلاستیکی و قیراندود با سطوح صاف و هموار می‌باشند. غشاهای دارای سطوح آجدار را نمی‌توان صاف در نظر گرفت . ورقه‌های پوشش آسفالتی و چوبی لغزنده محسوب نمی‌شوند.

در صورت عدم وجود شرایط لغزنده یا مانع دار بودن بام، مقدار α₀ برای C_h=1 برابر °30 و برای C_h های بیشتر برابر °45 می‌باشد.

در صورت نیاز به استفاده از سایر بندهای بار برف در مبحث ششم باید به موارد زیر مراجعه نمود.

سایر بندهای مبحث ششم برای محاسبات بار برف

سایر موارد در محاسبات بار برف که در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان به انها پرداخته‌شده است در این قسمت آورده‌شده‌است. در صورتیکه سازه مورد نظر نیاز به اعمال هریک از این موارد داشته باشد میبایست به توضیحات مربوطه در مبحث ششم در ذیل هر بند مراجعه شود. در این قسمت صرفاً عناوین مربوطه جهت اطلاع آورده‌شده‌است.

• 7-7-6 بارگذاری‌های متوازن و نامتوازن
• 1-7-7-6 بام‌های با شیب دو و یا چند طرفه
• 2-7-7-6 بام‌های قوسی
• 3-7-7-6 بام‌های دندانه دار، کنگره‌ای و تاوه چین دار
• 4-7-7-6 گنبدها
• 8-7-6 نامناسبترین وضع بارگذاری
• 9-7-6 انباشتگی برف در بام‌های پایین‌تر
• 1-9-7-6 بام پایین‌تر در ساختمان‌های با بام پله‌ای
• 2-9-7-6 بام پایین‌تر در ساختمان مجاور
• 10-7-6 انباشتگی برف در اطراف قسمت‌های بالا آمده‌و دست انداز بام
• 11-7-6 برف لغزنده
• 12-7-6 سربار باران بر برف
• 13-7-6 ناپایداری برکه‌ای و انباشتگی آب
• 14-7-6 بام‌های ساختمان‌های موجود

نکته کنترل خیز تیرهای طبقه بام تحت بار برف در ایتبس:

نرم افزار ایتبس در کنترل خیز تیرها در حالت سرویس از بارهای زنده و مرده استفاده می‌نماید در صورتیکه در مبحث ششم جهت کنترل خیز تیرها مطابق بند 6-2-5-1 در صورتیکه نصف بار برف بام بیش از بار زنده بام باشد، در کنترل خیز ترکیب بار شامل بار برف حاکم خواهد بود. در اینصورت می‌بایست پس از تعریف ترکیب بارهای کنترل مقاومت، یک الگوی بار مثلا با نام SnowDef از نوع Roof Live تعریف گردد و سپس ترکیبات کنترل خیز توسط طراح در نرم افزار طبق بند 6-2-5-1ساخته شود. در این حالت برای ترکیب بار کنترل خیز شامل بار برف به جای الگوی بار Snow باید از SnowDef استفاده شود تا ایتبس کنترل خیز را انجام دهد. این نکته برای کنترل خیز تیرچه های سقف کامپوزیت بام که نصف بار برف بیش از بار زنده بام می‌باشد بسیار مهم می‌باشد.

تعریف الگوهای بار در Etabs بطور گام به گام:

برای تعریف الگوهای بار در Etabs گام‌های زیر را دنبال کنید.

گام اول: استفاده از الگوهای بار (Load Patterns):

از نوار ابزار فوقانی به منوی Define بروید و بر روی Load Patterns کلیک نمایید تا پنجره Define Load Patterns باز شود.

گام دوم: تعریف الگوهای بار (Load Patterns):

در پنجره Define Load Patterns در زیر بخش Load نام دلخواه ولی معنا دار برای الگوی بار وارد نمایید. (مثلا Dead برای بار مرده و….) در قسمت Type از منوی کشویی نوع بار را تعیین نمایید.

در قسمت Self Weight صرفا برای بار نوع مرده عدد 1 را وارد نمایید و برای انواع دیگر بارها مقدار 0 را وارد نمایید. قسمت Auto Lateral Load مربوط به محاسبه خودکار بارهای جانبی است که در تعریف بارهای غیر جانبی کاربردی ندارد.

پس از تعریف هر الگوی بار بر روی Add New Load کلیک نمایید تا بار مربوطه به لیست اضافه شود و نهایتا در انتها بر روی OK کلیک نمایید تا پنجره بسته شود.

جمع بندی

در این مقاله، نحوهٔ تعریف الگوهای بار (Load Patterns) در نرم‌افزار ETABS به‌صورت گام‌به‌گام و همراه با بندهای آیین‌نامه‌ای و راهنمای تصویری آموزش داده شده است. تعریف درست و کامل الگوهای بار، پایهٔ تمامی تحلیل‌های سازه‌ای است و بر دقت نتایج طراحی تأثیر مستقیم دارد. این الگوها شامل بارهای مرده، زنده، باد، زلزله و حرارتی هستند که هر یک باید به‌درستی در مدل لحاظ شوند. در چارچوب مدلسازی اطلاعات ساخت (BIM)، بارگذاری دقیق سازه بخش مهمی از اطلاعات تحلیلی مدل است که به هماهنگی بین طراحی مفهومی، تحلیل و اجرای پروژه کمک می‌کند. یکپارچه‌سازی این اطلاعات با مدل BIM، موجب افزایش دقت، کاهش خطا و تصمیم‌گیری هوشمندانه در طول چرخه عمر پروژه می‌شود.