اثر همزمان مولفه‌های افقی زلزله در ETABS + راهنمای تصویری + نکات آیین‌نامه‌ای

در این مقاله به بررسی نحوه اعمال اثر همزمان مولفه‌های افقی زلزله در ETABS در تحلیل استاتیکی در ایتبس پرداخته‌می‌شود.

ضوابط همزمانی مولفه‌های افقی زلزله در ویرایش چهارم استاندارد 2800 قاعده 100 30

طبق بند 3-1-4 ساختمان باید در دو امتداد عمود بر هم در برابر نیروی زلزله محاسبه شود. بطور کلی می توان محاسبه در هریک از این دو امتداد را جز در موارد زیر بدون درنظر‌گرفتن نیروی زلزله در امتداد دیگر انجام داد.

الف- ساختمان‌های نامنظم در پلان

ب- کلیه ستون‌هایی که در محل تقاطع دو یا چند سیستم مقاوم باربر جانبی قرار دارند. اگر بار محوری ناشی از زلزله در ستون، در هر یک از دو امتداد مورد نظر کمتر از 20 درصد ظرفیت بار محوری ستون باشد، این ضابطه را می‌توان نادیده گرفت.

در موارد بالا، امتداد نیروی زلزله باید با زاویه مناسبی که حتی المقدور بیشترین اثر را ایجاد می‌کند، انتخاب شود. برای این منظور، می‌توان صد‌در‌صد نیروی زلزله در هر امتداد را با 30 در‌صد نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن ترکیب کرد.

منظور کردن برون مرکزی اتفاقی، موضوع بند (3-3-7)، در امتدادی که 30 درصد نیرو اعمال می‌شود، الزامی نیست.

مطابق بند 3-1-5 نیروی زلزله در هر یک از امتدادهای ساختمان باید در هر دو جهت آن امتداد یعنی به صورت رفت و برگشت درنظر‌گرفته‌شود.

ضوابط همزمانی مولفه‌های افقی زلزله در پیش‌نویس ویرایش پنجم استاندارد 2800:

بر اساس بند 3-6-2 ساختمان باید در دو امتداد عمود بر هم تحت اثر نیروهای زلزله ناشی از مولفه‌های افقی شتاب حرکت زمین محاسبه شود. این محاسبه می‌تواند در هریک از این دو امتداد به‌طور مجزا و بدون درنظر‌گرفتن نیروی زلزله در امتداد دیگر انجام شود. لیکن در موارد زیر لازم است امتداد اعمال نیروی زلزله با زاویه مناسبی که حتی المقدور بیشترین اثر را ایجاد می‌کند، انتخاب شود یا از جمع آثار 100 در‌صد نیروی زلزله هر امتداد با 30 در‌صد نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن استفاده گردد.

الف- سازه و شالوده ساختمان‌های دارای نامنظمی در پلان از نوع نامنظمی پیچشی زیاد، پیچشی شدید و سیستم های غیر موازی.

ب- تمامی ستون‌هایی که در محل تقاطع دو یا چند سیستم مقاوم باربر لرزه‌ای قرار دارند و نیز شالوده این اعضا. در این حالت، چنانچه بار محوری ناشی از نیروی زلزله نظیر با مولفه های افقی حرکت زمین در ستون، در هر دو امتداد متعامد ساختمان، کمتر از 20 در‌صد ظرفیت بارمحوری ستون باشد، رعایت این ضابطه برای آن ستون ضرورت ندارد.

پ- تمامی دیوارهای متشکل از قاب سبک فولادی سرد نورد و مهارهای تسمه‌ای فولادی، دیوارهای برشی بتن آرمه و بنایی که از تلاقی چند دیوار متقاطع تشکیل شده‌اند و نیز شالوده این اعضا.

چنانچه بار محوری ناشی از اثرات در کلیه قطعات این دیوارها، در هر دو امتداد متعامد ساختمان، کمتر از 20 در‌صد ظرفیت بارمحوری آنها باشد، رعایت این ضابطه برای آن دیوار ضرورت ندارد.

ت- سیستم ستون کنسولی و شالوده آن.

تبصره:

در حالتی که از جمع آثار 100 درصد نیروی زلزله یک امتداد با 30 درصد نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن استفاده می‌شود، منظور کردن برون مرکزی اتفاقی، موضوع بند 3-9-4-3 برای امتدادی که 30 درصد نیروی زلزله اعمال می‌شود، الزامی نیست.

بر اساس بند 3-6-3 در هر یک از امتدادهای متعامد ساختمان، نیروی افقی زلزله باید در هر دو جهت آن امتداد، یعنی به‌صورت رفت و برگشت درنظر‌گرفته شود.

مقایسه نیروی محوری ستون ناشی از زلزله با 20درصد ظرفیت محوری ستون در ایتبس:

در صورتیکه سازه دارای ستون‌هایی باشد که در محل تقاطع دو یا چند سیستم باربر جانبی قرارداشته باشند، برای بررسی نادیده گرفتن اثر همزمان مولفه های افقی ناشی از زلزله برای هر ستون سازه مطابق زیر عمل نمایید.

گام اول: تحلیل و طراحی:

پس از تحلیل و طراحی سازه، از منوی درختی سمت چپ به بخش زیر بروید.

Tables>>>Analysis<<<Results>>>Frame Results>>>Column Forces

گام دوم: استخراج نتایج به اکسل:

در فایل اکسل، ردیف دوم را انتخاب کرده و از منوی Data، بر روی Filter کلیک نمایید. سپس در سلول Load Case/Combo بر روی علامت فیلتر کلیک نموده و لیست مربوطه گزینه های EX و EY را انتخاب نمایید. (الگوهای بار لرزه‌ای EX و EY بدون خروج از مرکزیت تصادفی هستند). برای آشنایی با تعریف الگوهای بار لرزه ای به مقاله”آموزش تعریف الگوی بار لرزه ای استاتیکی در ETABS + راهنمای تصویری+ بندهای استاندارد 2800” مراجعه نمایید. اعداد نشان داده‌شده در زیر ستون P، مقدار نیروی محوری ستون‌ها ناشی از زلزله‌های افقی می‌باشند.

گام سوم: مشاهده ظرفیت محوری ستون‌ها:

برای این کار، در پنجره‌ای که نتایج طراحی را در ایتبس نشان می دهد بر روی هر یک از ستون‌های سازه کلیک راست نموده و مطابق شکل زیر ظرفیت آن را مشاهده و در فایل اکسل بر اساس نامگذاری ستون در ایتبس وارد نمایید.

به عنوان مثال در شکل زیر ستون با نام C9 مورد بررسی قرار گرفته‌است. در پنجره Interaction Surface، در زیر ستون P، ردیف 1 مربوط به ظرفیت فشار محوری ستون و ردیف 11 مربوط به ظرفیت کشش محوری ستون می باشد.

حداقل این دو مقدار می‌تواند به عنوان ظرفیت محوری ستون درنظر‌گرفته شود. لکن برخی طراحان برای ستون‌های بتنی صرفاً ظرفیت محوری را بر اساس ظرفیت فشاری ستون لحاظ می‌نمایند.

پس از تعیین ظرفیت محوری ستون، نیروی محوری ستون سازه‌ای مربوطه در فایل اکسل (مثلاً C9 در اینجا) اگر از 20درصد ظرفیت محوری ستون کمتر باشد نیازی به اعمال اثر همزمانی مولفه های افقی ناشی از زلزله برای این ستون نخواهد بود. مطابق شکل زیر برای ستون C9، ظرفیت فشار محوری 3363 کیلونیوتن و ظرفیت کشش محوری 1099 کیلونیوتن می باشد. اگر ظرفیت محوری ستون 1099 کیلونیوتن درنظر‌گرفته شود، 20% آن برابر با 219 کیلونیوتن خواهد بود. در صورتیکه حداکثر نیروی ناشی از زلزله EX و EY در فایل اکسل، برابر با 3.52 کیلونیوتن خواهد‌بود.

حالات بار شامل اثر همزمان مولفه‌های افقی زلزله در ایتبس:

برای اعمال ااثر همزمان مولفه‌های افقی زلزله در ETABS (اثر 100-30) در ایتبس مطابق شکل زیر اقدام نمایید و حالات بار زیر را تعریف نمایید. در شکل نحوه تعریف حالت اول (EXALL+0.3EY) نشان داده شده است.

EXALL+0.3EY

EXALL-0.3EY

EYALL+0.3EX

EYALL-0.3EX

مطابق شکل، در منوی Define وارد Load Cases شده و در پنجره باز شده بر روی Add New Case کلیک نماییدتا پنجره Load Case Data باز شود. بر روی دکمه Add کلیک نمایید. در قسمت Load Name، الگوی بار EXALL و در قسمت Scale Factor عدد 1 را انتخاب نمایید. مجددا بر روی دکمه Add کلیک نمایید و اینبار در قسمت Load Name، الگوی بار EY و در قسمت Scale Factor عدد 0.3 را انتخاب نمایید. بر روی OK کلیک کنید تا پنجره بسته شود. 3 حالت دیگر را نیز بطور مشابه تعریف نمایید.

تذکر مهم:

در تعریف حالات بار اثر همزمان مولفه‌های افقی زلزله در ETABS نیاز به تعریف حالات بار زیر نیست و علامت منفی برای آنها در ترکیبات بار تعریف می‌شوند.

EXALL+0.3EY-

EXALL-0.3EY-

EYALL+0.3EX-

EYALL-0.3EX-

جمع بندی:

زلزله یک پدیده سه‌بعدی است و نیروهای لرزه‌ای به طور هم‌زمان در جهات X و Y و Z در سازه ایجاد می‌شوند. نادیده گرفتن همزمانی این مولفه‌ها، منجر به تحلیلی غیرواقعی و تخمین اشتباه در پاسخ سازه می‌شود. ترکیب همزمان این مولفه‌ها می‌تواند باعث ایجاد برش‌ها و لنگرهای پیچشی قابل توجهی در اعضای گوشه و در دیافراگم‌های کف شود که اگر فقط یک مولفه به تنهایی لحاظ شود، ممکن است نادیده گرفته شوند. لذا برای تحلیل صحیح بر اساس استاندارد 2800 برای درنظر‌گیری اثرات همزمان مولفه‌های افقی زلزله توصیه می‌کنیم از این مقاله استفاده کنید.

یکی از نکات مهم در طراحی سازه در ایتبس رعایت قاعده 100-30 است. در صورت رعایت این نکته مهم و سایر نکات مربوط به طراحی سازه می‌توانیم خروجی‌های قابل اطمینانی جهت شروع فرایند مدلسازی اطلاعات ساخت در اختیار مدلسازان این بخش قرار دهیم. در نتیجه می‌توانیم در این فرآیند برآورد احجام دقیق‌تری استخراج نموده و نسبت به برآورد دقیق هزینه‌های اجرای ساختمان تخمین دقیق‌تری ارائه کنیم.