نکاتی از مراحل تحلیل و طراحی سازه ها به همراه ملاحضات معماری

- برای جلوگیری از ایجاد لنگر پیچشی، اتصال تیر به تیر از نوع مفصلی تعریف میگردد.در این حالت برای جلوگیری از ناپایداری پیچشی میبایست پیچش در یکی از دو طرف آزاد گردد.ضمن اینکه به علت مفصلی بودن، لنگر انتهایی نیز میبایست صفر گردد. تیر های کنسول و تیرهای فرعی که از یک یا دو طرف مفصلی تعریف میگردند میبایست از نوع شکل پذیری معمولی برای آنها تعریف گردد.

اتصالات تیر های کنسول به ستون ها گیردار میباشد.در صورت مفصلی بودن این تیرها حالت ناپایداری موضعی در سازه ایجاد میشود که میبایست برای تیرهای کنسول علامت No Releases فعال گردد.

بار زنده کف بالکن ها طبق بند 6-3-2-5 باید حداقل 300 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شود و طبق بند 6-3-5-1 برای درنظر گرفتن اثر بارهای ضربه ای ، بار زنده درکف بالکن ها میبایست در ضریب 1.33 ضرب گردد.

معمولا در کنسول ها برای تحمل نیروی قائم و جلوگیری از ناپایداری کنسول تحت بارهای قائم از دستک های کششی استفاده میشود که طراحی آنها همانند بادبند های قطری میباشد. و توصیه میشود در تراز انتهایی برای نگهداری بهتر ، این دستک های بادیندی بصورت ضربدری اجرا گردد.اتصال این دستک ها میبایست به نقاط انتهای صورت گیرد واز اتصال این دستک ها به نقاط مابین ابتدا و انتهای ستون خودداری شود.


 

 

اعمال نیروی قائم زلزله:

طبق بند 13-3-12-2 آیین نامه 2800 نیروی قائم وارد بر بالکن ها و پیش آمدگیها میبایست از رابطه 2*0.7AIWp بدست آید و این بار میبایست در هر دو جهت روبه بالا و رو به پایین بدون منظور نمودن اثر کاهنده بارهای ثقلی در نظر گرفته شود.یعنی وقتی بار ثقلی در ترکیب بار داریم دراینصورت ترکیب بار ( بار ثقلی +سمت بالای نیروی قائم -EQz) در هیچ حالتی بدلیل کاهنده بودن نمیبایست با هم آورده شود. لازم به ذکر است مولفه بار قائم تاثیر چندانی در نتایج تحلیل و طراحی نخواهد گذاشت.

ملاحضات معماری در طراحی سازه ها :

نقشه های معماری تهیه شده در فاز 1 بر اساس ابعاد ستون 20*20 و نیز ضخامت سقف 30 سانت فرض میشود لذا پس از طراحی سازه ارتفاع طبقات وطول دهانه ها مقداری تغییر خواهند کرد بصورتیکه فضای خالص بین طبقات مطابق نقشه های معماری ثابت بمانند.

در طبقات مسکونی اختلاف ارتفاع تیر ها و سقف ها را میتوان با پوکه پر نمود یا اینکه از سقف کاذب از جنس رابیتس با وزن مخصوص تقریبی بین 40 تا 50 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع استفاده نمود.در پارکینگ میتوان این اضافه ارتفاع را به شکل آویز و در طبقات مسکونی در بالای سقف به شکل گرده ماهی اجرا نمود.

شیب رمپ پارکینگ معمولا 15% میباشد و چنانچه رمپ در زیرزمین واقع شود، با خاکریزی اجرا شده و نیازی به طراحی سقف برای رامپ نیست.

سربار معادل بار پارتیشن:

طبق بند 6-2-2-2 مبحث 6 چنانچه وزن واحد سطح تیغه های پارتیشن از 275 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع کمتر باشد میبایست این وزن در سطح چشمه ای که تیغه در آن میباشد ضرب گردد و بصورت سطحی این بار بر همان سقف وارد آید. همچنین طبق مبحث 6 چنانچه این وزن از 195 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع میبایست اثر موضعی دیوار ها در طراحی تیرچه ها منظور گردد.

 

 

بار زنده کاهش یافته:

کاهش بار زنده برای راه پله،بام و پارکینگ و سایر نقاط پر ازدهام اعمال نمی گردد.برای تیرها نیز چنانچه بار زنده کف از 400 کیلوگرم بر متر مربع بیشتر باشد از کاهش بار زنده پرهیز میشود.

برای کاهش بار زنده تیرها و ستون ها در منوی

Option>Preferences>Live Load Reduction گزینه User Defined Curves با تعریف حداقل دو منحنی با نسبت DL/LL برابر 0.001 و 1000 طبق رابطه 6-3-1 مبحث 6 مختص تیرها تعریف گردد و سپس برای ستون ها با کنترل اعداد بند 6-3-8-3 نتایج کنترل گردد. اما توصیه میشود از کاهش بار زنده برای تیرها به جهت کم بودن مقادیر صرفنظر شود و برای ستون ها از عبارت Usr Defined By Stories استفاده شود و مقادیر کاهش بار طبق درصدهای ارائه شده در بند 6-3-8-3 اعمال گردد.

- درصورت استفاده از تیرچه جفت به جای تیرچه تک وزن واحد سطح کف بطور تقریبی حدود 70 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع افزایش خواهد یافت.

-وزن اسکلت بتنی بسیار بزرگتر از اسکلت فولادی سازه هم طبقه آن خواهد بود لذا توجه شود عملا امکان آپلیفت و بلند شدگی برای سازه بتنی کمتر بوقوع میپیوندد و برای سازه بتنی ضریب اطمینان برای لنگر واژگونی بیشتراست.

نکاتی از تحلیل و طراحی دیوار برشی

برای معرفی مصالح دیوار برشی میبایست دقت شود که یک مصالح جدید با میلگردهای فولادی طولی و عرضی AIIتعریف شود. دیوار برشی متشکل از مجموعه ای از پوسته دیوار و ستون Pier به عنوان المان لبه ای میباشد که این ستون ها عملا رفتار ستونی نداشته و در واقع به عنوان بخشی از دیوار عمل میکنند.

مطابق آیین نامه اگر تنش فشاری دیوار تحت اثر بارهای نهایی بیشتر از 0.2 fc شود باید المان لبه ای تامین شود.جزء لبه ای ناحیه ای است که باید در آن خاموت گذاری ویژه انجام شود.این ناحیه می تواند در دیوار های با ضخامت ثابت نیز وجود داشته باشد و نیاز به بزرگ کردن لبه های دیوار به شکل ستون نباشد.المان های ستون مانند کناری برای جایگذاری راحت تر میلگردها و تقویت دیوار بکار میروند. در المان لبه ای باید ضوابط ویژه خاموت گذاری را همانند ستون ها رعایت نمود.

مطابق آیین نامه نباید ضخامت دیوار از 15 سانت و عرض المان مرزی از 30 سانت کمتر باشد.

برای اینکه Etabs این ستون ها و المان های پوسته ای را بصورت مجموعه ای واحد در نظر بگیرد میبایست به هر دویک نام اختصاص داده شود:

نامگذاری ستون های کناری Assign>Frame>Pier Label…

نامگذاری پوسته Assign>Shell Area>Pier Label…

-معمولا میلگردهای خمشی و محوری دیوار در این المان های مرزی متمرکز شده و در طول دیوار از میلگرد حداقل استفاده خواهد شد.عملکرد اصلی جان دیوار(پوسته)تحمل برش است.

- مقطع دیوار برشی معمولا از نوع صرفا غشاییMembrane(با رفتار درون صفحه ی)معرفی میشود.(توضیحات تخصصی در بحث تفاوت Shell , Membrane آورده شده است)دیوار برشی تنها بارهای درون صفحه خود را تحمل نموده و لنگر خارج از صفحه را تحمل نمی نماید. به عبارت دیگر دیوار در راستای طول خود عملکرد دارد و در راستای ضخامت عملکردی ندارد. با فرض این رفتار،هیچ لنگری در امتداد خارج از صفحه ای دیوار ایجاد نمی شود، مشابه اینکه در راستای طولی دیوار مفصل شده باشد.

- در تعریف المان دیوار برشی در ناحیه membrane و Bending دو ضخامت نشاندهنده مشخصات غشایی(کششی و فشاری) و مشخصات خمشی میباشد که هردو از روی یک ضخامت بدست می آیند.برای ورق های موجدار یا صفحات تقویت شده ممکن است ایندو ضخامت متفاوت باشند.

-درصورت عدم تقسیم بندی دیوار برشی،ارتباط دیوار با پی تنها در دو نقطه انتهایی برقرار می شود که منجر به انتقال کوپل نیروی بزرگ به پی میشود که منجر به خطا میشود.برای ارتباط گسترده دیوار با پی و بالا بردن دقت محاسبات باید دیوار ها در راستای طولی آنها تقسیم بندی شوند.برای این منظور از منوی Edit>Mesh Areas تعداد تقسیم بندی را به نحوی در راستای طولی و عرضی انجام دهید تا طول تقسیمات طولی انجام شده حداکثر 0.5 متر شود.هرچه شبکه بندی ریز تر باشد دقت محاسبات بالاتر خواهد رفت.برای دیوار های برشی که مقطع آنها ازنوع غشایی Membrane باشد تقسیم بندی در راستای طولی کافیست اما برای دیوار های برشی با مقطع پوسته ایShell باید تقسیم بندی در راستای قائم نیز صورت گیرد.

- چون Etabs در صورت عدم وجود تیر توزیع بار را به درستی انجام نمیدهد ،ضروریست تیرهای درون دیوار برشی برای انتقال بار سقف به دیوار برشی مدل شوند (البته در اجرا چنین تیری اجرا نمی گردد و صرفا در مدل آورده میشود

اندازه این تیرها برای سادگی مشابه تیرهای هم امتداد آنها فرض میگردد.دقت شود با توجه به شبکه بندی دیوار برشی در راستای طولی و تقسیم شدن تیر در این موقعیت ها عملا تیر در دیوار مدفون شده و سختی قابل توجه ای ایجاد نمیکند.

تیر های مدفون شده و نیز ستون های المان مرزی دیوار برشی جزء دیوار هستند و طراحی آنها بر مبنای ضوابط ستون های بتنی لازم نیست.بنابراین در طراحی اسکلت بتنی به میزان آرماتورها ونسبت تنش آنها توجهی نکنید.

در محاسبات با منوی Assign>Frame >Frame Property Modifiers ضریب Mass . Weight را برای این تیر های 0 و ضریب کاهش لنگر لختی حول محور 3 را 0.35 وارد کنید.

ضرایب ترک خوردگی در دیوار برشی:

همانطور که در 2800 و مبحث 9 آمده ترک خوردگی لنگر لختی برای دیوار ترک خورده همانند تیر ها 0.35 . برای دیوار ترک نخورده همانند ستون ها 0.7 منظور میگردد.معیار ترک خوردگی دیوار رسیدن به تنش کششی 0.2 fc میباشد.

بطور خلاصه هر اندازه رفتار دیوار به تیر نزدیک باشد(که این اندازه برای دیوار های با ارتفاع زیاد که رفتاری خمشی دارند اتفاق می افتد)ترک خوردگی دیوار حتمی بوده و هماند تیر ها باید0.35 برای آن منظور شود اما چنانچه دیوار ها همالنند ستون ها دارای رفتار غالبا فشاری باشد(دیوارهای کم ارتفاع همانند دیوار حائل)ضریب ترک خوردگی لنگر لختی آن 0.7 منظور میگردد.

ترک خوردگی دیوار باید به ستون های اطراف آن و المان های پوسته ای اعمال شود زیرا لنگر لختی دیوار حاصل جمع لنگر لختی ستون های انتهایی و المان های پوسته ای است.از آنجا که سختی دیوار در راستای طولی f22 میباشد و این سختی در راستای دیوار تامین کننده سختی خمشی آن(مساحت و لنگر لختی دیوار) است بنابراین در دیوار ها ضریب ترک خوردگی باید به سختی غشایی f22 و در ستون های کناری به مساحت(Cross Section Area) و لنگر لختی Moment of interia 2 , 3 axis اعمال نمود.

لازم به ذکر است علت اعمال ضریب ترک خوردگی حول محور 3 این است که در راستای3 ستون ، قاب خمشی وجود دارد و همانند قاب خمشی میبایست ضریب ترک خوردگی آن همواره حول محور 3 =0.7 منظور گردد.

بنابراین بصورت خلاصه میبایست تنظیمات زیر برای ستون و پوسته دیوار برشی منظور گردد:

اعمال ضرایب ترک خوردگی ستون کناری Assign>Frame>Frame Property…

اعمال ضرایب ترک خوردگی پوسته Assign>Shell Area>Shell Stiffness Modifiers…

-در جهتی که قاب خمشی همراه با دیوار برشی قرار گرفته به دلیل سختی قابل توجه دیوار برشی تمامی بار زلزله در آن جهت به دیوار برشی وارد می آید و این مطلب را از خروجی آرماتور برشی برای دیوار ها پس از طراحی میتوان ملاحظه نمود که برای ستون در سمت قاب دارای دیوار برشی عدد صفر منظور میگردد.

سه روش برای طراحی دیوار برشی وجود دارد:

1-روشSimplified T , C روش تبدیل لنگر و نیروی محوری دیوار به دو ستون که به روش المان مرزی معروف است و بصورت دستی نیز قابل انجام است.در این روش میبایست حداکثر درصد فولادی کششی و فشاری المان های مرزی برای طراحی اجزای لبه ای برابر 0.03 همانند ستون های معمولی تعریف گردند.این روش با توجه به عدم در نظر گرفتن میانه دیوار برای تحمل لنگر وارده در طبقات در جهت اطمینان است.(جان تنها برش را تحمل مینماید)

2- روش Uniform Reinforcing که روش میلگرد گذاری سکنواخت است و دورتادو دیوار از یک میلگرد یکنواخت استفاده میشود و بیشتر برای دیوارهای مستطیلی که در دو لبه خود دارای ستون نیستند مناسب است.

3- General Reinforcing که در این روش با استفاده از Section Designer مقطع دیوار ساخته شده و به دیوار ها اختصاص داده میشود و سس طراحی یا کنترل برای هر نوع دیواری انجام میپذیرد.

حداکثر و حداقل درصد میلگرد قائم دیوار مطابق آیین نامه آبا به ترتیب 0.04 (با رعایت محل وصله=0.02 ) و 0.0025 میباشد.

کنترل المان مرزی:

طبق آیین نامه میتوان اجزای لبه ای را در محل هایی که تنش فشاری دیوار کمتر از 0.15 fc می شودقطع کرد.چنانچه این ضابطه رعایت نگردد میتوان ضخامت پوسته دیوار را افزایش داد.

برای مدل کردن اثر دیوار برشی در پی میتوانید از تیر عمیق که عمق آن برابر ارتفاع دیوار و عرض آن هم ضخامت دیوار است استفاده کنید.لازم به ذکر است درصورت شبکه بندی دیوار برشی در Etabs با انتقال نتایج به Safe برنامه یکسری تیر عمیق به ارتفاع دیوار و عرض آن در محل دیوار برشی ایجاد و نیروهای دیوار را در محل گره های محل شبکه بندی دیوار منتقل میکند

تنظیمات طراحی سازه های فولادی در Etabs

طبق آیین نامه ملی مبحث 10 طراحی سازه فولادی به روش تنش مجازASD همانند آیین نامه های AISC-ASD , UBC انجام میگیرد.

کنترل فشردگی مقاطع:

چنانچه از AISC برای طراحی سازه فلزی اسفاده شود میبایست مقدار تنش مجازFb برای تیرها فشرده درنظر گرفته شود و از 0.6Fy به مقدار 0.66 Fy تغییر یابد.

برای ستون ها به دلیل استفاده از جوش در مقاطع جفت و عدم پیوستگی کامل طبق بند 10-1-5-4 مقطع فشرده نخواهد بود.با افزایش فاصله پروفایل های سازنده ستون ها میتوان قدرت مقطع جفت را در دو جهت مساوی کرد.

برای بادبندها هم نیازی به فشرده بودن مقاطع نیست که برای این منظور، استفاده از قابلیت Auto Select در Etabs برای طراحی بادبند ها لازم نیست و این اجزاء در سازه با معرفی و تغییر مقطع کنترل میگردند.

افزایش تنش مجاز در آیین نامه ها:

در صورت استفاده از آیین نامه UBC برای طراحی سازه فلزی بجهت احتمال کم وقوع بار زلزله در حالت وجود بار زنده یا باد میتوان تنش مجاز را 33% افزایش داد یا باید ضرایب 0.75 در ترکیبات بار شامل بار زلزله اعمال شود. با تعریف UBC ،برنامه تنش مجاز را افزایش نمی دهد و مطابق توضیحات ذکر شده میبایست در ترکیب بارهایی که شامل نیروی زلزله میباشند همگی در 0.75 ضرب گردند.

چنانچه در ETABS از آیین نامه AISC استفاده شود. طبق تعریف در پیشفرض تنظیمات آیین نامه، هنگامی که به ترکیب بار دارای زلزله میرسد، افزایش تنش مجاز لحاظ میشود و لازم نیست که این ضریب در ترکیبات بار وارد شود. برنامه ضریب کاهش 0.75 بار را به صورت افزایش 1.33 تنش مجاز لحاظ خواهد کرد.البته توجه داشته باشید چنانچه بخواهید با نیرویی که از ETABS در این حالت برداشت میکنید طراحی را کنترل کنید ،باید تنش مجاز را در 1.33 ضرب کرد.

کنترل ترکیبات بار پیوست 2-2800 :

در طراحی ستون ها میبایست ترکیبات بار ویژه پیوست 2 آیین نامه 2800 نیز جداگانه بررسی شود.برای این منظور چنانچه از UBC برای طراحی سازه استفاده شود همانطور که در ادامه گفته خواهدشدامکان منظور نمودن این کنترل در خود Etabs وجود خواهد داشت، اما بدلیل اینکه مراجعی از قبیل نظام مهندسی ساختمان استان تهران استفاده از UBC را در طراحی سازه ها مجاز نمی داند و از لحاظ شباهت آیین نامه ای AISC نزدیک تر به آیین نامه ملی ما دیده شده است لذا میبایست پس از آنالیز و طراحی سازه با AISC خروجی مربوط به نیروی محوری ناشی از بار مرده ،زنده و زلزله درستون ها برداشت شود و با توجه به این نکته که در AISC تنش مجاز آیین نامه ای در 1.33 بطور پیش فرض ضرب گردیده لذا با ضرب مجموع نیروی محوری در ضریب 1.33 این افزایش تنش مجاز خنثی شود و ضوابط مربوطه برای کنترل کشش و فشار برای ستون ها درنظر گرفته شود..نتایج مربوط به کنترل ستون ها طبق پیوست 2 -2800 برای ستون های کناری مهاربندها بحرانی ترخواهد بود.

تنظیمات لرزه ای ویژه پیوست2-2800 در Etabs :

آیین نامه UBC مشابه آیین نامه AISC میباشد و تنها ترکیبات بار و ضوابط لرزه ای آن متفاوت است.ضوابط لرزه ای آیین نامه در پیوست دوم 2800 ایران مشابه ضوابط لرزه ای آیین نامه UBC میباشد.البته در ترکیبات بار اندکی در ضرایب تفاوت وجود دارد که در UBC در جهت اطمینان است.برای درنظر گرفتن ضوابط لرزه ای پیوست2 آیین نامه 2800 برای کنترل ستون ها میبایست از منوی Define>Seismic Data>include Seismic Data فعال گردد که در این منو چون گزینه های مرتبط همگی مربوط به آیین نامه UBC میباشد وجز ضریب امگا از بقیه در 2800 حرفی به میان نیامده بنابراین با مقادیر Rh=1 , DL factor=0 آنها را خنثی مینماییم و مطابق مبحث10 برای ضریب امگا مقدار 0.4 برابر ضریب رفتارسازه در همان جهت را منظور مینماییم.

پس از طراحی سازه با UBCچنانچه ترکیب بار ویژه حاکم شود در قسمت Detail جزئیات طراحی هر ستون عبارت Special Combo درج میگردد که معمولا برای ستون ها کنار بادبند ها این ترکیب بار بحرانی خواهد بود.

در سازه فلزی جهت طراحی نیازی به لحاظ اثر پی دلتا نیست اما در سازه های فاقد مهار جانبی برای کنترل جابجایی نسبی طبقات استفاده از پی دلتا توصیه میشود.

تنظیمات ترکیب دو سیستم سازه ای در Etabs :

برای تنظیم آیین نامه و پارامترهای آن با اجرای دستور Option>Preferences>Steel Design پس از اتتخاب آیین نامه طراحی از کشوی Frame Type به جهت محدودیت برنامه برای سازه هایی که در دو طرف دارای دو سیستم متفاوت هستند به اشکالاتی بر میخوریم که برای دو حالت مهم و متداول در سازه ها نحوه برطرف نمودن مشکل مربوطه بیان شده است:

اگر در یک سمت قاب مهاربندی همگرا و در جهت عمود قاب مهاربندی واگرا داشته باشیم:

ابتا کلیه تیر،ستون و بادبند های سازه از نوع Braced Frame تعریف کنیدو هنگام طراحی تیر ها ، ستون ها و بادبند های واگرا از منویDesign>SFD>View Overwrites از نوع EBF درنظر گرفته شوند.لازم است ستون هایی که از یک طرف به بادبند واگرا و از طرف دیگر به بادبند همگرا وصل میشوند دو بار طراحی شوند.یکبار به صورت Braced Frame و بار دیگر EBF.

 

اگر در یک سمت قاب خمشی(با هر نوع شکل پذیری) و در سمت دیگر سیستم مهاربندی دشته باشیم:

در این حالت میبایست جهت طراحی دقیق از همان ابتدا دو فایل ایجاد نمود. یکی از نوع قاب خمشی و دیگری از نوع قاب مهاربندی تعریف گردد.برای هریک از این دو فایل تیر ها و ستون ها همگی در جهت اطمینان برای هر دو سمت از نوع قاب خمشی تعریف گردد(چراکه سیستم مهاربندی برای تیرها و ستون ها دارای الزامات خاصی در آیین نامه نیست).برای بادبندها از منویDesign>SFD>View Overwrites نوع آنها انتخاب شود ودر تنظیمات ویژه پیوست 2-2800 برای هر کدام از دو فایل ضریب رفتار سیستم مرتبط در نظر گرفته شود. با مقایسه نتایج دو فایل در نهایت تیر ستون و بادبند ها برای بهینه نمودن جواب کنترل میگردد.

تنظیم پارامتر های طراحی:

- با انتخاب تیر ها و اجرای دستور Design>SFD>View Overwrites گزینهUnbraced Length Ratio(minor.LTB) بدلیل اینکه تیر های سقف توسط تیرچه ها و دال بتنی مهار میشوند و امکان کمانش جانبی پیچشی ندارند ، برابر مقداری کوچک ) معمولا 0.05 یا 0.01 (درنظر گرفته شود.درواقع این ضریب به منزله فاصله بین تکیه گاه های جانبی بال فشاری تیر است. چنانچه از AISC برای طراحی سازه فلزی اسفاده شود میبایست تیرها فشرده درنظر گرفته شود و مقدار تنش مجازFb تیرها از 0.6Fy به مقدار 0.66 Fy تغییر داده شود.

- با انتخاب ستون ها ضریب Cm ستون ها در جهت قاب خمشی طبق بند 10-1-6-1 مبحث 10 Moment Coefficient(Cm Major) برابر 0.85 و در جهتی که ستون به بادبند در ارتباط است ضریب طول موثر ستون حول همان محور Efficient Length Factior (K) برابر 1 منظور گردد.(این ضریب برای ستون هایی که در قاب مهاربندی نیستند توسط برنامه محاسبه میگردد)

- با انتخاب بادبند ها برای بادبند های همگرا x برای کمانش درون صفحه که در Etabs بطور پیشفرض محوری که درون صفحه است محور اصلی تعریف میشود مقدار Unbraced Length Ratio(Major)=0.5 و برای کمنش خارج از صفحه این مقدار Unbraced Length Ratio(Minor)=0.67 تعریف میگردد.(این مقدار برای بادبند های واگرا پیش فرض 1 تعریف میشود .

- در Etabs تیر های I شکل یا ناودانی که دو انتهای آنها مفصلی باشد چنانچه درون سقف با مقطع Deck قرار گیرند بطور پیش فرض مرکب طراحی میشوند که در طراحی سازه یا سقف مرکب میبایست ابتدا این تیر ها را از حالت پیش فرض خارج کرده و پردازنده طراحی فولادی را برای آنها انتخاب کنیم. برای این منظور پس از انتخاب کلیه تیر های اصلی سازه دستور Design>Overwrite Frame Design Procedure را اجرا کرده و در جبه ظاهر شده گزینه Steel Frame Design را انتخاب کنید تا نرم افزار تمام تیر ها را بصورت اعضای فولادی طراحی کند .

- طراحی اتصالات مفصلی و خمشی سازه فلزی برای برش و خمشی موجود میبایست ضوابط درج شده در مبحث 10-3 برای قاب خمشی معمولی ،متوسط و ویژه را شامل شود. جهت طراحی اتصالات برشی (مفصلی)تیر ها به ستون ها میتوان نیروی برشی اتصالات ر از خروجی مربوط P-M Colors/Beam Shear Force گرفته شود.برای قاب خمشی متوسط طبق بند 10-3-8-4 میبایست اتصال براساس ظرفیت خمشی پلاستیک M=Zfy طراحی گرددکه نتایج Etabs هم بر اساس همین لنگر پلاستیک است و میتوان از نتایج Etabs استفاده نمود

اتصالات وصله بادبند ها میبایست طبق بند 10-3-10-3 طراحی گردد. که میتوان در جهت اطمینان از خروجی Etabs در طراحی سازه با UBC استفاده نمود. برای طراحی اتصالات بادبند، نیروی محوری بادبند را میتوان از P-M Colors Brace Axial Force دریافت نمود.

نکاتی از طرحی فونداسیون

برای انتقال عکس العمل ها ازEtabs به Safe میبایست با تعریف حالت بار Envelope و جمع تمام ترکیبات بار موجود با ضریب 1، پس ازانجام عملیات طراحی سازه با اعمال گزینه Export Floor Loads and loads from above نتایج که شامل عکس العمل قائم و لنگرهای دو طرف (در صورت گیردار بودن تکیه گاه ها)به Safe منتقل نمود.لازم به ذکر است نتایج عکس العمل افقی برش در تکیه گاه به Safe انتقال نمیابد و میبایست با تمهیداتی این بار برای کنترل دستی فشارتماسی شالوده و خاک محاسبه گردد .مراحل تحلیل و طراحی پی شامل سه مرحله زیر میشود:

1- کنترل تنش زیر خاک:

فونداسیون با بارهایی که از Etabs به آن منتقل میشود برای تنش زیر خاک تحت ترکیبات بار بهره برداری میبایست کنترل گردد یعنی : Dead+Live

0.75(D+L+-Ex) , 0.75(D+L+-Ey)

چنانچه فونداسیون برای تحمل تنش زیر خاک جوابگو نبود میتوان با افزایش ضخامت پی و عرض نوار و یا در پی های گسترده با بکاربردن شمع های فشاری در محل ستون ها مشکل را برطرف نمود.

لازم به ذکر است در Safe میتوان اثر شمع فشاری کم عمق را با افزودن فنرو تعریف سختی برای آن در محل ستون ها، مدل نمود. (البته طراحی و کنترل برش پانچ برای این شمع ها باید بصورت دستی انجام گیرد)

2- طراحی پی :

در این حالت ترکیبات بار پی بر طبق یکی از آیین نامه های ACI یا CSA وارد میشود. مقدار آرماتور سراسری در پی های نواری طبق بند 9-17-8-1 مبحث 9 برای میلگردهای آجدار S300 برابر 0.002 , برای میلگردهای S400 برابر 0.0018سطح مقطع پی وطبق بند 9-17-5 نسبت آرماتورهای کششی در بالا و پایین مقطع برابر 0.0025 سطح مقطع درنظر گرفته شود.

3-کنترل برش یکطرفه و دو طرفه(پانچ) :

برای کنترل برش یکطرفه در قسمت خروجی نتایج آنالیز :Safe File>Print Outputمیبایست مقادیرIntegrated strip Moments and Shears را انتخاب و با انتخاب گزینهEnvelope Only ،تمام مقادیر حداکثر و حداقل(پوش) حاصل از برش یکطرفه را دریافت و با مقدار حداکثر آیین نامه ای مقایسه نمود.(در ارتباط با برش پانچ در جای دیگر مفصل صحبت شده است.)

معمولا بتن پی به دلیل حجم زیاد آن کم عیارتر از بتن اسکلت سازه میباشد.

هرچه پی در عمق بیشتری در خاک اجراء شود مشخصات لایه های خاک بهتر شده و مقاومت خاک افزایش میابد.

ضریب عکس العمل خاک بستر معمولا در حدود 1.2 برابر مقاومت مجاز خاک میباشد.

در سازه های بتنی برای در نظر گرفتن اثر ضخامت و سختی ایجاد شده در محل ستون؛عناصر سطحی ستون با ضخامت 5 برابر ضخامت پی و وزن واحد صفر تعیین میشود.اما در سازه فلزی بدلیل کوچک بودن بعد ستون ها،عدم مدلسازی عناصر سطحی خطای بزرگی ایجاد نمیکند.

دال پی نواری و گسترده از نوع Mat تعریف میشود . برای درنظر گرفتن اثر تغییرشکل های برشی گزینه Thick Plate فعال میگردد.

دال عناصر سطحی از نوع Col تعریف گردد و عبارت No Design برای عدم طراحی محل عناصر سطحی ستون فعال گردد تا Safe میلگردهای لبه ستونها را طراحی کند.

قبل از انجام طراحی باید نوارهای طراحی برای دو سمت ترسیم گردد.لازم به ذکر است برای طراحی نوارهای مایل که Safe امکان طراحی آن برایش میسر نیست دو نوار افقی و قائم که در واقع یکیست از منتهی الیه سمت راست نوار به منتهی الیه سمت چپ نوار در بالا رسم گردد و نتایج به صورت جزر مجموع مربهات مربوط به ایندو نوار برای نوار مایل منظور گردد..البته در Safe 12 امکان طراحی پی در نوارهای مورب نیز بوجود آمده است.

برنامه Safe از یک تحلیل غیر خطی برای حذف کشش خاک در ترکیبات بار استفاده میکند.با کاهش حداکثر بعد شبکه بندی دقت تحلیل بیشتر میشود. توصیه میشود این مقداربین 25 تا50 سانتی متر تعریف گردد:

نکاتی از کنترل برش پانچ کف ستون سازه فلزی در Safe

Safe برای هر ستون تمامی حالت های بحرانی(گوشه ای ، داخلی و لبه ای)را کنترل میکند و امکان دارد نوع برش منگنه ای بحرانی با وضعیت قرار گیری ستون سازگار نباشد که این امکان بحرانی شدن برای ستون های گوشه ای و لبه ای بیشتر وجود دارد چراکه برای ستون های میانی در همه حالت Safe وضعیت میانی را بحرانی تشخیص میدهد.

برای موقعیت کف ستون های ستون های کناری و گوشه ای دو حالت ممکن است رخ دهد:

1- اطراف ساختمان باز بوده و محدودیتی از لحاظ همسایه مجاور وجود نداشته باشد:

در این حالت در ستون های کناری امکان برون زدگی پی وجود دارد و عملا ستون همچون ستون میانه میباشد. اما Safe همانطور که گفته شد نوع برش منگنه ای بحرانی ستون های کناری را ممکن است در بحرانی ترین حالت همچنان بصورت گوشه ای و لبه ای تشخیص دهد درحالیکه اینطور نیست.

برای اطلاع از این موضوع به خروجی Design>Show Design Table>Pumching Shear مراجعه کنید. و در ستون انتهایی Loc موقعیت ستونی که Safe برای آن بحرانی ترین حالت را منظور و کنترل برش پانچ را انجام داده را مشاهده کنید.

توجه: اگر در ستون Ratio نسبتن تنش کلیه ستون ها از 1 کمتر باشد دیگر نیازی به کنترل دستی ستون های میانی ،گوشه و لبه نمی باشد(چراکه این مقدار در حالت بحرانی اتفاق افتاده و طبیعیست با تغییر موقیت گوشه یا لبه به میانی مقوار نسبت تنش از مقدار آورده کمتر خواهد بود)

2- اما اگر اطراف ساختمان بسته بوده و از لحاظ همسایه مجاور محدودیت وجود داشته باشد:

در این حالت اختلافی مابین محیط برش پانچ محاسباتب درSafe با محیط واقعی ناشی از خروج از مرکزیت ستون ها بوجود می آید.نرم افزار همواره مرکز کف ستون را برای هرنوع ستون بطور کلی در مرکز صفحه زیر ستون تشخیص میدهد که این برای ستون های گوشه و لبه ، کار محاسبات Safe را دچار مشکل میسازد که در نتیجه آن محیط برش پانچ محاسباتی در Safe بزرگتر از محیط واقعی آن در نظر گرفته میشود که بر خلاف جهت اطمینان میباشد و منجر میشود برش دو طرفه محاسباتی درSafe کمتر از حالت واقعی تعیین شود .

برای حل این مشکل میبایست ابعاد صفحه کف ستون(تعریفی به عنوان صفحه اعمال بار برای گره های ستون ها در پی) را کمی بزرگتر از میزان ابعاد اصلی آن در نظر گرفت که این مقدار از روابطی بدست می آید اما برای توضیح عملی این قسمت را با مثالی همراه میکنم:

چنانچه فرض شود برای ستون های یک سازه در محل پی مساحت اعمال بار 40 در 40 سانتی متری تعریف شده باشد و ستون های کناری سازه شرایط حالت دوم ذکر شده را دارا باشند در اینصورت برای مطابق سازی نتایج Safe با مقدار واقعی کافیست ستون های کناری سمت راست و چپ سازه ابعادشان 50 در 40 (50 در جهت طولی) و ستون های سمت بالاو پایین 40 در 50 (40 در راستای عرضی) اصلاح شود.با انجام این تغییرات متوجه میشوید مرکز هندسی کف ستون به سمت مرکز ستون کناری تمایل میابد و نتایج Safe در کنترل نتایج برش پانچ قابل بررسی میباشد.

لزوم تعریف اندازه مساحت برش منگنه ای :

برنامه Safe برش منگنه ای را در صورت معرفی اندازه مساحت برش منگنه ای محاسبه میکند. در سازه بتنی اندازه ستون های طبقه اول به عنوان ابعاد کنترل برش منگنه ای در نظر گرفته میشود. اما در سازه های فولادی میبایست اندازه کف ستون را بطور دستی وارد کنیم. که برای این منظور با انتخاب کلیه گره های دال پی از منوی Assign>Point Load کافیست فقط برای یک حالت بار مثلا Dead اندازه Size of Load را وارد کنیم و گزینه Add to existing Loads را بزنیم.Safe برای همه نوع بار دیگر این سایز کف ستون را تخصیص میدهد. در انتها لازم به ذکر است برای کنترل برش پانچ در سازه های فلزی بهتر است کنترل بطور دستی طبق روابط آیین نامه ای انجام گیرد.

کنترل برش پانچ برای سازه های بتنی:

- برای ستون های بتنی نیز ممکن هست ، برای ستون های میانی Safe پس از آنالیز مربوط به کنترل برش پانچ ، ستون کناری داخلی را لبه ای یا گوشه ای معرفی کند(که علت آنهم همانطور که گفته شد Safe برای بحرانی ترین حالت طول محیط پانچ را درنظر مرگیرد که ممکن است داخلی را کناری تشخیص دهد البته اگر حتی در این حالت بحرانی نسبت تنش از 1 کمتر شد میتوان مطمئن بود که در حالت داخلی نسبت تنش از این مقدار کمتر خواهد شد) و برای تغییر در مشخصات و انطباق نتایج با حالت درونی همانند توضیحات بالا عمل شود.

نکاتی از طراحی تیر های کامپوزیت در Etabs

برای طراحی سقف هایی که بدون شمع بندی اجرا میشوند باید دو مرحله طراحی انجام داد.یک مرحله در زمان ساخت که بتن هنوز تر است و عملکرد مرکب بین بتن و تیرچه های فولادی وجود ندارد.در این حالت تیر فولادی باید بتواند وزن خود،بتن تر و قالب بندی را تحمل نماید. این مقدار را به عنوان بار مرده Dead اختصاص میدهیم. بار اسکلت سازه هم به عنوان بار Dead تعریف میگردد.

اما پس از گرفتن بتن و عملکردمرکب بین بتن و تیرچه های فولادی ،تیر مرکب باید بتواند با عملکرد مرکب کل وزن بار مرده و زنده را تحمل کند.که بارهای پس از گرفتن بتن را (بار مرده سطحی و تیغه ها) بار Supper Dead اختصاص میدهیم. مطابق آیین نامه در طراحی تیرهای مرکب در زمان ساخت 20% بار زنده نیز میبایست در نظر گرفته شود که Etabs برای بارهای حین ساخت 0.2 بار زنده را به بار مرده حین ساخت اضافه میکند.

قبل از انجام طراحی باید تنظیمات مربوطه در منویِDesign>Composite Beam Design>view Overwrites انجام گیرد. چنانچه طراحی بدون شمع بندی انجام گیرد داریم:

در برگه bracing که برای تعیین فاصله تکیه گاه های جانبی در حالت پس از ساخت است برای Unbraced L22 مقدار کوچک 0.01 به معنای مهار کامل جانبی وارد نمایید.

در برگه Bracing C که برای تعیین فاصله تکیه گاه های جانبی در حالت حین ساخت است برای این مقدار عدد 0.2 وارد شود یعنی در زمان ساخت تیر در فواصل 0.2 دهانه تیر تواسط قالب مدفون مهار شده است.

- در Etabs تیر های I شکل یا ناودانی که دو انتهای آنها مفصلی باشد چنانچه درون سقف با مقطع Deck قرار گیرند بطور پیش فرض مرکب طراحی میشوند که در طراحی سازه یا سقف مرکب میبایست ابتدا این تیر ها را از حالت پیش فرض خارج کرده و پردازنده طراحی فولادی را برای آنها انتخاب کنیم. برای این منظور پس از انتخاب کلیه تیر های اصلی سازه دستور Design>Overwrite Frame Design Procedure را اجرا کرده و در جبه ظاهر شده گزینه Steel Frame Design را انتخاب کنید تا نرم افزار تمام تیر ها را بصورت اعضای فولادی طراحی کند .

- برنامه تنها مقاطع I و ناودانی شکلی را بصورت مرکب طراحی میکند که برای آنها ارتفاع ، ضخامت و دیگر مشخصات وارد شده باشد و به هیچ وجه مقاطع عمومی یا مقاطعی که در Section Builder ساخته میشوند را طراحی نمیکند

طراحی تیرهای کامپوزیت بر مبنای بند 10-1-2-7-2 مبحث 10 میباشد. همچنین برشگیر ها که از گلمیخ یا ناودانی 6 یا 8 میباشد میبایست طبق بند 10-1-2-7-4 طراحی گردد و مقادیر نیروی برشی مجازq برای برشگیر ها طبق جدول 10-1-2-1 تعیین گردد.