کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس 2015: آموزش جامع تصویری گام به گام

قبلا در مقاله دیافراگم صلب به بیان نکات مفهومی دیافراگم صلب پرداختیم اما برای کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس بایستی حداکثر تغییر شکل دیافراگم (Δdiaph) و تغییرمکان نسبی طبقه (Δstory) را محاسبه کنیم. دقت شود که این مقادیر باید تحت اثر نیروی­ جانبی­ زلزله (و نه تحت برش طبقه) محاسبه شوند.

از سوی ­دیگر با توجه به این­که مقدار نیروی ­جانبی زلزله در تراز بام (آخرین طبقه) به حداکثر مقدار خود می­رسد (چرا؟)؛ لذا لازم است کنترل صلبیت دیافراگم را برای همه­ ی پانل­ های سقف در بحرانی ­ترین طبقه (که در واقع  همان طبقه بام است)، انجام گردد.

گام­ به­ گام کنترل صلبیت دیافراگم در قالب یک مثال در نرم­ افزار ETABS

سازه ­ای فولادی را مطابق شکل زیر در نظر بگیرید. سیستم سازه ای این سازه در جهت X ،قاب خمشی و طول پلان در این راستا برابر 15.5 متر و در راستای Y دارای سیستم قاب ساختمانی همراه با مهاربند و طول پلان در این راستا برابر 12.7 متر است. برای کنترل صلبیت دیافراگم ،بایستی کلیه محاسبات در بحرانی­ ترین طبقه (طبقه­ ی بام) انجام گیرد.

 

گام1: محاسبه بار جانبی در واحد طول

در ادامه پس از آنالیز (runکردن) پروژه، لازم است مقادیر نیروی جانبی زلزله در هر راستای X و Y را برای تراز بام از مسیر زیر به دست آورده و با تقسیم آن بر طول عمود بر راستای زلزله، مقدار نیروی جانبی را در واحد طول محاسبه شود.

نمایش نیروهای متمرکز

نمایش نیروهای زلزله در طبقه بام

همان­طور که مشاهده می­ شود (هایلایت­ های زرد در شکل­ بالا) مقدار نیروی زلزله در تراز بام برای راستای X برابر 32.42 تن و برای راستای Y برابر 44.52 تن است. حال با تقسیم این مقادیر بر طول عمود بر راستای هر یک از زلزله­ ها، مقدار نیروی جانبی وارد بر طبقه در واحد طول به دست خواهد آمد.

مقدار نیروی زلزله در واحد طول در راستای ایکس (بر حسب تن متر)

2.71=34.42/12.7

مقدار نیروی زلزله در واحد طول در راستای وای (بر حسب تن متر)

2.87=44.52/15.2

گام2: اعمال بار جانبی دیافراگم جهت کنترل صلبیت دیافراگم

حال برای تعیین تغییرشکل دیافراگم تحت نیروی زلزله در هر راستا بایستی نیرو های محاسبه شده در واحد طول صرفاً به سیستم بابرجانبی جانبی افقی (شامل کف­ ها، تیر های داخل سقف و گره ها اعمال گردد. لذا المان­ های باربر جانبی قائم (ستون­ ها و مهاربند­ها) نباید از زلزله سهمی ببرند(چرا؟)

این مطلب را از دست ندهید :  کنترل ترک خوردگی دیوار برشی درایتبس 2015 + فیلم آموزشی رایگان

برای تامین چنین شرایطی می­توان به دو روش اقدام کرد. در روش اول می­ توان با کلیه المان­ های زیر سقف بام را حذف و صرفاً دیافراگم، تیر ها و گره­ های تراز بام در مدل نگه داشت. در روش دوم نیز می­ توان به جز المان­ های لرزه­ بر قائم (ستون­ ها و مهاربندها)، سایر المان­ های تراز بام را به یک فایل جدید منتقل نمود و محاسبات را در این فایل جدید انجام داد تا فایل اصلی دچار آسیب نگردد. این روش بنابه سهولت و کاهش خطاهای انسانی توصیه می­ گردد و همین روش را در این یادداشت به کار خواهیم­ بست.

سپس تمام کف­ ها، تیرها و گره ­های طبقه بام را انتخاب کنید. (برای اینکار از ابزارهای select و deselect در ایتبس استفاده کنید.)

حال برای استخراج المان­ های انتخابی برای کنترل صلبیت دیافراگم، لازم است از مسیر زیر فایل جداگانه ­ای را ساخته و مراحل کنترل را روی آن انجام دهیم.

بعد از زدن دکمه ok و ذخیره فایل جدید، لازم است این فایل را بازخوانی­ شود. برای این کار می­توان از مسیر File>Open اقدام کرد.

حال با انتخاب تمام المان­ های موجود در فایل، برای از بین­ بردن صلبیت اتصالات و دیافراگم­ ها مسیر زیر را پیش می­گیریم تا تغییرشکل­ های دیافراگم قابل مشاهده و محاسبه گردد.

مفصل کردن اتصالات

حال در یک انتهای قاب­ های لرزه­ بر، تکیه­ گاه مفصلی خارجی قرار داده می­ شود تا مانع از عملکرد قاب­ های لرزه­ بر شده و نیروی زلزله صرفاً به دیافراگم وارد شود. توجه شود که منظور از قاب­ های لرزه­ بر قاب­ های خمشی و قاب­ های مهاربندی­ شده است (دقت کنید که قاب­ های مفصلی فاقد مهاربند شامل این موضوع نمی­ شوند).

اختصاص تکیه گاه های خارجی

برای اختصاص تکیه­ گاه­ های خارجی در نقاط مشخص­ شده (با خط­چین در شکل بالا) لازم است پس از انتخاب گره­ ها، از مسیر زیر پیش رویم:

اختصاص تکیه گاه های خارجی

حال می رسد نوبت به اعمال بار زلزله به هر یک از پانل­ های دیافراگم:

توجه به این نکته حائز اهمیت است که اگر چند پانل در یک راستا و یک دهانه وجود داشته باشد، صرفاً کنترل صلبیت یکی از آن­ ها کفایت می ­کند. مثلاً برای زلزله­ ی راستای x که از میان دو پانل متوالی در این راستا (شامل پانل­ های 1 و2)، پانل 2 را که بزرگتر و بحرانی­ تر است، و از میان سه پانل متوالی در راستای x (شامل پانل­ های 3 و 4 و 5)، پانل 3 را برای کنترل صلبیت انتخاب می­کنیم. همین منوال برای انتخاب پانل­ های کنترلی در راستای Y نیز حاکم است. توجه شود از کنترل پانل­ هایی که اتصال کاملی به دیافراگم ندارند (نظیر کف پاگرد ها و بالکن­ ها)، صرف­نظر شده­ است.

پانل های کف سازه

قبل از بارگذاری پانل­ ها لازم است مقدار بار زلزله­ ی هر پانل مشخص گردد. برای این کار کافیست بار زلزله در واحد طول را (که قبلاً محاسبه کرده ­ایم) بر طولی از پانل که عمود بر راستای زلزله­ ی وارده است، تقسیم کنیم. برای مثال برای اعمال بارگسترده زلزله به پانل 2 در راستایY خواهیم داشت:

این مطلب را از دست ندهید :  کنترل زلزله بهره برداری در ایتبس منطبق بر آیین نامه بصورت تصویری وگام به گام

ton/m 2.78 =مقدار بار خطی در واحد طول در راستای Y

m 5.9 = طول آکس DE = طول پانل 2 در راستای عمود بر Y

مقدار بارخطی اعمالی برای کنترل دریفت پانل2:

kg/m2 471 = 5.9/2.78

 

از آن­جایی که بعد از اعمال بار محاسبه­ شده به پانل 2، بایستی سازه را آنالیز(تحلیل) کنیم، برای عدم تداخل بار اعمالی با بارهای قبلی سازه، لازم است یکLoad Pattern جدید از نوع Other با اسمی مانند Ex-diaph و Ey-diaph تعریف کنیم.

تعریف الگوی بار جدید

بعد از انتخاب پانل2، برای اعمال این بار افقی (هم­راستا با زلزله ­ی جهت Y) مطابق مسیر زیر پیش می ­رویم:

به همین ترتیب، برای سایر پانل­ های مشخص شده در هر دهانه و راستا، بار افقی زلزله­ ی آن را محاسبه و به پانل­ ها اعمال می­ کنیم. در نهایت سازه را صرفاً برای این 2 الگوی بار که تعریف کرده ­ایم، تحلیل کرده و نتایج را بررسی می­ کنیم.

گام3: مشاهده تغییر شکل دیافراگم جهت کنترل صلبیت دیافراگم

بعد از اتمام تحلیل سازه و قبل از قرائت مقدار جابجایی گره­ های پانل، از مسیر زیر شماره (Lable) هر گره را فعال کرده و تا مقدار جابجایی گره­ های مورد نظر را از جدول قرائت کنیم.

نمایش lable های هر گره

حال برای قرائت مقدار جابجایی گره­ ها از طریق مسیر زیر پیش خواهیم رفت.

نمایش جابجایی گره ها

در نهایت به فایل اصلی سازه برگشته و مقادیر جابجایی نسبی طبقات را محاسبه خواهیم نمود.

نمایش جابجایی های مراکز جرم طبقات

اکنون مقدار جابجایی نسبی طبقه بام در هر راستا به صورت زیر قابل محاسبه است:

جابجایی نسبی از تفاضل جابجایی مراکز جرم کف های بالا و پایین به دست می آید.

این مطلب را از دست ندهید :  نامنظمی مقاومت جانبی در ایتبس : محاسبه وکنترل طبقه ضعیف پس از مکانیزم

mm 54/6 = 25/51 – 79/57 = جابجایی نسبی در راستایx

mm 47/4 = 19/25 – 66/29 = جابجایی نسبی در راستایY

با مقایسه مقدار جابجایی گره­ های 5 و 15 از پانل 3 (واقع در گوشه­ های آن) با مقادیر به دست آمده برای جابجایی نسبی طبقه­ ی بام، متوجه می­شویم که مقادیر Δdiaph پانل 3 از نصف Δstory همان پانل، کمتر بوده و بنا به بند 3-8، دیافراگم اختصاص یافته به این پانل صلب می ­باشد. پس فرض اولیه ما در حین مدلسازی صحیح بوده و دیافراگم رفتار صلب دارد.

 

خلاصه و نتیجه گیری

  • در میان ویژگی های مهم یک دیافراگم (نظیر حداکثر دهانه مجاز، خیز و ارتعاش حداقل و …)، صلبیت آن نقش کلیدی در تامین رفتار مناسب ساختمان در حین زلزله دارد. لذا آشنایی با چگونگی کنترل صلبیت انواع دیافراگم امری حیاتی است.
  • هر چه سقف صلبیت بیشتری داشته باشد (صلب باشد) رفتار آن در حین بارگذاری لرزه ای قابل پیش بینی تر بوده و حجم محاسبات کاهش قابل توجهی خواهد داشت.
  • برای درک بهتر مفهوم صلبیت دیافراگم در سازه و نقش آن در تویع بار زلزله، به مثال زیر توجه کنید. اگر المان­های باربر جانبی (مثل ستون، دیواربرشی و مهاربند) را با فنر و خود دیافراگم را با صفحه ای فولادی که متصل به این فنر هاست، مدل کنیم؛ می توان گفت در حالتی که صفحه فولادی ضخیم و صلب باشد به نحوی که هیچ تغییر شکل داخل صفحه ای نداشته باشد (مانند یک دال توپُر بتنی 10 سانتی متری به همراه قاب خمشی)، نیروی وارده به آن (p) به نسبت سختی فنر ها (K) در بین آن ها تقسیم می شود. در حالیکه اگر صفحه فولادی کم ضخامت و انعطاف پذیر باشد به طوری که صفحه فولادی تحت بار P دچار تغییر شکل شود، دیگر توزیع نیروی وارده در فنرها صرفاً به نسبت سختی آن ها نخواهد بود.

 

  • برای کنترل صلبیت دیافراگم در نرم افزار ایتبس با اعمال نیروی زلزله ی طبقه ی بام به دیافراگمِ (کف طبقه، تیرهای داخل کف) همان طبقه، مقدار تغییر شکل دیافراگم را محاسبه کرده و با استفاده از روابط آورده شده در قسمت الف، ب و پ از بند 3-8-1 و مقایسه ی تغییر شکل دیافراگم با جابجابی نسبی طبقه بام، نوع دیافراگم را انتخاب کنیم.

 

منابع

  1. Rigid or Flexible Diaphragm? – by SKGA & Wiki CSI
  2. Flexible or Rigid? Multi-Story Light-Frame Structure Design Considerations- by Paul McEntee on July 11, 2012
  3. TIPS FOR USING DIAPHRAGMS WITH ANALYSIS SOFTWARE – by Lisa Willard, P.E., and Brian Quinn, P.E.
  4. Rigid vs. Semi-rigid diaphragm – Wiki Csi
  5. Flexible vs. rigid diaphragm effect on torsional stiffness of buildings– Wiki Csi

 

3 پاسخ
  1. saber
    saber گفته:

    سلام مهندس عالی بود. سوالی داشتم در مورد سازه با سیستم قاب خمشی متوسط که تعداد گره های مورد نیاز برای اعمال محدودیت حرکت در هر قاب چند تاست و این که تعداد کم یا زیاد می تونه تاثیر محسوسی داشته باشه در نتیجه آنالیز؟ باتشکر.

    پاسخ دادن

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *