اعمال قاعده 100-30 در ایتبس؛ آموزش راه فرار از اصل صد سی

قاعده 100-30 چیست؟

همانطور که شما هم می دانید در طراحی سازه اعمال نیروی زلزله باید به گونه ای باشد که بیشترین اثر را بر سازه داشته باشد اما متاسفانه بدست آوردن این زاویه کار راحتی نیست پس چه باید کرد؟ با استفاده از اصل 100-30

می توان این مشکل را حل کرد اما مفهوم ترکیبات بار اصل صد سی چیست؟ آیا نمی توان از اعمال قاعده 100-30 در ایتبس فرار کرد؟

پاسخ این سوالات و بسیاری از سوالات دیگر را در این مقاله جامع خواهیم داد اما برای درک بهتر شما ویدئو کاملی تهیه شده است که حتما آن را مشاهده کنید. این ویدئو به شما آموزش خواهد داد که چگونه حتی اصل 100-30 را هم به سازه اعمال نکنید.

⌛ آخرین به روز رسانی: 23 خرداد 1400

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398

1. بحرانی ترین جهت اعمال نیروی زلزله

همانطور که می دانید برای طراحی یک ساختمان در برابر زلزله بایستی بحرانی ترین جهت برای اعمال نیروی زلزله را بیابیم. حال بحرانی ترین جهت کجاست؟

اگر ساختمان منظم باشد، طبق آیین نامه می توان ساختمان را برای دو جهت اصلی ساختمان (x,y) طراحی کرد.

اما اگر ساختمان نامنظم باشد، نمی توان بحرانی ترین جهت را تعیین کرد! به عبارتی در قسمت دوم عکس زیر نمی توان جهات x و y را به عنوان مبنای طراحی درنظر گرفت.

شکل 1. تعیین بحرانی ترین برای اعمال نیروی زلزله

برای دست­یابی به وضعیتی که نیروی زلزله اعمالی بیشترین اثر را در سازه ایجاد کند، یک روش آیین­ نامه­ ای و محافظه کارانه به نام قاعده 100-30 وجود دارد. در این روش 100% نیروی زلزله هر امتداد با 30% نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن ترکیب می شود.

شکل 2. اعمال قاعده ی 100-30 در هر دو جهت به سازه

2. شرایط در نظر گیری اصل 100-30

مطابق بند 3-1-4 از استاندارد 2800، ساختمان باید در دو امتداد عمود بر هم و به صورت مجزا در برابر نیروی زلزله محاسبه شود.

به­ طورکلی در موارد زیر لازم است تا اثر نیروی زلزله درهر دو امتداد عمود منظور گردد:

• ساختمان های نامنظم در پلان
• کلیه ستون هایی که در محل تقاطع دو و یا چند سیستم مقاوم باربر جانبی قرار دارند.

در حالت دوم چنانچه بار محوری ناشی از اثر زلزله در ستون، در هریک از دو امتداد مورد نظر، کمتر از 20 درصد ظرفیت بار محوری ستون باشد، می ­توان این ضابطه را نادیده گرفت.

در نگاه اول شاید چنین به­ نظر برسد که برای ساختمان ­های منظم در پلان از اعمال این قاعده معاف خواهیم بود،  اما مشکل اصلی بند 3-1-4-ب می­ باشد که عملاً بسیاری از ستون­ ها در ساختمان­ های منظم در پلان مشمول آن خواهند بود. در اکثر سازه ها شاهد آن هستیم که ستون ­ها در محل تلاقی دو یا چند سیستم مقاوم باربر جانبی قرار دارند (نظیر قا­ب­ های خمشی فولادی و بتنی و همچنین سیستم ­های دوگانه)، بنابراین منظور کردن زلزله متعامد تقریباً در بسیاری از سازه­ ها الزامی می­ باشد؛ مگر آن که طراح با استناد به تبصره فوق­ الذکر بتواند از اعمال این اثر چشم پوشی کند.

بحث درباره نحوه کنترل تبصره مذکور در فیلم آموزشی فرار از 100-30 عنوان شده است.

3. اعمال قاعده 100-30 در ایتبس

برای این منظور پس از تعریف مجزای Ex و Ey در قسمت Load pattern، از گام­ بندی تصویری زیر پیروی می­ کنیم:

1.3 گام اول:

از طریق مسیر نشان داده شده در تصویر زیر load cases را انتخاب می کنیم.

شکل 3. ورود به بخش Load Cases

بعد از انتخاب load cases پنجره زیر باز خواهد شد. سپس گزینه Add new case را انتخاب کنید.

شکل 4. پنجره Load Cases

2.3 گام دوم:

حال می توانید الگوی بار 100-30 را مطابق تصویر زیر در نرم افزار ایتبس خود بسازید.

شکل 5. ساخت الگوی بار 100-30

3.3 گام سوم:

به­ این ترتیب در هنگام تحلیل­ سازه، نرم­ افزار ضمن اعمال نیروی زلزله در جهت x به­ صورت صد درصدی، هم­زمان 30% نیروی زلزله جهت y را نیز منظور خواهد کرد. برای تکمیل مطالب این بخش به دو نکته زیر توجه داشته باشیم:

1. در هنگام اعمال نیروی زلزله ­به­ صورت 100-30، منظور کردن برون محوری اتفاقی، تنها در امتدادی که 100% نیرو اعمال می­ شود الزامی است. به همین علت در مثال تصویری فوق، نیروی زلزله در جهت x به­ صورت Exall تعریف شده که به­ این معناست که در آن خروج از مرکزیت­ های تصادفی منظور شده است.
2. مطابق با مثال مطرح شده بایست Eyall+0.3Ex، Eyall-0.3Ex، Exall-0.3Ey نیز در نرم­ افزار تعریف شوند.

4. فرار از اصل 100-30

متن آیین ­نامه از عبارت “…چنانچه بار محوری ناشی از اثر زلزله در ستون…” استفاده کرده­ است؛ این بدان معناست که کنترل ستون تحت نیروی زلزله بایست بدون حضور لنگر انجام گیرد. به همین جهت از فایل اصلی Save as گرفته و کلیه اعضا را انتخاب می­کنیم سپس ضرایب نشان داده شده را مطابق شکل زیر اعدادی بسیار کوچک وارد می­کنیم تا ظرفیت خمشی ستون ­ها کنترل نشود.

شکل 6. تغییر ضرایب برای کنترل نشدن ظرفیت خمشی

شکل 7. کاهش ضرایب

محدوده نسبت مجاز ستون‌ها را به 0.2 کاهش می‌دهیم. مطابق متن استاندارد 2800 “ظرفیت محوری” معیار است و نه “ظرفیت محوری فشاری” و به دلیل اینکه ستون بتنی در کشش ضعیف است، اگر مقاومت کششی ستون‌ها را یک عدد بزرگ وارد نکنیم آنگاه به احتمال زیاد نیروی محوری ناشی از زلزله بیش از 20 درصد ظرفیت محوری کششی خواهد بود و باید قاعده 100-30 را اعمال نمود.

شکل 8. افزایش مقاومت کششی ستون‌ها

نهایتاً با تعریف ترکیب بارهایی که صرفاً شامل زلزله هستند یعنی 6 حالت در راستای X (±EX,±EXP,±EXN)  و 6 حالت در راستای Y (±EX,±EXP,±EXN) اقدام به تحلیل و طراحی سازه می­کنیم و اگر مقاطع پاسخگوی بارهای وارده باشند نتیجه حاصل آن است که می ­توان از اثر 100-30 چشم پوشی کرد.

1.4 فرار از اصل 100-30 در قالب یک ویدئو جامع

ویدئو کاملی در رابطه با فرار از قاعده 100-30 تهیه شده است که در این ویدئو ابتدا مفهوم این قاعده را توضیح خواهیم داد و سپس گام به گام به اعمال قاعده 100-30 در ایتبس می پردازیم و راه فرار ازین اصل را طبق استاندارد 2800 به شما آموزش خواهیم داد.

دانلود ویدئو فرار از اصل 100-30

5. قاعده صد سی در آیین نامه ASCE7-16

در این بخش نظر ASCE7-16 را به­ عنوان یک آیین ­نامه معتبر بین­ المللی درخصوص اثر 100-30 بیان می ­کنیم. ASCE7 نیز لازم دانسته تا نیروی زلزله با زاویه ­ای وارد شود که بیشترین اثر را داشته باشد. تفاوت امر بین دو آیین ­نامه در این است که ASCE7-16 ابتدا یک طبقه­ بندی از ناحیه لرزه ­خیزی سازه­ ها ارائه می ­نماید و سپس الزامات را در هر ناحیه تبیین می­کند. طبقه ­بندی مذکور به شرح زیر می­ باشد:

Seismic Design Category A:

به ساختمان ­هایی مرتبط است که در نواحی با احتمال بسیار کم رخداد زمین ­لرزه و خاک مناسب واقع باشند.

Seismic Design Category B:

ساختمان ­های با اهمیت زیاد، متوسط و کم، واقع بر روی خاک­ های لایه ­ای که این لایه ها ترکیبی از خاک ­های مناسب و ضعیف باشند؛ همین­طور احتمال رخداد زمین ­لرزه در ناحیه قرارگیری ساختمان متوسط باشد.

Seismic Design Category C:

ساختمان ­های با اهمیت بسیار زیاد در پهنه با خطر نسبی متوسط و سایر ساختمان ­ها در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد.

Seismic Design Category D:

ساختمان ­هایی که احتمال تجربه زمین­ لرزه ­های شدید و تخریب ­کننده­ برای آن­ها وجود دارد، ولی در مجاورت گسل ­های مهم قرار نگرفته ­اند. محل ­هایی با خاک نامناسب مثال خوبی برای این دست ساختمان­ ها هستند.

Seismic Design Category E:

ساختمان ­های با اهمیت زیاد، متوسط و کم که در مجاورت گسل ­های فعال و مهم واقع شده­ اند. وضعیت خاک بستر در این حالت فاقد تاثیر است.

Seismic Design Category F:

ساختمان ­های با اهمیت بسیار زیاد که در مجاورت گسل ­های فعال و مهم واقع شده ­اند. وضعیت خاک بستر در این حالت فاقد تاثیر است.

در نهایت پس از تبیین طبقه­ بندی فوق، ASCE7-16 الزامات ذیل را ارائه می ­نماید:

1. سازه ­هایی که در طبقه ­بندی B قرار دارند لازم نیست برای اثر 100-30 طرح شوند، حتی در صورت وجود نامنظمی در پلان.
2. سازه ­هایی که در طبقه ­بندی C قرار دارند لازم نیست برای اثر 100-30 طرح شوند، مگر اینکه نامنظمی سیستم­ های غیرموازی داشته باشند.
3. سازه ­هایی که در طبقه­ بندیD،EوF قرار دارند، حتی اگر منظم باشند اگر ستون در محل تقاطع دو یا چند سیستم مقاوم باربرجانبی باشد باید از زلزله 30 درصد متعامد استفاده شود.

همان­طور که مشاهده گردید، ASCE7-16 دید مهندسی بهتری را در ارتباط به نیاز یا عدم نیاز به اعمال اثر 100-30 ایجاد می­کند.

نتیجه گیری

1. در روش تحلیل استاتیکی معادل، امکان تعریف گستره­ای از زوایا برای امتداد نیروی زلزله در نرم ­افزار وجود ندارد. لذا با توجه به محدودیت و الزامات موجود، اعمال نیروی زلزله به ­صورت 30 درصد متعامد، یک راه ­حل مناسب می ­باشد.
2. چنانچه سازه منظم در پلان باشد و بارمحوری ناشی از اثر زلزله در ستون، در هریک از دو امتداد مورد نظر، کمتر از 20 درصد ظرفیت بار محوری ستون باشد، می­توان ضابطه 100-30 را نادیده گرفت.
3. در اکثر سازه­ ها شاهد آن هستیم که ستون ­ها در محل تلاقی دو یا چند سیستم مقاوم باربرجانبی قرار دارند (نظیر قا­ب­ های خمشی فولادی و بتنی و همچنین سیستم ­های دوگانه)، بنابراین منظور کردن زلزله متعامد تقریباً در بسیاری از سازه ­ها الزامی می­ باشد.
4. رویکرد کلی استاندارد 2800 و ASCE7-16 تا حد بسیار زیادی مشابه با یکدیگر می­ باشد، با این حال دید مهندسی نسبت به اعمال ضابطه 100-30 بسته به وضعیت پروژه توسط ASCE7-16 بهتر ایجاد می ­شود.

در نهایت می­ توان چنین بیان داشت که پس از مطالعه این مقاله مخاطب قادر خواهد بود با یک دید مهندسی در وضعیت ­های گوناگون متصور برای هر پروژه­ا راهکارهای فرار از ضابطه 100-30 را که نسبتاً محافظه­ کارانه تلقی می­شود به­ کارگیرد و به طرحی مقاوم و بهینه دست یابد.

منابع

1. آیین ­نامه طراحی ساختمان ­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش4
2. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش سال 1398
3. آیین‌نامه بارگذاری آمریکا ASCE/SEI 7-16 Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا