بارگذاری خرپشته؛ آموزش گام به گام مدلسازی خرپشته در ایتبس

در این مقاله چه می‌آموزید؟

• 1. مفهوم وزن موثر لرزه ای
• 2. مدل‌سازی و طراحی خرپشته در ایتبس
  • 1.2. وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته بیشتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد
  • 2.2. وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته کمتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد
• 3. نتیجه‌گیری

1. مفهوم وزن موثر لرزه ای

طبق بند 3-3-1-1 استاندارد 2800 ویرایش چهارم، وزن مؤثر لرزه‌ای شامل مجموع بارهای مرده و وزن تأسیسات ثابت و وزن دیوارهای تقسیم‌کننده به‌اضافه‌ی درصدی از بار زنده تخفیف نیافته و بار برف می‌باشد. طبق جدول 3-1 استاندارد 2800 با توجه به اینکه خرپشته جزء بام‌ها محسوب می‌شود لذا درصد بارهای زنده و برف شرکت‌کننده در وزن مؤثر لرزه‌ای برابر 20% می‌باشد بنابراین داریم:

( بار زنده بام یا بار برف) 0.2 + وزن دیوارهای تقسیم‌کننده + وزن تأسیسات ثابت + بار مرده = وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته

2. مدل‌سازی و طراحی خرپشته در ایتبس

در رابطه با مدل‌سازی و طراحی خرپشته دو حالت کلی وجود دارد که به آن‌ها می‌پردازیم.

1- حالت اول: وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته بیشتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد.
2- حالت دوم: وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته کمتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد.

1.2. وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته بیشتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد

در این حالت خرپشته یک طبقه مجزا محسوب می‌شود لذا صرف‌نظر از نوع تحلیل سازه (استاتیکی یا دینامیکی) و نوع سازه (بتنی یا فلزی) خرپشته باید در ایتبس مدل‌سازی شود و نیروی زلزله استاتیکی تا تراز سقف خرپشته توزیع شود.

الف) مدل‌سازی خرپشته در ایتبس: خرپشته را به‌عنوان یک طبقه مجزا در ایتبس مدل‌سازی می‌کنیم.

شکل 1. مدل‌سازی المان‌های خرپشته در ایتبس

ب) تنظیمات توزیع نیروی زلزله استاتیکی تا تراز خرپشته: از مسیر زیر تنظیمات مربوط به توزیع نیروی زلزله استاتیکی جهت X و Y را انجام می‌دهیم.

نکته مهم: لازم به ذکر است که برای محاسبه ضریب نیروی زلزله استاتیکی ارتفاع خرپشته را در محاسبه زمان تناوب در نظر می‌گیریم.

شکل 2. توزیع نیروی زلزله استاتیکی جهت X تا تراز خرپشته

ج) بارگذاری المان‌های خرپشته: بارگذاری بام، دیوارهای تقسیم‌کننده و بار Mass خرپشته را به ترتیب زیر اعمال می‌کنیم.

1- بارگذاری بام خرپشته:

1-1- بار مرده بام خرپشته: با توجه به اینکه نوع سقف را تیرچه و بلوک در نظر گرفته‌ایم لذا بار مرده واحد سطح آن را برابر 450 کیلوگرم بر مترمربع فرض می‌کنیم. بام خرپشته را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار مرده را اعمال می‌کنیم.

شکل 4. اعمال بار مرده بام خرپشته

2-1- بار زنده بام خرپشته: طبق جدول 6-5-1 مبحث ششم مقررات ملی ویرایش 1398، بار زنده بام برابر با 150 کیلوگرم بر مترمربع می‌باشد. بام خرپشته را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار زنده بام را اعمال می‌کنیم.

شکل 5. اعمال بار زنده بام خرپشته

3-1- بار برف بام خرپشته: طبق محاسبات فصل هفتم مبحث ششم مقررات ملی ویرایش 1398، بار برف برای بام ساختمان‌های مسکونی در شهر تهران با فرض اینکه بام نه برف‌گیر است و نه برف‌ریز لذا مقدار آن برابر است با:

P_r=I_s  C_n C_h C_s P_s=1×1×1×1×1.5=1.5 KN/m² =150 kg/m²

C_n: ضریب برف‌گیری
C_s: ضریب شیب
C_h: ضریب شرایط دمایی
I_s: ضریب اهمیت بار برف
P_s: بار برف مبنا

بام خرپشته را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار برف بام را اعمال می‌کنیم.

شکل 6. اعمال بار برف بام خرپشته

2- بارگذاری دیوارهای پیرامونی خرپشته:
وزن واحد طول دیوار خرپشته را 600 کیلوگرم بر متر در نظر می‌گیریم. تیرهای زیر خرپشته در تراز بام را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار مرده دیوار خرپشته را اعمال می‌کنیم.

شکل 7. اعمال بار خطی دیوار تقسیم‌کننده خرپشته

شکل 8. اعمال بار خطی Mass تیرهای تراز خرپشته

3- بارگذاری بار Mass خرپشته:
نصف وزن دیوار زیر تیرهای تراز خرپشته را به‌عنوان بار Mass به تیرهای تراز خرپشته اعمال می‌کنیم. تیرهای تراز خرپشته را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار Mass خرپشته را اعمال می‌کنیم.

2.2. وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته کمتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد

در این حالت با دو رویکرد مواجه هستیم.

الف) خرپشته در ایتبس مدل‌سازی نشود

1- تنظیمات توزیع نیروی زلزله استاتیکی تا تراز بام: از مسیر زیر تنظیمات مربوط به توزیع نیروی زلزله استاتیکی جهت X و Y را انجام می‌دهیم.

نکته مهم: لازم به ذکر است که برای محاسبه ضریب نیروی زلزله استاتیکی ارتفاع خرپشته را در محاسبه زمان تناوب در نظر نمی‌گیریم.

شکل 9. توزیع نیروی زلزله استاتیکی جهت X تا تراز بام

2- اعمال وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته به بام سازه

در این حالت باید وزن طبقه خرپشته را به‌صورت نقطه‌ای و خطی به طبقه بام اعمال کنیم؛ که قاعدتاً توزیع بار تا تراز بام خواهد بود از طرفی وزن لرزه‌ای خرپشته به‌صورت بارهای مرده، زنده بام و برف به تراز بام اعمال می‌کنیم زیرا در این صورت وزن خرپشته در وزن لرزه‌ای ایتبس و همچنین در بارگذاری جهت تحلیل مدل هم آورده می‌شود اگر بخواهیم وزن خرپشته به‌صورت Mass به تراز بام اعمال کنیم وزن لرزه‌ای خرپشته در وزن لرزه‌ای مدل اعمال می‌شود اما به دلیل اینکه در ترکیبات بارگذاری بار Mass وجود ندارد لذا وزن خرپشته در بارگذاری دیده نمی‌شود بنابراین توصیه می‌شود که وزن خرپشته به صورتی که توضیح داده شد به تراز بام اعمال شود

الف) بار مرده سقف خرپشته:

کیلوگرم 1856=4/(450*(6.6*2.5) =4/(مساحت بام* بار مرده واحد سطح بام)=بار مرده سقف خرپشته به‌صورت نقطه‌ای

نقاط پای ستون خرپشته در تراز بام را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار مرده سقف خرپشته را به‌صورت نقطه‌ای اعمال می‌کنیم

شکل 11. اعمال بار مرده سقف خرپشته به‌صورت نقطه‌ای

ب) بار زنده سقف خرپشته:

کیلوگرم 619 =4/(150*(6.6*2.5) =4/(مساحت بام* بار زنده واحد سطح بام)=بار زنده سقف خرپشته به‌صورت نقطه‌ای

نقاط پای ستون خرپشته در تراز بام را انتخاب کرده و سپس از مسیر زیر بار زنده سقف خرپشته را به‌صورت نقطه‌ای اعمال می‌کنیم

شکل 12. اعمال بار زنده سقف خرپشته به‌صورت نقطه‌ای

پ) بار برف سقف خرپشته:

کیلوگرم 619 =4/(150*(6.6*2.5) =4/(مساحت بام* بار زنده واحد سطح بام)=بار برف سقف خرپشته به‌صورت نقطه‌ای

نقاط پای ستون خرپشته در تراز بام را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار زنده سقف خرپشته را به‌صورت نقطه‌ای اعمال می‌کنیم

شکل 13. اعمال بار زنده برف سقف خرپشته به‌صورت نقطه‌ای

ت) بار مرده دیوار پیرامونی:

کیلوگرم بر متر 600 =3*200 =(ارتفاع دیوار* بار مرده واحد سطح دیوار پیرامونی)=بار مرده دیوار پیرامونی خرپشته به‌صورت خطی

تیرهای زیر خرپشته در تراز بام را انتخاب کرده سپس از مسیر زیر بار مرده خطی دیوار خرپشته را اعمال می‌کنیم.

شکل 14 اعمال وزن دیوار خرپشته به‌صورت خطی

ب) خرپشته در ایتبس مدل‌سازی شود

برخی از طراحان معتقدند بهتر است در جهت اطمینان خرپشته مدل‌سازی شود و در تعریف نیروی زلزله در قسمت top story آخرین طبقه (طبقه خرپشته) انتخاب شود تا تیرها و ستون‌های خرپشته نیز تحت نیروی زلزله ارزیابی شوند که در این حالت دقیقاً مانند روشی که وزن لرزه‌ای خرپشته بیشتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام باشد عمل می‌کنیم با این تفاوت که در محاسبه ضریب نیروی زلزله استاتیکی در بحث زمان تناوب ارتفاع خرپشته را در نظر نمی‌گیریم.

نکته مهم در بحث وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته کمتر از 25 درصد وزن لرزه‌ای بام:

توصیه می‌شود که صرف‌نظر از سیستم باربر جانبی سازه، نوع سازه (بتنی یا فلزی) و نوع تحلیل سازه (استاتیکی یا دینامیکی) حتماً خرپشته در ایتبس مدل‌سازی شود؛ زیرا هرچه مدل‌سازی به واقعیت نزدیک‌تر باشد طراحی سازه صحیح‌تر خواهد شد بنابراین حتی در سازه‌های فلزی که از سیستم مهاربندی و تحلیل دینامیکی استفاده‌شده باشد و امکان تعبیه سیستم مقاوم جانبی در خرپشته وجود نداشته باشد نیز می‌توان خرپشته را مدل نمود زیرا درصورتی‌که تیرهای خرپشته دو سر مفصل باشند در این صورت ستون‌های خرپشته به‌عنوان سیستم کنسولی عمل می‌کنند و لنگر خمشی ناشی از بار جانبی در پای ستون‌های خرپشته ایجاد می‌شود که به همین طریق پایداری خرپشته نیز حفظ می‌شود.

حال برای مرور مقاله و برای درک بهتر نکته ذکر شده می‌توانید این ویدئو آموزشی را که از دوره های آموزشی سبزسازه تهیه شده است مشاهده کنید.

نتیجه‌گیری

در بحث مدل‌سازی خرپشته در ایتبس اکثر طراحان معتقد هستند که خرپشته در ایتبس مدل شود تا طراحی سازه به واقعیت نزدیک‌تر باشد اما این عقیده و نظر نیز وجود دارد که بیان می‌کند در مواردی که سازه فلزی دارای سیستم مهاربندی و نوع تحلیلی سازه دینامیکی باشد ایتبس در تحلیل سازه برای خرپشته دچار اشکال می‌شود و تحلیل عملاً با واقعیت ناسازگار خواهد بود. لذا در این مقاله سعی شده است که تمامی حالات ممکن بارگذاری خرپشته برای مهندسین عزیز آورده شود.

منابع

1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398
2. استاندارد 2800 ویرایش چهارم