اصلاح بار موثر لرزه ای؛ نحوه اعمال بار mass در ایتبس به همراه حل 3 مثال کاربردی

حتما با بار mass آشنایی دارید اما چرا بار mass  را در ایتبس به صورت  other تعریف می کنیم؟ اصلا چرا باید بار موثر لرزه ای در ایتبس را اصلاح کنیم؟

در این مقاله جامع ابتدا مفهوم بار mass را بیان خواهیم کرد سپس به نحوه اعمال آن در ایتبس می پردازیم و آنگاه با حل چند مثال عددی گام به گام محاسبه بار mass را به شما آموزش می دهیم.

⌛ آخرین به روز رسانی: 26 بهمن 1401

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

در این بخش علائم اختصاری و تعاریف اصطلاحات استفاده شده در این مقاله را با هم بررسی و تعریف می‌کنیم.

2. وزن موثر لرزه ای

وزن سازه تأثیر بسیاری در مقدار نیروی زلزله داشته و جهت محاسبه آن در نیروی زلزله از عبارتی به نام وزن موثر لرزه ­ای استفاده می­کنند. نیروی زلزله در آیین نامه به صورت زیر محاسبه می­شود:

F=a×m=ABI/R×g×M=ABI/R×W

W همان وزن موثر لرزه ای می باشد.

1.2. وزن موثر لرزه ­ای بر اساس آیین نامه 2800

مطابق آیین نامه استاندارد 2800 وزن موثر لرزه ای شامل مجموع بارهای مرده،  وزن تأسیسات ثابت و وزن دیوارهای تقسیم کننده به اضافه درصدی از بار زنده به صورت تخفیف نیافته و باربرف می­ باشد. درصدی از بار زنده و برف برحسب کاربری­ های مخنلف متفاوت بوده، و مطابق با جدول زیر است:

وزن موثر لرزه ­ای = بار مرده + وزن تأسیسات و دیوارهای تقسیم کننده + درصدی از بار زنده و برف

❓دلیل این که بار زنده و برف درصد مشارکت کمتری در محاسبه وزن موثر لرزه ­ای دارند چیست؟

ماهیت بار زنده به گونه­ ای است که هنگام وقوع زلزله به صورت معلق درآمده و شروع به حرکت می­کند. به طور مثال مبلمان یک طبقه را در نظر بگیرید هنگام حرکت زمین متصل به طبقه باقی نمانده، و روی زمین سر می­خورد. و تنها بارهای زنده­ای که متصل به کف ساختمان هستند، به سازه نیرو وارد می­کنند. هم­چنین احتمال این­که هم برف باشد و هم زلزله رخ دهد کم است در نتیجه بار زنده و برف را به صورت درصدی حساب می­کنیم.

3. فلسفه اعمال بار mass

یک ساختمان چند طبقه را در نظر بگیرید؛ هنگام وقوع زلزله دیوارهای هر طبقه تمایل دارند که به سمت بیرون پرتاب شوند؛ اما تیرها و ستون­ها از این حرکت جلوگیری می­کنند. بنابراین هر تیر باید بتواند نیمی از وزن دیوار بالا و نیمی از وزن دیوار پایین را تحمل کرده تا از خرابی سازه جلوگیری شود. اما در سقف آخر چنین نبوده و فقط باید نصف بار دیوار زیرین توسط آن تحمل شود.

براساس بند 3-3-6 از آیین نامه استاندارد 2800، در محاسبات نیروی زلزله، وزن هر طبقه به صورت وزن کف و قسمتی از سربار آن و نصف وزن دیوارها و ستون­ هایی که در بالا و پایین سقف قرار گرفته ­اند، در نظر گرفته می­شود که مهندسان در جهت محافظه­ کاری برای هر طبقه نصف وزن دیوارهای بالا و نصف وزن دیوارهای پایین را در نظر می­گیرند.

از طرفی نرم ­افزار ایتبس وزن هر طبقه را برابر با وزن کف هر طبقه به علاوه وزن دیوار روی آن، در محاسبات نیروی زلزله در نظر می­گیرد. چنانچه ارتفاع تمامی طبقات یکسان باشد، وزن طبقه طبق تعریف ایتبس و استاندارد 2800 یکسان است. زیرا 2 تا نصف دیوار با یک دیوار کامل برابر است. پس نیازی به اصلاح وزن طبقات نیست. اما در طبقه بام به مشکل برمی خوریم؛ زیرا بر روی طبقه بام به غیر از جان­پناه دیواری وجود ندارد. بنابراین نرم افزار ایتبس، وزن طبقه بام را همان وزن کف طبقه بام درنظر می گیرد. در حالی که طبق استاندارد 2800 باید وزن نصف دیوارهای زیرین بام نیز در نظر گرفته شود.

بنابراین نتیجه می گیریم که بین نرم افزار ایتبس و استاندارد 2800 در محاسبه وزن طبقه بام اختلاف وجود دارد. به عبارتی نرم افزار ایتبس وزن طبقه بام را به اندازه نصف وزن دیوارها سبک تر از مقدار واقعی آن درنظر می گیرد. این اختلاف را توسط بار mass به برنامه اعمال کرده تا وزن کلی سازه اصلاح شود.

مثلا فرض کنید وزن دیوارهای نما 500 و دیوارهای فاقد نما 700 کیلوگرم بر متر باشد. مقدار بار Mass برای دیوارها نما 250 و برای دیوارها فاقد نما 350 کیلوگرم بر متر خواهد بود.

تصویر زیر دید خوبی در مورد فلسفه بار mass به شما می دهد. نکته مهمی که باید توجه داشت این است که بار mass را از نوع other تعریف می‌کنیم.

شکل 1نحوه اعمال بار mass

4. نحوه اعمال بار mass در ایتبس

گام اول: ابتدا جرم لرزه ­ای را طبق مسیر زیر در نرم افزار تعریف می­کنیم:

شکل 2 تعریف جرم لرزه ­ای

گام دوم: جهت اصلاح وزن موثر لرزه ­ای یک نوع بار خاص به نام mass در قسمت Difine Loud pattern تعریف کرده، و نوع آن را other انتخاب می­کنیم:

شکل 3 تعریف بار mass

❓پس چرا برای اصلاح جرم سازه از الگوی Mass و از نوع other تعریف می کنیم؟ چرا از همان الگوی بار مرده یعنی Dead استفاده نمی کنیم؟

اگر این بار را از نوع بار dead تعریف کنیم، از آنجایی که بار dead در ترکیب بارهای طراحی حضور دارد، نرم افزار این بار را در طراحی تیرها و ستون های طبقه بام درنظر گرفته و به نتایج دست بالاتری منجر خواهد شد. در حالی که ما می­خواهیم این بار فقط زمانی که زلزله اثر کرد وارد شده، و  بر روی تیرهای پیرامونی طبقه بام اثر ندارد، در واقع فقط برای اصلاح جرم به کار برده می شود. به طور کلی هر زمانی که در نرم افزار ایتبس بخواهیم باری در ترکیبات بارگذاری وارد نشود و صرفاً در جرم لرزه ­ای شریک باشد، بار را از نوع other در نظر می­گیریم.

گام سوم: در نهایت برای اعمال این بار کافی است تمام دیوارهای پیرامونی طبقه بام را که فاقد نما هستند را انتخاب کرده و مطابق مسیر زیر بار 350kgf/m را از نوع mass به etabs اعمال کنید.

شکل 4 وزن موثر لرزه ای در ایتبس

حال قبل از آنکه به سراغ حل چند مثال در این زمینه برویم با یک ویدئو که از دوره طراحی سازه سبزسازه تهیه شده است، موارد گفته شده را مرور می‌کنیم.

5. بررسی چند مثال برای محاسبه بار mass 

در ادامه چند مثال را برای تسلط بیشتر بررسی می­کنیم:

1.5. مثال اول

در مثال زیر ارتفاع طبقات یکسان نبوده وزن بعضی از طبقات نیاز به اصلاح دارد. به غیر از طبقه دوم که ارتفاع آن 3 متر بوده ارتفاع مابقی طبقات 4 متر است. برای اینکه تشخیص دهیم وزن کدام طبقه نیاز به اصلاح دارد بایستی تک تک طبقات را مورد بررسی قرار دهیم. از طبقه اول شروع می­کنیم. اجازه دهید که طبق تعریف جلو برویم:

• نرم افزار ایتبس: وزن طبقه اول برابر است با وزن کف طبقه به علاوه وزن دیوارهای روی آن. دیوارهای روی طبقه اول 3 متر ارتفاع دارند.
• استاندارد2800: وزن طبقه اول برابر است با وزن کف طبقه به علاوه نصف دیوارهای بالا (1.5 متر) به علاوه نصف دیوارهای پایین (2 متر) بنابراین طبقه اول در مجموع 3.5 متر دیوار دارد.

پس به طور خلاصه نرم افزار ایتبس 3 متر دیوار برای طبقه اول درنظر گرفته در حالیکه طبق استاندارد 2800 این طبقه 3.5 متر دیوار دارد. همانطور که می بینید 0.5 متر اختلاف وجود دارد. اگر وزن دیوار 200 کیلوگرم بر متر مربع باشد لازم است تا باری به اندازه 200*0.5 از نوع mass به طبقه اول وارد کنیم.

شکل 5 محاسبه بار mass

این کار را برای طبقه دوم نیز انجام می دهیم. طبق آیین نامه طبقه دوم 3.5 متر دیوار دارد در حالیکه نرم افزار 4 متر دیوار در نظر گرفته است. پس برعکس طبقه اول 0.5 متر دیوار بیشتر از مقدار واقعی در نظر گرفته شده است. برای اصلاح این موضوع بار mass به اندازه 200*0.5- به طبقه دوم وارد میکنیم.

طبقه سوم نیاز به اصلاح ندارد؛ زیرا دیوار بالا و پایین آن برابر است.

طبق توضیحات ارائه شده حتما می دانید که بار 400kgf/m از نوع mass بایستی به طبقه بام وارد کنیم.

2.5. مثال دوم محاسبه بار mass

برای تسلط به این موضوع مثال زیر را در نظر بگیرید.

طبق مطالب گفته شده واضح است که طبقه اول و سوم نیاز به بار mass ندارند. اما طبقه دوم نیاز دارد. بار mass طبقه دوم با علامت منفی در نرم افزار اعمال می شود. چرا؟

شکل 6 نحوه محاسبه بار mass

مثال زیر را برای درک بهتر خودتان مورد بررسی قرار دهید.

شکل 7 نحوه محاسبه بار mass

❓آیا بار Mass فقط به عنوان بار خطی به دیوارهای پیرامونی اعمال می­شود؟

خیر! فلسفه بار mass اصلاح جرم سازه است. هرجا که نیاز به اصلاح جرم سازه داشته باشیم بار mass نیز داریم. جای دیگری که نیاز به اصلاح جرم سازه داریم، بارگذاری خرپشته است. همانطور که می دانید در صورتیکه وزن خرپشته کمتر از 25% وزن بام باشد خرپشته یک طبقه مستقل محسوب نمی‌شود. در این حالت بایستی وزن خرپشته را به وزن طبقه بام اضافه کنیم. یعنی به عبارتی بایستی وزن طبقه بام را اصلاح کنیم. بدین صورت که جهت درنظر گرفتن تأثیر وزن خرپشته، چهار نیروی متمرکز با الگوی بار mass در محل ستون­های خرپشته بر روی بام اعمال می­کنیم.

6. پرسش و پاسخ

7. نتیجه گیری

طبق آن­چه که در متن مقاله بیان کردیم، بخشی از وزن سازه که در زلزله مشارکت دارد، وزن موثر لرزه ­ای بوده، و شامل مجموع بارهای مرده،  وزن تأسیسات ثابت و وزن دیوارهای تقسیم کننده به اضافه درصدی از بار زنده به صورت تخفیف نیافته و باربرف می­باشد. و دلیل اعمال آن در نرم­افزار ایتبس اختلافی است که بین نرم افزار ایتبس و استاندارد 2800 در محاسبه وزن طبقه بام وجود دارد.

منابع:

1. استاندارد 2800
2. جزوه استاد مسعود حسینی زاده اصل
3. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1398

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا