کنترل زمان تناوب سازه در ایتبس با کمک اکسل همراه با بررسی فرمول زمان تناوب تجربی

زمان تناوب سازه

قبل از شناخت زمان تناوب سازه بهتر است به صورت خلاصه با مفهوم تراز پایه ساختمان آشنا شویم البته شما می توانید مفهوم تراز پایه ساختمان را در مقاله کاربردی تراز پایه ساختمان مطالعه کنید.

طبق تعریف استاندارد 2800 تراز پایه به مکانی اطلاق می شود که در هنگام زلزله از آن تراز به پایین اختلاف حرکتی بین ساختمان و زمین وجود نداشته باشد.

 زمان تناوب سازه دقیقا چیست؟

به مدت زمان یک رفت و برگشت کامل سازه موقع زلزله زمان تناوب میگوییم.

 زمان تناوب سازه را چگونه محاسبه کنیم؟

زمان تناوب اصلی سازه با توجه به روابطی که قبلا در علم فیزیک آموختیم به دست می آید. طبق فرمول تصویر بالا زمان تناوب سازه به جرم سازه و سختی سازه وابسته است. پس کافی است جرم و سختی سازه را محاسبه کرده تا زمان تناوب سازه را به دست آوریم.

اما آیا محاسبه جرم و سختی یک سازه به همین راحتی است که میگوییم؟! برای محاسبه زمان تناوب سازه با 2 مشکل اساسی روبرو هستیم.

1. مشکل اول این است که به سادگی نمیتوان جرم یک سازه و سختی آن را به طور دقیق به دست آورد. حتی با استفاده از نرم افزارهای قدرتمندی همچون etabs و sap
2. مشکل دوم در نظر نگرفتن سختی اجزای غیرسازه ای توسط نرم افزار است. چیزی که ما در نرم افزار مدلسازی می کنیم فقط اسکلت ساختمان است. در صورتیکه اجزاء غیرسازه ای نیز سختی سازه را افزایش می دهند.

برای حل این مشکلات ویرایش چهارم آیین نامه ۲۸۰۰  دو زمان تناوب را برای محاسبین معرفی نموده است. اولین مورد زمان تناوب تجربی سازه و دومین مورد زمان تناوب تحلیلی سازه می باشد. زمان تناوب تجربی همانطور که از اسمش پیداست از یک سری روابط تجربی به دست می آید (مطابق بند 3-3-3 ویرایش چهارم استاندارد 2800) و زمان تناوب تحلیلی عدد دقیق تری است که از تحلیل سازه به دست می آید اما چون در قبل از مرحله تحلیل سازه اطلاعاتی در مورد زمان تناوب سازه محاسباتی خود نداریم، آیین نامه برای شروع کار زمان تناوب تجربی را به مهندسین معرفی می کندکه به ارتفاع و نوع سیستم باربر جانبی سازه بستگی دارد.

در واقع مهندس محاسب با فرض زیر که تبصره بند 3-3-3-1 آیین نامه 2800 ویرایش 4 می باشد، مدلسازی و آنالیز را در نرم افزارهای تحلیل سازه انجام می دهد:

۱٫۲۵ * زمان تناوب تجربی < زمان تناوب تحلیلی

 اگر فرض ما غلط باشد چه اتفاقی در روند طراحی می افتد؟

اگر زمان تناوب مورد استفاده در محاسبات اولیه ساختمان که ۱٫۲۵ برابر زمان تناوب تجربی می باشد، بزرگتر از زمان تناوب تحلیلی باشد؛ در این صورت چون زمان تناوب با ضریب بازتاب ساختمان رابطه عکس داشته و از سوی دیگر ضریب بازتاب ساختمان با ضریب زلزله رابطه مستقیم داشته و ضریب زلزله نیز با برش پایه کل ساختمان رابطه مستقیم دارد، بنابراین…

در نهایت می توان گفت که اگر مقدار زمان تناوب سازه بیشتر از مقدار واقعی آن درنظر گرفته شود، این بدین معنی است که برش پایه را کمتر از مقدار واقعی آن در نظر گرفته ایم. یعنی به زبان ساده سازه را دست پایین طراحی کرده ایم.

زمان تناوب تجربی سازه

با توجه به بند 3-3-3-1 آیین نامه 2800 بر اساس نوع سیستمی که داریم زمان تناوب سازه تعیین می شود که در این جا به صورت خلاصه فرمول تمامی موارد ذکر شده در این بند آیین نامه را در یک جدول ذکر کرده ایم.

 برای سیستم های قاب خمشی در صورتیکه جداگرهای میاقابی مانعی برای حرکت قاب شوند زمان تناوب تجربی را در عدد 0.8 ضرب می کنیم.

طبق فرمول های استاندارد 2800 در صورتیکه جداگرهای میانقابی مانعی برای حرکت قاب ایجاد کنند زمان تناوب تجربی را باید 20 درصد کاهش داد. یا همانطور که گفتیم زمان تناوب تجربی را باید در عدد 0.8 ضرب کرد اما دلیل این موضوع چیست؟

دلیل این موضوع این است که در صورتیکه این جداگرها به قاب چسبیده باشند باعث افزایش سختی سازه می شوند. به فرمول محاسبه زمان تناوب مجددا توجه کنید: T=2π√ m/k

همانطور که میبینید T با K نسبت عکس دارد. بنابراین متوجه میشویم که استاندارد 2800 با کاهش زمان تناوب تجربی این موضوع را در نظر گرفته است.

البته میتوان با نبشی کشی مناسب و ایجاد فاصله به کمک مصالح نرم مانند یونولیت از اتصال بین قاب و میانقاب جلوگیری کرد. در این صورت نیازی به کاهش 20 درصدی زمان تناوب تجربی نیست.

بررسی زمان تناوب سازه در قالب یک ویدئو

اگر تا به اینجای کار متوجه مفهوم زمان تناوب سازه و ضوابط آن نشده اید حتما یک بار ویدئو رایگان و کاربردی که در این قسمت قرار داده شده را مشاهده کنید. در این ویدئو آموزشی دوره تناوب ساختمان های متعارف و غیر متعارف را تعیین خواهیم کرد و همین طور مکان تراز پایه ساختمان را به شما نشان خواهیم داد.

گام به گام نحوه کنترل زمان تناوب سازه

همانطوری که گفتیم ابتدا با فرض اینکه ۱٫۲۵ برابر زمان تناوب تجربی از زمان تناوب تحلیلی سازه کمتر است آنالیز را انجام می دهیم.

سپس مراحل زیر را در ایتبس انجام می دهیم:

1. save as گرفتن از پروژه قبلی
2. اصلاح ضرایب سختی در پروژه های بتنی
3. تحلیل مجدد
4. تعیین زمان تناوب تحلیلی سازه در جهت X و Y
5. مقایسه زمان تناوب های تحلیلی با زمان تناوب تجربی

گام یک: save as گرفتن از پروژه قبلی

کنترل زمان تناوب سازه کنترلی است که باید حتما انجام شود و فایل آن به نظام مهندسی مربوطه تحویل داده شود. بنابراین از فایل ایتبس خود Save As بگیرید.

گام دو: اصلاح ضرایب سختی در پروژه های بتنی

در پروژه های بتنی لازم است تا ضرایب سختی را اصلاح کنید. برای مطالعه درباره ضرایبی که باید تخصیص داده شود توصیه می کنم همین الان بند ۳-۳-۳-۳ آیین نامه ۲۸۰۰ ویرایش ۴ برای قطعات بتن آرمه را مطالعه نمایید.

برای ستون ها ضرایب اصلاح سختی را به این نحو در ایتبس اعمال می کنیم که ابتدا از مسیر  select > object type > columns تمامی ستون ها را انتخاب کنید. سپس از طریق assign > frame > property modifiers ضرایب کاهش سختی ستون ها را ۱ وارد می کنیم.

برای تیرها هم به همین طریق ضرایب کاهش سختی را ۰٫۵ (حول محور 3) اعمال می کنیم.

گام سه: تحلیل مجدد

بعد از اعمال ضرایب اصلاح سختی، مدل را دوباره تحلیل می کنیم.

گام چهارم: تعیین زمان تناوب تحلیلی سازه در جهت X و Y

سپس از طریق display > show tables گزینه Modal Participating Mass Ratios را انتخاب می کنیم.

درصد مشارکت مدهای سازه در کنترل زمان تناوب سازه

از پنجره باز شده Modal case را انتخاب کنید. در ستون های Uy و Ux به دنبال مدهای غالب پروژه خود می گردیم. همانطور که مشاهده می کنید مدهای اول و دوم بیشترین مشارکت را در ارتعاش سازه داشته اند.

زمان تناوب تحلیلی در جهت x و y

گام پنجم: مقایسه زمان تناوب های تحلیلی با زمان تناوب تجربی

در ادامه کنترل زمان تناوب سازه به مقایسه دو مقدار زمان تناوب تجربی و تحلیلی می پردازیم.

اگر مقدار ۱٫۲۵ برابر زمان تناوب تجربی کمتر از زمان تناوب تحلیلی بود که کارمان تمام است. با Conditional Formatting این امکان را فراهم می کنیم اگر کمتر بود با رنگ سبز و گرنه با رنگ قرمز این کنترل را نشان دهد.

در صورتی که فرض مان نقض شد باید مقدار ضریب زلزله را دوباره با در نظر گرفتن زمان تناوب تحلیلی محاسبه و در نرم افزار ایتبس اعمال نماییم.

برای آنکه نمایش بهتری داشته باشیم فقط اطلاعاتی را که لازم داریم به صفحه ای دیگر منتقل می کنیم.

در این صفحه فقط لازم است تا اطلاعات ورودی را وارد نمایید تا مقدار ضریب زلزله بر اساس مقدار زمان تناوب تجربی محاسبه شود. بعد از آنالیز اولیه مقدار زمان تناوب تحلیلی را در سلول های Tmx و Tmy وارد می کنیم. این مقدار در صفحه قبلی بررسی می شود اگر فرض اولیه صحیح باشد در این صورت در سلول ضریب زلزله ایتبس پیغامی مبنی بر اینکه فرض صحیح می باشد چاپ خواهد شد.

اگر هم فرض صحیح نباشد مقدار آن برای وارد نمودن در ایتبس محاسبه می شود.

منابع:

ویرایش چهارم استاندارد 2800

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا