صفحه اصلی  »  مقالات  »  طراحی سازه های بتنی  »  کاهش بار زنده بام : نحوه محاسبه طبق مبحث 6 به همراه آموزش گام به گام در ایتبس

کاهش بار زنده بام : نحوه محاسبه طبق مبحث 6 به همراه آموزش گام به گام در ایتبس

پیشتر و در مقاله “الگو های بار زنده ساختمان” با انواع بار زنده در ساختمان ، الگوهای بار زنده قابل تعریف در نرم افزار و میزان مشارکت آنها در جرم سازه آشنا شدیم و سپس در ایبوک “کاهش بارهای زنده در سازه” به ابهامات آیین نامه ها در مورد کاهش بار زنده و اعمال آن در ایتبس پرداختیم اما در این مقاله قصد داریم کاهش بار زنده بام را به صورت جامع مورد تحلیل قرار دهیم.

بار زنده بام و اثر آن در جرم لرزه ای و نحوه کاهش آن طبق مبحث ششم و در نرم افزار ایتبس همیشه مورد سوال و ابهام بوده است.
به عبارتی کاهش بار بام به طور پیش فرض در ایتبس تعریف نشده، به همین جهت در این مقاله روش پیشنهادی برای کاهش این بار در نرم افزار ارائه کرده ایم و دلیل عدم کاهش آن توسط اغلب مهندسین را بررسی می کنیم.

در این مقاله چه می آموزیم:

  1. نحوه کاهش بار زنده بام در مبحث ششم
  2. گام به گام کاهش بار زنده بام در ایتبس
  3. نتیجه گیری برای عدم اعمال کاهش بار زنده بام در نرم افزار

نحوه کاهش بار زنده بام در مبحث ششم

بر اساس آیین‌نامه‌ی آمریکا ASCE7-10 بار زنده‌ی پشت بام در ساختمان ناشی از دو منشا است:

الف- در زمان ساخت و یا تعمیر ساختمان توسط کارگران، ابزار و مصالح،

ب- در زمان استفاده از ساختمان توسط اجسام قابل حرکت مانند گلدان‌ها و یا سایر اشیا تزیینی.

لازم به ذکر است که بار زنده‌ی بام شامل تجهیزات و تاسیسات ثابت مانند کولرهای آبی، که گاهی در این تراز قرار داده می‌شوند، نمی‌باشد. در صورتی که بار این تجهیزات قابل توجه باشد، لازم است یک بار جداگانه برای آنها تعریف شود تا اثر آنها در طراحی و همچنین نیروی زلزله دیده شود.

کاهش بارهای زنده‌ی یکنواخت بام در ساختمان، در مقایسه با بار زنده‌ی سایر نقاط سازه به روش متفاوتی صورت می‌گیرد. کاهش در بارهای زنده‌ی بام در بخش 6-5-8 از مبحث ششم مقررات ملی ایران مورد بحث قرار گرفته است و به کمک توضیحات و فرمول‌های ارائه شده در این بخش، می‌توان مقادیر ارائه شده در جدول 6-5-1 را کاهش داد.

بام‌های معمولیِ تخت، شیب‌دار و قوسی و سایبان‌ها به غیر از مواردی مانند سقف‌های پارچه‌ای که با استفاده از یک سازه اسکلتی مجزا تحمل شوند، برای بار زنده کاهش یافته بام حاصل از رابطه 6-5-2 و یا سایر ترکیب بارهای کنترل کننده در فصل دوم مبحث ششم، هر کدام که بیشتر باشد، طراحی می‌شوند.

کاهش بار زنده‌ی بام به کمک رابطه‌ی زیر انجام می‌شود.

 

رابطه کاهش بار زنده‌ی بام

 

همانطور که مشاهده می‌شود، L0 بار زنده‌ی کاهش نیافته‌ی بام می‌باشد که از جدول 6-5-1 استخراج شده است و با اعمال دو ضریب R1 و R2 به آن، کاهش می‌یابد. به حاصل ضرب R1Rضریب کاهش بار زنده یا Live Load Reduction Factor برای بام گفته می‌شود. این دو ضریب هم به کمک روابط زیر محاسبه می‌شوند:

محاسبه ضرایب کاهش بار زنده بام

در این رابطه،Aسطح بارگیر عضو می‌باشد. در صورتی که پشت بام دارای شیبی کمتر از 33% باشد بار زنده‌ی بام تنها با ضرب در ضریب R1 کاهش می‌یابد، اما در صورتی که شیب بام از 33% بیشتر باشد از رابطه‌ی زیر جهت محاسبه‌ی R2 استفاده خواهد شد:

محاسبه ضرایب کاهش بار زنده بام

همچنین در صورتی که بام به صورتی قوسی یا گنبدی باشد، به طوری که امکان محاسبه‌ی شیب (S) برای آن نباشد، از رابطه ی زیر جهت محاسبه‌ی S استفاده می شود.

محاسبه شیب بام قوسی یا گنبدی

تعریف ارتفاع و دهانه در سقف های قوسی در شکل زیر مشاهده می شود.

 

ارتفاع و دهانه در سقف های قوسی

ارتفاع و دهانه در سقف های قوسی

 

با دقت در این روابط می توان گفت، در صورتی که سطح بارگیر از 18 متر مربع بزرگتر باشد، بار زنده‌ی بام را حداکثر تا 40% می‌توان کاهش داد، البته بار زنده هم نباید از 0.6 کیلونیوتن بر متر مربع کمتر شود.

برای بام‌هایی که محل اجتماع و ازدحام بوده و دارای کاربری خاصی چون باغچه بام (Roof Garden) می‌باشند، بر اساس مبحث ششم می توان بارهای زنده‌ی یکنواخت را طبق ضوابط بخش 6-5-8، که در بالا توضیح داده شد، کاهش داد.

لازم به ذکر است که بر خلاف آیین‌نامه‌ی ایران در آیین نامه‌ی ASCE7-10 و همچنین ASCE7-16 کاهش بار زنده در بام‌هایی با کاربری‌های ذکر شده بر اساس بند 6-5- 7 مبحث ششم، که مربوط به کاهش بار زنده به روش سطح بارگیر است، انجام می‌شود.

معرفی ضریب کاهش بار زنده‌ی بام به نرم افزار

نرم افزار ایتبس در حال حاضر به صورت پیش فرض امکان محاسبه‌ی کاهش بار زنده‌ی بام را نداشته و برای در نظر گرفتن این کاهش بار نیاز به طی کردن یک فرآیند نسبتا طولانی می‌باشد تا بتوان به صورت تقریبی این کاهش بار را هم در محاسبات در نظر گرفت.

همانطور که می‌دانیم بر اساس جدول 3-1 آیین‌نامه‌ی 2800 ویرایش چهارم، به هنگام محاسبه‌ی جرم موثر لرزه‌ای نیازی به در نظر گرفتن بار زنده‌ی پشت بام نمی‌باشد. به عبارت دیگر، بار زنده‌ی بام در زمان زلزله نیروی اضافه‌ای به سازه وارد نمی‌نماید، زیرا همانطور که در ابتدای بحث هم مطرح گردید این بار ناشی از ابزار و تجهیزات غیرثابت بوده که در زمان زلزله اینرسی اضافه‌ای به سازه وارد نمی‌کنند.

از این رو، معمولا بار زنده‌ی بام در نرم افزار با نام  Lr و از جنس Roof Live معرفی می‌گردد، اما در صورتی که بخواهیم این بار را هم کاهش دهیم، نیاز است که جنس آن از نوع Reducible Live انتخاب شود. توجه نمایید که به هنگام معرفی مشارکت هر یک از بارها در جرم لرزه‌ای همچنان درصد مشارکت Lr (درصد مشارکت بار زنده بام) صفر خواهد بود.

 

تغییر نوع بار زنده‌ی بام ( Lr) در ایتبس

تغییر نوع بار زنده‌ی بام در نرم افزار برای ایجاد امکان کاهش

 

 محاسبه‌ی دستی ضریب کاهش بار زنده‌ی بام در مقایسه با ضریب کاهش بار زنده‌ی سایر طبقات به مراتب ساده‌تر بوده، و تنها نیاز به محاسبه‌ی سطح بارگیر برای هر عضو است. نرم‌افزار ایتبس امکان محاسبه‌ی خودکار سطح بارگیر برای هر عضو را دارد. از این رو نموداری بر اساس سطح بارگیر به نرم‌افزار معرفی می‌شود تا به کمک آن ایتبس به صورت خودکار با محاسبه‌ی سطح بارگیر هر عضو، ضریب کاهش بار زنده‌ی بام را محاسبه نماید.

با توجه به رابطه‌ی 6-5-3 از مبحث ششم که مربوط به ضریب R1  است، مشاهده می‌شود که این ضریب تنها تابع سطح بارگیر بوده و با آن رابطه‌ی خطی دارد. از طرفی رابطه ی 6-5-4 هم که مربوط به R2 است با توجه به شیب پشت بام تعیین می‌شود.

حال برای محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده‌ی بام کافیست نموداری مشابه با نمودار زیر که مربوط به ضریب R1 است به نرم افزار معرفی شود. این نمودار با تغییر سطح بارگیر از 0 تا 70 و محاسبه ی رابطه‌ی 6-5-3 برای هر سطح بارگیر بدست می‌آید.

 

ضریب R1 برای محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده‌ی بام

معرفی ضریب R1 به ایتبس برای محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده‌ی بام

 

ضریب R2 هم برای هر سازه تنها یک بار، با توجه به شیب پشت بام محاسبه شده، و در صورتی که مخالف 1 باشد، در نمودار فوق ضرب می شود تا به کمک آن بتوان ضریب کاهش بار زنده‌ی بام را محاسبه نمود. همانطور که می‌دانیم در صورتی که شیب بام (S) از 33% کمتر باشد ضریب R2 = 1 شده و نمودار فوق عینا به نرم‌افزار معرفی می شود.

این روش به صورت گام به گام به شرح زیر می‌باشد:

1.محاسبه‌ی نمودار ضریب کاهش بار زنده:

این نمودار با توجه به توضیحات ارائه شده، با محاسبه‌ی R1 و  R2 بدست می‌آید تا در گام بعد به نرم افزار معرفی شود. با اندکی دقت در فرمول ها نتیجه می شود که منحنی R1 همواره و برای تمامی سازه ها ثابت بوده و تنها ضریب R2 با توجه به شیب بام محاسبه می‌شود.

2.تنظیمات مربوط به محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده بام در etabs:

در ابتدا باید روش مورد استفاده توسط نرم‌افزار را، که به کمک آن برای هر عضو ضریب کاهش بار زنده محاسبه می‌شود، مشخص نماییم. بدین منظور از مسیر زیر وارد تنظیمات مربوط به روش کاهش بار زنده می‌شویم.

 

تنظیمات محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده بام در ایتبس

تنظیمات مربوط به محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده بام

 

در پنجره‌ی باز شده که در شکل زیر مشاهده می‌شود، چهارمین گزینه که مربوط به کاهش بار زنده به کمک سطح بارگیر است انتخاب شده و با زدن دکمه ی Define وارد تنظیمات اصلی می‌شویم.

 

تنظیمات مربوط به محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده بام در etabs

انتخاب کاهش بار زنده به کمک سطح بارگیر در نرم افزار

 

در ادامه و در پنجره‌ی Live Load Reduction Factor Curves نموداری که با توجه به رابطه ی 6-5-3 و 6-5-4 در گام قبل محاسبه شد، باید به نرم افزار معرفی گردد. نمودار شکل زیر برای یک بام با شیب کمتر از 33% است.

 

معرفی نمودار ضریب R1 به ایتبس

معرفی نمودار ضریب R1 به نرم افزار

 

پس از معرفی این نمودار و تایید آن در صورتی که مدل آنالیز و طراحی شود، ضریب کاهش بار زنده‌ی بام برای تمامی اعضا محاسبه خواهد شد.

نکته مهم:

همانطور که در ابتدای بحث هم ذکر شد، نرم‌افزار ایتبس امکان در نظر گرفتن کاهش بار زنده‌ی بام را ندارد. در صورتی که این گزینه در نرم‌افزار موجود بود، در واقع باید علاوه بر Roof Live یک نوع بار دیگر به نام Reducible Roof Live هم داشته باشیم و در این حالت ضریب کاهش بار زنده‌ی جداگانه‌ای به نام Roof Live Load Reduction Factor برای آن تعریف می‌شد. اما در حال حاضر ما تنها یک ضریب کاهش بار زنده به نام Live Load Reduction Factor داریم که به تمامی بارهای زنده‌ی قابل کاهش اعمال می‌شود.

از آنجایی هم که برای قابل کاهش بودن بار زنده‌ی بام نوع آن را Reducible Live انتخاب کرده‌ایم، در واقع نرم‌افزار بارهای زنده‌ی بام و طبقات را با یک ضریب مشابه، کاهش می‌دهد. برای اینکه بتوانیم کاهش بار زنده‌ی بام را هم در نظر بگیریم تنها راه حل این است که هر دو ضریب کاهش را برای بام و سایر طبقات محاسبه نموده، و ضریبی را برای طراحی هر عضو انتخاب نماییم که بزرگتر بوده و کمترین کاهش بار زنده را اعمال می‌کند.

با توجه به این توضیحات، ضریب کاهش بار زنده‌ی بام را که به کمک نمودار محاسبه شد، برای تک‌تک اعضا بدست می‌آوریم.

3.بدست آوردن ضریب کاهش بار زنده‌ی بام اعضا:

این ضریب برای تمامی تیرها و ستون‌ها باید بدست آمده تا امکان مقایسه‌ی آن با ضریب کاهش بار زنده‌ی سایر طبقات فراهم شود، بدین منظور دکمه‌ی آنالیز و سپس طراحی مقاطع زده می‌شود، تا ضریب کاهش بار زنده محاسبه گردد. سپس از مسیر شکل زیر و گزینه‌ی Show table پنجره‌ی مربوطه باز می‌شود.

 

مشاهده جدول ضریب کاهش بار زنده در etabs

مشاهده جدول ضریب کاهش بار زنده

 

با رفتن به مسیر مشخص شده و انتخاب گزینه‌ها به ترتیب نشان داده شده در شکل زیر، پنجره‌ی مربوط به فرضیات طراحی با نام Steel Frame Overwrite- AISC 360-10 باز خواهد شد.

 

مشاهده جدول ضریب کاهش بار زنده در ایتبس

 

در پنجره‌ی باز شده اطلاعات مربوط به طراحی تمامی اعضای سازه قابل مشاهده بوده و همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌شود یکی از گزینه‌ها مربوط به ضریب کاهش بار زنده می‌باشد که برای تک‌تک اعضا با توجه به نمودار معرفی شده‌ی گام قبل، توسط نرم افزار محاسبه شده است.

 

ضریب کاهش بار زنده در ایتبس

ضریب کاهش بار زنده در جدول

 

با توجه به توضیحات گام قبل نیاز است که این ضریب برای تمامی تیرها و ستون‌ها در سازه انتخاب شده، و به یک فایل اکسل منتقل شوند تا در ادامه برای مقایسه با ضریب کاهش بار زنده‌ی طبقات مورد استفاده قرار گیرد.

4.محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده برای سایر طبقات:

بدین منظور یک بار دیگر قفل برنامه باز شده و پنجره‌ی Live Load Reduction Factor را از منوی Design باز می‌کنیم و این بار آیین‌نامه‌ی ASCE7-10 را به عنوان روش کاهش بار زنده انتخاب می‌کنیم.

 

محاسبه‌ی ضریب کاهش بار زنده برای سایر طبقات در ایتبس

محاسبه ضریب کاهش بار زنده برای سایر طبقات

5.بدست آوردن ضریب کاهش بار زنده طبقات:

روند گام 2 عینا دوباره تکرار می‌شود تا ضریب کاهش بار زنده در تمامی اعضا، برای حالتی که ضریب کاهش بار زنده با توجه به آیین‌نامه محاسبه شده، مشاهده شود. با انتقال این ضریب به اکسل، هر دو ضریب کاهش بار زنده را در کنار هم برای تمامی تیرها و ستون‌ها می‌توان مشاهده نمود.

حال برای اینکه تنها یک ضریب کاهش بار زنده می‌توان به نرم افزار معرفی نمود باید از میان این دو یکی را انتخاب نماییم تا مبنای محاسبات قرار گیرد، طبیعتا ضریبی انتخاب خواهد شد که محافظه‌ کارانه‌تر بوده و بار زنده را کمتر کاهش می‌دهد، در نتیجه ضریب بزرگتر انتخاب می‌شود.

به عنوان مثال در جدول زیر فرآیند ذکر شده برای یک سازه انجام شده است. در این جدول مقدار ضرایب کاهش بار زنده برای ستون‌های طبقه‌ی سوم و چهارم سازه مشاهده می‌شوند. در ستون پنجم و ششم به ترتیب ضریب کاهش بار برای بار زنده‌ی طبقات و همچنین بار زنده‌ی بام محاسبه شده است و در ستون آخر، حداکثر مقدار این دو به عنوان ضریب کاهش بار نهایی مشخص شده است.

به عنوان مثال در این سازه، باید ضریب کاهش بار زنده‌ی ستون C6 در طبقه‌ی سوم به صورت دستی به 0.93 تغییر داده شود. این روند در گام بعد توضیح داده شده است.

 

ضرایب کاهش بار زنده طبقات در ایتبس

ضرایب کاهش بار زنده طبقات

6.معرفی ضریب کاهش بار نهایی:

در برخی از المان‌ها نیاز داریم ضریب کاهش بار زنده را تغییر دهیم (مانند ستون C6 در سازه‌ی جدول بالا)، بدین منظور کافیست عضو مورد نظر انتخاب شده و از مسیر زیر LLRF را اصلاح نماییم.

 

معرفی ضریب کاهش بار نهایی در ایتبس

معرفی ضریب کاهش بار نهایی

 

در پنجره ی باز شده ضریب کاهش بار زنده را تغییر می‌دهیم.

 

معرفی ضریب کاهش بار نهایی در ایتبس

معرفی ضریب کاهش بار نهایی

 

با توجه به این که در گام 4 روش محاسبه‌ی کاهش بار زنده ASCE7-10 انتخاب شد، در نتیجه مقادیر ضریب کاهش بار زنده‌ی المان‌ها برابر با مقادیر ستون پنجم جدول بالا می‌باشند و در صورتی که این مقادیر با ستون آخر (که مقادیر نهایی هستند) مغایرت داشته باشد باید در این گام اصلاح شوند.

در صورتی که در حین انجام هر یک از مراحل در ایتبس به خطا یا اروری برخورد کردید می توانید با مراجعه به مقاله ” ارورهای پر تکرار طراحی در ایتبس ” خطای به وجود آمده را بر طرف کنید.

نتیجه گیری : علت عدم اعمال کاهش بار زنده بام در نرم افزار

همانطور که مشاهده گردید، از آنجایی که امکان کاهش بار زنده‌ی بام در نرم‌افزار به صورت پیش‌فرض وجود ندارد، در نظر گرفتن این کاهش نیاز به فرآیندی پیچیده داشته و در نهایت هم کاهش بار زنده‌ی بام به صورت کامل صورت نمی گیرد.

همچنین در بسیاری از حالات امکان دارد، برای یک عضو ضریب کاهش بار زنده‌ی بام 1 بدست آید، اما ضریب کاهش بار زنده‌ی طبقات برای آن کوچکتر از 1 (مثلا 0.85) محاسبه شود، اما به دلیل اینکه ما حداکثر مقدار این دو ضریب را باید انتخاب نماییم، ضریب 1 به عنوان ضریب کاهش بار زنده‌ی نهایی انتخاب می‌شود.

این بدین معناست که در این حالت برای این عضو اساسا هیچ کاهش بار زنده‌ای (چه بار زنده‌ی طبقات و چه بار زنده‌ی بام) لحاظ نمی‌شود، در صورتی که اگر از اعمال کاهش بار زنده بام چشم‌پوشی می‌شد امکان استفاده از ضریب کاهش بار زنده‌ی طبقات برای این عضو وجود داشت.

با توجه به توضیحات ارائه شده در اکثر‌‌ اوقات طراحان از کاهش بار زنده‌ی بام صرف نظر کرده، و تنها کاهش بار زنده‌ی طبقات را در طراحی اعمال می‌نمایند.

 

منابع

  1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش سوم، سال 1392.
  2. آیین نامه ی ASCE7 ویرایش سال 2010 و 2016 آمریکا
  3. راهنمای نرم افزار ایتبس 2017 –ETABS2017 Documentation

 

این مقاله به صورت کامل در بالا قرار گرفته است. جهت حمایت از تولیدات رایگان سبزسازه می‌توانید pdf آن را از لینک زیر خریداری کنید.

خرید لينک هاي دانلود

دانلود رایگان اعضای ویژه

دانلود رایگان این آموزش و ده ها آموزش تخصصی دیگر به ازای پرداخت فقط 149 هزار تومان (+ اطلاعات بیشتر)

خرید با اعتبار سایت به ازای پرداخت فقط 2 هزار تومان

دانلود و ذخیره فقط همین آموزش ( + عضو شوید و یا وارد شوید !)

دانلود سریع و بدون نیاز به عضویت به ازای پرداخت فقط 2 هزار تومان

مقالات مشابه
پیش از همه باخبر شوید!

تعداد علاقه‌مندانی که تاکنون عضو خبرنامه ما شده‌اند: 10,410 نفر

تفاوت اصلی خبرنامه ایمیلی سبزسازه با سایر خبرنامه ها نوآورانه و بروز بودن آن است ، ما تنها تازه ترین های آموزشی ، تخفیف ها و جشنواره ها و ... مورد علاقه شما را هر هفته به ایمیل تان ارسال می کنیم

نگران نباشید، ما هم مثل شما از ایمیل های تبلیغاتی متنفریم ، خاطر شما را نخواهیم آزرد!

تولید کنندگان آموزش
ارسال نظرات
نظرات کاربران
  1. smz903

    سلام و سپاس.
    بنده ایبوک مربوط به کاهش بار زنده رو تهیه و مطالعه کردم منتها مشخصا در مورد همزمانی دو روش صحبتی نشده.بذارید سوالمو واضح تر بپرسم.
    فرض کنید یک تیر با سطح بارگیر ۴۰ متر مربع در یک ساختمان مسکونی با بار زنده ۲۰۰ داریم.سوال اینجاست که آیا بنده مجاز هستم یکبار در ترکیب بار از ضریب نصف شده استفاده کنم و یکبار هم بر اساس روش سطح بارگیر از فرمول مربوطه استفاده کنم و بار زنده رو کاهش بدم.؟

    پاسخ دهید

  2. smz903

    سلام.خسته نباشید.
    ممنون از مقالات مفیدتون
    یک سوال داشتم از خدمتتون.
    آیا فقط به یک روش میتوانیم کاهش بار زنده رو داشته باشیم یا به هر دوروش ،همزمان، میتوانیم بار زهده را کاهش دهیم.
    منظورم روش ترکیب بار و روش سطح بارگیر هست؟

    پاسخ دهید

  3. سعید کاویان‌پور

    سلام، ممنونم از نظر گرمتون.
    کاهش بار زنده از نوع L0 در مبحث ششم به دو روش ممکن هست در صورتی که شرایط هر دو رو داشته باشه. شرایط همزمانی رو به صورت دقیق به همراه نحوه اعمال در نرم افزار رو در این ایبوک بررسی کردیم. ضمنا این نکته رو در نظر داشته باشید که امکان کاهش بار زنده بام در ترکیب بار وجود نداره.

    پاسخ دهید

کمتر از 5 دقیقه تا شرکت در آزمون  فاصله دارید!
برای شرکت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این ده نکته فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این پکیج فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link