معرفی پروژه :
این پروژه به عنوان پروژه درس اختیاری کاربرد کامپیوتر در عمران در اسفند ماه 1382 زیر نظر استاد محترم آقای دکتر مردشتی و توسط خودم انجام گردیده است . و در آن یک ساختمان چهار طبقه فولادی دارای کاربری تجاری توسط برنامه کامپیوتری ETABS ver 8.03 تحلیل می شود ، مشخصات هندسی پلان ساختمان ( بجز طبقه چهارم) ، در شکل (1) نشان داده شده است. محل واقع شدن ساختمان شهر تبریز می باشد .
ساختمان دارای چهار طبقه بوده که ، ارتفاع طبقات به ترتیب از کف 5/4 ،5/3 ، 2/3 و 2/3 می باشد .
(نمودار و جداول و تصاویر در فایل اصلی موجود است)
سیستم های باربر:
برای انتقال بار ثقلی از کفها به تیرها از سیستم دال بتنی استفاده شده است با توجه به دهانه های موجود در سازه از دال بتنی دوطرفه استفاده شده است .
سیستم باربر جانبی این سازه در اطراف آن قاب مهار بندی همگرا ( نوع x و 8 شکل) می باشد. تمام تیرها بصورت مفصلی به ستونها وصل شده اند و تنها بار ثقلی را منتقل می کنند اتصال تمام اعضاء ( تیروبادبند) به ستونها به صورت مفصلی در نظر گرفته می شود .
مصالح مصرفی :
با توجه به اینکه اسکلت سازه ی پروژه ی حاضر فلزی می باشد به مشخصات مصالح فولادی اسکلت نیاز داریم . اما سقف این سازه ، بتنی است بنابراین جهت انجام محاسبات وزن و سختی سقفها به مشخصات مصالح بتنی نیز نیاز داریم . به این نکته توجه کنید که نیازی به مشخصات طراحی مصالح بتنی وجود ندارد .
| |
|
|
|
| جدول(1): مشخصات مصالح پروژه |
| خصوصیت فولاد |
خصوصیت بتن |
| 795 kg/m^3 |
جرم واحد حجم،M |
245 kg/m^3 |
جرم واحد حجم،M |
| 7800 kgf/m^3 |
وزن واحد حجم، W |
2400 kgf/m^3 |
وزن واحد حجم، W |
| 2.06E6 kgf/cm^2 |
مدول الا ستیسیته، Es |
2.18E5 kgf/cm^2 |
مدول الا ستیسیته، Ec |
| 0.3 |
ضریب پواسون،υ |
0.2 |
ضریب پواسون،υ |
| 2400 kgf/cm^2 |
تنش تسلیم فولادو fy |
210 kgf/cm^2 |
مقاومت فشاری بتن،fc |
| 3600 kgf/cm^2 |
مقاومت نهائی فولادی ، fu |
3000 kgf/cm^2 |
مقاومت تسلیم میلگرد طولی و fy |
| |
|
3000 kgf/cm^2 |
مقاومت تسلیم خاموت و fys |
آیین نامه های مورد استفاده :
در این پروژه جهت بارگذاری ثقلی و جانبی از آیین نامه های زیر استفاده خواهیم کرد :
- بارگذاری ثقلی : آیین نامه ی 519 ایران
- بارگذاری جانبی شامل :
بارزلزله طبق آیین نامه ی 2800 ایران می باشد
بارباد طبق آیین نامه ی 519 ایران می باشد
تذکر : البته ضوابط لرزه ای آیین نامه ی UBC را در طراحی فولادی لحاظ خواهیم کرد . ضوابط لرزه ای آیین نامه ی 2800 مشابه ضوابط لرزه ای آیین نامه ی UBC می باشند .
مقاطع تیر، ستون و باد بند :
در طراحی اعضای فولادی می توان یک لیست از مقاطع برای تیرها ، ستونها و بادبندها تهیه کرد .
برنامه ی ETABS قادر است از این لیستها بهترین مقطع را برای هر عضو انتخاب کند . در واقع در سازه های فولادی ETABS مستقیما" قادر است اعضا را طراحی کند و برای هر عضو بهترین مقطع را انتخاب کند . بنابراین کافی است تنها لیستی از مقاطع را برای تیرها ، ستونها و باد بندها ایجاد کنیم . در این پروژه مقاطع اولیه ی ستو نها از نوع دوبل wx و مقاطع تیرها از مقاطع wx در نظر گرفته می شوند . که همگی مقاطع از لیست پروفیلهای برنامه انتخاب خواهند شد .
توجه : قبل از اینکه وارد جزئیات پروژه شویم لازم است فایل اجرایی آن را که در برنامه ETABS VER 8.03 قابل اجرا می باشد را دریافت نمائید ، لازم بذکر است تمامی مراحل و جزئیات پروژه در این فایل به اجرا در آمده است .
بارگذاری :
بارگذاری را در دو بخش ثقلی و جانبی انجام می دهیم . بار گذاری ثقلی بر مبنای آیین نامه 519 انجام می شود و بار گذاری جانبی بر مبنای آیین نامه های 2800 و 519 انجام خواهد شد .
بارگذاری ثقلی :
جزییات سقف دال بتنی طبقات و بام در شکل (3) نشان داده شده است . و مشخصات دیوارهای داخلی پارتیشنها و دیوارهای جانبی نیز در ادامی بیان خواهد شد . به جای استفاده از وزن دیوار های داخلی ، از سربار معادل تیغه ها که برابر170 کیلوگرم بر متر مربع است استفاده می شود .
| معرفي پروژه :
این پروژه به عنوان پروژه درس اختیاری کاربرد کامپیوتر در عمران در اسفند ماه 1382 زیر نظر استاد محترم آقای دکتر مردشتی و توسط خودم انجام گردیده است . و در آن يک ساختمان چهار طبقه فولادي داراي کاربري تجاري توسط برنامه کامپيوتري ETABS ver 8.03 تحليل مي شود ، مشخصات هندسي پلان ساختمان ( بجز طبقه چهارم) ، در شکل (1) نشان داده شده است. محل واقع شدن ساختمان شهر تبريز مي باشد .
ساختمان داراي چهار طبقه بوده که ، ارتفاع طبقات به ترتيب از کف 5/4 ،5/3 ، 2/3 و 2/3 مي باشد .
( شکل 1) ( شکل 2 )
سيستمهاي باربر:
براي انتقال بار ثقلي از کفها به تيرها از سيستم دال بتني استفاده شده است با توجه به دهانه هاي موجود در سازه از دال بتني دوطرفه استفاده شده است .
سيستم باربر جانبي اين سازه در اطراف آن قاب مهار بندي همگرا ( نوع x و 8 شکل) مي باشد. تمام تيرها بصورت مفصلي به ستونها وصل شده اند و تنها بار ثقلي را منتقل مي کنند اتصال تمام اعضاء ( تيروبادبند) به ستونها به صورت مفصلي در نظر گرفته مي شود .
مصالح مصرفي :
با توجه به اينکه اسکلت سازه ي پروژه ي حاضر فلزي مي باشد به مشخصات مصالح فولادي اسکلت نياز داريم . اما سقف اين سازه ، بتني است بنابراين جهت انجام محاسبات وزن و سختي سقفها به مشخصات مصالح بتني نيز نياز داريم . به اين نکته توجه کنيد که نيازي به مشخصات طراحي مصالح بتني وجود ندارد .
آيين نامه هاي مورد استفاده :
در اين پروژه جهت بارگذاري ثقلي و جانبي از آيين نامه هاي زير استفاده خواهيم کرد :
- بارگذاري ثقلي : آيين نامه ي 519 ايران
- بارگذاري جانبي شامل :
بارزلزله طبق آيين نامه ي 2800 ايران مي باشد
بارباد طبق آيين نامه ي 519 ايران مي باشد
تذکر : البته ضوابط لرزه اي آيين نامه ي UBC را در طراحي فولادي لحاظ خواهيم کرد . ضوابط لرزه اي آيين نامه ي 2800 مشابه ضوابط لرزه اي آيين نامه ي UBC مي باشند .
مقاطع تير، ستون و باد بند :
در طراحي اعضاي فولادي مي توان يک ليست از مقاطع براي تيرها ، ستونها و بادبندها تهيه کرد .
برنامه ي ETABS قادر است از اين ليستها بهترين مقطع را براي هر عضو انتخاب کند . در واقع در سازه هاي فولادي ETABS مستقيما" قادر است اعضا را طراحي کند و براي هر عضو بهترين مقطع را انتخاب کند . بنابراين کافي است تنها ليستي از مقاطع را براي تيرها ، ستونها و باد بندها ايجاد کنيم . در اين پروژه مقاطع اوليه ي ستو نها از نوع دوبل wx و مقاطع تيرها از مقاطع wx در نظر گرفته مي شوند . که همگي مقاطع از ليست پروفيلهاي برنامه انتخاب خواهند شد .
توجه : قبل از اینکه وارد جزئیات پروژه شویم لازم است فایل اجرایی آن را که در برنامه ETABS VER 8.03 قابل اجرا می باشد را دریافت نمائید ، لازم بذکر است تمامی مراحل و جزئیات پروژه در این فایل به اجرا در آمده است .
بارگذاري :
بارگذاري را در دو بخش ثقلي و جانبي انجام مي دهيم . بار گذاري ثقلي بر مبناي آيين نامه 519 انجام مي شود و بار گذاري جانبي بر مبناي آيين نامه هاي 2800 و 519 انجام خواهد شد .
بارگذاري ثقلي :
جزييات سقف دال بتني طبقات و بام در شکل (3) نشان داده شده است . و مشخصات ديوارهاي داخلي پارتيشنها و ديوارهاي جانبي نيز در ادامي بيان خواهد شد . به جاي استفاده از وزن ديوار هاي داخلي ، از سربار معادل تيغه ها که برابر170 کيلوگرم بر متر مربع است استفاده مي شود .
شکل (3) جزييات اجراي سقفها
جدول (2) جزييات اجراي سقفها
بار مرده طبقات : 570 +170=740
بار مرده بام: 570 kg/m^2
بار ديوارها:
ضخامت ديوارهاي جانبي (خارجي) .35m آجري
ضخامت ديوارهاي داخلي .2m آجري
بارديوار جانبي .35*850=297.5~300 kg/m^2
بار تيغه .2*850=170 kg/m^2
برنامه ي ETABS قادر است وزن سقف دال بتني را محاسبه کند (به جهت مدل کردن سقف ) بنابراين کافي است تنها بار کف سازي را به عنوان بار سطحي به برنامه معرفي شود:
وزن دال بتني به صورت زير بدست مي ايد :
0.2*240=480KG/m^2
بار مرده ي سطحي که بايد به کفهاي ساده اي اعمال شود به صورت زير بدست مي ايد :
740-480=260KG/m^2 بارسطحي طبقات
570-480=90KG/m^2بارسطحي بام
بار زنده ي ساختمان تجاري با توجه به آيين نامه ي519 ايران برابر 500 کيلوگرم برمتر مربع است و بار زنده ي بام نيز برابر 150 کيلوگرم بر متر مربع خواهد بود. و بارزنده ي قسمت راهروها نيز 500 کيلوگرم بر مترمربع مي باشد . که از ترکيب بار زنده ي قسمت تجاري و راهرو بار زنده ي طبقات بدست مي ايد:
.36*500+.64*500=500
جدول (3) خلاصه بارگذاري ثقلي(بارهايي که بايد برسطح اعمال شوند)
بار برف:
بار برف در اين پروژه با توجه به واقع شدن ساختمان در شهر تبريز به طريق زير محاسبه مي شود ، که البته چون مقدار بدست آمده برابر بار زنده ي بام مي باشد ، با توجه به ترکيب بارها يکي از اين دو در ساختمان لحاظ خواهد شد .
بارمبنا:
Ps=150kgf/m^2
α<15 => Cs=1
Pr=Cs*Ps=1*150=150 kgf/m^
بار باد:
بار باد نيز به طريق زير محاسبه مي شود:
سرعت مبناV=110 km/h
فشار مبناq=60.5 kgf/m^2
Ce=1.6(z/10)^.24=1.9
Cq=1.4
P=Ce.Cq.q=1.9*1.4*60.5=160.93
F=P.A=160.93*13*14.4=30126 kgf/m^2
که البته چون مقدار بدست آمده کمتر از بار ناشي از زلزله مي باشد ، با توجه به ترکيب بارها ، بار بيشتر (زلزله) در ساختمان لحاظ خواهد شد .
بار مخزن آب:
که بار وزن سيال محاسبه شده ، وبه صورت يک بار زنده ي گسترده بر سازه اعمال مي شود (بر تير هاي زير آن ) :
W= γ.v =(3*1.5*4*1000)/(3*4)=1500 kg/m
بارگذاري زلزله :
بارجانبي زلزله بايد بين تراز طبقات توزيع شود . ابتدا وزن طبقات محاسبه مي شود سپس ضريب زلزله محاسبه مي شود با ضرب کردن ضريب زلزله در وزن طبقات برش پايه بدست مي ايد . در نهايت برش پايه حاصل بين ترازهاي طبقات توزيع مي شود . در برنامه ي ETABS عمليات محاسبه ي وزن بطور خود کار انجام مي شود . توزيع بار زلزله نيز بطور خودکار بين طبقات انجام مي شود . در اين مرحله کافي است ضريب زلزله هر جهت از سازه را محاسبه کنيم . با توجه به يکسان بودن سيستم دو طرف ساختمان کافيست عمليات محاسبه ضريب زلزله يک بار انجام شود.
در بر آورد ضريب زلزله به صورت زير عمل مي کنيم :
خطرزلزله خيزي متوسط A=0.35
ساختمان با اهميت متوسط I=1
زمين تيپIII T.=0.7
پريود سازه T=0.05H^3/4=0.3696
ضريب بازتاب B=2.5(T./T.)^2/3=3.83>2.5 => B=2.5
بنابراين ضريب زلزله بصورت زير بدست مي ايد :
C=ABI/R=0.1458
نوع تحليل انجام شده :
در تحليل سازه هايي که بر اساس روش تنش مجاز آيين نامه طراحي مي شوند نيازي به ضريب افزايش لنگر با تحليل P-DELTA وجود ندارد . و کافي است تنها يک تحليل استاتيکي عادي انجام شود .
مدل کامپيوتري :
مهندس طراح بايد پلان معماري ساختمان را با انجام ستون گذاري مناسب به يک مدل محاسباتي تبديل کند . در اين مدل نحوه ي اتصال تيرها به ستونها و تيرها به تيرهاي ديگر مشخص مي شود همچنين فرض مي شود که تيرهاي ساختمان زيرتراز طبقه واقع شده اند .
ساخت مدل :
ساخت مدل پروژه ي حاضررا به ترتيب در مراحل زير دنبال کرده ايم :
در ادامه ، داده ها(ورودي) ، تحليل مدل و نتايج آن ارائه خواهد شد.
ورودي (اطلاعات پروژه) :
اين قسمت شامل موارد مختلفي مي شد که در صورت انتخاب همه ي آنها حجم زيادي از صفحات پروژه را به خود اختصاص مي داد ،که به همين دليل تنها به ارائه ي قسمتهاي اصلي و ضروري ورودي پرداخته شده است که البته همه ي اطلاعات در ديسکت ضميمه موجود مي باشد . در ذيل به معرفي قسمتهاي ورودي پرداخته شده است .
1- در قسمت STORY ارتفاع هر طبقه و همچنين تراز هر طبقه از سطح زمين را ذکر کرده است .
2- در قسمت MATERIAL مواد استفاده شده در ساختمان و جنس آنها و خصوصيات هر کدام را بيان نموده است.
3- در قسمت بعد نيز بارهاي استاتيکي که براي برنامه تعريف شده اند نشان داده شده و همچنين نوع آنها و اينکه از کدام آيين نامه پيروي مي کنند نيز بيان شده است.
4- در قسمت COMBOINATIONS ترکيب بارها و ضرايب مربوطه با توجه به آيين نامه ي UBC ( همانند آيين نامه ي 2800 ) ذکر شده است .
5- در قسمت بعد خصوصيات عناصر نقطه اي موجود در سازه معرفي شده است و در ادامه به خصوصيات عناصر خطي در طبقات مختلف پرداخته شده و آنها را معرفي نموده و مشخصه ي آنها را نشان داده است همچنين ستون ، تير و يا بادبند بودن آنها را نيز مشخص کرده و مقاطع استفاده شده را نيز معرفي نموده است .
6- در قسمتهاي بعد نيز خصوصيات اعضا به تکنيک بيان شده و اينکه چه خصوصياتي به آنها نسبت داده شد ه است .
7- آخرين قسمت نيز به بررسي خصوصيات عناصر سطحي در طبقات اختصاص داده شده که تا پايان ادامه يافته است
خروجي (آناليز سازه):
خروجي برنامه ي ETABS که شامل آناليز سازه مي باشد موارد زير را شامل مي شود:
1- در قسمت اول خروجي ،به معرفي ترکيب بارها و ضرايب آنها و همچنين نوع آنها که کاربر به برنامه معرفي نموده ،اختصاص يافته که شامل بارهاي مرده و زنده و زلزله و باد مي باشد .
2- در قسمت بعد و با عنوان Displace ment حداکثر و حداقل جابجايي هاي نقاط در طبقات مختلف ساختمان ،تحت اثر نيروهاي وارده را مشخص نموده است .
3- در قسمت Drift نيز به معرفي نقاط با ماکزيمم جابجايي پرداخته و آنها را مشخص نموده است .
4- در قسمت بعد نيز نيروهاي Max و Min که به نقاط ،در هر طبقه وارد ميشود نشان داده شده است .
5- نيروهاي حداقل و حداکثر فشاري ، برشي ، کششي و گشتاور وارده به ستونها (Column) ، تيرها (Beam) و باد بند ها (Brace) با واحد kgf/m ،در قسمت انتهايي براي اعضاي مختلف در طبقات اول تا چهارم به تفکيک مشخص شده و در واقع نتيجه ي نهايي آناليز محسوب مي شود .
البته ميتوان علاوه بر نيروهاي حداقل و حداکثر در اعضاي مختلف ، نيروي وارده به آنها را تحت ترکيبات مختلف بار گذاري نيز مشاهده نمود .
منابع :
1- اشرف حبيب الله – برخورداري محمد علي و... ، " تحليل و طراحي سازه ها ي ساختماني مرجع جامع نرم افزار 2000 ( ويرايش دوم ) " ، دانشگاه هرمزگان ، 1382
2- دفتر تدوين و ترويج مقررات ملي ساختمان ، " مبحث ششم : بارهاي وارد بر ساختمان " ، محک ، 1380
3- طاحوني شاپور ، " طراحي سازه هاي فولادي " ، انتشارات دهخدا ، 1379 |