یکی از مهم ترین مراحل طراحی سازه، بررسی احتمال هم زمانی اثر بارها است. آیین نامه های مختلف، ترکیبات بار متفاوتی را برای این کار پیشنهاد می دهند. در ایران، مرجع اصلی برای طراحی سازه های متعارف، مباحث مقررات ملی هستند. در این مطلب هدف ما آموزش نحوه ی معرفی ترکیبات بار به نرم افزار Etabs است. به علاوه، اشاره ای اجمالی به ضوابط مندرج در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و روش ساخت فایل مرجع خواهیم داشت.
توجه: برای تعیین این ترکیبات بار، نیاز داریم که مباحث مقررات ملی ساختمان، استاندارد 2800 و سایر آیین نامه های مربوطه را به دقت مطالعه کنیم و با موضوعاتی مانند نوع تحلیل، ضریب نامعینی سازه، نیروی قائم ناشی از زلزله، ضریب اضافه مقاومت و .... آشنا باشیم. به این موارد در این مطلب اشاره ای نخواهد شد.
ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان
آیین نامه هایی نظیر AISC و ACI و UBS و ... ترکیبات بار متفاوتی را برای آنالیز سازه های مختلف پیشنهاد می دهند. در ایران، به منظور طراحی سازه های متعارف، بایستی از مباحث مقررات ملی ساختمان استفاده کرد. توضیحات مربوط به ترکیبات بار در فصل دوم مبحث ششم آورده شده است. در این فصل، برای سازه های فولادی و بتنی دو نوع ترکیبات بار معرفی می شود: یکی مربوط به روش حالت حدی و دیگری مربوط به روش تنش مجاز. می دانیم که طبق ضوابط مندرج در مبحث نهم و دهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجزای ساختمان های بتنی / فولادی) ویرایش سال 1392، موظف هستیم از روش حالت حدی استفاده نماییم. بنابراین در اینجا فقط ترکیبات بار مربوط به این روش بررسی خواهند شد.
همان طور که گفته شد، ترکیبات بار برای انواع مختلف سازه ها، متفاوت است. برای مثال، ترکیبات بار مربوط به سازه های فولادی که قرار است به روش حدی طراحی شوند، در بند 6-2-3-3 مبحث ششم آورده شده اند. در این بند ذکر می شود که سازه ها و اجرای آنها باید به طریقی طراحی شوند که بتوانند اثرات ناشی از این ترکیبات بار را تحمل کنند:
مشخص است که لیست بالا خیلی کلی است. برای تعیین ترکیبات باری که در طراحی یک سازه استفاده خواهیم کرد، باید ضوابط متعددی را در نظر بگیریم. تعدادی از این ضوابط به شرح زیر هستند:
• ضوابط مندرج در فصل دوم مبحث ششم مقرات ملی ساختمان
• ضوابط مربوط به سایر بارها – سایر فصول مبحث ششم
• مبحث نهم و دهم مقررات ملی ساختمان
• ضوابط مندرج در آیین نامه ی طراحی ساختمان ها در برابر زلزله (استاندارد 2800) نظیر: نوع تحلیل، ضریب نامعینی سازه، نیروی قائم ناشی از زلزله، ضریب اضافه مقاومت و ....
این ضوابط مجددا در اینجا تکرار نخواهند شد و لازم است که شما جداگانه آنها را به دقت مطالعه کنید.
نحوه تعریف ترکیبات بار در Etabs
این مرحله را با مثالی برای شما توضیح خواهیم داد. فرض کنید پس از بررسی ضوابط یاد شده و انجام محاسبات مربوطه، به لیستی از ترکیبات بار دست پیدا کرده ایم. یکی از ترکیبات باری که می خواهیم به نرم افزار معرفی کنیم، ترکیب بار زیر است:
پیش از شروع این مرحله، شما حتما باید حالات بار یا Load Cases موجود در ترکیب بالا را از مسیر زیر برای نرم افزار معرفی کرده باشید:
Define menu > Static Load Cases
بنابراین فرض می کنیم که سه حالت بار به شرح زیر تعریف شده اند:
با این پیش فرض ها، از مسیر زیر وارد محیط تعریف ترکیبات بار می شویم:
Define menu > Load Combinations
در ستون ِ Combinations نام ترکیبات باری که برای پروژه مان می سازیم، درج خواهد شد. فرض می کنیم تاکنون ترکیب باری نساخته ایم و این اولین ترکیب بار ماست. بنابراین کافی است بر روی گزینه ی Add New Combo کلیلک کنیم. با این کار، پنجره ای شبیه تصویر زیر باز خواهد شد:
(1): در بخش Load Combination Name شما باید نامی برای ترکیب بارتان انتخاب کنید.توجه کنید که این نامگذاری اهمیت زیادی دارد و باید به گونه ای باشد که بعدا بتوانیم ترکیب بار مورد نظرمان را از میان تعداد زیادی ترکیب بار به راحتی پیدا کنیم.
(2): در بخش Load Combination Type باید نوع ترکیب بار را مشخص کنیم. ویرایش نهم Etabs به ما اجازه می دهد که از میان چهار گزینه انتخاب کنیم:
• ADD: هر حالت باری (Load Case) در ضریبش ، ضرب خواهد شد. سپس تمام مقادیر به صورت خطی با هم جمع می شوند. این نوع ترکیب بار را برای بارهای استاتیکی می توان به کار برد.
• ENVE: از این گزینه می توان برای ایجاد ترکیب بار پوش استفاده کرد. مقادیر بیشینه و کمینه ی حاصل از هر حالت بار محاسبه شده و مقادیر حاصل از هر ترکیب بار بر اساس آنها محاسبه می شود. بنابراین، این ترکیب بار در نهایت دو مقدار خواهد داشت: یکی پوشِ ماکزیمم و دیگری پوشِ مینیمم.
• ABS: مخفف Absolute Add می باشد. در این حالت، مقدار مطلق هر حالت بار برای محاسبات در نظر گرفته می شود.
• SRSS: در این حالت از روش Square Root Sum of the Squares برای محاسبات استفاده می شود.
(3) و (4): در این حالت باید نوع حالات بار به کار رفته و ضرایبشان را انتخاب کرده و گزینه ی Add را انتخاب کنیم. در صورتی که بخواهیم حالت باری را ویرایش کنیم، روی آن قرار گرفته و از گزینه ی Modify استفاده می کنیم. همچنین در صورتی که بخواهیم یک حالت بار و ضریبش را حذف کنیم، می توانیم از گزینه ی Delete استفاده کنیم. برای مثالی که در نظر گرفتیم، حالات بار اضافه شده شبیه تصویر زیر است:
پس از اینکه ترکیب بار مورد نظرمان را ساختیم، با استفاده از گزینه ی OK آن را ذخیره کرده و به پنجره ی لیست ترکیبات بار بر می گردیم.
در این حالت نام ترکیب باری که ساخته ایم در ستون ِ Combinations نمایش داده می شود. در صورتی که بخواهیم این ترکیب بار را اصلاح کنیم، روی آن قرار گرفته و گزینه ی Modify/Show Combo را انتخاب می کنیم. به همین ترتیب و از طریق گزینه ی Delete Combo می توانیم ترکیب بار دلخواهمان را حذف کنیم.
حال فرض کنید می خواهیم ترکیب باری با این مشخصات بسازیم:
DEAD1+1.2LIVE1-1.2EX
می بینیم که این ترکیب بار فقط در یک ضریب با ترکیب بار Comb1 که قبلا ساخته ایم تفاوت دارد. در صورتی که روی ترکیب بار Comb1 قرار بگیریم و سپس گزینه ی Add New Combo را بزنیم، ترکیب بار جدید ایجاد شده، کپی ترکیب بار Comb1 است و ما می توانیم با اصلاح تنها یک ضریب، ترکیب بار مورد نظرمان را با سرعت و دقت بیشتری ایجاد نماییم.
ساخت فایل مرجع
در نحوه ی تعریف ترکیبات بارگذاری، روش های مختلفی وجود دارد. یک روش این است که ابتدا بارهای وارده بر سازه را مشخص کرده و load cases مربوط به آن را تعریف کنیم. سپس، بر اساس نوع بارهایی که در پروژه وجود دارند، لیست ترکیبات بار مربوطه را نوشته و در نرم افزار تعریف کنیم. برای مثال، فرض کنید مشغول طراحی ساختمان A هستیم. با توجه به موقعیت پروژه، معماری و ... مشخص کرده ایم که بارهای مرده، زنده و زلزله به این سازه وارد می شوند. در این مرحله، به لیست ترکیبات باری که در بالا آورده شد مراجعه می کنیم و با حذف بارهای اضافی، ترکیبات بار مخصوص پروژه طراحی ساختمان A را می نویسیم.
این روش، البته روشی دقیق است. اما یک مشکل اساسی دارد. فرض کنید پس از طراحی ساختمان A، حالا می خواهیم ساختمان B را طراحی کنیم. بارهای وارده به ساختمان B عبارتند از بار مرده، زلزله و برف. اگر از این روش استفاده کرده باشیم، مجبوریم تمامی ترکیبات بار را مجددا وارد کنیم. اما اغلب مهندسان طراح این روش را نمی پسندند؛ چون هم سرعت کار را پایین می آورد و هم دقتش را.
روش دوم که مناسب تر به نظر می رسد، این است که فایلی مرجع بسازیم و چند سری ترکیبات بار را به آن معرفی کنیم. با این روش، لازم نیست برای هر پروژه ای روند طولانی ساخت ترکیبات بار را تکرار کنیم. این کار به افزایش دقت و سرعت طراحی کمک می کند. البته واضح است که در استفاده از این ترکیبات بار باید دقت کافی را به خرج داده و بدانیم که هر پروژه ای ممکن است تغییرات خاصی نیاز داشته باشد.
برای ساخت فایل مرجع، ابتدا یک پروژه فرضی در Etabs باز کرده، تمامی load cases که معمولا استفاده می کنیم (هر طراح می تواند از تجربیات خودش استفاده کند و یا اینکه سعی کند کلی ترین حالت را در نظر بگیرد) را به نرم افزار معرفی می کنیم. سپس ترکیبات بار را به روشی که توضیح داده شد، وارد می کنیم. در نهایت فایل را در محل مشخصی ذخیره می نماییم.
برای استفاده از فایل مرجع در ساخت پروژه ای جدید، پس از باز کردن نرم افزار Etabs، از منوی File گزینه ی New Model را انتخاب می کنیم و نهایتا در پنجره ی باز شده، گزینه ی choose.edb را انتخاب کرده و فایل مرجعی که قبلا ذخیره کرده ایم را انتخاب می کنیم. با این کار، تمام اطلاعات پیش فرض موجود در فایل مرجع (که ترکیبات بار هم جزئی از آن می شود)، به پروژه ی جدید انتقال داده خواهد شد.
به طور خلاصه، در این مقاله آموختیم که برای تعریف ترکیبات بار در نرم افزار Etabs لازم است چه پیش نیازهایی را داشته باشیم. این پیش نیازها، شامل ضوابط آیین نامه ای (به ویژه استاندارد 2800 و مباحث مقررات ملی ساختمان) بودند. همچنین نحوه ی کار با نرم افزار و تعریف ترکیبات بار یا Load Combinations را یاد گرفتیم.
