کنترل زمان تناوب سازه

کنترل زمان تناوب سازه :

کنترل زمان تناوب سازه اهمیت بسیار بالایی دارد زمان تناوب اصلی ساختمان یکی از پارامترهای مهم و تأثیر گذار در محاسبه ضریب زلزله برای طراحی اعضا و همچنین کنترل تغییر مکان‌های جانبی ساختمان (کنترل دریفت) است. بنابراین اولین گام برای کنترل سازه تعیین مقدار صحیح این پارامتر می‌باشد. از طرفی بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ ضرایب ترک‌خوردگی اعضای بتنی در محاسبه زمان تناوب اصلی ساختمان ممکن است با ضرایب ترک‌خوردگی در فایل اصلی متفاوت باشد.

به همین دلیل معمولاً در فایلی جداگانه که نسخه کپی از فایل اصلی است این ضرایب اعمال‌شده و زمان تناوب اصلی سازه تعیین می‌شود در این مقاله از شهر نوین عمران و معماری در این جلسه از آموزش ایتبس به این موضوع می‌پردازیم که چگونه کنترل زمان تناوب سازه را انجام دهیم و همین‌طور به تعریف دقیق زمان تناوب تجربی و زمان تناوب تحلیلی می‌پردازیم.

 

 

 

تمایل دارید این جلسه و جزوه آموزشی آن را دانلود کنید؟
اين جلسه حاوي

1. فيلم آموزشي بالا
2. ۲ جزوه آموزشي براي درک بهتر ويديو به زبان فارسي

ميباشد، اگر تمايل داريد تمامي۴۴ قسمت آموزش ايتبس و تمامي جلسات آموزش سيف را دانلود کنيد، بايد عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري باشيد! چنانچه تاکنون ثبت نام نکرديد از طريق دکمه زير ثبت نام کنيد.

تاکنون بيش از ۲۰۰۰ نفر عضو الماسي شهر نوين عمران ومعماري شده اند!

هزينه عضويت تنها ۲۹ هزار تومان

خيلي سريع من را عضو الماسي کن!

 

 

زمانی که ما به‌کار طراحی ساختمان در نرم‌افزار ایتبس(ETABS) مشغول هستیم هنگامی‌که می‌خواهیم ضریب زلزله یا (C) را وارد نرم‌افزار کنیم با پارامتری به نام ضریب بازتاب ساختمان سروکار داریم.در هنگام واردکردن و محاسبه کردن ضریب بازتاب ساختمان یا همان (B) از زمان تناوب باید استفاده کنیم. همین‌طور می‌دانیم که زمان تناوب اصلی ساختمان از ویژگی‌های مهم سازه می‌باشد که به ذو موضوع وابسته است :

1. ‌سختی سازه
2. جرم سازه

پیش از شروع مدل‌سازی ساختمان زمان تناوب سازه توسط روابط تجربی که در استاندارد ۲۸۰۰ ارائه‌شده است به‌دست می‌آید زیرا در این مرحله از مدل‌سازی ما طراحان سازه‌ای اطلاعات دقیقی از پروژه مورد طراحی، وارد نرم‌افزار نکردیم و سختی و جرم سازه را هنوز به‌دست نیاورده‌ایم. پس در مراحل ابتدایی باید از زمان تناوبی که استاندارد ۲۸۰۰ به ما ارائه کرده است کمک بگیریم و زمانی که مدل‌سازی و تحلیل و طراحی سازه ما به اتمام رسید این مقدار را کنترل کنیم.(کنترل زمان تناوب سازه را انجام دهیم).

قبل از اینکه به مباحث تخصصی بپردازیم لازم است که به ۱ پرسش پاسخ دهیم::

 

زمان تناوب سازه دقیقاً چیست

به مدت‌زمان یک رفت‌وبرگشت کامل سازه در موقع با اعمال بار جانبی زمان تناوب میگوییم.

 

 

این توضیح بدان معنا می‌باشد زمانی که بار جانبی زلزله به سازه ما اعمال می‌شود، سازه ما تمایل به رفتار رفت و برگشتی دارد علت حرکت رفت اعمال بار جانبی می‌باشد و علت برگشت می‌توان گفت که بیشتر از سختی خود سازه نشأت می‌گیرد. حال به مدت‌زمانی که این رفت‌وبرگشت صورت می‌گیرد و زمان تناوب سازه می‌گویند.

 

حال دانستن این نکته الزامی است که زمان تناوب سازه ما بر روی ضریب بازتاب تأثیر می‌گذارد. پس از آن ضریب بازتاب بر روی ضریب زلزله تأثیر می‌گذارد و همین‌طور تأثیر ضریب زلزله بر روی برش پایه سازه ما بسیار منطقی می‌باشد و تقریباً این نکته را می‌دانیم که بسیاری از کارهای مربوط به طراحی سازه ما به‌طور مستقیم و یا غیرمستقیم با برش پایه ارتباط دارد درنهایت می‌توان گفت اگر مقدار زمان تناوب سازه بیشتر شود این بدین معنا است که برش پایه کمتر می‌شود زیرا این دو رابطه عکس‌دارند و زمانی که برش پایه کمتر و یا بیشتر شود طراحی ما مقداری تغییر می‌کند!

 

پس با توجه به مطالب بیان‌شده در قسمت بالا به این درک رسیده‌ایم که انتخاب زمان تناوب صحیح برای سازه مورد طراحی امری بسیار ضروری می‌باشد اما این انتخاب در ابتدای مسیر کاری بسیار دشوار می‌باشد.زیرا:

1. حتی در نرم‌افزارهای قدرتمندی همچون ایتیس و سپ ۲۰۰۰ نمی‌توان به‌سادگی جرم یک سازه و سختی آن را تعیین نمود.
2. همین‌طور می‌دانیم که سازه ما از دو قسمت اجزای سازه‌ای و اجزای غیر سازه‌ای تشکیل‌شده است. زمانی که ما مسیر طراحی راطی می‌کنیم درواقع تنها سختی اعضای سازه‌ای را وارد نرم افزار کرده سختی اعضای غیرسازه‌ای چشم‌پوشی می‌کنیم در حالیکه اجزای غیر سازه‌ای نیز سختی نهایی سازه را افزایش می‌دهند.

به همین دلیل استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهارم برای ما طراحان سازه‌ای و مهندسان عمران دو نوع زمان تناوب را در نظر گرفته است:

1. زمان تناوب تحلیلی
2. زمان تناوب تجربی

درواقع استاندارد ۲۸۰۰ به ما طراحان سازه‌ای می‌گوید که در ابتدای مسیر طراحی به دلیل مشکلات بیان‌شده از ضوابطی استفاده بکنیم که این ضوابط زمان تناوب تجربی را به‌دست می‌دهد پس‌ازآن روند طراحی سازه را پیش می‌رویم و درنهایت زمانی که قادر به به‌دست آوردن سختی و جرم سازه بودیم زمان تناوب تحلیلی را به‌دست آوریم و درنهایت کنترل زمان تناوب سازه را انجام میدهیم و بین این دو زمان تناوب مقایسه ای را انجام می‌دهیم!

 

اگر بخواهیم به صورت دقیق‌تر عوامل تأثیر گذار روی زمان تناوب را بررسی کنیم می‌توان بیان کرد که زمان تناوب ساختمان یا دوره تناوب نوسانات یک سازه به پارامترهای زیادی بستگی دارند: ازجمله این موارد در زیر بیان شده است!

1. جرم یا وزن سازه
2. پارامترهای هندسی سازه
3. جنس مصالح مصرفی در سازه
4. پارامترهای هندسی مقاطع سازه

 

 

زمان تناوب تجربی :

همان‌طور که در شروع این مقاله بیان کردیم برای تعیین زمان تناوب یک سازه احتیاج به دانستن مشخصات مقاطع مورداستفاده در آن و بسیاری از پارامترهای دیگر می‌باشد اما ایراد اصلی در تعیین زمان تناوب ازآنجا شروع می‌شود که در ابتدای روند طراحی یک سازه ازیک‌طرف هنوز اطلاعی از مشخصات سازه را در اختیار نداریم و از طرف دیگر بدون دانستن زمان تناوب اصلی سازه امکان محاسبه نیروی زلزله که به سازه ما وارد می‌شود وجود ندارد همچنین طراحی سازه و تعیین مشخصات و مقاطع دقیق با مشکل روبرو می‌شود.

ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰ برای رفع این مشکل روابطی را برای تخمین اولیه زمان تناوب اصلی نوسانات در انواع ساختمان‌های متعارف و غیرمتعارف ارائه کرده است.
در این روابط که اصطلاحاً به آنها روابط تجربی محاسبه زمان تناوب سازه‌ها گفته می‌شود زمان تناوب تجربی به‌دست می‌آید. بر اساس پیشنهاد استاندارد ۲۸۰۰ دربند ۳-۳-۳-۱ بر اساس نوع سیستم سازه‌ای می‌توان زمان تناوب تجربی را با توجه به روابط زیرمحاسبه کرد و درنهایت کنترل زمان تناوب سازه را انجام داد.

 

منظور از ساختمان‌های متعارف ساختمان‌هایی است که توضیح جرم و سختی در ارتفاع آن‌ها به‌صورت متناسب تغییر می‌کند.

 

در روابط بالا h ارتفاع محاسباتی ساختمان از تراز پایه است.

• اگر بام شیب‌دار در سازه خود داشتیم h متوسط ارتفاع بام از تراز پایه می‌باشد
• درصورتی‌که سیستم سازه‌ای یک ساختمان در راستای X و Y متفاوت باشد برای محاسبه نیروی زلزله در هر راستا از زمان تناوب سازه در همان راستا استفاده می‌کنیم به‌عنوان مثال اگر پروژه‌ای را داشتیم که در جهت محور X‌ها از قاب خمشی استفاده کرده باشیم و در جهت Y‌ها از سیستم دیوار برشی استفاده کرده باشیم یک زمان تناوب تجربی برای محورX و یک زمان تناوب تجربی دیگر برای محور Y ها داریم.

 

تعاریف بیان‌شده در استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهارم می‌توان گفت که تراز پایه به ترازی در ساختمان اطلاق می‌شود که در هنگام زلزله از آن تراز به پایین حرکت جانبی بین ساختمان و زمین وجود نداشته باشد.

 

جداگرمیانقابی چیست؟

دیوارهای نمای ساختمان یا تیغه‌های جداکننده داخلی درصورتی‌که در داخل قاب‌ها و بین ستون‌ها اجرا شوند جداگرهای میانقابی نامیده می‌شوند! همان‌طور که از روابط تجربی زمان تناوب تجربی مشاهده می‌شود حضور جداگرهای میانقابی ممکن است در زمان تناوب سازه و درنتیجه رفتار آن تأثیر گذار باشد که بهتر است در مورد آنها به موارد فوق توجه کنیم:

• اگر جداگرهای میانقابی با ستون‌های سازه فاصله‌ای نداشته باشند و عملاً به آنها متصل باشند باعث ممانعت از حرکت آزاد قاب خواهند شد در این حالت می‌توان گفت که این جداگرها نوعی سختی کاذب در سازه ایجاد می‌کنند که باعث افزایش سختی و کاهش زمان تناوب سازه می‌شود.
• در سازه‌های با قاب خمشی برای اینکه دیوارهای بین قابی بتوانند به‌عنوان میانقاب سازه عمل کنند باید در درجه اول از ستون‌ها و تیرهای قاب فاصله نداشته باشند این به آن معنا است که به تیرها و ستون‌ها متصل باشد همچنین باید از مصالح پر مقاومت مانند آجر فشاری با ملات باشند با استفاده از اتصالات مناسب در مقابل پرتاب شدن خارج از صفحه قاب به هنگام وقوع زلزله مهارشده باشند. بنابراین درصورتی‌که هر یک از موارد برای دیوارهای بین قابی رعایت نشده باشد عملکرد آنها به‌عنوان میانقاب سازه مختل می‌شود.

 

معمولاً به‌عنوان یک دید طراحی توصیه می‌شود که در ساختمان‌هایی با قاب خمشی دیوارهای بی نقابی بافاصله از ستون‌ها و تیرهای سازه اجرا شوند در این حالت به‌صورت محافظه کارانه عملیات طراحی پیش می‌رود

 

 

زمان تناوب تحلیلی : 

زمان تناوب تحلیلی زمان تناوبی می‌باشد که به کمک نرم‌افزارهای رایانه‌ای مثل ایتبس و سپ۲۰۰۰ به‌دست می‌آیند.
قبل از اینکه به سراغ نحوه به‌دست آوردن زمان تناوب تحلیلی برویم باید بدانیم که در مدل‌سازی تحلیلی یک ساختمان اغلب تأثیر سختی بسیاری از اجزای غیر سازه‌ای مانند دیوارها و تیغه‌ها در نظر گرفته نمی‌شود. این موضوع باعث کاهش سختی در مدل نرم‌افزار شده و درنهایت باعث می‌شود که غالباً زمان تناوب ساختمان با کمک روش تحلیلی از روش تجربی بیشتر شود البته کنترل زمان تناوب سازه به‌صورت کامل در ادامه این مقاله بیان می‌شود.

 

مراحل نرم‌افزاری:

با توجه به تصویری که مشاهده می‌کنید محاسبه زمان تناوب تحلیلی سازه در چند قدم امکان‌پذیر می‌باشد:

• قدم اول: ایجاد یک پروژه جدید ایجاد:

یک پروژه جدید به معنای سیو از گرفتن از پروژه قبلی می‌باشد. کنترل زمان تناوب سازه کنترلی می‌باشد که حتماً باید انجام شود و فایل مربوط به کنترل زمان تناوب در اختیار بازرسین نظام‌مهندسی قرار داده می‌شود. پس بنابراین نیاز است یک فایل جداگانه برای این کار اختصاص دهیم.

• قدم دوم: اصلاح ضرایب سختی در پروژه‌های بتنی:
• معمولاً سازه‌هایی که ما طراحی می‌کنیم یا سازه‌های فولادی می‌باشند و یا سازه‌های بتنی. در پروژه‌های بتنی لازم است که ضرایب سختی را اصلاح کنیم. برای این کار مطابق بند ۳- ۳ -۳- ۳ استاندارد ۲۸۰۰ ضریب‌هایی را اتخاذ می‌کنیم. این ضاریب سختی برای تیرها برابر عدد ۰٫۵ و برای ستون‌ها برابر عدد ۱ می‌باشد.
• سپس سازه خود را را اجرا کرده تا قفل نرم‌افزار بسته شود بعدازآن به جدول مربوطه مراجعه می‌کنیم تا اطلاعات موردنیاز را بررسی کنیم.

 

برای آموزش دقیق رسیدن به جدول موردنیاز و بررسی پارامترهای مهم آن می‌توانید فیلم بالا را مشاهده کنید که به‌صورت دقیق نحوه محاسبه زمان تناوب تحلیلی را بیان کرده‌ایم و سپس کنترل زمان تناوب را توضیح داده‌ایم.

 

 

کنترل زمان تناوب سازه:

همان‌طور که بیان شد تا اینجای کار ما یاد گرفتیم که چگونه زمان تناوب تجربی را محاسبه کنیم و همین‌طور از نرم‌افزارهایی کمک بگیریم و زمان تناوب تحلیلی را هم به‌دست بیاوریم اما در انتهای این موضوع نیاز است که کنترل زمان تناوب سازه را انجام دهیم.

برای کنترل زمان تناوب سازه به استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهار مراجعه می‌کنیم در این کتاب برای ما تبصره‌ای وجود دارد که در تصویر زیر آن را برای شما آورده‌ایم.

 

در توضیحات تصویر بالا می‌توانیم بیان کنیم که استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش چهار برای کنترل زمان تناوب سازه بیان می‌کندt که ما طراحان سازهای در ابتدای کار از زمان تناوب تجربی استفاده کرده و آن را در عدد ۱٫۲۵ ضرب می کنیم اما این عدد تنها شروع کار ما مهندسین می‌باشد زمانی که سازه خود را به‌طور کامل مدل‌سازی کردیم و پس‌ازآن تحلیل و طراحی‌های مربوطه را انجام دادیم به سراغ زمان تناوب تحلیلی می‌رویم از نرم‌افزار زمان تناوب تحلیلی را به‌دست می‌آوریم زمانی که هر دو زمان تناوب را در اختیار داشتیم به سراغ کنترل زمان تناوب سازه می‌رویم و مطابق تصویر بالا شرط خود را کنترل می‌کنیم.

اگر شرط کنترل زمان تناوب سازه با فرض اولیه ما طراحان سازه‌ای یکسان بود به سراغ ادامه کار طراحی می‌رویم اما اگر این فرض اشتباه بود باید زمان تناوب تحلیلی را وارد سازه نموده و مجدداً از ابتدای کار شروع کرد.

 

زمان تناوب ساختمان‌های غیرمتعارف:

ساختمان‌های غیرمتعارف به ساختمان‌هایی اطلاق می‌شوند که مشمول تعریف ساختمان‌های متعارف که در شروع این مقاله بیان کردیم نمی‌شوند ازجمله این ساختمان‌ها می‌توان به مساجد آمفی‌تئاتر سالن‌های ورزشی گنبدها و نقطه نقطه نقطه اشاره کرد این ساختمان‌ها زمان تناوب اصلی نوسان از ضوابط تجربی به‌دست نمی‌آید و حتماً باید با استفاده از تحلیل دینامیکی ساختمان و با در نظر گرفتن ضوابط تعیین گردد.