بارMass در تاریخ ۱۵ فروردین ۱۴۰۱به روز رسانی شد!
در تاریخ ۷ دسامبر سال ۱۹۸۸ در کشور ارمنستان زمین‌لرزه‌ای به بزرگی ۶٫۸ دهم ریشترکه عمق آن ۵ کیلومتر بود. به وقوع پیوست.به دلیل عمق کم، این زمین‌لرزه در مناطق بسیاری ازجمله کشورهای آذربایجان، ترکیه و همچنین شهرهای تبریز و ارومیه در شمال ایران نیز احساس شد. هزاران کشته و زخمی برجای گذاشت. زلزله ارمنستان به زلزله اسپیتاک معروف است. این زمین‌لرزه ظرف ۲۰ ثانیه به بزرگی ۶.۸ ریشتر شهرهای اسپیتاک، لنیناکان٬ کیروواکان و استپاناوان و همچنین صدها روستا را به‌طور کامل یا جزئی ویران کرد.زمانی که ما مهندسان عمران خسارات ناشی از این زمین‌لرزه را بررسی کردیم به خرابی‌های جالبی در طبقه بام برخوردیم که اکثر این خسارات به‌صورت یک دست در بسیاری از ساختمان‌ها تکرار شده بود.
پس‌ازاینکه محققان علم مهندسی عمران در مورد این موضوع بیشتر تحقیق کردند زمزمه‌های از یک نوع بار خاص به نام بارMass یا بار موثر لرزه ای دمیده شد.
- اما بارMass چیست؟
- آیا بارMass همان اصلاح بار مؤثر لرزه‌ای است ؟
- چگونه در نرم‌افزار ایتبس اعمال میشود؟
- چرا جنس آن از نوع Other میباشد؟ در این مقاله قصد داریم تا به‌طور کامل در مورد بارMass یا اصلاح بار مؤثر لرزه‌ای و یا بار اینرسی صحبت کنیم.
تمایل دارید این جلسه و جزوه آموزشی آن را دانلود کنید؟
اين جلسه حاوي
- فيلم آموزشي بالا
- 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
زمانی که در مورد علم طراحی سازه صحبت می‌کنیم ، می‌توانیم بگوییم هر چیزی که در طراحی سازه‌ها داریم به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- دسته اول مسائلی هستند که موافق میل ما هستند و به ما آرامش می‌دهند.
- دسته دوم مسائلی هستند که مخالف میل ما هستند و به ما دانش می‌دهند.
به‌عنوان مثال زمانی که ما مقاطع یک ستون را طراحی می‌کنیم ، این طراحی موضوع بنا بر دانش خود ما طراحان سازهای میباشد. پس موافق میل ما میباشد و آن سختی که از آن انتظار داریم را در سازه ایجاد می‌کند و به ما آرامش می‌دهد. اما مسائلی مثل زمین‌لرزه‌ها چون دست ما مهندسین عمران نمی‌باشد پس مخالف میل ما هست و ما باید از آن دانش کافی را به‌دست آوریم. دقیقاً استاندارد ۲۸۰۰ بر همین منوال نوشته‌شده است. بارMass نیز یکی از این مخالفان ما طراحان سازهای میباشد پس باید دانش و کافی را به دست بیاوریم و بتوانیم در طراحی سازه از آن استفاده کنیم.
به طور کلی می‌توانیم بگوییم بارهای موجود در ساختمان به دو دسته تقسیم می‌شوند:
- بارهای قائم : بارهای قائم بارهایی هستند که در جهت ثقل زمین به سازه ما وارد میشود مثل بار مرده ، بار زنده ، بار برف . بارMass نیز یکی از این بارهای قایم میباشد که باید آن را در سازه‌های خود اتخاذ کنیم.
- بارهای جانبی: اما بارهای جانبی بارهایی هستند که از جوانب به سازه ما وارد می‌شوند همانند بار لرزه‌ای، بار باد، بار زمین و باره سیل
یک ساختمان مسکونی را در نظر بگیرید که به این ساختمان مسکونی بار زلزله وارد میشود. دیوارهای ساختمان، تمایل به حرکت‌دارند اما ستون‌ها و تیرها اجازه حرکت به دیوارها را نمی‌دهند.
اگر این طرح را گسترده‌تر در نظر بگیریم و به یک ساختمان چندطبقه تعمیم دهیم؛ متوجه می‌شویم که حلقه بار ما براثر وزنی که دارد، نیمی از بار دیوار پایین و نیمی از بار دیوار بالایی را باید در تیر تحمل کند. تیرهای بعدی نیز به همین شکل عمل می‌کنند. اما نکته قابل‌توجه این است که تیر آخر، با سایر تیرها متفاوت است. علت این تفاوت این است که در سقف آخر، ما دیگر دیوار نداریم و تنها دیوار پایینی راداریم.\س باید اصلاحاتی را انجام دهیم. این اصلاح را با استفاده از Mass در Load Patternsها اعمال می‌کنیم و اصلاحیه‌ای را انجام می‌دهیم
وزن مؤثر لرزه‌ای:
وزن مؤثر لرزه‌ای سازه شامل بار مرده، وزن تأسیسات ثابت، دیوارهای تقسیم‌کننده و همچنین درصدی از بار زنده است.وزنی از سازه که در هنگام زلزله مشارکت می کند، وزن موثر لرزه ای نامیده می شود.قبل از اینکه به سراغ بارMass برویم به این نکته توجه کنید که همیشه در سازه‌های ما هنگامیکه زمین‌لرزه به وقوع می‌پیوندد تمامی وزن سازه در این زمین‌لرزه مشارکت نمی‌کند و تنها بخشی از آن مشارکت کافی را دارد. به بخشی از وزن سازه که در هنگام زمین‌لرزه مشارکت پیدا می‌کنند وزن مؤثر لرزه‌ای می‌گویم و شاید جالب باشد که بدانید در بین بارهای موجود در ساختمان تنها بار مرده هست که به‌طور صد درصد در هنگام زمین‌لرزه مشارکت می‌کند و سایر بارها تنها درصدی از خود را به مشارکت می‌گذارند.
تمام بارهایی که به سازه وارد میشود به‌طور کامل و ۱۰۰ درصد در هنگام زلزله مشارکت می‌کنند.
هنگام زلزله شدید میانقاب ها به‌صورت جانبی به قاب نگه‌دارنده آنها تکیه می‌کنند. و نیروی اینرسی آنها به‌صورت یک بار گسترده به قاب در ارتفاع طبقه وارد میشود. در حقیقت بار ثقلی آنها به‌صورت کامل به تیری که روی آن قرارگرفته‌اند وارد میشود. ولی برآیند بار اینرسی جانبی آنها (نیروی زلزله) به‌صورت جانبی به میانه ستون طبقه وارد میشود و محل اثر نیروی دیوار تغییر می‌کند. به همین جهت هر طبقه عملاً یک نصف دیوار از پایین و یک نصف دیوار از بالا بار می‌برددر صورت جداسازی عملاً دیوارهای غیر سازه ای با قاب سازه، در هنگام زلزله اندرکنشی بین سازه و دیوارهای میان قاب نخواهیم داشت.
وزن مؤثر لرزه‌ای در استاندارد ۲۸۰۰:
در استاندارد ۲۸۰۰، ما باید با Vu یا نیروی برشی در حد مقاومت آشنا شویم.
Vu برابر است با حاصلضرب ضریب زلزله (C) و وزن مؤثر لرزه‌ای (W).
در این رابطه:
Vu: یا نیروی برشی در حد مقاومت میباشد. حد مقاومت و حد تنش مجاز در تعاریف آئین‌نامه توضیح داده‌شده‌اند. برای تعیین این نیرو در حد تنش مجاز مقدار آن باید بر ضریب ۴/۱ تقسیم شود.
W: وزن مؤثر لرزه‌ای، شامل مجموع بارهای مرده و وزن تأسیسات ثابت و وزن دیوارهای تقسیم‌کننده به‌اضافه درصدی از بار زنده و بار برف، مطابق جدول. بار زنده باید به‌صورت تخفیف نیافته، مطابق ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شود.
در ادامه ما باید ضرایبی را در قسمت Mass Source به نیروهای خود اعمال کنیم.
Mass Source = Dead + Mass + 0.2( Lr0.1 + Lr0.5 + Live) + 0.2Snow + Lp
که در این رابطه، Lr برابر با بار زنده کاهش یافته و Lp برابر با بار پارتیشن میباشد.
انواع بار مرده در ساختمان:
طبق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان بارهای مرده عبارت‌اند از وزن اجزای دائمی ساختمان‌ها مانند: تیر و ستون‌ها، دیوارها، کف‌ها، بام، سقف، راه‌پله، نازک‌کاری، پوشش‌ها و دیگر بخش‌های سهیم در اجزای سازهای و معماری.
بار مرده عبارت است از وزن تمام قسمت‌های ثابت ساختمان شامل: وزن دیوارها، کف‌ها، بام‌ها، جداکننده‌های غیرقابل‌انتقال ) با تمام پوشش نازک‌کاری (وسایل تجهیزات ثابتی که در تمام طول عمر سازه با آن همراه خواهند بود. بارهای مرده هم موقعیت ثابتی دارند و هم‌مقدار ثابتی.
یکی از انواع بارهای مرده مهم موجود در ساختمان ها ، بار مرده دیوارهای میباشد.در علم مهندسی عمران انواع زیادی دیوار وجود دارد اما رکن مهم برای ما مهندسان عمران این میباشد که آیا این دیوار در طول عمر آن ساختمان ثابت و یکجا میباشد و یا ممکن است تغییر مکان و یا حتی حذف و یا شاید هم اضافه گردد.
معمولا مقدار بار مرده را میتوانید براحتی هرچه تمام تر از حاصلضرب حجم در وزن مخصوص مصالح مورد استفاده در سازه برای اجزای مختلف ساختمان بدست آورد.به‌طورکلی می‌توانیم بگوییم که بار مرده همانند رفیق شفیق ساختمان میباشد و از ابتدای کار با ساختمان‌ها همراه است. بار مرده ناشی از وزن مصالح و متریال مورد استفاده شده در سازه و ساختمان ما میباشد. بار مرده به ۶ دسته تقسیم میشود.در جلسات قبلی از آموزشی ایتبس به‌طور کامل در مورد هرکدام از این بارها صحبت کرده‌ایم
- بار مرده کف طبقات:
- بار مرده بام
- بار مرده دیوارها ثابت
- بار مرده دیوارهای داخلی یا پارتیشن‌ها
- بار مرده ناشی از آسانسور
- بار مرده ناشی از دستگاه راه‌پله
اگر به یاد داشته باشید در هنگام محاسبه بار مرده دیوارهای ثابت یا دیوارهای پیرامونی ما رویکردی را داشتیم و آن‌هم این بود که وزن دیوار روی هر تیغه ، به تیرزیرین آن منتقل میشود به تصویر زیر دقت کنید.در تصویر زیر بار دیوار شماره ۱ بر روی تیر ۱ قرار می‌گیرد. بارناشی از دیوار ۲ بر روی تیر ۲ قرار می‌گیرد و همین‌طور تا طبقه آخر پیش می‌رود.
اما نرم‌افزاری ایتبس و استاندارد ۲۸۰۰ رویکردی متفاوت با ما طراحان سازه ای دارد. به گونه‌ای که هر تیر نیمی از وزن دیوار پایین‌تر از خود و نیمی از وزن دیوار بالاتر از خود را می‌گیرد. به‌عنوان مثال به تصویر زیر دقت کنید. در تصویر زیرعملکرد نرم‌افزاری ایتبس را به شما نشان داده‌ایم. نرم‌افزار به گونه‌ای عمل می‌کند که تیر شماره ۱ نیمی از بار ناشی از وزن دیوار بالا و نیمی از بار ناشی از وزن دیوار پایین را به خود اختصاص می‌دهد و این مسئله تا طبقه آخر پیش می‌رود تا به بام خود می‌رسیم. حال در طبقه بام اتفاق عجیبی می‌افتد که باعث ایجاد بارMass میشود. به تیر طبقه بام دقت کنید در بام ما تنها نیمی از دیوار پایین را داریم و بار ناشی از دیوار بالا را نداریم. در این مواقع باید بارMass را ایجاد کنیم و به تیر طبقه بام اختصاص دهیم.
شاید اینجا شما سؤال برایتان پیش بیاید که در بام نیز ما جان‌پناه داریم و به این سؤال شما این‌گونه می‌توانیم پاسخ دهیم که بار مرده ناشی از دیوارهای جان‌پناه را جداگانه به تیر طبقه بام لحاظ کردیم حال باید آن مقدار باقیمانده از بار ناشی از نصف دیوار پایین نیز به‌عنوان بارMass به تیر طبقه بام لحاظ شود.
اعمال بارMass و ماهیت آن :
بار mass درواقع برای اصلاح وزن طبقات است دیوارها با نزدیک‌ترین تراز طبقه کار می‌کنند یعنی نص دیوارهای بالا و پایین هر طبقه با آن تراز حرکت می‌کنند
بار Mass همان نصف وزن دیوارها است و بار دیوارها از نوع بار مرده است.برای اصلاح جرم سازه از الگوی Mass و از نوع other تعریف می‌کنیم؟ از همان الگوی بار مرده یعنی Dead استفاده نمی‌کنیماگر این بار را از نوع بار dead تعریف کنیم، ازآنجایی‌که بار dead در ترکیب بارهای طراحی حضور دارد، نرم‌افزار این بار را در طراحی تیرها و ستون‌های طبقه بام در نظر گرفته و به نتایج دست بالاتری منجر خواهد شد. درحالی‌که این بار حقیقتاً بر روی تیرهای پیرامونی طبقه بام حضور ندارد و فقط برای اصلاح جرم به‌کاربرده میشود.بار mass می تواند منفی نیز باشد.
بار پارتیشن در اکثر مواقع به‌صورت بار گسترده به کف طبقات اعمال میشود و مختص همان طبقه است ولی دیوار پیرامونی چون بین فضای دو تراز طبقه رو پر می‌کند، نصف بار دیوار پیرامونی تحت عنوان بار mass به طبقه بام اعمال میشود.
فلسفه بار mass اصلاح جرم سازه است. هر جا که نیاز به اصلاح جرم سازه داشته باشیم بار mass نیز داریم. جای دیگری که نیاز به اصلاح جرم سازه داریم، بارگذاری خرپشته است. همان‌طور که می‌دانید در صورتی که وزن خرپشته کمتر از ۲۵% وزن بام باشد خرپشته یک طبقه مستقل محسوب نمی‌شود. در این حالت بایستی وزن خرپشته را به وزن طبقه بام اضافه کنیم. یعنی به عبارتی بایستی وزن طبقه بام را اصلاح کنیم. چطور می‌توان وزن طبقه بام را اصلاح کرد؟ به کمک بار mass.
درروش استاتیکی معادل، اگر وزن خرپشته کمتر از ۲۵ درصد وزن بام باشد، نیروی زلزله را به طبقه بام وارد نمی‌کنیم اما درروش طیفی، وزن مؤثر لرزه‌ای خرپشته نیز لحاظ میشود و نیاز به‌اضافه کردن وزن خرپشته تحت الگوی بار Mass به چهار ستون اطراف نیست. ازآنجاکه در همپایه‌سازی برش پایه‌ها به برش پایه استاتیکی نیاز داریم، بهتر است وزن خرپشته را تحت الگوی بار Mass مطابق توضیحات قبلی به چهار ستون اطراف وارد کرده و برش پایه استاتیکی را برداشت کنیم. سپس بار Mass که به چهار ستون اطراف واردشده، حذف و سازه را مجدداً آنالیز می‌کنیم. اگر در تحلیل طیفی وزن خرپشته که تحت الگوی بار Mass اعمال‌شده، حذف نکنیم، سازه را دست بالاتر طراحی کرده‌ایم که مطلوب نیست.
در ایتبس قبل از اینکه به سراغ هر موضوعی برویم باید با دید سوپرمارکتی در هنگام بارگذاری آشنا شویم.تصور کنید که شما وارد سوپرمارکت می‌شوید و از شخص فروشنده می‌پرسید آیا ماست دارید و آن شخص هم پاسخ می‌دهد :بله.سپس شما در مورد قیمت می‌پرسید.
پس در این رویکرد یک جنس ماست وجود داشت و یک قیمت برای آن جنس. در هنگام بارگذاری نیز ما دقیقاً این موضوع را داریم یک جنس از نوع بار وجود دارد و بعد از آن برای آن نوع بار یک مقدار وجود دارد.
بارMass در ایتبس :
مطابق استاندارد ۲۸۰۰، وزن طبقه برابر است با وزن کف طبقه به علاوه نصف دیوارهای بالا به‌علاوه نصف دیوارهای پایین.
درصورتی‌که در ایتبس وزن طبقه اول برابر است با وزن کف طبقه به علاوه وزن دیوارهای روی آن.
بنابراین زمانی که اختلاف ارتفاع دارید باید این اصلاح انجام شود. در سازه‌های متعارف معمولاً در تراز بام این بار Mass اعمال میشود. یعنی نصف بار دیوار طبقه بام را به تراز روی خودش وارد می‌کنیم تا وزن مؤثر لرزه‌ای توسط نرم‌افزار درست محاسبه شود.
طبق بند ۳-۳-۶ استاندارد ۲۸۰۰، وزن طبقه شامل وزن سقف، قسمتی از سربار و نصف وزن دیوارها و ستون‌هایی که در بالا و پایین طبقه قرارگرفته‌اند میشود. نرم‌افزار ایتبس وزن المان‌های مدل‌سازی شده مثل دیوار برشی و ستون را به‌صورت صحیح بین سقف‌ها تقسیم می‌کند. یعنی نصف وزن را به بالا و پایین تراز طبقه می‌دهد. اما برای المان‌های غیر سازهای مثل دیوارهای پیرامونی و پارتیشن کل بارهای وارده در هر تراز طبقه را برای محاسبه جرم لرزه‌ای در نظر می‌گیرد. به همین منظور باید با استفاده از الگوی بار Mass جرم لرزه‌ای را اصلاح می کنیم تا برش پایه توسط نرم‌افزار به‌صورت صحیح محاسبه شود.
در طراحی، بارگذاری ثقلی را روی عضو موردنظر انجام می‌دهیم و تحت ترکیب بار موردنظر طراحی می‌کنیم. پس در طراحی عضو مقدار بار مرده وارده در ترکیب بارهای ثقلی و لرزه‌ای مهم میباشد. در واقعیت کل وزن دیوار آن طبقه روی عضو موردنظر به‌صورت مرده وارد میشود و تحت ترکیب بار طراحی می‌گردد.
اما بار mass فقط حالتی است که برای اصلاح برش پایه بکار می‌بریم تا محاسبه برش پایه در نرم‌افزار ایتبس به‌صورت صحیح انجام شود. حال اگر ارتفاع طبقات شما دارای اختلاف باشد و ما بخواهیم این اثر را به‌جای بار mass جایگزینش را بار مرده قرار بدهیم آن‌وقت ممکن است اختلاف ارتفاع طبقات طوری باشد که گاهی شما بار وارد بر روی تیر را مقداری کمتر از واقعیت و گاهی بیشتر از واقعیت وارد کنید که این موضوع منطقی نیست. ما به‌عنوان طراح موظف هستیم تا حد امکان دقت محاسبات را بالا ببریم و طرح بهینه‌ای ارائه بدهیم.
برای اعمال بار موثر لرزه ای در ایتبس مطابق شکل زیر ابتدا بر روی گزینه DEFINE قرار می‌گیریم و پسازآن روی گزینه LOAD PATTERNS کلیک می‌کنیم در هنگامیکه این صفحه باز میشود یک بارMass از نوع OTHER تعریف می‌کنیم.
حال شاید این سؤال برای شما پیش بیاید که چرا برای اصلاح جرم سازه و یا اعمال بارMass از نوع OTHER استفاده می‌کنیم؟
- مگر بارMass همان نصف وزن دیوارها نیست؟
- مگر بار دیوارها از نوع بار مرده نیست؟
در پاسخ به این سؤال می‌توانیم بگوییم اگر بارMass را از نوع بار مرده تعریف کنیم از آن جایی که بار مرده در ترکیب بارهای طراحی حضور دارد، نرم‌افزار این بار را در طراحی تیرها و ستون‌های طبقه بام در نظر می‌گیرد. پس در نتیجه نتایج دست بالاتری را مشاهده می‌کنیم در حالی که این بار حقیقتاً بر روی تیرهای پیرامونی طبقه بام حضور ندارند و فقط برای اصلاح جرم سازه به کار می‌رود.
در ادامه بار مس یا اصلاح بار مؤثر لرزه‌ای می‌بایستی که جدول بارگذاری مربوط به دیوارهای پیرامونی را مجدداً ترسیم کنیم اما این بار به جای اینکه این بار را ضربدر ارتفاع طبقه کنیم در نیمی از ارتفاع طبقه ضرب می‌کنیم و به‌عنوان بارMass در نرم افزار اعمال می‌کنیم تا بدین گونه اصلاح بار مؤثر لرزه‌ای را انجام دهیم.
پس با توجه به توضیحات بالا صد در صد نیاز است یک جدول برای بار mass ناشی از دیوارهای پیرامونی نما دار و یک بار مس ناشی از دیوارهای پیرامونی بدون نما به‌دست آوریم سپس در نرم‌افزار در طبقه بام قرار می‌گیریم و تیرهای پیرامونی که نما دار هستند را انتخاب می‌کنیم. سپس از گزینه Assign بر روی گزینه Frame Loade قرار می‌گیریم و مقدار بار ایجادشده را لحاظ می‌کنیl. باید توجه داشته باشیم که در هنگام اعمال نمودن بارMass از طریق پنجره Assign نوع بار وارده را بار مس قرار دهیم.
حال نوبت به دیوارهای پیرامونی بدون نما میرسد و نیاز است که دیوارهای پیرامونی بدون نما را انتخاب کنیم و مجدداً از روی گزینه Assign قرار بگیریم و تنظیمات مربوط به دیوارهای پیرامونی بدون نما را لحاظ کنیم.
حال شاید یک سؤال از خود بپرسیم :آیا بارMass یا اصلاح بار مؤثر لرزه‌ای تنها برای تیرهای طبقه با میباشد؟
در پاسخ می‌توانیم بگوییم خیر! علت وجود بارMass اصلاح جرم سازه میباشد و هر جایی که نیاز به این اصلاح داریم از بارMass استفاده می‌کنیم.
به عنوان مثال در بارگذاری خرپشته همان‌طور که میدانیم در صورتی که اگر وزن خرپشته کمتر از ۲۵ درصد وزن باشد خرپشته به عنوان یک طبقه مستقل محسوب نمی‌شود و در این حالت بایستی که وزن ناشی از خرپشته را به وزن طبقه بام اضافه کنیم پس به عبارتی دیگر ما طراحان سازه‌های نیاز داریم که بار ناشی از خرپشته را به صورت وزن اصلاحی به نرم‌افزار معرفی کنیم و این اصلاح به کمک بار مس انجام میشود.
سلام استاد عزیز
بی صبرانه منتظر بروزرسانی جلسات جدید می باشیم
انشاالله چه زمانی آماده میشه؟
سلام درود بر شما
انشالله تا اخر ماه
ادامه اموزش چه زمانی قرار گرفته می شود؟
سلام درود بر شما
در هفته حدود ۱۰ جلسه بروزرسانی میشود
اموزش بسیار هالی و مفید فایده می باشد
باتشکر از تیم قدرتمندتون
سپاس از همراهی شما