مراحل کلی طراحی یک سازه بتنی با سیستم قاب_خمشی با شکلپذیری متوسط و سقف تیرچه بلوک ( بخش اول )

1.  در مرحله اول باید بار مرده سقفهای طبقات و بام ، بار دیوارهای پیرامونی سمت نما و غیرنما ، بار مرده سقف راه پله ، بار گسترده معادل تیغه بندی ، بارهای زنده طبقات ، بام و راه پله ، محاسبه و یا از مبحث ششم استخراج گردد. مقادیر این بارها برای دتایلهای عمومی پرکاربرد در اینترنت موجود است. (برای این کار می توانید از اکسل مهندس زارع استفاده کنید- دانلود فایل ) سپس باید بررسی شود که سازه مشمول بار قائم زلزله نیز میشود یا خیر و در صورت نیاز مقدار این بارها نیز برای عناصر مختلف سازه محاسبه گردد.
2.  با توجه به ارتفاع سازه ، ضریب رفتار ، سطح اهمیت ، نوع زمین ( مطابق با تقسیم بندی آیین نامه ۲۸۰۰ ) ، پهنه ساخت سازه از نظر سطح خطر زلزله ، مقدار ضریب زلزله در دو جهت اصلی سازه محاسبه میشود. در محاسبه مربوط به زمان تناوب تجربی سازه باید به مزاحمت یا عدم مزاحمت میانقابها برای حرکت جانبی سازه توجه نمود. در تعیین ارتفاع سازه باید توجه نمود که خرپشته وزن لرزه ای کمتر از ۲۵ درصد وزن لرزه ای بام دارد یا خیر. اگر خرپشته طبقه محسوب نشود ارتفاع سازه تا روی بام محسوب میشود. در مورد زمان تناوب تجربی ، میتوان این زمان تناوب را در این مرحله ۲۵ درصد بزرگتر در نظر گرفت. بعد از پایان طراحی سازه باید زمان تناوب تحلیلی را با مقدار تجربی فرض شده مقایسه کرد و مطمئن شد که مقدار فرض شده از مقدار تحلیلی بزرگتر نباشد. برای محاسبه ضریب زلزله میتوان از نرم افزارها و فایلهای اکسل موجود در اینترنت از جمله برنامه موجود در این لینک (دانلود فایل)

3.  با داشتن مقادیر بارها و ضریب زلزله شروع به مدلسازی سازه در نرم افزار ETABS مینماییم. برای شروع بهتر است از یک فایل آماده به عنوان الگو استفاده نماییم. به این ترتیب مواردی مثل مشخصات مصالح ، مقاطع قاب و سقف ، حالات بارگذاری ، ترکیب بارها ، ترکیب بار محاسبه جرم لرزه ای ، تنظیمات پی – دلتا ، تنظیمات تحلیل دینامیکی سازه و طیف های مربوط به تحلیل دینامیکی طیفی ، تنظیمات آنالیز و طراحی و … احتمالاً در نرم افزار به صورت آماده در دسترس خواهد بود و نیازی به ساخت دوباره آنها نیست.نکته⚠️ اگر از فایلی استفاده میکنید که مربوط به شخص دیگری است، حتماً در اولین مرتبه استفاده از این فایل به صورت پیش فرض و الگوی ساخت مدل ، کلیه جزییات آن را مورد بررسی دقیق قرار دهید تا از وجود هرگونه ایراد در آن مطمئن شوید. در دفعات بعد میتوانید با اطمینان از آن فایل آماده استفاده کنید.

   نکته⚠️ در مدلسازی سازه باید به محدودیتهای معماری توجه نمایید. عمده ترین محدودیتهای معماری مربوط به محدودیت موقعیت و ابعاد ستونها و تیرها، خصوصاً در پارکینگ ، سالن های پذیرایی و راه پله میباشد. بهتر است قبل از شروع طراحی ، با مهندس معمار پروژه رایزنی گردد و تلاش گردد که بهترین شرایط برای بهینه شدن سازه تا حد امکان در طرح معماری تامین گردد.

   نکته ⚠️ در تعیین مشخصات مصالح بتن باید به محدودیتهای اجرایی نیز توجه کافی گردد. انتخاب مقاومت پایین برای بتن باعث افزایش ابعاد مقاطع تیر و ستون میگردد و در سمت مقابل انتخاب مقاومت بالا ممکن است در اجرا باعث عدم تامین مشخصات مورد نیاز و لزوم مقاومسازی در سازه حین اجرا گردد. انتخاب مقاومت ۲۵ مگاپاسکال برای بتن معمولاً در اکثر موارد قابل قبول و بهینه میباشد.

   نکته ⚠️ در تعیین ابعاد مقاطع تیرها و ستونها علاوه به محدودیتهای معماری باید به محدودیتهای آیین نامه ای و اجرایی نیز توجه نمود. ابعاد مقاطع باید از حداقلهای ذکر شده در آیین نامه بزرگتر باشد و خصوصاً به محدودیتهای هندسی مطابق با ضوابط لرزه ای آیین نامه توجه گردد. ارتفاع تیرها حتی الامکان در حدی باشد که نیاز به محاسبه خیز در آنها نباشد. ترجیحاً همه تیرها با یک ارتفاع انتخاب گردد. تعداد تیپهای ستون و تیر حتی الامکان محدود انتخاب گردد. نسبت طول به ارتفاع تیرها با حداقلهای آیین نامه ای مقایسه شود. توجه گردد که فاصله خاموتهای تیرها و ستونها با ابعاد مقطع آنها مرتبط است. ابعاد کوچک برای تیر و ستون میتواند منجر به فاصله کم بین خاموتها گردد که این موضوع در اجرا باعث مشکلاتی خواهد شد. در مورد ستونها دقت شود که ترجیحاً ابعاد ستون در حدی باشد که در آنها اثر لاغری نیازی به در نظر گرفتن نباشد. ترجیحاً از دهانه های خیلی کوتاه برای تیرها که باعث ایجاد برش زیاد در آنها میگردد و دهانه های بلند که باعث خمش و خیز زیاد میشود، دوری شود. در تیرریزی دقت شود که حتی الامکان تیرها تحت پیچش قرار نگیرند. در قسمت راه پله دقت شود که در صورت وجود تیر میان طبقه بتنی ، این تیر با شرایط تکیه گاهی واقعی ( عمدتاً به صورت گیردار ) مدل شود. بهتر است که شرایطی تامین شود که حتی الامکان این تیر به صورت مفصلی اجرا شود تا از ایجاد ستون کوتاه جلوگیری شود. استفاده از تیر فلزی یکی از این راه ها میباشد.
   
   نکته ⚠️  در مورد مقاطع ستونها ، بهتر است در مرحله اول به آنها مقاطعی از نوع to be design اختصاص داد و در مراحل بعدی و بعد از طراحی اولیه سازه ، این مقاطع با مقاطع متناظر در حالت to be check تعویض گردد.

   

   • چنانچه خودتان قصد دارید خودتان دست به کار شوید و از فایل های دیگران استفاده نکنید میبایست از منوهای زیر اقدام به تعریف نمایید:
     • تعریف مصالح: Define<Material
     • تعریف مقاطع: Define<Section properties >Frame Section
     • تعریف الگو های بار Define >Load pattern
     • تعریف ترکیب بارها Define > Load Combination
     • تعریف جرم سازه ای Define > Mass Source
     • تنظیم اثر پی دلتا  Define > P-delta Option
4.  در سازه های بتن آرمه ضریب ترک خوردگی اجزای مختلف سازه اهمیت زیادی دارد. مقدار این ضرایب در شرایط مختلف متفاوت است. برای تیرها و ستونها این ضرایب وابسته به این است که سازه در هر یک از طبقات و هر یک از دو جهت اصلی جزیی از یک قاب مهار شده است یا مهارنشده. این موضوع وابسته به شاخص مهارشدگی طبقات دارد که در شروع طراحی نامشخص است. برای فرض اولیه توصیه میشود که فرض بر مهارشدگی طبقات گذاشته شود و بر این اساس ضرایب اصلاح سختی ۰٫۵ و ۱ به ترتیب برای تیرها و ستونها لحاظ گردد. در مراحل بعدی میتوان این فرض را کنترل نمود.
5.  نوع تحلیل سازه در برابر بارهای جانبی یکی از مباحث مهم در شروع طراحی سازه است. این موضوع وابسته به شرایطی است که کنترل همه آنها در شروع طراحی سازه ممکن نیست؛ ولی میتوان با حدس اولیه در مورد استفاده از تحلیل_استاتیکی یا تحلیل_دینامیکی_طیفی تصمیمگیری نمود و با پیشرفت مراحل طراحی این حدس را صحت سنجی نمود.
6.  پس از مدلسازی سازه میتوان اقدام به بارگذاری آن نمود. بارگذاری عمدتاً شامل معرفی ضرایب زلزله ، معرفی حالات بار دینامیکی و منحنی طیف دینامیکی ( در صورت نیاز به تحلیل دینامیکی ) ، بارهای سطحی مرده و زنده و تیغه بندی در طبقات مختلف و راه پله ، بارهای متمرکز یا خطی مربوط به راه پله ( در صورت عدم مدلسازی راه پله ) ، بارهای مربوط به اثر آسانسور ( در طبقه بام ) ، بارهای خطی مربوط به دیوارهای پیرامونی و دور راه پله ، بارهای اصلاح جرم به صورت سطحی و خطی در طبقه بام و دیگر طبقاتی که اختلاف ارتفاع طبقه بین آنها و طبقه مجاور وجود دارد، میباشد.
   

   تشریح منوی Assign

   تشریح منوی Assign>Load

   

    

7.  تعریف دیافراگم صلب یا نیمه صلب در طبقات یکی از دیگر مراحلی است که بعد از مدلسازی سازه انجام میگیرد. نوع دیافراگم را میتوان صلب در نظر گرفت و بعد از طراحی در صورت نیاز به کنترل آن پرداخت. در عمده موارد فرض صلبیت سقفها صحیح میباشد.
8.  بعد از پایان مدلسازی و بارگذاری و انجام دیگر موارد لازم قبل از شروع آنالیز سازه ، اقدام به کنترل اولیه سازه از قسمت check model برای اطمینان از عدم وجود اشکالات مدلسازی مینماییم. این کنترل فقط شامل برخی از خطاهاست و لزوماً همه خطاها در آن دیده نمیشود.
9. بعد از مراحل فوق اقدام به آنالیز سازه مینماییم.
   

   تشریح منوی Analyse

   بعد از آنالیز سازه بررسی میکنیم که در حین آنالیز خطا یا اخطاری توسط نرم افزار گزارش نشده باشد. همچنین بهتر است جابه جایی های سازه تحت چند حالت بار ثقلی و جانبی مشاهده گردد و اطمینان حاصل شود که در سازه جابه جایی های غیرمعقول که نشان از ناپایداری در سازه، یا اعمال بارهای نادرست (مثلاً با واحد نادرست) یا مشخصات نادرست برای مصالح و … باشد، رخ نداده است.

10.  در مرحله بعد ، با انجام یا کنترل تنظیمات طراحی اقدام به یک طراحی اولیه برای سازه میشود. بعد از این مرحله کنترل میگردد که تمامی اعضا بدون خطا جوابگو باشند. ضمناً بررسی میشود که آرماتورهای گزارش شده برای تیرها و ستونها از نظر اجرایی قابل قبول باشند. ابعاد ستونها و تیرها باید در حدی باشد که آرماتور گزارش شده برای آنها مقداری عمدتاً در محدوده حداقل و حداکثر مجاز آیین نامه ای ( و البته اجرایی باشد ) مقدار کم آرماتورها نشان از بزرگ بودن و غیراقتصادی بودن مقاطع اختصاص داده شده دارد و بالعکس مقدار زیاد آرماتور نشان از ابعاد کوچک برای مقاطع اختصاص شده برای تیرها و ستونها دارد.