بار زلزله در ایتبس – تعریف و نحوه اعمال بار قائم – راهنمای کامل

بار زلزله، یک بار ترکیبی است که از مولفه‌های جانبی و قائم تشکیل می‌شود. طراحی ساختمان‌ها، مخصوصا ساختمان‌های موجود در مناطق لرزه‌خیز، باید با در نظر گرفتن این نوع بار انجام گیرد. ایتبس، یکی از بهترین گزینه‌ها برای طراحی ساختمان‌های چندطبقه تحت بارهای مختلف، از جمله بار زلزله است. این نرم‌افزار، امکان تعریف مولفه‌های افقی و قائم بار زلزله را بر اساس استانداردهای معتبر و تحلیل آن‌ها توسط روش‌های مختلف دینامیکی فراهم می‌کند. دقت ایتبس در زمینه تحلیل رفتار استاتیکی و دینامیکی ساختمان‌ها، آن را به یک استاندارد نرم‌افزاری در حوزه مهندسی سازه تبدیل کرده است. در این مقاله، به آموزش نحوه تعریف بار جانبی و قائم زلزله در ایتبس و نحوه محاسبه پارامترهای تحلیل لرزه‌ای در این نرم‌افزار می‌پردازیم.

بارهای وارد بر ساختمان چه هستند ؟

ساختمان‌ها و دیگر سازه‌های مهندسی، همواره تحت تاثیر انواع بارهای ثابت (استاتیک) و متغیر (دینامیک) قرار می‌گیرند. از انواع بارهای وارد بر ساختمان و جهت اعمال آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بارهای مرده یا دائمی
  • ثابت و عمودی
• بارهای زنده یا موقتی
  • متحرک و عمودی
• بار باد
  • افقی
• بار برف
  • عمودی
• بار سیل
  • افقی
• بار زلزله یا لرزه‌ای
  • ترکیبی از بارهای افقی و عمودی
• بار ویژه

بار زلزله یا بار لرزه ای چیست ؟

«بار زلزله» (Earthquake Load) یا «بار لرزه‌ای» (Seismic Load)، یکی از انواع بارهای دینامیک (وابسته به زمان) است. بارهای لرزه‌ای، معمولا در بازه‌های زمانی کوتاه به ساختمان اعمال می‌شوند. با این وجود، قدرت تخریب آن‌ها بسیار بیشتر از بارهای استاتیک است. به همین دلیل، ساختمان‌ها، باید در هر دو امتداد افقی و عمودی قادر به تحمل بارهای زلزله باشند.

نحوه تحمل بارهای قائم یا جانبی ناشی از زلزله توسط یک سازه، به سیستم آن بستگی دارد. در ادامه، سیستم‌های سازه‌ای و اجزای مقاوم آن‌ها در برابر این بارها آورده شده‌اند:

• سیستم دیوارهای باربر
  • تحمل بارهای قائم توسط دیوارهای باربر و تحمل بارهای جانبی توسط دیوارهای باربر برشی
• سیستم قاب ساختمانی
  • تحمل بارهای قائم توسط قاب‌های فضایی و تحمل بارهای جانبی توسط دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی شده
• سیستم قاب خمشی
  • تحمل بارهای قائم توسط قاب‌های فضایی و تحمل بارهای جانبی توسط قاب‌های خمشی
• سیستم دوگانه یا ترکیبی
  • تحمل بارهای قائم توسط قاب‌های ساختمانی و تحمل بارهای جانبی توسط مجموعه‌‌ای از دیوارهای برشی یا قاب‌های مهاربندی شده به همراه قاب‌های خمشی
• سیستم ستون کنسولی
  • تحمل بارهای جانبی توسط ستون‌ها به صورت کنسولی
• سایر سیستم
  • تحمل بارهای قائم و جانبی مطابق با آیین‌نامه‌های معتبر

در مجموع، تاثیر بارهای ناشی از زلزله، به عنوان یک پارامتر حیاتی در طراحی ایمن ساختمان‌ها به شمار می‌روند. از این‌رو، محاسبه آن‌ها بر اساس استانداردهای معتبر و توسط ابزارهای قابل اعتماد صورت می‌گیرد. یکی از ابزارهای کامپیوتری قدرتمند برای محاسبه و تحلیل بارهای زلزله، نرم‌افزار معروف ایتبس است.

نرم افزار ایتبس چیست و چه کاربردی دارد ؟

«ایتبس» (ETABS)، یکی از نرم‌افزارهای تخصصی مهندسی عمران (سازه) است که به منظور مدل‌سازی، تحلیل و طراحی ساختمان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نرم‌افزار، از روش‌های تحلیلی قابل اطمینان بهره می‌برد و امکان طراحی بر اساس آیین‌نامه‌های معتبر را برای مهندسان فراهم می‌کند. از این‌رو، در اغلب پروژه‌های ساخت ساختمان‌های چندطبقه، ETABS‌ به عنوان ابزاری استاندارد برای طراحی شناخته می‌شوند.

از کاربردهای ایتبس در مهندسی ساختمان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تحلیل استاتیک
• تحلیل دینامیک (بار زلزله، بار باد و غیره)
• تعیین ظرفیت باربری
• ترسیم پلان‌ها و نماهای جانبی
• تحلیل دیوار برشی و قاب خمشی

در مجموع، تمام جنبه‌های مربوط به مدل‌سازی، تحلیل و طراحی سازه‌های فولادی و سازه‌های بتن آرمه توسط ایتبس پوشش داده می‌شوند. در صورت تمایل به آشنایی بیشتر با نرم‌افزار تخصصی ایتبس و قابلیت‌های آن در حوزه تحلیل و طراحی ساختمان، مطالعه مطلب «نرم افزار ETABS‌ چیست و چه کاربردی دارد؟ — راهنمای شروع به کار با ایتبس» را به شما پیشنهاد می‌کنیم.

مراحل کار با ایتبس چه هستند ؟

مراحل کار با نرم‌افزار ایتبس عبارت هستند از:

• مدل‌سازی
  • تعریف هندسه سازه: شبکه‌بندی، تعیین طبقات، رسم ستون‌ها، تیرها، دال و غیره
  • تعریف نوع مصالح: فولاد بتن، و غیره
  • تعریف مقاطع عضوها: ستون‌ها، تیرها و دال‌ها
• بارگذاری
  • تعریف حالت‌های بارگذاری: بار مرده، زنده، باد و زلزله
  • تعریف ترکیب‌های بارگذاری
• اختصاص
  • اختصاص مشخصات به عضوها
  • اختصاص نوع اتصالات
• تحلیل
  • تحلیل مرتبه اول سازه: بدون پی-دلتا
  • تحلیل مرتبه دوم سازه: با پی-دلتا
  • تحلیل استاتیک: خطی و غیر خطی (پوش آور)
  • تحلیل دینامیک: طیفی (خطی) و تاریخچه زمانی (خطی و غیر خطی)
  • تحلیل نتایج: وزن کل، زمان تناوب، دریفت
• طراحی
  • طراحی عضوها
  • طراحی اتصالات
• گزارش‌گیری

انواع بارهای قابل تعریف در ایتبس چه هستند ؟

بارهای زیر را می‌توان در نرم‌افزار ایتبس تعریف کرد:

• بار مرده
• بار بسیار مرده (بار کفسازی)
• بار زنده
• بار زنده قابل کاهش
• بار فرضی جانبی
• بار لرزه‌ای
• بار لرزه‌ای دریف (جابجایی نسبی)
• بار باد
• بار برف
• بار اجرایی
• پیش‌تنش نهایی
• پیش‌تنش انتقالی
• بارهای تعریف شده توسط کاربر

کاربرد ایتبس در طراحی بار زلزله چیست ؟

نرم‌افزار ETABS، تقریبا تمام ابزارهای مورد نیاز برای طراحی ساختمان‌های چندطبقه را در اختیار مهندسان سازه قرار می‌دهد. از ویژگی‌های این نرم‌افزار در طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها، می‌توان به قابلیت بارگذاری جانبی خودکار اشاره کرد. این قابلیت، امکان تخمین و اعمال بار زلزله را بر اساس مشخصات محلی و آیین‌نامه‌های انتخابی فراهم می‌کند. با انتخاب آیین‌نامه طراحی بار زلزله در ایتبس، مقادیر و گزینه‌های مرتبط به صورت پیش‌فرض تنظیم می‌شوند. کاربر می‌تواند تمام این مقادیر را به طور دلخواه و بر اساس شرایط مورد نظر تغییر دهد.

از گزینه‌های تحلیل بار زلزله در ایتبس می‌توان به «تحلیل طیف پاسخ» (Response Spectrum Analysis) اشاره کرد. در این نوع تحلیل، نرم‌افزار، پاسخ سازه به بارهای لرزه‌ای را به صورت احتمالاتی مورد بررسی قرار می‌دهد. تحلیل طیف پاسخ، یک تحلیل خطی است که از رکوردهای شتاب زمین بر اساس بار لرزه‌ای و شرایط زمین استفاده می‌کند. برای اجرای این تحلیل، خصوصیات دینامیکی سازه به کار گرفته می‌شوند.

«تحلیل تاریخچه زمانی» (Time History Analysis)، به منظور ثبت عکس‌العمل مرحله به مرحله سازه در هنگام مواجهه با بار زلزله و دیگر بارهای لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این نوع تحلیل، امکان بررسی رفتار خطی و غیرخطی سازه را فراهم می‌کند. «تحلیل غیرخطی سریع» (Fast Nonlinear Analysis) یا «FNA» و «توالی ساخت» (Staged Construction)، یکی از روش‌های تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی در ایتبس است که طیف وسیعی از مسائل مهندسی زلزله را پوشش می‌دهد.

استانداردهای طراحی بار زلزله در ایتبس چه هستند ؟

نرم‌افزار ETABS، بسیاری از استانداردهای معتبر بین‌المللی را شامل می‌شود. برخی از استانداردهای طراحی بار زلزله در ایتبس عبارت هستند از:

• استاندارد‌های جامعه مهندسان عمران آمریکا (ASCE)
  • ASCE 7-16
  • ASCE 7-02
  • ASCE 7-05
  • ASCE 7-10
• استانداردهای طراحی سازه اروپا (Eurocode)
  • Eurocode 8 2004
• استانداردهای ملی استرالیا (AS)
  • AS 1170 2007
• استانداردهای هند (IS)
  • IS 1893:2016
  • IS 1893:2002

یک نکته بسیار مهم برای طراحی بار زلزله در ایتبس، نسخه نرم‌افزار مورد استفاده شما است. به دلیل تغییرات اساسی در استانداردها و آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای ساختمان، پیشنهاد می‌کنیم از نسخه‌های جدیدتر ایتبس (نسخه‌های ۲۰۱۶ به بالای ETABS) استفاده کنید.

تعریف بار در ایتبس چگونه انجام می شود ؟

در نرم‌افزار ایتبس، تعریف مشخصات المان‌ها و بارهای مدل، با استفاده از گزینه‌های موجود در منوی «Define» انجام می‌گیرد.

برای تعریف بارهای وارد بر سازه، بر روی گزینه «Load Patterns» کلیک می‌کنیم. به این ترتیب، پنجره «تعریف الگوهای بارگذاری» (Define Load Patterns) به نمایش درمی‌آید.

بخش‌های شماره‌‌گذاری شده در تصویر بالا (پنجره تعریف با) عبارت هستند از:

1. Load: کادر ویرایش عنوان بار
2. Type: فهرست انتخاب نوع بار
3. Self-Weight Multiplier: کادر ویرایش عامل خودوزنی
4. Auto Lateral Load: فهرست انتخاب استاندارد محاسبه بار جانبی (در صورت انتخاب بار باد و لرزه‌ای)
5. Add New Load: دکمه اضافه کردن بار جدید
6. Modify Load: دکمه ویرایش بار موجود
7. Modify Lateral Load: دکمه ویرایش بار جانبی
8. Delete Load: دکمه حذف بار موجود

با تعیین مشخصات بار (انتخاب موارد ۱ تا ۴) و فشردن دکمه «Add New Load»، یک الگوی جدید به فهرست بارها اضافه می‌شود.

تعریف بار زلزله در ایتبس چگونه است ؟

نحوه تعریف بار زلزله در ایتبس، به مولفه بار لرزه‌ای بستگی دارد. در این بخش، مراحل تعریف بار جانبی زلزله را آموزش می‌دهیم. بارهای جانبی، در راستای محورهای x و y به مدل ساختمان اعمال می‌شوند. با در نظر گرفتن این موضوع، به سراغ مراحل تعریف بار زلزله در ایتبس می‌رویم.

اضافه کردن بارهای جانبی ناشی از زلزله در ایتبس

پس از انتخاب گزینه Load Patterns از زبانه Define، باید بارهای جانبی ناشی از زلزله را به فهرست بارها اضافه کنیم. این کار، با نوشتن عنوان مورد نظر (مانند Ex) در بخش Load، نوع بار (Seismic) در بخش Type، ضریب 0 در بخش Self Weight Multiplier و آیین‌نامه مورد نظر در بخش Auto Lateral Load انجام می‌گیرد.

با کلیک بر روی دکمه Add New Load، بار جانبی اعمال شده در راستای x بر اساس آیین‌نامه ASCE 7-16 تعریف می‌شود.

مراحل بالا را برای بار جانبی در راستای y (با عنوان Ey) تکرار می‌کنیم.

تنظیمات و مقادیر بارهای اضافه شده به صورت پیش‌فرض هستند. بنابراین، در مرحله بعد، آن‌ها را با توجه به الزامات طراحی تغییر می‌دهیم.

پنجره تعیین الگوی بار زلزله در ایتبس

با کلیک بر روی گزینه «Modify Lateral Load»، پنجره‌ای تحت عنوان «Seismic Load Pattern» به نمایش درمی‌آید. گزینه‌های موجود در این پنجره، به منظور مرور و ویرایش پارامترهای مخصوص بار زلزله در ایتبس مورد استفاده قرار می‌گیرند. پارامترهای بارگذاری لرزه‌ای، به استاندارد انتخابی در فهرست Auto Lateral Load بستگی دارند.

به عنوان مثال، تصویر بالا، گزینه‌ها و پارامترهای قابل تنظیم بارگذاری لرزه‌ای بر اساس استاندارد ASCE 7-16 را نمایش می‌دهد. در ادامه، بخش‌های مختلف پنجره بالا و گزینه‌های موجود در آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

جهت گیری و خروج از مرکزیت سازه

گزینه‌های موجود در بخش «Direction and Eccentricity»، امکان انتخاب جهت اعمال بار زلزله و اعمال خروج از مرکزیت سازه (بر روی همه دیافراگم‌ها) را فراهم می‌کنند. مقدار پیش‌فرض، خروج از مرکزیت بر روی عدد $$ ۰.۰۵ $$ یا ۵ درصد قرار دارد. این مقدار، تنها در صورت اختصاص دیافراگم برای المان‌های پوسته‌ای (Shell) یا محل اتصالات عضوها (Joint) در محاسبات مورد استفاده قرار می‌گیرد. اگر هیچ دیافراگمی برای مدل تعریف نشده باشد، ایتبس، از مقدار خروج از مرکزیت صرف‌نظر می‌کند.

در حالت پیش‌فرض، تیک کنار تمام گزینه‌های موجود در بخش Direction and Eccentricity فعال است. کاربر باید این تنظیمات را مطابق با جهت‌گیری مورد نظر تغییر دهد. به عنوان مثال، برای بار Ex (بار جانبی زلزله در راستای x)، تمام تیک‌های کنار گزینه‌های مربوط به راستای y را برمی‌داریم. در صورت عدم تاثیر خروج از مرکز، تنها تیک گزینه «X Dir» را فعال باقی می‌گذاریم.

اگر خروج از مرکز با راستای اعمال بار هم‌جهت باشد، گزینه «X Dir + Eccentricity» و اگر خروج از مرکز در خلاف جهت راستای اعمال بار باشد، گزینه گزینه «X Dir - Eccentricity» را انتخاب می‌کنیم. تنظیمات مشابهی را برای بار Ey (بار جانبی زلزله در راستای y) انجام می‌دهیم.

هنگام اختصاص دیافراگم به المان‌های پوسته‌ای و اتصالات، ایتبس، حداکثر عرض دیافراگم را در جهت عمود بر راستای اعمال بار زلزله محاسبه می‌کند. این عرض، با توجه به فاصله بین حداقل و حداکثر مقدار مختصات X یا Y اتصالات (بسته به جهت بارگذاری) تعیین می‌شود. پس از تعیین حداکثر عرض دیافراگم، ایتبس، گشتاوری معادل حاصل‌ضرب پارامترهای زیر را به دیافراگم وارد می‌کند:

$$ M = F _ { l } \times D _ { m } \times E _ { \% } $$

• M: گشتاور اعمال شده به دیافراگم
• F_l: نیروی جانبی کل اعمال شده بر دیافراگم
• D_m: حداکثر عرض دیافراگم
• _%E: درصد خروج از مرکزیت

گشتاور بالا، به مرکز جرم دیافراگم وارد می‌شود. در پایین بخش Direction and Eccentricity، دکمه‌ای با عنوان «Overwrite» وجود دارد. با کلیک بر روی این دکمه، پنجره زیر با گزینه‌هایی برای ویرایش خروج از مرکزیت دیافراگم‌ها به نمایش درمی‌آید.

زمان تناوب بار لرزه ای

بخش «Time Period»، گزینه‌های موجود برای انتخاب نحوه محاسبه زمان تناوب (پریود) بار زلزله در ایتبس را در اختیار کاربر قرار می‌دهد.

در این بخش، چند گزینه وجود دارد. با انتخاب هر گزینه، زمان تناوب سازه به صورت زیر تعیین می‌شود:

• Approximate یا Method A
  • محاسبه پریود سازه بر اساس مقدار مشخص شده در استاندارد
• Program Calculated
  • محاسبه پریود زمانی بر اساس مقدار پیشنهادی در استاندارد
• User Defined
  • وارد کردن مقدار پریود سازه توسط کاربر

پارامترهای ورودی در این بخش، به استاندارد مورد استفاده بستگی دارند. به عنوان مثال، بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ ایران، زمان تناوب اصلی نوسان سازه برای قاب‌های فولادی از رابطه زیر به دست می‌آید:

$$
T = ۰/۰۸ H ^ { ۰/۷۵ }
$$

• T: زمان تناوب اصلی نوسان سازه
• H: ارتفاع سازه

برای قاب‌های بتن‌آرمه، زمان تناوب اصلی نوسان سازه با استفاده از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

$$
T = ۰/۰۵ H ^ { ۰/۹ }
$$

دو رابطه بالا، به منظور محاسبه T برای ساختمان‌هایی با سیستم قاب خمشی مورد استفاده قرار می‌گیرند. روابط دیگر برای سیستم‌های دیگر، در بند ۳-۳-۳ استاندارد ۲۸۰۰ ایران آورده شده‌اند.

نحوه محاسبه زمان تناوب در استانداردها و آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای سازه آماده است. در صورت تمایل، کاربر می‌تواند به طور مستقیم از فرمول‌های موجود در آیین‌نامه مورد نظر خود استفاده کرده و مقدار به دست آمده را به طور مستقیم، درون کادر مقابل گزینه «User Defined» وارد کند.

محدوده طبقات سازه

گزینه‌های مربوط به تعیین محدوده طبقات تحت تاثیر بارگذاری لرزه‌ای، در بخش «Story Range» قرار دارند. در بازه انتخابی، بارهای جانبی استاتیک به خودکار محاسبه می‌شوند. به طور پیش‌فرض طبقه هم‌کف به عنوان پایین‌ترین طبقه و آخرین طبقه به عنوان بالاترین طبقه تنظیم شده است (تصویر زیر).

در اغلب موارد، باید بالاترین طبقه ساختمان (طبقه دارای پشت‌بام) را به عنوان «Top Story» تنظیم کرد. اگرچه، در برخی از موارد، طبقات پایین‌تر برای این گزینه در نظر گرفته می‌شوند. به عنوان مثال، در صورت وجود پنت هاوس، بهتر است طبقه پایین‌تر از آن را به عنوان Top Story در نظر گرفت. سپس، یک بار اضافی (تعریف شده توسط کاربر) را به عنوان بار پنت هاوس به حالت‌های بارگذاری اضافه کرد.

طبقه هم‌کف، معمولا به عنوان «Bottom Story» در نظر گرفته می‌شود. اگرچه، در صورت وجود چندین طبقه در زیر طبقه هم‌کف و فرض انتقال بارهای لرزه‌ای به سطوح پایینی زمین، بهتر است پایین‌ترین طبقه را به عنوان Bottom Story انتخاب کرد. توجه داشته باشید که بار لرزه‌ای برای پایین‌ترین طبقه محاسبه نمی‌شود. محاسبه این بار برای طبقات اول به بالا انجام می‌گیرد.

گزینه های بیشتر: ضرایب و گروه‌بندی‌ها

علاوه بر گزینه‌های معرفی شده در بخش‌های قبلی، امکان نمایش گزینه‌های بیشتر برای مطابقت دادن شرایط بارگذاری زلزله بر اساس آیین‌نامه انتخابی نیز وجود دارد. به عنوان مثال، در صورت انتخاب آیین‌نامه ASCE 7-16، گزینه‌های ضرایب بار زلزله در بخشی با عنوان «Seismic Coefficients» به نمایش درمی‌آیند.

گزینه‌های موجود در بخش Seismic Coefficients عبارت هستند از:

• 0.2Sec spectral accel: شتاب طیفی در تناوب ۰/۲ ثانیه
• 1Sec spectral accel: شتاب طیفی در تناوب ۱ ثانیه
• Long-Period Transition Period: دوره تناوب بلند مدت
• Site Class: طبقه‌بندی زمین

علاوه بر این، برخی دیگر از ضرایب تعدیل و اصلاح بار نیز در بخش دیگری با عنوان «Factors» نشان داده می‌شوند.

گزینه‌های موجود در بخش Factors عبارت هستند از:

• Response Modification: ضریب رفتار ساختمان
• System Overstrength: ضریب اضافه مقاومت سازه
• Deflection Amplification: ضریب بزرگنمایی تغییر مکان جانبی سازه
• Occupancy Importance: ضریب اهمیت ساختمان

در ادامه، ضرایب تحلیل بار زلزله و نحوه محاسبه آن‌ها بر اساس استاندارد ملی ایران را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

ضریب شتاب طیف طرح

برای آشنایی با ضریب شتاب طیف طرح و نحوه تعیین آن از روی نمودار، به بند ۲-۲ و بند 2-3 استاندارد ۲۸۰۰ ایران مراجعه کنید.

طبقه‌بندی انواع زمین

نوع خاک و سنگ، بر روی سرعت موج برشی و نحوه رفتار ساختمان در برابر بارهای لرزه‌ای تاثیر می‌گذارد. بر اساس جدول ۲-۳ استاندارد ۲۸۰۰ ایران، نوع زمین به چهار گروه (سنگ سخت تا سست، خاک خیلی متراکم تا سنگ سست، خاک متراکم تا متوسط و خاک متوسط تا نرم) تقسیم می‌شود. گروه‌های A و B در استاندارد ASCE 7-16، معادل گروه اول (I) در استاندارد ۲۸۰۰ ایران هستند. گروه C معادل گروه دوم (II)، گروه D معادل گروه سوم (III) و گروه E معادل گروه چهارم (IV) است. بنابراین، پس از نوع زمین، گروه آن را از منوی بازشونده «Site Class» انتخاب کنید. به این ترتیب، پارامترهای دیگر به طور خودکار و بر اساس آیین‌نامه انتخابی محاسبه می‌شوند.

ضریب رفتار ساختمان

ضریب رفتار ساختمان (R_u)، ضریبی است که به منظور در نظر گرفتن تاثیر شکل‌پذیری، نامعینی و اضافه مقاومت در تحلیل بارهای لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این ضریب، با توجه به سیستم سازه و مکانیزم مقاومت آن در برابر نیروهای جانبی تعیین می‌شود. مقادیر ضریب رفتار ساختمان در جدول ۳-۴ استاندارد ۲۸۰۰ ایران آورده شده‌اند. به عنوان مثال، این ضریب برای سیستم قاب خمشی بتن‌آرمه ویژه برابر با ۷/۵ است. بند ۳-۳-۵ استاندارد ۲۸۰۰ ایران، مبحث ضریب رفتار ساختمان را به طور کامل پوشش می‌دهد. با توجه به این بند، مقدار R را برای وارد کردن در کادر مقابل «Response Modification» به دست بیاورید.

ضریب اضافه مقاومت سازه

ضریب اضافه مقاومت سازه (Ω_o)، ضریب طراحی عضوها برای مقاومت در برابر زلزله تشدید یافته است. مقادیر این ضریب در جدول ۳-۴ استاندارد ۲۸۰۰ ایران آورده شده‌اند. به عنوان مثال، ضریب اضافه مقاومت سازه‌ای با سیستم قاب خمشی بتن‌آرمه ویژه، برابر با ۳ است. بند ۳-۳-۱۰ استاندارد ۲۸۰۰ ایران، به توضیح مختصر این ضریب می‌پردازد. پس از به دست آوردن ضریب اضافه مقاومت سازه، آن در کادر مقابل «System Overstrength» وارد کنید.

ضریب بزرگنمایی جانبی سازه

ضریب بزرگنمایی جانبی سازه (C_d)، ضریبی برای تاثیر رفتار غیر خطی سازه است. بند ۳-۵ استاندارد ۲۸۰۰ ایران، به توضیح نحوه محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی طبقات بر اساس این ضریب مختلف می‌پردازد. مقادیر C_d در جدول ۳-۴ استاندارد ۲۸۰۰ ایران آورده شده‌اند. به عنوان مثال، ضریب بزرگنمایی جانبی سازه‌ای با سیستم قاب خمشی بتن‌آرمه ویژه برابر با ۵/۵ است. پس از مشخص کردن این ضریب، آن را درون کادر مقابل «Deflection Amplification» وارد کنید.

ضریب اهمیت ساختمان

ضریب اهمیت ساختمان، یکی دیگر از ضرایب تعدیل برای تحلیل بار زلزله در ایتبس است. جدول ۳-۳ استاندارد ۲۸۰۰ ایران، ضریب اهمیت ساختمان (I) را بر اساس گروه طبقه‌بندی نمایش می‌دهد.

بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ ایران، ساختمان‌ها به چهار گروه با اهمیت خیلی زیاد (گروه ۱)، با اهمیت زیاد (گروه ۲)، با اهمیت متوسط (گروه ۳) و با اهمیت کم (گروه ۴) تقسیم می‌شوند. اطلاعات بیشتر راجع به گروه‌بندی ساختمان‌ها در بند ۱-۶ استاندارد ۲۸۰۰ ایران آورده شده است.

تعریف بار زلزله در ایتبس بر اساس استاندارد کاربر

در بخش قبلی، گزینه‌های موجود برای تعریف بار زلزله در ایتبس بر اساس استاندارد ASCE 7-16 را مورد بررسی قرار دادیم. با وجود شباهت‌های زیاد استاندارد ۲۸۰۰ ایران به این استاندارد، برخی از مهندسان ترجیح می‌دهند از گزینه‌های دیگر برای وارد کردن پارامترها و ضرایب تحلیل بار لرزه‌ای استفاده کنند. به منظور تعریف بار زلزله، بدون در نظر گرفتن استانداردهای پیش‌فرض ایتبس، پس از تعریف عنوان (Ex یا Ey) و نوع بار (Seismic)، گزینه Auto Lateral Load را بر روی «User Coefficient» قرار می‌دهیم.

سپس، بر روی دکمه Add New Load کلیک می‌کنیم تا بارهای جانبی زلزله به فهرست بارها اضافه شوند.

با فعال شدن دکمه Modify Lateral Load، بر روی آن کلیک می‌کنیم تا پنجره زیر به نمایش درآید.

بخش‌های Direction and Eccentricity و Story Range، به همین شکل در پنجره تعیین الگوی بار بر اساس استاندارد ASCE 7-16 وجود داشتند. گزینه‌های موجود در این دو بخش را به همان صورت تنظیم می‌کنیم. علاوه بر این موارد، بخشی با عنوان «Factors» وجود دارد. در این بخش، دو پارامتر زیر از کاربر خواسته می‌شود:

• Base Shear Coefficient: ضریب نیروی برشی پایه
• Building Height Exponent: ضریب توزیع نیروی جانبی زلزله در ارتفاع ساختمان

در ادامه، نحوه محاسبه پارامترهای بالا را بر اساس استاندارد 2800 ایران توضیح می‌دهیم.

ضریب نیروی برشی پایه

به نیروهای جانبی اعمال شده در تراز پایه، نیروی برشی پایه یا نیروی برش پایه گفته می‌شود. این نیرو، با استفاده از رابطه زیر به دست می‌آید:

$$ v _ { u } = C W $$

• v_u: نیروی برشی پایه
• C: ضریب نیروی برش پایه (ضریب زلزله)
• W: وزن موثر لرزه‌ای

محبث نیروی برشی پایه و ضریب آن در بند ۳-۱۳-۳-۱ استاندارد ۲۸۰۰ ایران پوشش داده شده است. بر اساس اطلاعات این بند، محاسبه نیروی برش پایه، توسط رابطه زیر صورت می‌گیرد:

$$ C = \frac { A B I } { R _ { u } } $$

• A: نسبت شتاب مبنای طرح (بند ۲-۲ استاندارد ۲۸۰۰ ایران)
• B: ضریب بازتاب ساختمان (بند ۲-۳ استاندارد ۲۸۰۰ ایران)
• I: ضریب اهمیت ساختمان (بند ۳-۳-۴ استاندارد ۲۸۰۰ ایران)
• R_u: ضریب رفتار ساختمان (بند ۳-۳-۵ استاندارد ۲۸۰۰ ایران)

پس از محاسبه C، آن را درون کادر مقابل «Base Shear Coefficient» وارد می‌کنیم.

ضریب توزیع نیروی جانبی زلزله در ارتفاع ساختمان

بر اساس بند ۳-۳-۶ استاندارد ۲۸۰۰ ایران، نیروی برشی پایه (v_u)، مطابق با رابطه زیر در ارتفاع ساختمان توزیع می‌شود:

$$
F _ { u i } = \frac { W _ { i } h _ { i } ^ { k } } { \sum _ { j = ۱ } ^ { n } W _ { j } h _ { j } ^ { k } } V _ { u }
$$

به ضریب k، ضریب توزیع نیروی جانبی زلزله در ارتفاع ساختمان می‌گویند. این ضریب با توجه به زمان تناوب اصلی سازه به دست می‌آید:

$$ k = ۰/۵ T + ۰/۷۵ $$

برای Tهای کوچک‌تر از ۰/۵، k برابر با ۱/۰ و برای Tهای بزرگ‌تر از ۲/۵، k برابر با ۲/۰ است. پس از تعیین k، آن را درون کادر مقابل «Building Height Exp» قرار دهید. پس از انتخاب پایین‌ترین و بالاترین طبقه از فهرست‌های بخش Story Range و کلیک بر روی دکمه OK، تعریف یکی از بارهای جانبی زلزله در ایتبس به پایان می‌رسد. در قدم بعدی، باید بار جانبی دوم (Eq Y) و بار قائم زلزله را تعریف کرد.

تعریف درصد مشارکت بار زنده در وزن موثر بار زلزله در ایتبس

مرحله بعد برای تعریف بار زلزله در ایتبس، تعیین درصد بار زنده‌ای است که برای تحلیل‌های لرزه‌ای باید مورد استفاده قرار گیرد. برای این کار، از زبانه Define، گزینه «Mass Source» را انتخاب می‌کنیم.

در پنجره Mass Source، بر روی عنوان موجود کلیک کرده یا با انتخاب «Add New Mass Source»، یک عنوان جدید به وجود می‌آوریم.

با کلیک بر روی «Modify/Show Mass Source»، امکان مشاهده و ویرایش مقادیر فراهم می‌شود.

تیک گزینه‌های «Element Self Mass» و «Additional Mass» را برمی‌داریم و گزینه «Specified Load Patterns» را تیک می‌زنیم.

در مرحله بعدی، بارهای مرده و زنده را از فهرست زیر «Load Patterns» اضافه می‌کنیم. برای بارهای مرده، ضریب 1 را به عنوان درصد مشارکت (Multiplier) در نظر می‌گیریم. برای بار زنده، از جدول زیر برای تعیین درصد مشارکت استفاده می‌کنیم.

جدول بالا، بر اساس بند 3-3-1 استاندارد 2800 ایران تهیه شده است. پس وارد کردن بار زنده و تعیین ضریب مشارکت آن، بر روی OK کلیک می‌کنیم. با کلیک مجدد بر روی OK، فرآیند اختصاص بار جانبی زلزله و تعیین درصد مشارکت بارهای مرده و زنده به اتمام می‌رسد.

نحوه اعمال بار قائم زلزله در ایتبس چگونه است ؟

نیروی قائم ناشی از زلزله، مولفه‌ای است که در راستای عمود بر ساختمان اعمال می‌شود. بر اساس بند 3-3-9-1 استاندارد 2800 ایران، در نظر گرفتن این نیرو برای موارد زیر الزامی است:

• ساختمان‌های موجود در پهنه‌هایی با خطر نسبی خیلی زیاد
• تیرهایی با دهانه بیش از 15 متر
• تیرهایی تحت بار قائم متمرکز با مقادیر زیاد
• بالکن‌ها و پیش‌آمدگی‌های طره‌ای

به منظور طراحی بار زلزله قائم در ایتبس، ابتدا به پنجره تعریف بار (گزینه Load Pattern در زبانه Define) می‌رویم. سپس، بار «Ez» را با نوع «Other» تعریف می‌کنیم.

در انتها، بر روی OK کلیک می‌کنیم. قدم بعدی، محاسبه بار قائم وارد بر سطوح مورد نظر است. بر اساس بند 3-3-9-2 استاندارد 2800 ایران، مقدار نیروی قائم با استفاده از رابطه زیر به دست می‌آید:

$$
F _ { V u } = 0.6 A I W _ { P }
$$

• A: نسبت شتاب مبنای طرح (بند ۲-۲ استاندارد ۲۸۰۰ ایران)
• I: ضریب اهمیت ساختمان (بند ۳-۳-۴ استاندارد ۲۸۰۰ ایران)
• W_P: بار مرده و سربار

استفاده از فرمول بالا و نحوه در نظر گرفتن پارامترهای آن در شرایط مختلف، الزاماتی دارد که در استاندارد 2800 آورده شده‌اند. برای کف‌های معمولی ساختمان، فقط بارهای مرده و برای طره‌ها، بارهای مرده و زنده را باید در نظر گرفت. با کلیک راست بر روی سطوح انتخابی (کف‌ها، دال‌ها، تیرها و یا طره‌ها)، پنجره‌ای مشابه با تصویر زیر به نمایش درمی‌آید.

در زبانه «Loads»، مقادیر بارهای مرده و زنده اعمال شده بر سطوح انتخابی نشان داده می‌شوند. از این مقادیر برای محاسبه بار قائم زلزله استفاده می‌کنیم. پس از محاسبه بارها، کف‌های مورد نظر را انتخاب می‌کنیم. سپس، به زبانه «Assign» می‌رویم. در بخش «Shell Loads»، بر روی گزینه «Uniform» کلیک می‌کنیم.

با رفتن به مسیر بالا، پنجره «Shel Load Assignment - Uniform» به نمایش درمی‌آید.

از فهرست «Load Pattern Name»، بار Ez را انتخاب می‌کنیم. تعریف این بار را در مرحله قبل انجام دادیم. مقدار محاسبه شده بار قائم زلزله را در کادر مقابل Load می‌نویسیم. جهت اعمال این بار را از فهرست «Direction» بر روی «Gravity» قرار می‌دهیم. در بخش «Options» سه گزینه زیر وجود دارد:

• Add to Existing Loads
  • اضافه کردن بار قائم به بارهای قائم قبلی
• Replace Existing Loads
  • جایگزین کردن بار قائم با بارهای قائم قبلی
• Delete Existing Loads
  • پاک کردن بارهای قائم قبلی

بارهای قائم فقط برای کف‌ها و طره‌ها محاسبه نمی‌شوند. برای طراحی تیرهای روی تیرهای روی محیط ساختمان نیز باید بار قائم زلزله را در ایتبس منظور کرد. به این منظور، پس از انتخاب تیرهای محیطی، از زبانه Assign، بر روی بخش «Frame Loads» می‌رویم. سپس، بر روی گزینه «Distributed» کلیک می‌کنیم.

با کلیک بر روی گزینه بالا، پنجره زیر به نمایش درمی‌آید. گزینه‌های این پنجره را مطابق با تصویر زیر تنظیم می‌کنیم.

فهرست Load Pattern Name‌ را بر روی عنوان Ez و کادر مقابل Load را برابر با مقدار محاسبه شده بار قائم زلزله برای تیرها قرار می‌دهیم. در انتها، بر روی OK کلیک می‌کنیم تا بار قائم به تیرها اختصاص یابد. در هنگام محاسبه، تعریف و اختصاص بارها، حتما به واحد اندازه‌گیری نرم‌افزار توجه داشته باشید. واحد بارهای محاسبه شده باید با واحد نرم‌افزار یکسان باشد. با کلیک بر روی دکمه «Units» در بخش پایین-راست پنجره اصلی، از صحت این موضوع اطمینان حاصل کنید.

سخن آخر: تکمیل فرآیند تحلیل بار زلزله در ایتبس

در این مقاله، روند تعریف بار زلزله در ایتبس (بار جانبی و بار قائم زلزله) را آموزش دادیم. تعریف بار، یکی از مراحل ابتدایی برای ساختمان‌ها در شرایط استاتیک و دینامیک است. پس از این مرحله، نوبت به تعریف ترکیب‌های بارگذاری می‌‌رسد. ترکیبات بارگذاری، بر اساس بندهای مبحث ششم مقررات ملی ساختمان محاسبه می‌شوند. به عنوان مثال، بند 6-2-3-3 در این مبحث، به ارائه ترکیبات بارگذاری سازه‌های فولادی بر اساس روش ضرایب بار و مقاومت می‌پردازد.

پس از محاسبه ترکیبات بارگذاری، باید آن‌ها را در ایتبس تعریف کرد. این کار، با رفتن به زبانه Define و کلیک بر روی گزینه «Load Combinations» انجام می‌گیرد. در مطالب بعدی آموزش ایتبس، به تشریح نحوه محاسبه ترکیبات بارگذاری و اضافه کردن آن‌ها به نرم‌افزار خواهیم پرداخت.

سوالات متداول در رابطه با بار زلزله در ایتبس

در این بخش، به برخی از پرتکرارترین سوالات مربوط به مبحث تعریف بار زلزله در ایتبس پاسخ می‌‌دهیم.

بار زلزله در ایتبس چیست؟

بار زلزله در ایتبس، یک بار لرزه‌ای است که به طور جانبی به مدل ساختمان اعمال می‌شود.

آیا می توان بار زلزله را در ایتبس تحلیل کرد ؟

بله. ایتبس، یک نرم‌افزار قدرتمند در زمینه مدل‌سازی، تحلیل و طراحی رفتار ساختمان‌ها در شرایط بارگذاری استاتیک و دینامیک است. این نرم‌افزار، امکان تعریف بار زلزله و تحلیل رفتار لرزه‌ای سازه‌ها را فراهم می‌کند.

گزینه تعریف بار زلزله در ایتبس چیست ؟

گزینه «Load Patterns» در زبانه «Define»، گزینه تعریف بار زلزله و دیگر انواع بارها در ایتبس است.

بار زلزله در ایتبس از چه نوعی است ؟

بار زلزله در ایتبس، از نوع بارهای لرزه‌ای یا «Seismic» است.

برای تحلیل بار زلزله در ایتبس از چه استانداردی استفاده کنیم ؟

بهترین استاندارد برای تحلیل بار زلزله در ایتبس، استانداردهای ملی مانند استاندارد 2800 ایران یا استانداردهای بین‌المللی معنبر مانند ASCE 7-16 است.

چگونه پارامترهای بار زلزله بر اساس استاندارد 2800 را در ایتبس وارد کنیم ؟

برای طراحی بر اساس استاندارد 2800 ایران و وارد کردن پارامترهای آن در ایتبس، از گزینه «User Coefficient» در بخش استانداردها استفاده می‌کنیم.

چگونه می توان بار زلزله را به طور خودکار در ایتبس محاسبه کرد ؟

با انتخاب نوع بار «Seismic» و استاندارد اعمال بارهای جانبی، بار زلزله در ایتبس به طور خودکار محاسبه می‌شود. البته در اغلب موارد، مقادیر پیش‌فرض، نیاز به تنظیم و اصطلاح دارند.

درصد مشارکت بار زنده در وزن موثر بار زلزله در ایتبس چگونه تعریف می شود ؟

تعریف درصد مشارکت بار زنده در وزن موثر بار زلزله در ایتبس، با استفاده از گزینه «Mass Source» در زبانه «Define» انجام می‌گیرد.

بار قائم زلزله در ایتبس از چه نوعی است ؟

بار قائم زلزله در ایتبس، از نوع بارهای متفرقه یا «Others» است.

بار قائم زلزله در ایتبس چگونه تعریف می شود ؟

بار قائم زلزله در ایتبس برای کف‌ها، با استفاده از گزینه «Uniform» از بخش «Shell Loads» در زبانه «Assign» و برای تیرهای محیطی، با استفاده از گزینه «Distributed» از بخش «Frame Loads» در زبانه «Assign» تعریف می‌شود.