معرفي پروژه :
این پروژه به عنوان پروژه درس اختیاری کاربرد کامپیوتر در عمران در اسفند ماه ۱۳۸۲ زیر نظر استاد محترم آقای دکتر مردشتی و توسط خودم انجام گردیده است . و در آن يک ساختمان چهار طبقه فولادي داراي کاربري تجاري توسط برنامه کامپيوتري ETABS ver 8.03 تحليل مي شود ، مشخصات هندسي پلان ساختمان ( بجز طبقه چهارم) ، در شکل (۱) نشان داده شده است. محل واقع شدن ساختمان شهر تبريز مي باشد .

ساختمان داراي چهار طبقه بوده که ، ارتفاع طبقات به ترتيب از کف ۵/۴ ،۵/۳ ، ۲/۳ و ۲/۳ مي باشد .
( شکل ۱) ( شکل ۲ )
سيستمهاي باربر:
براي انتقال بار ثقلي از کفها به تيرها از سيستم دال بتني استفاده شده است با توجه به دهانه هاي موجود در سازه از دال بتني دوطرفه استفاده شده است .
سيستم باربر جانبي اين سازه در اطراف آن قاب مهار بندي همگرا ( نوع x و ۸ شکل) مي باشد. تمام تيرها بصورت مفصلي به ستونها وصل شده اند و تنها بار ثقلي را منتقل مي کنند اتصال تمام اعضاء ( تيروبادبند) به ستونها به صورت مفصلي در نظر گرفته مي شود .

مصالح مصرفي :
با توجه به اينکه اسکلت سازه ي پروژه ي حاضر فلزي مي باشد به مشخصات مصالح فولادي اسکلت نياز داريم . اما سقف اين سازه ، بتني است بنابراين جهت انجام محاسبات وزن و سختي سقفها به مشخصات مصالح بتني نيز نياز داريم . به اين نکته توجه کنيد که نيازي به مشخصات طراحي مصالح بتني وجود ندارد .

جدول(۱): مشخصات مصالح پروژه
خصوصيت فولاد خصوصيت بتن
۷۹۵ kg/m^3 جرم واحد حجم،M 245 kg/m^3 جرم واحد حجم،M
7800 kgf/m^3 وزن واحد حجم، W 2400 kgf/m^3 وزن واحد حجم، W
2.06E6 kgf/cm^2 مدول الا ستيسيته، Es 2.18E5 kgf/cm^2 مدول الا ستيسيته، Ec
0.3 ضريب پواسون،υ ۰٫۲ ضريب پواسون،υ
۲۴۰۰ kgf/cm^2 تنش تسليم فولادو fy 210 kgf/cm^2 مقاومت فشاري بتن،fc
3600 kgf/cm^2 مقاومت نهائي فولادي ، fu 3000 kgf/cm^2 مقاومت تسليم ميلگرد طولي و fy
3000 kgf/cm^2 مقاومت تسليم خاموت و fys

آيين نامه هاي مورد استفاده :
در اين پروژه جهت بارگذاري ثقلي و جانبي از آيين نامه هاي زير استفاده خواهيم کرد :
– بارگذاري ثقلي : آيين نامه ي ۵۱۹ ايران
– بارگذاري جانبي شامل :
بارزلزله طبق آيين نامه ي ۲۸۰۰ ايران مي باشد

بارباد طبق آيين نامه ي ۵۱۹ ايران مي باشد
تذکر : البته ضوابط لرزه اي آيين نامه ي UBC را در طراحي فولادي لحاظ خواهيم کرد . ضوابط لرزه اي آيين نامه ي ۲۸۰۰ مشابه ضوابط لرزه اي آيين نامه ي UBC مي باشند .

مقاطع تير، ستون و باد بند :
در طراحي اعضاي فولادي مي توان يک ليست از مقاطع براي تيرها ، ستونها و بادبندها تهيه کرد .
برنامه ي ETABS قادر است از اين ليستها بهترين مقطع را براي هر عضو انتخاب کند . در واقع در سازه هاي فولادي ETABS مستقيما” قادر است اعضا را طراحي کند و براي هر عضو بهترين مقطع را انتخاب کند . بنابراين کافي است تنها ليستي از مقاطع را براي تيرها ، ستونها و باد بندها ايجاد

کنيم . در اين پروژه مقاطع اوليه ي ستو نها از نوع دوبل wx و مقاطع تيرها از مقاطع wx در نظر گرفته مي شوند . که همگي مقاطع از ليست پروفيلهاي برنامه انتخاب خواهند شد .

توجه : قبل از اینکه وارد جزئیات پروژه شویم لازم است فایل اجرایی آن را که در برنامه ETABS VER 8.03 قابل اجرا می باشد را دریافت نمائید ، لازم بذکر است تمامی مراحل و جزئیات پروژه در این فایل به اجرا در آمده است .

بارگذاري :
بارگذاري را در دو بخش ثقلي و جانبي انجام مي دهيم . بار گذاري ثقلي بر مبناي آيين نامه ۵۱۹ انجام مي شود و بار گذاري جانبي بر مبناي آيين نامه هاي ۲۸۰۰ و ۵۱۹ انجام خواهد شد .

بارگذاري ثقلي :
جزييات سقف دال بتني طبقات و بام در شکل (۳) نشان داده شده است . و مشخصات ديوارهاي داخلي پارتيشنها و ديوارهاي جانبي نيز در ادامي بيان خواهد شد . به جاي استفاده از وزن ديوار هاي داخلي ، از سربار معادل تيغه ها که برابر۱۷۰ کيلوگرم بر متر مربع است استفاده مي شود .

شکل (۳) جزييات اجراي سقفها

آسفالت .۰۳*۲۲۰۰=۶۶
دال بتني .۲*۲۴۰۰=۴۸۰
اندود گچي .۰۲*۱۳۰۰=۲۶
مجموع ۵۷۲~۵۷۰
کاشي .۰۳*۲۱۰۰=۶۳
دال بتني .۲*۲۴۰۰=۴۸۰
اندود گچي .۰۲*۱۳۰۰=۲۶
مجموع ۵۷۰~۵۶۹

جدول (۲) جزييات اجراي سقفها

بار مرده طبقات : ۵۷۰ +۱۷۰=۷۴۰
بار مرده بام: ۵۷۰ kg/m^2

بار ديوارها:
ضخامت ديوارهاي جانبي (خارجي) .۳۵m آجري
ضخامت ديوارهاي داخلي .۲m آجري
بارديوار جانبي .۳۵*۸۵۰=۲۹۷٫۵~۳۰۰ kg/m^2
بار تيغه .۲*۸۵۰=۱۷۰ kg/m^2
برنامه ي ETABS قادر است وزن سقف دال بتني را محاسبه کند (به جهت مدل کردن سقف ) بنابراين کافي است تنها بار کف سازي را به عنوان بار سطحي به برنامه معرفي شود:
وزن دال بتني به صورت زير بدست مي ايد :
۰٫۲*۲۴۰=۴۸۰KG/m^2
بار مرده ي سطحي که بايد به کفهاي ساده اي اعمال شود به صورت زير بدست مي ايد :
۷۴۰-۴۸۰=۲۶۰KG/m^2 بارسطحي طبقات
۵۷۰-۴۸۰=۹۰KG/m^2بارسطحي بام

بار زنده ي ساختمان تجاري با توجه به آيين نامه ي۵۱۹ ايران برابر ۵۰۰ کيلوگرم برمتر مربع است و بار زنده ي بام نيز برابر ۱۵۰ کيلوگرم بر متر مربع خواهد بود. و بارزنده ي قسمت راهروها نيز ۵۰۰ کيلوگرم بر مترمربع مي باشد . که از ترکيب بار زنده ي قسمت تجاري و راهرو بار زنده ي طبقات بدست مي ايد:
.۳۶*۵۰۰+.۶۴*۵۰۰=۵۰۰

بارمرده بارزنده
طبقات ۲۶۰ ۵۰۰
بام ۹۰ ۱۵۰

جدول (۳) خلاصه بارگذاري ثقلي(بارهايي که بايد برسطح اعمال شوند)

بار برف:
بار برف در اين پروژه با توجه به واقع شدن ساختمان در شهر تبريز به طريق زير محاسبه مي شود ، که البته چون مقدار بدست آمده برابر بار زنده ي بام مي باشد ، با توجه به ترکيب بارها يکي از اين دو در ساختمان لحاظ خواهد شد .
بارمبنا:
Ps=150kgf/m^2
α<15 => Cs=1
Pr=Cs*Ps=1*150=150 kgf/m^

بار باد:
بار باد نيز به طريق زير محاسبه مي شود:
سرعت مبناV=110 km/h
فشار مبناq=60.5 kgf/m^2
Ce=1.6(z/10)^.24=1.9
Cq=1.4
P=Ce.Cq.q=1.9*1.4*60.5=160.93
F=P.A=160.93*13*14.4=30126 kgf/m^2
که البته چون مقدار بدست آمده کمتر از بار ناشي از زلزله مي باشد ، با توجه به ترکيب بارها ، بار بيشتر (زلزله) در ساختمان لحاظ خواهد شد .

بار مخزن آب:
که بار وزن سيال محاسبه شده ، وبه صورت يک بار زنده ي گسترده بر سازه اعمال مي شود (بر تير هاي زير آن ) :
W= γ.v =(3*1.5*4*1000)/(3*4)=1500 kg/m

بارگذاري زلزله :
بارجانبي زلزله بايد بين تراز طبقات توزيع شود . ابتدا وزن طبقات محاسبه مي شود سپس ضريب زلزله محاسبه مي شود با ضرب کردن ضريب زلزله در وزن طبقات برش پايه بدست مي ايد .

در نهايت برش پايه حاصل بين ترازهاي طبقات توزيع مي شود . در برنامه ي ETABS عمليات محاسبه ي وزن بطور خود کار انجام مي شود . توزيع بار زلزله نيز بطور خودکار بين طبقات انجام مي شود . در اين مرحله کافي است ضريب زلزله هر جهت از سازه را محاسبه کنيم . با توجه به يکسان بودن سيستم دو طرف ساختمان کافيست عمليات محاسبه ضريب زلزله يک بار انجام شود.
در بر آورد ضريب زلزله به صورت زير عمل مي کنيم :
خطرزلزله خيزي متوسط A=0.35
ساختمان با اهميت متوسط I=1
زمين تيپIII T.=0.7
پريود سازه T=0.05H^3/4=0.3696
ضريب بازتاب B=2.5(T./T.)^2/3=3.83>2.5 => B=2.5
بنابراين ضريب زلزله بصورت زير بدست مي ايد :
C=ABI/R=0.1458

نوع تحليل انجام شده :
در تحليل سازه هايي که بر اساس روش تنش مجاز آيين نامه طراحي مي شوند نيازي به ضريب افزايش لنگر با تحليل P-DELTA وجود ندارد . و کافي است تنها يک تحليل استاتيکي عادي انجام شود .

مدل کامپيوتري :
مهندس طراح بايد پلان معماري ساختمان را با انجام ستون گذاري مناسب به يک مدل محاسباتي تبديل کند . در اين مدل نحوه ي اتصال تيرها به ستونها و تيرها به تيرهاي ديگر مشخص مي شود همچنين فرض مي شود که تيرهاي ساختمان زيرتراز طبقه واقع شده اند .

ساخت مدل :
ساخت مدل پروژه ي حاضررا به ترتيب در مراحل زير دنبال کرده ايم :

معرفي خطوط شبکه و تراز طبقات

تعريف مشخصات پروژه

ترسيم اعضاي ساختمان

اختصاص مشخصات به اعضاي ساختمان

اختصاص بارگذاري اعضاي ساختمان

تحليل مدل
در ادامه ، داده ها(ورودي) ، تحليل مدل و نتايج آن ارائه خواهد شد.

ورودي (اطلاعات پروژه) :
اين قسمت شامل موارد مختلفي مي شد که در صورت انتخاب همه ي آنها حجم زيادي از صفحات پروژه را به خود اختصاص مي داد ،که به همين دليل تنها به ارائه ي قسمتهاي اصلي و ضروري ورودي پرداخته شده است که البته همه ي اطلاعات در ديسکت ضميمه موجود مي باشد . در ذيل به معرفي قسمتهاي ورودي پرداخته شده است .
۱- در قسمت STORY ارتفاع هر طبقه و همچنين تراز هر طبقه از سطح زمين را ذکر کرده است .
۲- در قسمت MATERIAL مواد استفاده شده در ساختمان و جنس آنها و خصوصيات هر کدام را بيان نموده است.

۳- در قسمت بعد نيز بارهاي استاتيکي که براي برنامه تعريف شده اند نشان داده شده و همچنين نوع آنها و اينکه از کدام آيين نامه پيروي مي کنند نيز بيان شده است.
۴- در قسمت COMBOINATIONS ترکيب بارها و ضرايب مربوطه با توجه به آيين نامه ي UBC ( همانند آيين نامه ي ۲۸۰۰ ) ذکر شده است .
۵- در قسمت بعد خصوصيات عناصر نقطه اي موجود در سازه معرفي شده است و در ادامه به خصوصيات عناصر خطي در طبقات مختلف پرداخته شده و آنها را معرفي نموده و مشخصه ي آنها را نشان داده است همچنين ستون ، تير و يا بادبند بودن آنها را نيز مشخص کرده و مقاطع استفاده شده را نيز معرفي نموده است .

۶- در قسمتهاي بعد نيز خصوصيات اعضا به تکنيک بيان شده و اينکه چه خصوصياتي به آنها نسبت داده شد ه است .
۷- آخرين قسمت نيز به بررسي خصوصيات عناصر سطحي در طبقات اختصاص داده شده که تا پايان ادامه يافته است

خروجي (آناليز سازه):
خروجي برنامه ي ETABS که شامل آناليز سازه مي باشد موارد زير را شامل مي شود:
۱- در قسمت اول خروجي ،به معرفي ترکيب بارها و ضرايب آنها و همچنين نوع آنها که کاربر به برنامه معرفي نموده ،اختصاص يافته که شامل بارهاي مرده و زنده و زلزله و باد مي باشد .
۲- در قسمت بعد و با عنوان Displace ment حداکثر و حداقل جابجايي هاي نقاط در طبقات مختلف ساختمان ،تحت اثر نيروهاي وارده را مشخص نموده است .
۳- در قسمت Drift نيز به معرفي نقاط با ماکزيمم جابجايي پرداخته و آنها را مشخص نموده است .
۴- در قسمت بعد نيز نيروهاي Max و Min که به نقاط ،در هر طبقه وارد ميشود نشان داده شده است .

۵- نيروهاي حداقل و حداکثر فشاري ، برشي ، کششي و گشتاور وارده به ستونها (Column) ، تيرها (Beam) و باد بند ها (Brace) با واحد kgf/m ،در قسمت انتهايي براي اعضاي مختلف در طبقات اول تا چهارم به تفکيک مشخص شده و در واقع نتيجه ي نهايي آناليز محسوب مي شود .
البته ميتوان علاوه بر نيروهاي حداقل و حداکثر در اعضاي مختلف ، نيروي وارده به آنها را تحت ترکيبات مختلف بار گذاري نيز مشاهده نمود .
منابع :

۱- اشرف حبيب الله – برخورداري محمد علي و… ، ” تحليل و طراحي سازه ها ي ساختماني مرجع جامع نرم افزار ۲۰۰۰ ( ويرايش دوم ) ” ، دانشگاه هرمزگان ، ۱۳۸۲
۲- دفتر تدوين و ترويج مقررات ملي ساختمان ، ” مبحث ششم : بارهاي وارد بر ساختمان ” ، محک ، ۱۳۸۰
۳- طاحوني شاپور ، ” طراحي سازه هاي فولادي ” ، انتشارات دهخدا ، ۱۳۷۹