معرفی مشخصات عمومی پروژه:

این پروژه مربوط به یک ساختمان فولادی واقع در شهر مشهد میباشد که مشخصات کلی ان به شرح زیر است:

• تعداد طبقات : 7 طبقه روی پیلوت
• تعداد واحد در طبقات : 1واحد
• ابعاد پلان طراحی: 8.2* 15.3 مترمربع
• وضعیت ساختمان های اطراف:از سمت شمال وجنوب دارای نمای سنگ و از دوطرف شرق وغرب مشرف به همسایه
• ارتفاع زیر زمین : 3 متر
• ارتفاع طبقه همکف : 4.5 متر
• ارتفاع سایر طبقات : 3.8 متر
• کاربری زیر زمین : پارکینگ
• کاربری طبقه همکف : تجاری
• کاربری سایر طبقات : مسکونی
• محل ساختمان : مشهد
• نوع خاک : 3
• سیستم مقاوم جانبی در جهت بزرگتر دوگانه قاب خمشی فولادی متوسط + مهاربند واگرا ویژه و در جهت کوچکتر دیوار برشی فولادی ویژه
• نوع سقف : کامپوزیت
• نوع دیوارها : هبلکس

 

آیین نامه های مورد استفاده:

ü آیین نامه بارمرده وزنده:مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (بارهای وارد بر ساختمان)

ü ایین نامه بار برف:مبحث ششم مقررات ملی ساختمان(بارهای وارد بر ساختمان)

ü آیین نامه بار زلزله:آیین نامه 2800زلزله ایران

ü آیین نامه طراحی داخلی:مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

ü آیین نامه طراحی خارجی: آیین نامه طراحی مقاطع در نرم افزار AISC

ü روش طراحی سازه: LRFD

 

نرم افزار مورد استفاده:

ETABS 2015:برای تحلیل و طراحی سازه

 

مشخصات مصالح مصرفی:

 

علاوه بر فولاد، بتنی با وزن وجرم واحد حجم صفر نیز تعریف شده است که در تعریف مقطع سقف تیرچه بلوک به عنوان مصالح دال بتنی مشخص میگردد دلیل آن هم اعمال کل وزن سقف تیرچه بلوک به کف ها میباشدکه با اینکار دیگر برنامه وزن بتن روی تیرچه ها ودال بتنی را مجددا محاسبه نمیکند.

بارهای وارد بر سازه به دو بخش تقسیم میشود:

1-بارهای ثقلی 2-بارهای جانبی

 

بار های ثقلی:

بار های ثقلی وارد بر ساختمان شامل بارهای مرده وزنده می باشند.مقدار بارهای مرده بر اساس جزئیات اجرایی سقف ها ودیوارها ومقدار بار زنده بر اساس کاربری قسمت های مختلف ساختمان تعیین میگردد پس از محاسبه ی مقادیر بار واعمال آنها به سازه توزیع بار کف ها به تیر ها به صورت خودکار توسط برنامه صورت میگیرد.

لازم به ذکر است که که جزئیات اجرایی سقف ودیوارها باید به واقعیت اجرا نزدیک باشد وضوابط ومحدودیت های ایین نامه ها ونشریه 55سازمان مدیریت در مورد حداقل ضخامت ها رعایت شده باشد.که در این پروژه کلیه ضوابط رعایت شده است.

 

بارهای مرده:

·بار مرده سقف بام

·بار مرده سقف طبقات

·محاسبه بار مرده دیوارهای پیرامونی فاقد نما

·محاسبه بار مرده دیوارهای پیرامونی دارای یک طرف نما

·محاسبه بار مرده دیوارهای جان پناه

·محاسبه بار مرده راه پله

 

بارگذاری به گونه ایست که بار دیوارها به صورت بارخطی به تیر های زیر آنها وارد شده وبار کف ها به صورت بارگسترده در محل خود وارد میشوند بار تیغه ها نیز اگر از مقدار مشخصی کمتر بود میتوان به صورت بارگسترده به صورت سطحی بر کف ها وارد شود که در ادامه کامل توضیح میدهم.

 

 

بار مرده سقف بام

جزئیات اجرایی سقف بام همانند شکل میباشد.

 

Sd= 250 kgf/m2

بار مرده سقف طبقات

Sd= 209.5≈210 kgf/m2

محاسبه بار مرده دیوارهای پیرامونی فاقد نما

W= 222.5*3.5=778.75≈780 kgf/m2 برای طبقات مسکونی

W= 222.5*4.2=934.5≈935 kgf/m2برای طبقه تجاری

W= 222.5*3 ≈ 605 kgf/m2برای پارکینگ

Mass=780/2=390 kgf/m2

 

محاسبه بار مرده دیوارهای پیرامونی دارای یک طرف نما

 

 

برای طبقات مسکونی W= 222.5*3.5 ≈ 685 kgf/m2

برای طبقه تجاری W= 222.5*4.2 ≈ 820 kgf/m2

برای پارکینگ W= 222.5*3 ≈ 530 kgf/m2

 

محاسبه بار مرده دیوارهای جانپناه

W = 267.5*0.9+10 ≈ 251 kgf/m

محاسبه بار مرده راه پله

 

 

Use DL = 505 kgf/m²

بارهای زنده:

بند 6-3-1مبحث ششم مقررات ملی ساختمان:

بارهای زنده عبارتند از بارهای غیر دائمیکه در حین بهره برداری واستفاده از ساختمان به آن وارد میشود .این بارها شامل بار ناشی از برف ،باد یا زلزله نمیشوند، بارهای زنده با توجه به نوع کاربری ساختمان ویا هر بخش از آن ،ومقداری که احتمال دارد در طول مدت عمر ساختمان به آن وارد گردد،تعریف می شوند.بارهای زنده نباید کمتر از مقادیر ذکر شده در بند 6-3مبحث ششم در نظرگرفته شوند.

محاسبه بار معادل تیغه بندی (پارتیشن ها)

از دیوارهای داخلی یا تیغه ها برای جداسازی فضاهای داخلی استفاده میشود. ضخامت این دیوارها در کل معمولا برابر 15 سانتیمتر در نظر گرفته می شود. با توجه به این که این تیغه بندی در زمان بهره برداری ممکن است ثابت نباشد و در زمان های مختلف مکان آن ها متغییر باشد لذا اعمال بار تیغه ها در مکان خود امری توجیه پذیر نیست و در محاسبات از بار معادل تیغه بندی به صورت بار گسترده در تمام سطح سازه استفاده می کنیم. ابتدا وزن یک متر مربع از پارتیشن های داخلی را محاسبه مینماییم.

پارکینگ :

W=3.23*2.7*188/120=13.6629 kg/m²

W= 100 kgf/m²

تجاری :

W= 25.16*4.2*188/120= 165.6 kgf/m²

W= 166 kgf/m²

مسکونی :

W= 25.16*3.5*188/120= 137.96 kgf/m²

W= 140 kgf/m²

با توجه به جدول 6-3-1 حداقل بارهای زنده گسترده یکنواخت طبق صفحه 13 مبحث ششم تعیین می گردد .

ü بار زنده بام = 150

ü بار زنده طبقات = 200

ü بار زنده راه پله = 350

ü بار بالکن های طره :300

برای بار زنده ی بام میبایست بار برف نیز محاسبه شده و هریک از این دوبار که بیشتر باشد مبنای طراحی قرار میگیرد...

محاسبه ی باربرف:

باربرف بنا به تعریف،وزن لایه برفی است که بر اساس آمارموجوددر منطقه احتمال تجاوز از آن در سال کمتر از 2درصد(دوره بازگشت 50سال)باشد.

بار برف بامها:بار برف بر روی بامها .Pr را باید با توجه به شیب بام برای هرمترمربع تصویر افقی سطح آن ،از رابطه

زیر تعیین نمود:

P_r = 0.7* C_s * C_t * C_e * I_s * P_g = 0.7*1*1*1*1*150 = 105 kgf/m²

با توجه به بار برف و حداقل بار زنده ی گسترده بام ها بار زنده ی بام برابر است با 150دکانیوتن بر مترمربع.

 

 

محاسبه ی ضریب زلزله(c)

محاسبه بارهای جانبی نظیر زلزله :

بند 6-7-2-2- 1مبحث ششم :نیروی جانبی زلزله موثر بر سازه باربر جانبی ساختمان را میتوان با استفاده از روش تحلیل استاتیکی معادل ویا تحلیل دینامیکی محاسبه نمود .موارد کاربرد هر یک از انها در بند های 6-7-2-5و6-7-2-6توضیح داده شده اند.

بند6-7-2-3:موارد کاربرد روش های تحلیل استاتیکی معادل وتحلیل دینامیکی

6-7-2-3-1: روش تحلیل استاتیکی معادل تنها در موارد زیر میتوان به کار برد:

الف:ساختمان های منظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایه

ب:ساختمان های نامنظم تا 5 طبقه ویا با ارتفاع کمتر از 18متر از تراز پایه

پ:ساختمان هایی که در انها سختی جانبی قسمت فوقانی به طور قابل ملاحظه ای کمتر از سختی جانبی قسمت تحتانی است به شرط آن که:

-هر یک از دو قسمت سازه به تنهایی منظم باشد

-سختی متوسط طبقات تحتانی حداقل 10برابر سختی متوسط طبقات فوقانی باشد.

زمان تناوب اصلی نوسان کل سازه بیشتر از 1.1برابر زمان تناوب اصلی قسمت فوقانی ،با فرض اینکه این قسمت جدا در نطر گرفته شده وپای آن گیردار فرض شود،نباشد

بند6-7-2-3-2:روش های تحلیل دینامیکی را در مورد کلیه ی ساختمان ها می توان به کار برد ولی به کارگیری آنها برای ساختمان هایی که مشمول بند 6-7-2-3-1نمیشوندالزامی است.

دراین پروژه به خاطره ارتفاع کمه ساختمان 16.43درهرصورت نیازی به کنترل منظمی ونامنظمی سازه نمیباشد و ساختمان تقریبا درپلان منظم میباشد.و به این ترتیب برای بدست آوردن نیروی جانبی زلزله از تحلیل استاتیکی استفاده شده است.

بند 6-7-2-5-1:نیروی جانبی زلزله –نیروی برش پایه،v

حداقل نیروی برشی پایه یا مجموع نیروهای زلزله در هر یک از امتدادهای ساختمان با استفاده از رابطه زیر محاسبه میگردد:V = CW

که در این رابطه: vنیروی برش پایه

: C ضریب زلزله و wوزن کل ساختمان شامل تمام بار مرده و وزن تاسیسات ثابت به اضافه درصدی از بار برف

ضریب زلزله از رابطه ی زیر بدست می اید:

 

مشخصات مورد نیاز برای بدست آوردن ضریب زلزله:

1-نسبت شتاب مبنای طرح که درواقع نسبت شتاب زلزله به شتاب ثقل میباشد باتوجه به لرزه خیزی منطقه وبر اساس جدول (2)آیین نامه ی 2800بدست می آید:

مشهد : منطقه با خطر نسبی زیاد

A=0.3

2-ضریب اهمیت ساختمان که با توجه به گروه بندی ساختمان از جدول(5) آیین نامه 2800 بدست می آید.

کاربری:مسکونی گروه ساختمان از نظر اهمیت:گروه 3 با اهمیت متوسط I=1

 

3-ضریب رفتار ساختمان بر اساس سیستم های باربرجانبی مورد استفاده در سازه مطابق با جدول 6 بدست می آید.

سیستم مقاوم جانبی در جهت بزرگتر دوگانه قاب خمشی فولادی متوسط + مهاربند واگرای ویژهR = 6

سیستم دیوار برشی فولادی ویژه R=6

ضریب بازتاب ساختمان: برای محاسبه ی ضریب بازتاب ساختمان ابتدا بایدزمان تناوب سازه را در هردوجهت با توجه به سیستم های باربر جانبی بدست آورد:

مطابق با بند 2-3-6 آیین نامه2800 زمان تناوب اصلی نوسان بستگی به مشخصات ساختمان وارتفاع ان از تراز پایه با استفاده از روابط تجربی زیر تعیین میگردد:

T = 0.08*H^0.75 = 0.08 * 27.3^0.75 = 0.955

توضیح:در این سازه با توجه به مساحت کمه اتاق پله نسبت به کل پلان واضح ومشخص است که وزن خرپشته کمتر از 25 درصد بام میباشد وبه همین ترتیب مطابق با بند آیین نامه ی 2800 ارتفاع خرپشته در بدست اوردن ارتفاع ساختمان از تراز پایه منظور نشده وارتفاع 27.3 متر درواقع ارتفاع از روی پی تا سقف طبقه بام میباشد.

با توجه به تیپ خاک که از نوع تیپ 3 میباشد بر اساس جدول 3 پارامترهای مربوط به محسابه ی ضریب بازتاب ساختمان مشخص میشوند:

T₀ = 0.15 S = 1.75

T_s = 0.7 S₀ = 1.1

B₁ = (s+1)*(T_s/T) = 2.0157

N = 0.7(T-T_s)/(4-T_s) + 1 = 1.0541

B = 2.1247

محاسبه ی ضریب زلزله:

 

 

خروجی و نتایج حاصل از نرم افزار

نسبت بار به ظرفیت برای اسکلت سازه به صورت زیر حاصل شده است.

نمایی سه بعدی از کلیه المان های سازه که نسبت بار به ظرفیت آنها نشان داده شده است:

 

 

نسبت بار به ظرفیت برای تیرها به صورت زیر بدست آمده است.

 

 

 

طراحی دیوار برشی فولادی