مقایسه روش تحلیل استاتیکی معادل و روش تحلیل دینامیکی طیفی (Response Specrum Analysis)
ممکن است این سوال برای برخی مهندسان بوجود آید که چرا با وجود روش تحلیل استاتیکی معادل، باید از روش های تحلیل دینامیکی استفاده کرد؟ همانگونه که مهندسان عزیز می دانند بحث ما بر سر طراحی لرزه ای ساختمان و سازه می باشد.
درابتدا بیایید تعریفی خودمانی و راحت از تحلیل دینامیکی طیفی بگوییم:
اگر نیروهای زلزله (جانبی) وارد بر سازه و واکنشهای سازه در مقابل نیروها در طول زمان تغییر کند به آن روش تحلیل دینامیکی گفته می شود.
بیایید با این شروع کنیم که جدال این دو روش در کجاست؟ در روش تحلیل استاتیکی معادل برای توزیع نیروی زلزله از دو فاکتور استفاده میکنیم : 1) وزن طبقه 2) ارتفاع طبقه نسبت به تراز پایه و پارامتر k نیز وجود دارد که توزیع نیروی زلزله در طبقات را منطقی تر می کند. سوال اینجاست که آیا سختی طبقات نیز مورد توجه قرار گرفته است؟ آیا سختی طبقات نقشی در توزیع نیروی زلزله ندارد؟
پس بعبارت بهتر است در صورت استفاده از تحلیل استاتیکی معادل، نقصان این روش را بشناسیم و به این باگ آگاه باشیم، حال در پی چاره برای یافتن این حلقه گمشده در تحلیل دینامیکی طیفی بگردیم. در بسیاری از سازه ها نقش سختی نسبی طبقات بسیار پر رنگ است. شاید این سوال پیش بیاید که آیین نامه 2800 استفاده از دو روش فوق را بنا به ارتفاع سازه مجاز می داند اما چرا باید باز هم تحلیل دینامیکی طیفی رو باید مد نظر قرار داد. بعنوان مثال اگر یک ساختمان با پلان منظم را یکبار مورد تحلیل استاتیکی معادل قرار داد و یکبار مورد تحلیل دینامکی طیفی، متوجه خواهید شد که بدلیل کاهش نیروی برش پایه در حالت تحلیل دینامیکی طیفی، مقاطع به نسبت سبک تر و اقتصادی تری قابل حصول است. تحلیل دینامیکی طیفی علاوه بر در نظر گرفتن وزن هرطبقه، ارتفاع طبقه از تراز پایه به اعمال اثرات سختی و اثر مودهای بالاتر نیز می پردازد.
طبق بند 3-2-2 استاندارد 2800 در ساختمانهای زیر استفاده از تحلیل استاتیکی معادل در موارد زیر قابل استفاده است (مرجع: استاندارد 2800 صفحه 27):
1)ساختمان های منظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایه (حدود 15طبقه)
2)ساختمان های نامنظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایه که دارای نامنظمی زیاد و شدید پیچشی در پلان نداشته باشند و همچنین دارای نامنظمی جرم در ارتفاع و نامنظمی سختی در ارتفاع (بحث طبقه نرم و خیلی نرم) نباشند.
حال که با مزایای روش تحلیل دینامیکی طیفی نسبت به تحلیل استاتیکی معادل آشنا شدید،
در روش تحلیل دینامیکی طیفی چون نیروهای وارد بر سازه و پاسخهای سازه در مقابل نیروهای جانبی در طول زمان تغییر نمیکند به روش تحلیل دینامیکی طیفی، روش شبه دینامیکی گفته می شود. در روش تحلیل دینامیکی طیفی، بارگذاری سازه به صورت استاتیکی به آن وارد شده و فقط الگوی بارگذاری (Load Pattern) معرفی شده در نرم افزار ETABS که براساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، 25 نوع الگوی بار مشتق شده، به گونه ای توزیع نیروها اتفاق می افتد که علاوه بر جرم، پراکندگی سختی سازه را نیز مورد توجه قرار دهد.
در روش تحلیل دینامیکی طیفی چیزی که برای ما مهم است بدست آوردن مقادیر ماکزیمم برش پایه، نیروی جانبی وارد بر هر طبقه و جابجایی طبقات (Story Drift) است. بعبارتی برای ما مهم نیست که در طول زمان این مقادیر چه عددی است، چیزی گه برای مهم است این است که مثلا مقدار Max جابجایی طبقه یا دریفت طبقه چقدر است.
برای استقاده از این روش تحلیل دینامیکی طیفی در ابتدا باید دیدی کلی از این روش داشت که چه مراحلی باید در نرم افزار ETABS صورت پذیرد تا تحلیل دینامیکی طیفی منعقد گردد:
1)آنالیز مودال سازه (شامل تعریف وزن لرزه ای سازه، تعریف هندسه و مشخصات اعضای سازه بمنظور تعیین سختی سازه، تنظیم پارامترهای تحلیل مودال از جمله تعداد مودهای موردنیاز برای تحلیل که بعنوان یک تقریب خوب میتوان گفت برای هر طبقه 3 عدد در نظر گرفته شود مثلا در تحلیل یک ساختمان 6 طبقه، اگر 18 مود ارتعاشی در نظر گرفته شود گزینه مناسبی است.
2)محاسبه پاسخ های سازه در هر مود ارتعاشی (شامل معرفی نمودار ضریب بازتاب (پارامتر B در محاسبه ضریب نیروی زلزله، تعیین ضریب AI/R gبرای ویژگی های سازه (که سازه قالب خمشی متوسط است یا ویژه، دیوار برشی دارد یا ندارد)، دریفت طبقات و نیروهای وارد بر هر طبقه)
3)ترکیب آثار مودهای ارتعاشی (یکی از روش های CQC یا SRSS)
4)اصلاح مقادیر پاسخ های سازه (در این مرحله مقدار برش پایه محاسبه شده در مرحله 3 را با مقدار برش پایه در تحلیل استاتیکی معادل مقایسه کرد و یک ضریب بنام ضریب همپایگی بدست می آید و نرم افزار مجدد یکبار دیگر سازه را باتوجه به مقدار برش پایه اصلاح شده تحلیل میکند)
وزن موثر لرزه ای چیست؟
وزن موثر لرزه ای سازه در منوی Define و گزینه Mass Source تعیین می شود جایی که شما کافیست الگوی بار را برای محاسبه وزن موثر لرزه ای تعیین کنید. قابل ذکر است که وزن موثر لرزه ای هم در تحلیل استاتیکی معادل و هم در تحلیل دینامیکی طیفی به یک روش انجام میشود.