محاسبة ماکزیمم نیروی مشخصه جانبی در اثر باد یا زلزله

محاسبة ماکزیمم نیروی مشخصه جانبی در اثر باد یا زلزله:

طبق آئین نامه 519, برای تعیین اثر ناشی از باد باید فرض شود که باد بصورت افقی و در هر یک از امتدادها به ساختمان اثر می نماید. کافی است اثر باد در دو جهت عمود برهم, ترجیحاً در امتداد محورهای اصلی ساختمان, و بطور غیر هم زمان بررسی شود. در طراحی اعضای سازه اثر ناشی از بار باد یا بار زلزله جمع نمی شوند. کلیه اعضای سازه باید برای اثر هر یک از این دو که بیشتر باشد, طراحی شوند.

الف)محاسبة نیروی ناشی از باد:

برای محاسبه بار باد وزش باد را در دو جهت دیوار برشی و قاب خمشی در نظر می گیریم.

 برای وزش باد در جهت دیوار برشی داریم:

برای ارتفاع تا 10 متر, q=75 kg/m2 می باشد:

فشار باد برای سطح رو به باد=0.8q=60 kg/m2  =>  سطح بادگیر=10×35.7=357 m2

نیروی باد برای سطح رو به باد=357×60=21.420 ton

فشار باد برای سطح موازی باد=-0.45q=-33.75 kg/m2=>سطح بادگیر=10×15.1=151 m2

نیروی باد برای سطح موازی باد=151×-33.75=-5.097 ton

فشار باد برای سطح پشت به باد=-0.45q=-33.75 kg/m2=>سطح بادگیر=10×35.7=357 m2  

نیروی باد برای سطح پشت به باد=357×-33.75=-12.049 ton

برای ارتفاع بیشتر از 10 متر, q=100 kg/m2 می باشد:

فشار باد برای سطح رو به باد=0.8q=80 kg/m2  =>  سطح بادگیر=5.7×35.7=203.49 m2

نیروی باد برای سطح رو به باد=203.49×80=16.279 ton

فشار باد برای سطح موازی باد=-0.45q=-45 kg/m2=>سطح بادگیر=5.7×15.1=86.07 m2

نیروی باد برای سطح موازی باد=86.07×-45=-3.873 ton

فشار باد برای سطح پشت به باد=-0.45q=-45 kg/m2=>سطح بادگیر=5.7×35.7=203.49 m2  

نیروی باد برای سطح پشت به باد=203.49×-45=-9.157 ton

فشار باد برای بام=-0.6q=-60 kg/m2 => سطح بادگیر=35.7×15.1=539.07 m2

نیروی باد برای بام=539.07×-60=-32.344 ton

برای وزش باد در جهت قاب خمشی داریم:

برای ارتفاع تا 10 متر, q=75 kg/m2 می باشد:

فشار باد برای سطح رو به باد=0.8q=60 kg/m2  =>  سطح بادگیر=10×15.1=151 m2

نیروی باد برای سطح رو به باد=151×60=9.060 ton

فشار باد برای سطح موازی باد=-0.45q=-33.75 kg/m2=>سطح بادگیر=10×35.7=357 m2

نیروی باد برای سطح موازی باد=357×-33.75=-12.049 ton

فشار باد برای سطح پشت به باد=-0.45q=-33.75 kg/m2=>سطح بادگیر=10×15.1=151 m2  

نیروی باد برای سطح پشت به باد=151×-33.75=-5.096 ton

برای ارتفاع بیشتر از 10 متر, q=100 kg/m2 می باشد:

فشار باد برای سطح رو به باد=0.8q=80 kg/m2  =>  سطح بادگیر=5.7×15.1=86.07 m2

نیروی باد برای سطح رو به باد=86.07×80=6.886 ton

فشار باد برای سطح موازی باد=-0.45q=-45 kg/m2=>سطح بادگیر=5.7×35.7=203.49 m2

نیروی باد برای سطح موازی باد=203.49×-45=-9.157 ton

فشار باد برای سطح پشت به باد=-0.45q=-45 kg/m2=>سطح بادگیر=5.7×15.1=86.07 m2  

نیروی باد برای سطح پشت به باد=86.07×-45=-3.873 ton

فشار باد برای بام=-0.6q=-60 kg/m2 => سطح بادگیر=35.7×15.1=539.07 m2

نیروی باد برای بام=539.07×-60=-32.344 ton

چون نیروی وارده بر سطوح رو به باد و پشت به باد را می توان با هم جمع کرد, پس طبق محاسبات فوق حداکثر نیروی وارده ناشی از باد برابر با 905/58 تن می باشد.

ب)محاسبة نیروی ناشی از زلزله:

بار زلزله از رابطة V=CW محاسبه می شود,که در آن C ضریب زلزله می باشد و W مجموع بار مردة کل ساختمان بعلاوة 20% بار زنده می باشد, که این محاسبات در جدول صفحة بعدی ذکر شده است. با توجه به محاسبات آن جدول داریم:

WD=بار مردة کل ساختمان=35916.04 KN

WL=بار زندة کل ساختمان=8872.22 KN

W=WD+20%WL=35916.04+0.2×8872.22=37690.5 KN

برای زلزلة وارده در جهت دیوار برشی:

با فرض اینکه ساختمان مورد نظر در تهران واقع است,

شتاب مبنای طرح=A=0.35g

ضریب اهمیت ساختمان(مسکونی)=I=1.0

ضریب رفتار ساختمان(دیوار برشی ویژه+قاب خمشی ویژه)=R=11

برای زمین نوع 2=T0=0.5 s

زمان تناوب اصلی ساختمان=T=0.05H3/4=0.05×(15.7)3/4=0.394 s

ضریب بازتاب ساختمان=B=2.5(T0/T)2/3=2.5×(0.5/0.394)2/3=2.93<2.5 => B=2.5

C=ABI/R=0.35×2.5×1.0/11=0.0795

پس در جهت دیوار برشی:V=CW=0.0795×37690.5=2998.1 KN

برای زلزلة وارده در جهت قاب خمشی :

با فرض اینکه ساختمان مورد نظر در تهران واقع است,

شتاب مبنای طرح=A=0.35g

ضریب اهمیت ساختمان(مسکونی)=I=1.0

ضریب رفتار ساختمان(قاب خمشی ویژه)=R=10

برای زمین نوع 2=T0=0.5 s

زمان تناوب اصلی ساختمان=T=0.07H3/4=0.07×(15.7)3/4=0.552 s

ضریب بازتاب ساختمان=B=2.5(T0/T)2/3=2.5×(0.5/0.552)2/3=2.34<2.5=> B=2.34

C=ABI/R=0.35×2.34×1.0/10=0.0819

پس در جهت قاب خمشی:V=CW=0.0819×37690.5=3087.0 KN

ملاحظه می شود که حداکثر نیروی ناشی از زلزله برابر 308.7 تن می باشد که از نیروی ناشی از باد بیشتر است, پس ساختمان برای نیروی جانبی زلزله طراحی و محاسبه می شود.