مقاله تحلیلی: روش‌ های تحلیل قاب‌ های ساختمانی

قاب‌های ساختمان را می‌توان با روش‌های مختلفی مانند روش نیرو، روش جابجایی و روش تقریبی مورد تحلیل قرار داد. روش تحلیل به نوع قاب، پیکربندی آن در قاب چند طبقه (یک دهانه یا چنددهانه) و هم‌چنین به درجه نامعینی بستگی دارد.

قاب‌های ساختمانی معمول‌ترین نوع سازه‌ای هستند که عملاً با آن‌ها مواجه هستیم. این قاب‌ها معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که اتصالات تیر- ستون از نوع صلب است. یک نمونه معمول از یک قاب ساختمانی، قاب‌های چندمنظوره بتن مسلح است.

روش نیرو

• از این روش همچنین با عنوان روش انعطاف‌پذیری و یا روش تغییر شکل سازگار نیز نام برده می‌شود.
• برای محاسبه نیروهای داخلی و عکس‌العمل‌ها در سازه‌های استاتیکی نامعین به کار می‌رود.
• این روش برای تحلیل یک قاب استاتیکی نامعین یک طبقه و دارای هندسه‌های غیرمعمول مانند سوله‌ها مناسب است.
• روش تحلیل قاب با استفاده از نیرو به 2 عامل بستگی دارد. اولین عامل، تبدیل یک سازه‌ معلوم به یک سیستم اولیه استاتیکی معین و دومین عامل، محاسبه مقدار نیروهای استاتیکی اضافی مورد نیاز برای بازگرداندن شرایط مرزی هندسی سازه اصلی است.

روش جابه‌جایی

• در این روش ابتدا باید با استفاده از رابطه بار- جابجایی و بر اساس شرایط بارها، جابجایی ناشناخته مشخص شود. پس از آن، این جابه‌جایی‌ها با حل معادله تعادل به دست خواهند آمد.
• پس از تعیین جابجایی، بارهای ناشناخته از معادلات سازگاری تعیین می‌شوند. تمام روش‌های جابجایی موجود، این روش را به‌طورکلی دنبال می‌کنند. در روش جابجایی، سه روش بسیار به هم مرتبط هستند که در ادامه ارائه شده است.

۱- روش شیب- افت

• این روش می‌تواند برای تحلیل تیرها و قاب‌های معین و نامعین مورد استفاده قرار گیرد.
• در روش شیب- افت، فرض می‌شود که تمام تغییر شکل‌ها فقط ناشی از خمش هستند و از تنش‌های محوری و برشی صرف‌نظر می‌گردد.
• فرض دیگر در روش شیب- افت این است که تمام اتصالات قاب صلب هستند. به‌عنوان‌مثال زمانی که اعضای قاب بارگذاری می‌شوند، زاویه بین اعضا در اتصالات تغییر نمی‌کند.

۲- روش پخش لنگر

• روش پخش لنگر یک روش تقریبی متوالی است که نتایج آن ممکن است با میزان دقت مختلف همراه شود.
• این روش اساساً با فرض گیردار بودن سازه در هر مفصل آغاز می‌شود.
• پس از آن، گره هر مفصل به‌صورت متوالی باز و بسته می‌شود و تا زمانی که مفاصل به موقعیت نهایی خود چرخانده شوند، لنگر داخلی در مفاصل توزیع و متعادل می‌شوند.

۳- روش سختی

• روش سختی مستقیم یک روش تحلیل ماتریسی است که به معنی معادلات تعادل در یک رابطه ماتریسی فرموله شده است.
• معادلات جابجایی مفصل آزاد می‌تواند به‌طور خودکار از سیستم ماتریس کامل، انتخاب و حل شود.

روش‌های تقریبی

• تحلیل تقریبی در تعیین (تقریبی) نیروها و لنگرها در اعضای مختلف و همچنین در پیشبرد طرح‌های اولیه مفید است.
• بر اساس طراحی اولیه، تحلیل دقیق‌تر را می‌توان انجام داد و پس از آن طراحی را تصحیح کرد.
• تحلیل تقریبی با مفروضات واقعی در مورد رفتار سازه انجام می‌شود. برای تحلیل قاب‌هایی که تحت بارهای عمودی قرار دارند، نقاط عطف مورد استفاده قرار می‌گیرند، در حالی‌که روش پرتال یا روش طره‌ای برای قاب‌هایی که تحت بارهای افقی قرار دارند، استفاده می‌شود.

۱- روش پرتال

• این روش برای تحلیل قاب‌هایی که تحت بارهای افقی قرار دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

فرضیه‌های در نظر گرفته شده در روش پرتال عبارت‌اند از:

• نقاط عطف در وسط هر ستون بالای طبقه اول قرار دارد. اگر پایه ستون ثابت است، نقطه عطف در وسط ستون‌های طبقه همکف فرض می‌شود. در غیر این صورت، نقطه عطف در پایه مفصل‌های ستون فرض می‌شود.
• نقاط عطف در وسط دهانه تیرها رخ می‌دهد.
• مجموع برش افقی در هر طبقه در میان ستون‌های آن طبقه توزیع شده است، به‌طوری‌که ستون‌های بیرونی نیمی از نیروی حمل شده توسط ستون‌های داخلی را حمل می‌کنند (همان‌گونه که در شکل زیر نشان داده شده است).

۲- روش طره‌ای

• این روش برای سازه‌های بلند استفاده می‌شود.

فرض‌های اولیه این روش عبارت‌اند از:

• یک نقطه عطف در نقطه مرکزی هر شاه‌تیر رخ می‌دهد.
• یک نقطه عطف در وسط ارتفاع هر ستون رخ می‌دهد.
• در یک طبقه، شدت تنش محوری در یک ستون متناسب بافاصله افقی آن از مرکز ثقل تمام ستون‌های آن طبقه است.

۳- روش نقطه عطف

• این روش برای تحلیل قاب‌ها تحت بارهای عمودی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• قاب موردنظر با اضافه کردن تعداد کافی از نقاط عطف، به یک قاب استاتیکی معین تبدیل می‌شود.
• توزیع بارگذاری بر روی قاب معمولاً به‌صورت یکنواخت است.
• در این روش نقاط عطف در L 0.1 از هر دو طرف چپ و راست تکیه‌گاه‌ها وجود دارد. هم‌چنین نیروهای محوری در تیرها نادیده گرفته می‌شود.

۴- روش کانی

• این روش شامل توزیع لنگرهای پایانی نامشخص از اعضای سازه به مفاصل مجاور، به‌منظور ارضا کردن شرایط پیوستگی شیب‌ها و جابجایی‌ها است.
• مهم‌ترین ویژگی روش کانی این است که خود اصلاح کننده است. به این صورت که  هر خطایی در هر مرحله از تکرار در مراحل بعدی اصلاح می‌شود.

منبع

 نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

 اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.