تحلیل حرارتی در Etabs

بارهای حرارتی وقتی که ابعاد سازه شما (یکی از اضلاع سازه) زیاد باشد، اثر تغییر شکل‌های ناشی از حرارات محیط افزایش یافته و بایستی اثر باری تحت این تغییر درجه حرارت سازه تحمل می‌کند را برای طراحی در نظر گرفت. نمونه بارز این مسئله در ریل راه آهن است که در قدیم برای اثرات انبساط در ریل آنها را به قطعاتی تقسیم می‌نمودند و با فاصله کمی از هم قرار می‌گرفت. در یک سازه با اضلاع طولانی نیز می‌توان از همین روش استفاده نمود و سازه را به بخش‌هایی تقسیم نمود تا اثر تغییرشکل‌ها محدود شود. فاصله بین دو سازه باید به میزان جابجایی ایجاد شده ناشی از دو سازه تحت تغییرات دما باشد. در صورتی که درز انبساط در نظر گرفته نشود، آنگاه بایستی سازه برای اثرات از بارهای حرارتی طراحی شود. طبق مبحث ششم، اثرات ایجاد شده ناشی از این بارهای حرارتی بایستی توسط دو ترکیب بار شماره 8 و 9 از ترکیب بارهای سازه‌های فولادی صفحه 16 و از ترکیب بارهای 6 و 7 سازه‌های بتنی صفحه 15 استفاده نمود. توصیه ASCE7-10 برای بارهای حرارتی به این صورت بوده و دو ترکیب بار زیر را پیشنهاد می‌دهد که مشابه مبحث ششم است:

❗️ When self-straining loads are combined with dead loads as the principal action, a load factor of 1.2 may be used. However, when more than one variable load is considered and self-straining loads are considered as a companion load, the load factor may be reduced if it is unlikely that the principal and companion loads will attain their maximum values at the same time. The load factor applied to T should not be taken as less than a value of 1.0.
When using strength design:

1.2D + 1.2T + 0.5L
1.2D + 1.6L + 1.0T

 برای اعمال بار حرارتی بایستی کف طبقات از حالت صلب خارج شوند. در این حالت ممکن است برخی خروجی‌های برنامه مثل مرکز جرم وجود نداشته باشد که برای این موضوع می‌توانید دیافراگم را از نوع نیمه صلب (Semi Rigid) تعریف نمایید. در صورتی که دیافراگم صلب وجود داشته باشد، اثر بارهای حرارتی از بین خواهد رفت.

 

برای اعمال بارهای حرارتی به اجزای قابی بعد از انتخاب آنها از مسیر Assign menu > Frame Loads > Temperature اقدام می‌شود. در بخش Uniform Temperature Change  مقدار تغییرات دما بر حسب سانتیگراد وارد شود. اگر از واحدهای انگلیسی استفاده کرده باشید باید بر حسب فارنهایت وارد کنید. قبل از این کار از مسیر Define menu > Load Patterns یک حالت بار حرارتی بایستی ساخته شود. نوع این حالت بار را می‌توان از نوع Other انتخاب کرد و بصورت دستی در ترکیب بارهای مورد نظر نام برده شده در فوق قرار داد.

در سازه‌های بتنی، تیرها تنها برای لنگر M33 طراحی می‌شوند. بنابراین بارهای حرارتی که تولید نیروی محوری در آنها می‌کنند، اثری در طراحی ندارند مگر آنکه بارهای حرارتی تولید خمش کنند. برای این مورد می‌توان تیرها را بصورت ستون تعریف نمود و آن را در حالت گزینه Reinforcement to be Designed را انتخاب کرده و در بخش Number of Longitudinal Bars Along 2-dir Face عدد 2 را وارد نمایید تا میلگردها در لبه‌های بالا و پایین قرار گیرند.

طبق مبحث نهم در صورتی که نخواهیم تحلیل حرارتی انجام دهیم، طول سازه در مناطق خشک 25 متر، در مناطق معتدل 35 متر و در مناطق مرطوب 50 متر پیشنهاد شده است. مقدار حرارتی که بایستی اعمال شود، (تغییرات دما یا دمای ثانویه منهای دمای اولیه) برابر 60 درجه سانتیگراد است. برنامه هم از شما تغییرات دما را می‌گیرد.

 

 

 یکی از مراجع قدیمی که متون جدید نیز به آن رجوع می‌دهند، Federal Construction Council's Technical Report No. 65 Expansion Joints in Buildings است که در ارتباط با بارهای حرارتی مطالبی دارد. به نظر می‌رسد مقادیری که مبحث نهم برای طول حداکثر سازه پیشنهاد داده به میزان زیادی محافظه کارانه باشد. شکل زیر از گزارش نامبرده شده اخیر است که اگر مقدار تغییرات دما را 60 درجه سانتیگراد (140 درجه فارنهایت) در نظر بگیریم، برای سازه‌های فولادی در شرایط منظم و مستطیلی حداکثر طول سازه 120 متر و برای دیگر سازه‌ها و یا سازه‌های نامنظم حداکثر طول 60 متر پیشنهاد شده است که از تمام مقادیر پیشنهادی مبحث نهم بیشتر است. البته این مقادیر درج شده در شکل برای حالتی بوده که سازه دارای تنها گرمایش داخلی بوده و ستون‌ها در پای خود مفصلی هستند. اگر ساختمان دارای تهویه مطبوع باشد طول مجاز را می‌توان تا 15% افزایش داد. اگر سازه گرمایش داخلی نداشته باشد مقادیر این شکل باید 33% کاهش داده شوند. در صورتی که ستون‌ها در پای خود بصورت گیردار باشند (مثل ستون‌های بتنی) مقادیر آن باید 15% کاهش داده شوند. اگر سختی جانبی سازه در یک جهت به میزان زیادی باشد (مثل سازه‌های دارای دیوار برشی) مقادیر این شکل بایستی 25% کاهش داده شوند.

 

 اگر مطمئن باشیم که سفتکاری سازه در یک فصل و بدون تغییرات عمده دما تمام شده و تیرها و ستون‌های داخلی تحت شرایط محیطی شدید قرار نمی‌گیرند، می‌توان تنها پوسته خارجی سازه  را برای این بارهای طراحی نمود. در غیر اینصورت کل اجزای سازه بایستی برای بارهای حرارتی طراحی شوند.

 

@AlirezaeiChannel