تحليل الدفع متعدد الأنماط وIRSA
يصلح تحليل الدفع أحادي النمط في المباني التي يمكن فيها تمثيل السلوك الزلزالي بنمط اهتزاز سائد واحد. ويشرح هذا المقال خيارات الدفع متعدد الأنماط وIRSA والدفع أحادي النمط المتغير المستخدمة عندما لا يتحقق هذا الشرط أو عند الرغبة في رؤية تأثيرات الأنماط العليا، كما يشرح العرض ثلاثي الأبعاد لنتائج الدفع. لسير عمل الدفع الأساسي راجع مقال كيف يُجرى تحليل الدفع اللاخطي (Pushover)؟.
1. متى يُستخدم؟
وفق المادة 5.6.2.2 من TBDY 2018 (الكود التركي للزلازل 2018) يمكن استخدام الدفع أحادي النمط في الشروط التالية:
- يجب ألا تقل نسبة مشاركة الكتلة الفعالة للنمط السائد عن 70%،
- ويجب أن يكون معامل عدم انتظام الالتواء ηbi ≤ 1.4.
إذا لم يتحقق أحد هذين الشرطين يشترط الكود الدفع متعدد الأنماط (5.6.6) أو الحساب اللاخطي في المجال الزمني (5.7). يفحص StatiCAD الشرطين تلقائياً ويعرضهما في تقرير الدفع. وحتى عند تحققهما يمكن تشغيل الدفع متعدد الأنماط كفحص إضافي لرؤية إسهامات الأنماط العليا في عناصر الطوابق العليا.
2. تفعيل الخيارات
- افتح المشروع وأكمل التحليل الستاتيكي.
- افتح نافذة التحليل ← تحليل الدفع اللاخطي.
- اختر من مربعات الاتجاه الاتجاهات المراد دفعها (مثل +X+0.3Y و−Y−0.3X). تستخدم الحالة متعددة الأنماط الاتجاه الرئيسي وإشارته (+X، −X، +Y، −Y) لما اخترته من اتجاهات؛ ولا تُطبَّق المركّبة المتعامدة بمعامل 0.3 في الحالة متعددة الأنماط، لأن نمط الحمل النمطي يتضمن أصلاً مركّبات Fx وFy والالتواء (Mz) معاً.
- حدّد من الخيارات في الجزء السفلي من النافذة ما تحتاجه:
| الخيار | الشرح |
|---|---|
| الدفع متعدد الأنماط (MPA، 5.6.6) | تُجرى دفعات الأنماط في الاتجاهات الرئيسية المحددة وتُدمج الدورانات اللدنة لأطراف العناصر بقاعدة CQC ويصدر حكم المبنى. |
| الدفع التزايدي متعدد الأنماط IRSA | يتقدم الدفع في الأجزاء الخطية بين تشكّلات المفاصل مع الزيادات الطيفية لجميع الأنماط؛ ويُجدَّد التحليل النمطي في كل جزء بالصلابة الراهنة (انظر القسم 4). |
| الدفع أحادي النمط المتغير (5.6.5) | يُجدَّد نمط الحمل عند كل تشكّل مفصل من شكل النمط الراهن؛ وتُضاف إلى نافذة التقدم أسطر مقارنة مع النمط الثابت. |
| P-Delta (الصلابة الهندسية من الرتبة الثانية) | عند تحديده تُجرى جميع حالات الدفع (أحادية النمط، ومتعددة الأنماط، والمتغيرة) بصلابة هندسية تتأثر بالقوة المحورية، ويظهر في التقرير سطر "DİKKATE ALINDI" (مأخوذ في الحسبان). |
- اضغط زر تحليل. تُكتب في نافذة التقدم أولاً توليفات الاتجاهات أحادية النمط المحددة، ثم أقسام الدفع متعدد الأنماط وIRSA.
تُحفظ هذه الخيارات في ملف المشروع كسائر إعدادات الدفع. وعند فتح ملفات المشاريع القديمة تأتي معطّلة.
خيار الدفع متعدد الأنماط في نافذة الدفع (أسفل اليسار) وحكم أداء المبنى المركّب للدفع متعدد الأنماط في نافذة التقدم.
3. قراءة نتائج الدفع متعدد الأنماط
يتضمن قسم الدفع متعدد الأنماط لكل اتجاه رئيسي المعلومات التالية:
| المعلومة | معناها |
|---|---|
| عدد الأنماط المختارة والمشاركة التراكمية | تُختار الأنماط التي تتجاوز مشاركتها 1% في الاتجاه الرئيسي إلى أن تبلغ المشاركة التراكمية 95%. |
| جدول الأنماط (T، المشاركة، Sae، CR، الطلب) | دور كل نمط، ونسبة الكتلة الفعالة في الاتجاه الرئيسي، والتسارع الطيفي المرن، ومعامل تكبير الإزاحة، وطلب الإزاحة العلوية. في الأنماط العليا القصيرة الدور يكون CR > 1 (EK 5B)؛ وطلب الأنماط العليا صغير. |
| عدد الأطراف التي خضعت | عدد الأطراف التي صارت لدنة عند نقطة طلب ذلك النمط. تبقى الأنماط العليا عادةً مرنة؛ وهذا سلوك متوقع. |
| الإزاحة العلوية بـ CQC | دمج CQC لطلبات الإزاحة العلوية للأنماط (للعلم فقط). |
| مقطع الإزاحة الجانبية للطوابق | دمج CQC لإزاحات الطوابق والإزاحات النسبية بين الطوابق؛ ويُظهر إسهام الأنماط العليا في الطوابق العليا. |
| جدول الضرر | القيم المدموجة بـ CQC بين الأنماط للدورانات اللدنة لأطراف العناصر ومناطق الضرر. |
| أداء المبنى (متعدد الأنماط) | حكم المبنى المركّب ومبرراته وفق TBDY 15.8. |
مهم: وفق TBDY 5.6.6.2 لا تُدمج القوى الداخلية للأنماط إحصائياً؛ ويجري التقييم على أساس التشوه (دورانات الأطراف). وعمود العزم في جدول الضرر ليس قيمة مركّبة؛ إنما يعرض للعلم فقط عزم الطلب للنمط السائد.
ويُقدَّم في القسم نفسه أيضاً تقييم الدوران الكلي (قراءة طلبات دوران الأطراف المركّبة في TBDY 5.6.6.2) للعلم فقط. وبسبب افتراضات معادلة دوران الخضوع تكون هذه القراءة عادةً محافِظة؛ ويصدر القرار الأساسي بالدمج CQC للدورانات اللدنة.
وبعد إجراء الحالة متعددة الأنماط يُضاف تلقائياً إلى نهاية تقرير الدفع الذي يُحصل عليه بزر التقرير ملخصُ آخر حالة متعددة الأنماط أُجريت في الاتجاه الرئيسي للسجل المحدد (جدول الأنماط، والإزاحة العلوية بـ CQC، ومقطع الإزاحة الجانبية للطوابق، وحكم المبنى المركّب).
الاتساق المرن (TBDY 5.6.6.1): عند تطبيق الطريقة بصلابات مرنة يجب أن تعطي الإزاحات نفسها التي يعطيها الحساب الخطي بدمج الأنماط. يجري StatiCAD هذه المقارنة عددياً لكل نمط ولدمج CQC ويعرض النتيجة.
4. IRSA — دمج الأنماط التزايدي
عند تحديد خيار IRSA (Incremental Response Spectrum Analysis) تُجرى في نهاية سير التحليل حالات IRSA أيضاً للاتجاهات الرئيسية للاتجاهات المحددة. في IRSA يتقدم الدفع في الأجزاء الخطية بين تشكّلات المفاصل مع الزيادات الطيفية لجميع الأنماط، ويُجدَّد التحليل النمطي في كل جزء بالصلابة الراهنة. وبهذا يؤخذ في الحسبان خطوة بخطوة تغيير المفصل لشكل جميع الأنماط ودورها.
الطريقة الافتراضية هي IRSA الكاملة: يُبنى نمط الحمل لكل جزء بالتسارع الطيفي عند الدور الراهن، ويُطبَّق تكبير CR تدريجياً في الأدوار القصيرة. وهكذا يدخل في الحساب تلقائياً تزايدُ الطلب الزلزالي للمنشأ الذي يزداد ليونة.
يتضمن ناتج IRSA فحص الاتساق المرن، وجدول الأجزاء (الزيادة، الدور الراهن، الأطراف المفتوحة)، والإزاحة العلوية للطلب والقص القاعدي، ومقطع الطوابق، وجدول الضرر، وحكم أداء المبنى بـ IRSA. ويُضاف إلى نهاية تقرير الدفع أيضاً ملخص IRSA المنجز في الاتجاه الرئيسي نفسه.
5. العرض ثلاثي الأبعاد لنتائج الدفع
بعد إجراء حالة الدفع يمكن تتبع الشكل المشوَّه لتحليل الدفع والمفاصل اللدنة في العارض ثلاثي الأبعاد لنافذة نظام العناصر المحدودة. في تبويب الإزاحة من نافذة خيارات العرض:
- يُختار الدفع من قائمة التحميل (يظهر هذا الخيار إذا أُجريت حالة دفع واحدة على الأقل في الجلسة).
- تُختار توليفة الاتجاه المراد عرضها من قائمة حالة الدفع.
- يُتنقَّل على طول منحنى الدفع بمنزلق الخطوة. ويعرض سطر المعلومات تحت المنزلق قوة القص القاعدي لتلك الخطوة، والإزاحة العلوية، وعدد المفاصل اللدنة، ومستوى أداء المبنى؛ وتُعلَّم خطوة الطلب أيضاً بالوسم (İSTEM). ومع تحريك المنزلق يتجدد العرض ثلاثي الأبعاد مباشرةً.
- يجب أن يكون مربع إظهار الإزاحات محدداً. ومقياس العرض هو معامل تكبير التشوه؛ وعند اختيار الدفع للمرة الأولى يُضبط المقياس تلقائياً على قيمة تناسب إزاحات الدفع (1000) ويمكن تغييره بحرية.
تُعرض المفاصل اللدنة بعلامات مربعة ملوّنة عند طرف العنصر الذي تشكلت فيه:
| اللون | منطقة الضرر |
|---|---|
| أزرق | الضرر المحدود |
| أخضر | الضرر الملحوظ (خضع، وهو دون حد الضرر المتحكم فيه) |
| أصفر | الضرر المتقدم (بين حد الضرر المتحكم فيه وحد منع الانهيار) |
| أحمر | منطقة الانهيار (تجاوز حد منع الانهيار) |
تُرسم العلامات دائماً في الأعلى ولا تختفي خلف قشريات البلاطات. وإذا كان مربع إظهار أسماء العناصر محدداً يُكتب بجانب كل مفصل اسم العنصر ومنطقة الضرر أيضاً.
6. أسئلة شائعة
لماذا اختلفت نتيجة الدفع متعدد الأنماط قليلاً عن أحادي النمط؟ إذا كانت مشاركة النمط السائد مرتفعة (مثلاً 79%) وبقيت الأنماط العليا مرنة، فإن الدورانات اللدنة المدموجة تقترب كثيراً من دورانات النمط السائد ويخرج القرار عادةً نفسه. ويتضح الفرق في المباني ذات مشاركة النمط السائد المنخفضة (50–60%) أو التي فيها التواء أو الشاهقة.
لماذا قد يختلف −X عن +X؟ إذا كان نظام التسليح والهندسة غير متناظرين فإن اتجاه الدفع يغيّر السعة. وتُجرى الحالة متعددة الأنماط على حدة لكل اتجاه من الاتجاهات ذات الإشارة التي اخترتها.
أرى "Seçilen mod sayısı = 1" (عدد الأنماط المختارة = 1)؛ هل هذا طبيعي؟ هذا طبيعي إذا حقق نمط واحد مشاركة 95% في الاتجاه الرئيسي؛ وفي هذه الحالة تكافئ النتيجة متعددة الأنماط النتيجة أحادية النمط.
هل يحل الدفع متعدد الأنماط محل الحساب في المجال الزمني؟ لا توجد طريقة دفع ستاتيكية تكافئ تماماً الحساب اللاخطي في المجال الزمني. وفي المنشآت الحرجة وغير المنتظمة يبقى إجراء تقييم إضافي وفق TBDY 5.7 من تقدير المهندس.