نكاتي در تحليل و طراحي سازه ها
دكتر محمود هريسچيان، فوق دكتراي مهندسي سازه
استاديار مهندسي عمران دانشكده فني دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب
امروزه تحليل و طراحي سازه ها عمدتاً با استفاده از فناوري رايانه اي صورت مي گيرد. اگر چه سرعت و
سهولت در تعريف مد ل هاي تحليلي و اخذ جواب مي تواند فرصت كنترل و بررسي جواب ها را محدود نمايد،
معهذا با توجه نمودن به نكات ذكر شده در اين مقاله در جهت كسب اطمينان از درستي و مناسب و بجا بودن
اطلاعات ورودي سازنده مدل و روش تحليلي بكار گرفته شده، مي توان از بروز خطاهايي كه به راحتي پيش
مي آيد اجتناب نمود . البته خطاهاي بنيادي ناشي از قضاوت نامناسب مهندسي و تعبير نامناسب واقعيت هاي
فيزيكي سازه اي (واقعي) خارج از شمول بحث اين مقاله مي باشد.

-1 نرم افزارهاي مورد استفاده
SAP و ETABS ،STAAD.Pro براي يك سازة "معمولي" استفاده از نرم افزارهايي مثل برنا مه هاي
امكانات بيشتري داشته و در عين حال سنگين تر ANSYS مناسب و كافي مي باشد. بعضي از نرم افزارها مثل
براي يك ساختمان مسكوني (يا اداري، تجاري ) قابل استفاده تر ETABS مي باشد. به لحاظ كاربري، نرم افزار
براي تحليل سازه هاي متنوع تري مي تواند مفيد باشد . به هر حال چون SAP است. در صورتي كه نرم افزاري م ثل
اصول و مباني مورد استفاده در اين نرم افزارها يكسان مي باشد، عليرغم ظاهر متفاوت، در صورتي كه كاربرد
خاصي را پوشش دهند، با هم فرقي نخواهند داشت.
قبل از كاربري يك نرم افزار، بايد با ويژگ ي هاي آن آشنا شد . در اين مورد هدف اصلي از آشنايي، اين
نيست كه به سرعت مدل ساخت و تحليل نمود (گرچه چنين تسلطي نيز مفيد است ) بلكه منظور از آشنايي با يك
نرم افزار عبارت است از آشنايي با اصول و مباني بكار رفته در هر دستوري از نر م افزار.

لازم است روش هاي تحليل ي مورد نظر ابتدا در مورد چند مثال ساده امتحان شده و پس از كسب آشنايي با
روش، شرايط تكيه گاهي ...، نوع بارگذاري، حالات بارگذاري ... در مورد سازه هاي (پيچيده ) بكار رود . براي
مثال هاي حل شده مي توان از مراجع مختلف تحليل ساز هها كمك گرفت. در ضمن دستور كمك و
كه در آن كلية دستورات برنامه شرح داده شده است، به طور معمول داراي پرونده ها و پوشه هاي (Help) راهنما
زير است:
از نحوة شروع كار با نرم افزار (براي مبتديان )، امكانات مختلف (Examples) • مثال هايي
نرم افزار مثل انواع تحليل هاي استاتيكي، ديناميكي، بارهاي فزاينده و...
كه جواب هاي مثال هاي خاصي از مراجع (Verification Examples) • مثال هاي تأييد نرم افزار
مختلف برگرفته و با جواب هاي مدل نظير نرم افزار مقايسه شده است.
• مراجع نظري و يا استانداردهاي مورد استناد نرم افزارها (گاهي بعضي از اين مراجع نيز پيوست
نرم افزار مي باشد).
-2 پيش فرض هاي نرم افزارها
هر نرم افزاري در موارد متعددي برمبناي پيش فرض هايي كار مي كند كه اين پيش فرض ها (يا موارد
قرارداري اوليه ) بيشتر برمبناي عرف و عادت رايج مهندسان كشور تهيه كنندة نرم افزار، انتخاب شده است . براي
كه تا حدود ي قوي تر از A در مصالح فولا دي مبناي فولاد قراردادي و يا پيش فرض را 36 SAP نمونه نرم افزار
مي باشد منظور نموده است و كاربر بايد از اين فرض آگاه باشد. S235JR(ST37- فولاد ( 2
در مثالي ديگر، در طراحي اعضاء يك سازة اسكلتي، نرم افزار، پارامترهاي طراحي را به صورت تركيبي
از پيش فرض ها و د اده هاي مدل در نظر گرفته و به نسبت تنش مي رسد، در طراحي يك عضو، متغيرهاي
متعددي دخيل مي باشد، همچون طول عضو (ضريب طول موثر ...) طول آزاد بال فشاري و ... طراح بايد از
تك تك متغيرها آگاه باشد . مثلاً ممكن است در شرايطي براي تير داخل يك كف، در جايي كه بال فشار ي آن
مقيد است نرم افزار هيچ گونه قيد جانبي منظور ننمايد و يا مثلاً در شبيه سازي يك تير لانه زنبوري، متغيرهاي
طراحي مناسب فرض شده است يا خير؟
-3 تغيير شك لها و تعادل نيروها
تعادل نيروهاي وارد به سازه در شرايط مختلف، با استفاده از واكنش هاي تكيه گاهي، هميشه بايد مورد
بررسي و ارزيابي قرار گيرد . چنين تعادلي به سادگي مي تواند بهم بخورد (در واقع در روش تحليل، تعادل
IranCivilCenter.com - Technical and Educational Website of Iranian Engineers
Copyright © 2003-2005 Iran Civil Center, All rights reserved worldwide. Page 3 of 6
همواره برقرار است ولي شرايطي غير از شرايط مورد نظر مي تواند ايجاد شود) و اين حالت مي تواند اثرات سويي
داشته باشد . در بررسي تعادل نيروها بايد دقت د اشت كه بسياري از نرم افزارها، واكنش هاي مربوط به انواع
متفاوت تكيه گاه ها (مثلاً بدون نشست و تكيه گاه هاي فنري ) را در يك صفحه (پنجرة) واحد نشان نمي دهد و بايد
به اين نكته توجه نموده و جداگانه مقدار هر يك و يا جمع آنها را ديد.
در عين حال به تغيير شكل هاي سا زه نيز بايد توجه كافي داشت . از طرف ديگر حدود تغيير شكل و
حدود نيرو، هر دو، مهم است.
-4 كف هاي صلب و نيمه صلب
با امكانات نرم افزاري و سخت افزاري امروز به تعريف كف هاي صلب طبق تعريف آيين نامة 2800 و يا
بررسي نيمه صلب بودن آن نيازي نيست . به راحتي مي توان كف ها را با بريدگ ي ها و شك ل هاي هندسي خاص
خود در نظر گرفت . در اين شبيه سازي به ابعاد و جهت تيرريزي ها و ضخامت دال (بتني ) روي تيرها بايد توجه
نمود. در يك مدل سه بعدي تغيير جهت تيرريزي، روي پخش بار (استاتيكي) و روي پخش جرم، كه در تحليل
ديناميكي مورد استفاده ق رار مي گيرد تأثير خواهد داشت . به اين ترتيب در مدل سه بعدي خروج از محوري ها را،
به صورت واقعي تري، مي توان منظور نمود.
-5 اجزاي سازه اي مدل
چه اجزايي از سازه را بايد در مدل منظور نمود؟ امكانات نرم افزاري و سخت افزاري، امروزه، بسياري از
محدوديت ها را از ب ين برده است . بنابراين شايد اين تصور پيش آيد كه هر چه اجزاي سازه اي بيشتر و يا
حالت هاي بارگذاري بيشتر و ... يا رفتارهاي سازه اي پيچيده تري منظور شود بهتر خواهد بود . پيچيدگي مدل نبايد
چنان شود كه اجزاي فرعي بر اجزاي اصلي سايه افكنده، مدل از كننترل خارج شده و امكان نتيجه گيرري روشن
تحليل، خدشه دار شود . ممكن است در يك مدل سازي تحقيقاتي و يا بررسي هاي خاص، مدل هاي پيچيده اي در
نظر گرفته شود ولي معمول پروژه هاي عادي نيست . چنانچه لازم باشد مي توان از رده هاي متفاوتي از مدل ها
استفاده نمود.
-6 بررسي مدل
مدل بايد تحت كنترل تحليل گر باشد و به عبارت ديگر جنبه هاي مختلف مدل (كه بهتر است به صورت
باشد) همچون هندسه، ميزان بارها، حالات بارگذاري، تكيه گاهها “Check list” نوشته/ سياهه/ چك ليست
(انواع و محل آنها )، و ... كنترل شود . به همين صورت جواب هاي مدل (خروجي ها) به صورت كامل بايد بازبيني
شود. بعضي از اشكالات را به سادگي مي توان از تصاوير اولية سازه و يا از تصاوير بعد از تحليل (تغيير شكل
يافته) ديد. مثلاً اينكه، آيا تكيه گاهها سرجاي خود قرار دارند و يا اعضا به هم متصل شده است يا خير . ولي
علاوه بر اين اشكالات ظاهر ي، اشكالاتي نيز در تحليل مي تواند بروز نمايد كه از نوع "نهفته" است و با نگاهي
سطحي نمي توان به وجود آنها پي برد. بايد توجه شود كه در بسياري از موارد، اين نوع اشكالات تأثيرگذار ي
جدي در جواب ها دارد.
-7 بررسي حساسيت ها
اگر چنانچه برخي از فرضيه هاي محاسبه، شفاف نباشد و به دلايل مختلفي مقادير آنها امكان تغيير يابد،
بايد به جاي اينكه تحليل فقط براي ميزان مشخص و معيني از متغيرها انجام يابد، براي محدود محتملي از آنها
صورت پذيرد . براي مثال، اگر سازه اي نسبت به نشست يك يا چند تكيه گاه حساس باشد، در آن مورد لازم
است تحليل حساسيت صورت گيرد تا از پيامدهاي ناشي از ميزان متفاوت نشست آگاه شد . يا مثالي ديگر، فرض
تكيه گاه گيردار كامل و يا مفصلي كامل (كه اغلب موارد به صورت ايده آل وجود خارجي ندارند ) باعث ازدياد
نيروهاي داخلي اعضا (و كمانش و يا كشش زيادي آنها ) به ويژه در بار هايي مثل بارهاي حرارتي و يا در مقابل
حالت هاي بارگذاري زلزله خواهد شد، درصورتي كه اگر، رهاسازي حتي جزيي تكيه گاهي نيز منظور شود،
ميزان تغيير شكل ها، نيروها و واكنش هاي تكيه گاهي تغييرات منطقي تر خواهد داشت.
-8 تحليل با آخرين تغييرات
گاهي بر مبناي جواب هاي به دست آمده از تحليل هاي (ابتدايي )، تحليل گر تغييراتي در سازه اعمال
مي نمايد. براي مثال مقاطع اعضا سبك و يا سنگين مي شود و .... اعمال چنين تغييراتي باعث تغيير شكل و يا در حالت كلي تغيير نيروي اجزا مي شود. بنابراين لازم است پس از انجام تغييرات (جدي )، تحليل دوباره اي از مدل
صورت گيرد.
-9 مستندسازي تحليل
كاركرد منظم و مستندسازي بايد از اهم ويژگي هاي لازم يك تحليل و يك تحليل گر باشد . با انجام
مستندسازي يك تحليل و به ويژه انجام آن طبق يك روال و دستورالعمل جامع مشخص و معين از پيش تعيين
به جرأت مي توان گفت كه، در يك سازه متعارف، امكان بروز اشكال در تحليل محو ،(Check list) شده
خواهد شد . اين مستندات بايد شامل اطلاعاتي از قبيل اسم تحليل گر (و يا تحليل گران )، مشخصات (شماره و
تاريخ انتشار ) نرم افزار ... و تاريخ انجام آخرين تغييرات در مدل ... باشد. لازم است، پس از تأييد مدل، نسبت به
"قفل نمودن " و يا "منجمدسازي" مدل اقدام شود و براي مثال در وسايل "فقط خواندني - غيرقابل بازنويسي "
حفظ شود.
-10 بازتاب تحليل در نقشه ها
هدف نهايي بسياري از تحليل ها عبارت از اجراي سازة مدل است، و اين كار از طريق نقشه ها به مهندس
مجري مي رسد. لازم است نقشه هاي (سازه اي) با فرضيه هاي مدل و جواب هاي مدل مقايسه گرديده و اطمينان
حاصل شود كه، ويژگي هاي اساسي مدل در آن بازتاب يافته و دچار خدشه نشده باشد . گرچه در نقشه ها به
تحليل (شماره و تاريخ مستندات تحليل ) فعلاً اشاره نمي شود ولي، انجام اين امر بسيار مفيد خواهد بود و حداقل
لازم است اين كار روي نسخة (شخصي) سخت افزاري و يا نرم افزاري مهندس طراح، منعكس گردد.
-11 ارائة مدل و جوا بهاي تحليل
جواب هاي كامل يك تحليل (سازه اي) رايانه اي، براي يك سازه نه چندان پيچيده به راحتي به چند صد
صفحه خواهد رسيد . ارائة چاپي كامل چنين جواب هايي چندان مفيد نبوده و باعث اتلاف وقت (و اتلاف كاغذ
و مضر به محيط زيست!) خواهد شد . در صورت نياز به ارائة كل جواب ها نيز، مي توان آنها را به صورت
نرم افزاري ارائه داد . در حالت كلي ارائة مدل و جواب هاي تحليل بايد طبق يك استاندارد و الگوي مشخص و
معين باشد. در اين مورد روش هاي زير پيشنهاد مي شود:
* ارائه مدل تحليلي نرم افزاري؛ از محاسن اين روش اين است كه همة كليات و جزييات مدل قابل
دسترسي خواهد بود و از اشكالات آنكه، در صورت در دسترس نبودن آن نرم افزار و يا انتشار خاصي كه تحليل
با آن انجام گرفته است، باز كردن مدل ممكن نخواهد بود، در ضمن آشنايي به نر مافزار نيز لازم ا ست.
* ارائه فرضيه ها و جواب هاي كليدي ؛ از محاسن اين روش وقت بر نبودن آن، لازم بودن آشنايي فرد
(بينندة جواب ها) با اصول مهندسي سازه و اصول تحليل است . از شرايط كافي بودن اي ن روش، تعريف دقيق و
مناسب "جواب ها و فرضيه هاي كليدي" مي باشد.
جواب ها بهتر است به صورت تركيبي، توضيحاتي از نمودارها، تصاوير دوبعدي و يا سه بعدي، جداول و
ليست ها، آمار ... حداكثرها (و يا حداقل ها) و حتي المقدور به صورت نرم افزاري باشد . در مورد نمودارها و
تصاوير بايد دقت شود كه براي مفيد بودن آنها، لازم است معيار مقايسه اي به طور روشن همراه آنها ارائه شود .
براي تحليل هايي مثل تاريخچة زماني، تصوير "گام به گام " (و يا فيلم ) تهيه شود و چنين امكاناتي در نرم افزارها
ميسر است.
-12 بازبيني
براي اطمينان از صحت مدل لازم است، در شرايط متفاوت (و بهتر است در زماني ديگر ) توسط
تحليل گر مورد بازبيني قرار گيرد . البته اگر بازبيني توسط شخص ديگري انجام گيرد مي تواند بسيار مفيدتر و
مؤثرتر باشد . در واقع انجام چنين امري در طرح هاي پيچيده و خاص يك ضرورت است . حتي در مواردي لازم
خواهد بود كه تحليلي مجدد و مستقل انجام پذيرد . از بازبيني و يا بازبيني ها فقط آنهايي م ؤثر تلقي گردد كه
مستند شده باشد (به صورت نرم افزاري و يا سخت افزاري) و گرنه، بازبيني مستند نشده، همانند انجام نيافتن آن
است