بررسی مفهوم زلزله تشدید یافته و نحوه طراحی اعضای بتن آرمه و فولادی برای آن

در بحث طراحی سازه ها، با دو نوع ترکیب بار مواجه هستیم. یک سری از ترکیب بارها عادی هستند. این ها همان ترکیب بارهایی می باشد که در طراحی تمامی اعضا و بخش های سازه باید کنترل شوند. دسته دوم ترکیب بارهای ویژه لرزه ای هستند. طراح باید در اعضای خاص و شرایط ویژه، علاوه بر ترکیب بارهای عادی، ترکیب بارهای ویژه لرزه ای را نیز کنترل نماید. اینکه چه اعضایی خاص تلقی می شوند و چگونه باید در آن ها اثر زلزله تشدید یافته را منظور نمود مطالبی هستند که تا انتهای مقاله پاسخ آن ها را خواهیم یافت. همچنین خواهیم دانست که:

  1. مفهوم زلزله تشدید یافته چیست؟
  2. چه ارتباطی میان زلزله تشدید یافته و ترکیب بارهای ویژه لرزه ای وجود دارد؟
  3. ضریب اضافه مقاومت چیست؟
  4. نحوه طراحی اعضای بتن آرمه و فولادی برای زلزله تشدید یافته چگونه است؟
  5. کنترل زلزله تشدید یافته در سازه های با دو سیستم باربر جانبی متفاوت در دو جهت به چه شکل است؟

یادآوری و تکمیل

نیروی افقی زلزله را در نظر بگیرید که به مرکز جرم طبقه وارد شده و با عملکرد دیافراگم کف به اعضای باربر جانبی منتقل می شود. نیروهای برشی زلزله در طبقات توسط اعضای باربر جانبی دریافت شده و باید به فونداسیون و نهایتاً زمین منتقل شوند. در مواردیکه این انتقال نیرو از سازه به زمین به طور منظم و بدون مشکل انجام شود، خیالمان راحت است. اما اگر در اجزایی که انتقال نیرو را بر عهده دارند مشکلی ایجاد شود، به این مفهوم است که در مسیر انتقال نیرو از طبقات سازه به پی و زمین نامنظمی رخ داده است. در صورت وجود نامنظمی در هر کجای مسیر انتقال نیرو، باید کنترل ها بر اساس زلزله تشدید یافته باشد.

گاهاً حتی بدون وجود نامنظمی در مسیر انتقال نیرو، باید از زلزله تشدید یافته استفاده کنیم. سازه های بتن آرمه و فولادی هر یک بنا به وضعیت های موجود تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای کنترل می شوند. به طور مثال ستون هایی که نیروی محوری آنها از یک حدی زیادتر باشد، طبق بند 10-3-6-1 مبحث دهم باید برای ترکیب بارهای لرزه ای نیز کنترل شوند. علت این کنترلِ مضاعف این است که ستون های فلزی تحت اثر فشار خالص شکل پذیری کمتری داشته و ضربه زلزله وارد بر آنها بیشتر خواهد بود.

 

موارد کاربرد زلزله تشدید یافته

  1. مطابق ACI-318-14 در محاسبه آرماتور عرضی ستون های بتن آرمه از زلزله تشدید یافته استفاده می شود. یعنی در سازه های بتن آرمه، زلزله تشدید یافته برای کنترل برش موجود در ستون ها کاربرد دارد. توجه داشته باشید که در متن مبحث نهم مقررات ملی ساختمان از زلزله تشدید یافته استفاده نشده است.
  2. در سازه های فولادی نیز همانطور که در بخش قبل بیان شد، کنترل زلزله تشدید یافته برای جلوگیری از کمانش است. یعنی در طراحی ستون ها، باید مقاومت محوری تحت زلزله تشدید یافته و بدون حضور خمش و برش کنترل شود.
    هم چنین طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، کف­ ستون­ ها (Base Plate)، وصله ستون­ ها و وصله ­ی تیرها در اسکلت فولادی نیز باید برای زلزله­ ی تشدید­یافته طراحی گردند.
  3. در مواردی که شاهد نامنظمی در مسیرهای انتقال نیروی زلزله هستیم باید کنترل با زلزله تشدید یافته صورت گیرد. به طور مثال می توان به بندهای زیر در استاندارد 2800 اشاره نمود:

افزایش بار جانبی در اعضای خاص و جمع کننده ها در استاندارد 2800

جهت آشنایی بیشتر با انواع نامنظمی های پلان و ارتفاع ، حتما ویدئوهای رایگان تفسیر استاندارد 2800 ویرایش 4 قسمت دوم و قسمت سوم را ببینید.

نحوه اعمال زلزله تشدید یافته در طراحی جمع کننده های دیافراگم که در بند بالا به آن اشاره شد در مقاله” کنترل و طراحی جمع کننده ها در دیافراگم” بیان شده است. شما می توانید با مطالعه این مقاله کوتاه پیش زمینه مناسبی برای درک مطالبی که در ادامه مطرح می شود کسب کنید.

تا این بخش از مقاله بارها از واژه زلزله تشدید یافته استفاده کرده ایم. در حال حاضر می دانیم که کدام اعضای سازه باید برای زلزله تشدید یافته کنترل شوند. اما …

اساساً این زلزله تشدید یافته با زلزله معمولی چه تفاوتی دارد؟

قبل از پاسخ دادن به این سوال توصیه اکید می شود که حتما مقاله ی ” ضریب اضافه مقاومت (Ω0) ” را مطالعه نمایید!

اما در پاسخ به سوال فوق، با یک تعریف ساده می توان گفت که زلزله تشدید یافته همان زلزله عادی است که با یک ضریب بزرگنمایی، تشدید شده است. این ضریب را با Ω0 نشان می دهیم. به عبارت علمی تر برای ساختن ترکیب بارهای ویژه لرزه ای به ضریبی نیاز است که در زلزله طرح ضرب شود. یعنی داریم:

ترکیب بار زلزله تشدید یافته

1.2D+L+E+0.2S :: ترکیب بار عادی

1.2D+L+Ω0E+0.2S: ترکیب بار ویژه لرزه ای

با این کار به جای زلزله طرح (E) زلزله تشدید یافته (Ω0E) در ترکیبات بار وارد می شود. مقدار این ضریب در سازه های مختلف متفاوت است. آیین نامه برای سیستم های باربر جانبی مختلف ضرایب Ω0 را در جدول زیر آورده است.

ضریب اضافه مقاومت (Ω0) در آیین نامه 2800

سایر بندهای آیین نامه ای مرتبط با زلزله تشدید یافته :

با توجه به تسلط نسبی بر موضوع زلزله تشدید یافته به سراغ بیان و تفسیر بندهای آیین نامه ای می رویم. روش های مورد تایید آیین نامه برای طراحی سازه، یکی تنش مجاز و دیگری طراحی بر اساس مقاومت است. استاندارد2800 در شرایطی که از روش طراحی بر اساس مقاومت استفاده می کنیم بند زیر را بیان می نماید:

عدم نیاز به در نظر گرفتن ضریب اضافه مقاومت در مولفه قائم زلزله

در بند فوق منظور از جمله ” در ترکیب بارهای زلزله با سایر بارها، بارهای جانبی و قائم زلزله باید با ضریب بار 1 در نظر گرفته شوند.” همان ترکیب بارهای عادی می باشد. همانطور که پیش تر هم گفته شد برای کلیه اعضا باید کنترل براساس ترکیب بارهای عادی صورت گیرد. در ادامه بند 3-12-2 به مواردی اشاره می کند که بایست کنترل اعضا بر اساس زلزله تشدید یافته صورت گیرد. در اینجا به دو نکته می توان اشاره کرد:

نکته1. برای ایجاد ترکیب بارهای ویژه لرزه ای باید بار جانبی طرح در ضریب اضافه مقاومت (Ω0) ضرب شود.

نکته2. در کنترل سازه تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای لازم نیست که مولفه قائم زلزله در ضریب اضافه مقاومت ضرب شود. به عبارت دیگر نیازی به تشدید اثر زلزله قائم وجود ندارد.

توصیه می شود برای تسلط هر چه بیشتر مقاله” بررسی فلسفه اعمال زلزله قائم در سازه­ ها و گام بندی تنظیمات نرم ­افزاری ” مطالعه شود. بعد از بررسی مقاله زلزله قائم و مطالب این مقاله متوجه خواهید شد که چرا ما در نرم افزار ETABS زلزله قائم را از نوع other تعریف می کنیم.

مطالبی که بررسی کردیم شاید این احساس را به وجود بیاورند که کنترل زلزله تشدید یافته باید بسیار پیچیده باشد. اما توجه داشته باشید که در نرم افزارهای ETABS , SAP زلزله تشدید یافته در صورت تنظیم پارامترهای آن به طور خودکار کنترل می شود. ما نیز قصد داریم در ادامه ی این مقاله به صورت گام بندی شده، نحوه تنظیم پارامترهای طراحی را برای سازه های فولادی و بتن آرمه به تفکیک بررسی نماییم.

  1. اعمال زلزله تشدید یافته در سازه های بتن آرمه

در طراحی لرزه ای سازه ها، مبحث نهم اشاره ای به اعمال زلزله تشدید یافته نکرده است. اما در ویرایش های 2011 و 2014 آیین نامه آمریکا کنترل زلزله تشدید یافته تعریف شده است. به گونه ای که حداکثر مقدار برش در ستون ها ، با ترکیب بارهایی که در آنها اثر زلزله با Ω0 تشدید شده است کنترل می شود.

در جهت محافظه کاری بیشتر اگر بر مبنای آیین نامه آمریکا عمل کنیم باید ضریب اضافه مقاومت در نرم افزار معرفی شود. با تعریف ضریب اضافه مقاومت در نرم افزار، زلزله تشدید یافته به صورت خودکار کنترل خواهد شد. نحوه کار را در قالب تصاویر زیر مشاهده می نمایید:

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های بتن آرمه

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های بتن آرمه

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

مقدار ضریب اضافه مقاومت(Ω0) را بر اساس جدول 3-4 استاندارد 2800 تعیین می نماییم. در مثال فوق چون سیستم باربر جانبی قاب خمشی بتن آرمه بود این ضریب برابر با 3 می باشد.

پرسش. با توجه به اینکه مبحث نهم اشاره ای به زلزله تشدید یافته در سازه های بتن آرمه نداشته است آیا این مساله باعث ایجاد ضعف در طراحی خواهد شد؟

در پاسخ به این سوال باید گفت : علم مهندسی سازه بیشتر از آن که آیین نامه محور باشد باید با قضاوت مهندسی همراه گردد.

با توجه به آیین نامه آمریکا در سازه های بتن آرمه، Ω0 در محاسبه آرماتورهای برشی ستون ها کاربرد دارد و می دانیم که آرماتورهای برشی ستون ها به دو شکل تنگ های بسته و دورپیچ اجرا می شوند.

هنگامی که از تنگ های بسته به عنوان آرماتورهای برشی استفاده می کنیم؛ باید گوشه بودن آرماتورهای طولی تامین شود. بنابراین معمولاً بیشتر از نیاز برشی ستون ها آرماتور عرضی قرار می گیرد. به تصویر زیر توجه نمایید:

کنترل گوشه بودن آرماتورهای طولی ستون بتنی

کنترل گوشه بودن آرماتورهای طولی ستون بتنی

برای آشنایی بیشتر با ضوابط مبحث نهم در خصوص کنترل گوشه بودن آرماتورهای طولی ستون می توانید مقاله و ویدئوی رایگان ” نحوه طراحی خاموت ستون را بیاموزیم!” از سری آموزش های سبزسازه ببینید.

همچنین برای رسیدن به شرایط دورپیچ ، مشابه تنگ بسته، ضوابط سخت گیرانه ای وجود دارد؛ که برای اطلاعات بیشتر می توانید آموزش مفهومی “پشت پرده ی طراحی سازه های بتنی – بخش دوم ستون ها ” را ببینید.

لذا در کل می توان اینطور قضاوت کرد که، عدم اعمال Ω0 مطابق نظر مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، اهمیت چندانی نخواهد داشت.

حال پس از درک نحوه ی اعمال ضریب اضافه مقاومت در طراحی سازه های بتنی، نوبت به یادگیری چگونگی اعمال زلزله تشدید یافته در سازه های فولادی می رسد…

  1. اعمال زلزله تشدید یافته در سازه های فولادی

در سازه های فولادی یکی از مدهای خرابی بسیار خطرناک، کمانش ستون هاست. در این سازه ها مقاومت محوری ستون ها باید تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای کنترل شوند. علت این کنترل مضاعف جلوگیری از رخداد کمانش می باشد.

بر خلاف سازه های بتن آرمه کنترل زلزله تشدید یافته در سازه های فولادی، هم در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان و هم درآیین نامه  AISC مطرح شده است. بند زیر از مبحث دهم به اعمال اثر زلزله تشدید یافته اشاره می کند:

اعمال اثر زلزله تشدید یافته طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان

در سازه های فولادی نیز، مشابه سازه های بتنی، با اعمال صحیح ضریب اضافه مقاومت، نرم افزار به صورت خودکار اثر آن را در طراحی سازه منظور می کند. ضریب اضافه مقاومت در جدول فوق و نیز جدول 3-4 استاندارد 2800 قابل مشاهده است.

نحوه اعمال ضریب Ω0 را در قالب تصاویر زیر مشاهده می کنید؛ روند کار کاملاً مشابه با سازه های بتن آرمه می باشد.

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

همانطور که مشاهده شد، روند کلی اعمال ضریب اضافه مقاومت در سازه های فولادی و بتنی بسیار ساده است.

اما در ادامه ی بحث، توجه شما را به دو نکته ی مهم و یک پرسش اساسی جلب می کنیم:

نکته1. اگر سازه ما از نوع فولادی با سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی باشد. نیروهای محوری فشاری زیادی در ستون های اطراف مهاربندها به وجود خواهد آمد. به همین دلیل ضریب اضافه مقاومت در طراحی ستون های مجاور مهاربند بسیار تاثیر گذار خواهد بود. پس در جانمایی مهاربندها در پلان حتماً به این موضوع توجه داشته باشیم تا ستون های ما غیر اقتصادی نشوند.

نکته2. در سازه های فولادی بسیار معمول است که در یک جهت پلان سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی و جهت دیگر قاب خمشی باشد. دلیل این کار مزاحمتی است که مهاربندها برای معماری پروژه ایجاد می کنند. توضیحات تکمیلی تر در این خصوص و راهکارهای مناسب را می توانید در مقاله” بررسی الزامات طراحی مهاربند­های همگرای ویژه فولادی ” مطالعه نمایید.

ضریب اضافه مقاومت متفاوت در دو جهت سازه

ضریب اضافه مقاومت متفاوت در دو جهت سازه

مطابق تصویر بالا، ستون های متصل به مهاربند در یک جهت با Ω0=2 و در جهت دیگر با Ω0=3 کنترل خواهند شد. این در حالیست که نرم افزار برای کل سازه تنها یک ضریب اضافه مقاومت در نظر می گیرد.

پرسش بسیار مهم. در مواردی که در یک جهت پلان سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی و جهت دیگر قاب خمشی باشد، نحوه اعمال Ω0 در نرم افزار به چه صورت خواهد بود؟

برخی از مهندسین در جهت محافظه کاری بیشتر و ساده شدن کار، Ω0=3 را به نرم افزار معرفی می کنند. با این عمل در واقع زلزله در هر دو جهت با ضریب بزرگتری تشدید می شود. اما طراحانی که سعی بر اقتصادی شدن طرح خود دارند، از روش دیگری استفاده می کنند که در ادامه آن را توضیح می دهیم:

کنترل زلزله تشدید یافته در سازه های با دو سیستم باربر جانبی متفاوت

برای درک بهتر این قسمت، مطالب را درقالب یک مثالِ جامع و بصورت گام به گام آورده ایم:

مثال. کنترل دقیق Ω0 در ستون هایی که در یک جهت جزئی از قاب خمشی و در جهت دیگر جزئی از سیستم مهاربندی هستند.

گام1. از فایل اصلی نرم افزار یک Save as تحت عنوان Omega تهیه می کنیم.

گام2. در فایل جدید از منوهای زیر مقادیر Ω0 را برابر یک قرار می دهیم.

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

امگا=1

امگا=1

انتخاب المان ها و ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

انتخاب المان ها و ویرایش آیین نامه طراحی سازه های فولادی

امگا=1

امگا=1

 

گام3. در قسمت load case نیروهای زلزله را بسته به جهتشان 2 یا 3 برابر می کنیم. در سازه مثال ما چون جهت X قاب خمشی و جهت Y مهاربندی است تغییرات به صورت زیر خواهد بود.

تغییرات در قسمت load case

تغییرات در قسمت load case

اعمال ضریب اضافه مقاومت در قسمت load case

اعمال ضریب اضافه مقاومت در قسمت load case

در تصویر بالا توجه داشته باشید که زلزله 30 درصد متعامد در جهت Y با ضریب  Ω0=2 تشدید می شود. زیرا در جهت Y سیستم مهاربندی داریم. ولی در جهت X به دلیل وجود قاب خمشی ضریب تشدید برابر 3 خواهد بود. به همین ترتیب تمامی بارهای لرزه ای به صورت دستی تشدید خواهد شد.

گام4. تمامی ستون های سازه را انتخاب می کنیم و در قسمت View/Revise Overwrites موارد مشخص شده را تغییر می دهیم.

افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون ها به یک عدد بسیار بسیار بزرگ

افزایش مقاومت خمشی و برشی ستون ها به یک عدد بسیار بسیار بزرگ

با این کار، نرم افزار مقاومت خمشی و برشی ستون ها را بسیار بسیار بزرگ در نظر می گیرد. در نتیجه عملاً مقاومت محوری ستون ها تحت زلزله های تشدید یافته کنترل می شود.

گام5. سازه موجود را آنالیز و طراحی می کنیم. بایستی تمامی ستون ها جوابگوی نیروهای وارده باشند. به عبارت دیگر در ستون ها ratio<1.00 باشد. در غیر اینصورت باید مقاومت محوری ستون ها افزایش یابد.

نتیجه گیری :

  1. در بحث طراحی سازه ها، با دو نوع ترکیب بار مواجه هستیم. یک سری از ترکیب بارها عادی هستند. این ها همان ترکیب بارهایی می باشد که در طراحی تمامی اعضا و بخش های سازه باید کنترل شوند. دسته دوم ترکیب بارهای ویژه لرزه ای هستند.
  2. با یک تعریف ساده می توان گفت که زلزله تشدید یافته همان زلزله عادی است که با یک ضریب بزرگنمایی، تشدید شده است. این ضریب را با Ω0 نشان می دهیم.
  3. در سازه های فولادی مقاومت محوری ستون ها باید تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای کنترل شوند. علت این کنترل مضاعف این است که ستون های فلزی تحت اثر فشار خالص شکل پذیری کمتری داشته و ضربه زلزله وارد بر آنها بیشتر خواهد بود.
  4. در طراحی لرزه ای سازه ها، مبحث نهم اشاره ای به اعمال زلزله تشدید یافته نکرده است. اما در ویرایش های 2011 و 2014 آیین نامه آمریکا کنترل زلزله تشدید یافته تعریف شده است. به گونه ای که حداکثر مقدار برش در ستون ها با ترکیب بارهایی که در آن ها اثر زلزله با Ω0 تشدید شده است کنترل می شود.
  5. در کنترل سازه تحت ترکیب بارهای ویژه لرزه ای لازم نیست که مولفه قائم زلزله در ضریب اضافه مقاومت ضرب شود.
  6. در سازه های با دو سیستم باربر جانبی در دو جهت متفاوت، ستون های متصل به مهاربند در یک جهت با Ω0=3 و در جهت دیگر با Ω0=2 کنترل خواهند شد. این در حالیست که نرم افزار برای کل سازه تنها یک ضریب اضافه مقاومت در نظر می گیرد. لذا بایست از روش های مناسبی برای اعمال ضریب اضافه مقاومت در چنین سازه هایی استفاده شود.

در نهایت، شما با مطالعه این مقاله با یکی از مباحث چالش برانگیز محاسبات آشنا خواهید شد. نحوه کنترل سازه های مختلف تحت زلزله تشدید یافته و ترکیب بارهای ویژه لرزه ای از مواردیست که در این مقاله به آن پرداخته شده است.

منابع

  1.  AISC Specification for Structural Steel Buildings (360-16)
  2. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-14)
  3. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4.
  4. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1392.
  5. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش 1392.
  6. جزوه راهنمای طراحی ساختمان ­های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین ­زاده ­اصل­.

ضریب بزرگنمایی تغییرمکان (Cd)

ضریب بزرگنمایی تغییرمکان چیست؟

اجزای جابجاییکنترل در سازه،­ عموماً تحت نیروی زلزله رفتار غیرخطی از خود نشان داده و به افزایش شکل­ پذیری و استهلاک انرژی موثرتری منجر می­ شوند. همین رفتار غیرخطی می­ تواند عاملی برای افزایش تغییرمکان جانبی سازه باشد. از سوی دیگر محاسبات نرم افزاری و دستی عموماً به صورت خطی در روش­ های تحلیل استاتیکی ، تحلیل طیفی و تاریخچه زمانی صورت می ­گیرد. حال سوالی که مطرح می ­شود این است که این فاصله­ ی قابل ملاحظه­ ی بین رفتار واقعی (غیرخطی) سازه و رفتار خطی مدل چگونه در محاسبات دیده شده است؟ به عنوان مثال تغییرمکان جانبی­ سازه به هنگام زلزله، که از اهمیت زیادی برای تامین ایمنی سازه برخوردار است، چگونه کنترل شود؟ آیا لازم است مجدداً با صرف وقت و هزینه زیاد به تحلیل غیرخطی مدل پرداخته و مقدار واقعی تغییرمکان را محاسبه کنیم؟

اعمال ضریب بزرگنمایی تغییرمکان برای تبدیل تغییرمکان خطی به غیرخطی

اعمال ضریب بزرگنمایی تغییرمکان برای تبدیل تغییرمکان خطی به غیرخطی

در جواب باید گفت: همانطور که پیش ­تر نیز، در مقالات ضریب نامعینی سازه (ρ) و ضریب اضافه مقاومت (Ω0)  اشاره شد، رویکرد آیین­ نامه­ های طراحی لرزه­ ای ساده­ سازی محاسبات و کاهش ­زمان و هزینه ­در پروسه­ ی طراحی است. از این رو انجام تحلیل­ های غیرخطی ساختمان­ های متداول مانند تحلیل پوش آور ، که پیچیدگی و هزینه نسبتاً زیادی را تحمیل می ­کنند، کمی غیرمعقولانه است.

در این موارد آیین ­نامه ­ها با پیشنهاد ضرایبی درصدد نزدیک­تر کردن رفتار واقعی سازه به رفتار مدل (در حالت خطی)، برمی­ آیند. استاندارد 2800 تلاش نموده­ است با اعمال یک ضریب افزایشی، تغییرمکان خطی سازه تحت زلزله را به تغییرمکان غیر خطی آن نزدیک کند. این ضریب که به نام «ضریب بزرگنمایی تغییرمکان (Cd شناخته می­ شود، در واقع تبدیل کننده­ ی تغییر­مکان خطی به غیرخطی بدون انجام تحلیل­ های غیرخطی می ­باشد.

مقدار این ضریب براساس نوع سیستم سازه ­ای برای هر راستا طبق ستون سوم جدول 3-4 صفحه­ ی 34 استاندارد 2800 انتخاب می­ گردد.

ضریب بزرگنمایی تغییرمکان (Cd) در استاندارد 2800

جدول ضریب رفتار (Ru)

نحوه اعمال ضریب­ بزرگنمایی تغییرمکان (Cd) در محاسبات طبق بند آیین­ نامه­ ای

استاندارد 2800 در بند 3-5-1 خود نحوه محاسبه تغییرمکان جانبی نسبی طبقات را به شرح زیر عنوان می­ کند:

تغییر مکان جانبی نسبی واقعی طبقه در استاندارد 2800

به عنوان مثال اگر سیستم قاب ساده ساختمانی همراه با مهاربند واگرا ویژه فولادی (Cd=4) به عنوان سیستم سازه­ ای در یک راستا انتخاب شده باشد و تغییرمکان خطی طبقه­ ای از خروجی نرم افزار ایتبس تحت زلزله طرح برابر 1.3 سانتی­ متر محاسبه شده باشد؛ مقدار تغییرمکان واقعی (غیر خطی) آن برابر با 5.2 = 1.3*4 سانتی متر خواهد شد.

اعمال ضریب بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) در نرم ­افزار ETABS

برای اعمال ضریب بزرگنمایی تغییر مکان ، بعد از مشخص شدن مقدار آن­ طبق بندهای آیین­ نامه­ ای مربوط (که پیش ­تر در همین یادداشت به آن­ پرداخته­ ایم)، از مسیر زیر در نرم­ افزار ETABS برای وارد کردن آن­ اقدام می­ کنیم:

ویرایش آیین نامه در ETABS

ویرایش آیین نامه در ETABS

 

بعد از انتخاب گزینه View/Revise Preferences… پنجره ­ای مطابق شکل زیر ظاهر خواهد شد که بندهای شماره 6، 9 و 10 به ترتیب مربوط به ضرایب نامعینی(ρ)، اضافه مقاومت (Ω0) و بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) می­ باشد که با انتخاب هر گزینه می­ توان مقدار پیش فرض نرم افزار را بر حسب نیاز تغییر داد.

تغییر ضریب بزرگنمایی تغییرمکان در آیین نامه

تغییر ضریب بزرگنمایی تغییرمکان در آیین نامه

نکته قابل توجه در پنجره ظاهر شده این است که وارد کردن ضریب بزرگنمایی تغییرمکان(Cd) در این پنجره صرفاً برای طراحی مهاربندهای واگرا (EBF) تاثیرگذار خواهد بود و برای طراحی المان­ های سایر سیستم­ های سازه ­ای مانند مهاربند همگرا، تاثیری نخواهد داشت.

نتیجه گیری:

  • بر خلاف دو ضریب ρ و Ω0 که برای جریمه و افزایش حاشیه ایمنی طراحی سازه بودند، ضریب بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) برای تبدیل مقدار تغییرمکان خطی (مدل) به تغییرمکان غیرخطی(واقعی) سازه بدون انجام تحلیل­ های غیرخطی سنگین بر روی مدل است.

 

ضریب اضافه مقاومت (Ω0)

ضریب اضافه مقاومت چیست؟

تحقیقات در مورد ضریب اضافه مقاومت ، به آسیب ندیدن برخی ساختمان ها تحت زلزله برمی گردد؛ مشاهده­ ی ساختمان­ هایی که در زلزله­ های گذشته دچار آسیب بسیار جزئی شده بودند، این سوال را در ذهن محققین ایجاد کرد که چه عامل کمکی­ ای وجود داشته که آن ­ها دچار خرابی و آسیب کامل نشده اند. عطش یافتن پاسخ این سوال زمانی شعله­ ور شد که پژوهشگران متوجه شدند برخی از زلزله­ های گذشته از زلزله ­ای که سازه برای آن طراحی شده بود، بزرگتر بوده اند!

محققین در پی یافتن عامل کمک­ کننده به افزایش مقاومت جانبی سازه متوجه شدند، رویکرد آیین­ نامه­ ها در ساده­ سازی محاسبات و ارائه­ ی فرضیاتی درجهت اطیمنان و سهولت محاسبات ساختمان از یک طرف، و از طرف دیگر ضوابطی که ترسیم نقشه ­های سازه­ ای برای کاهش هزینه­ های کارگاهی و جلوگیری از اشتباهات اکیپ اجرایی در نظر گرفته می ­شود، سبب شده ­اند که مقاومت اعضای اجرا شده بیشتر از مقاومت در نظر گرفته شده برای آن­ها در روند طراحی باشد.

ضریب اضافه مقاومت

ضریب اضافه مقاومت

بعبارت دیگر، سازه ­ی واقعی با قرارگرفتن تحت نیروی زلزله، ظرفیت بیشتری را در مقایسه با ظرفیت در نظر گرفته شده در طراحی(Vs) از خود نشان داده است. این موضوع همان مفهوم اضافه­ مقاومت سازه در هنگام زلزله بود.

عوامل ایجاد اضافه مقاومت :

تعدادی از عواملی که پژوهشگران به صورت قطعی و احتمالی در اضافه مقاومت سازه تاثیرگذارند می­ دانند، عبارتند از:

  1. مقاومت اسمی فولاد مصرفی در ساختمان (چه به صورت میلگرد و چه به صورت پروفیل­) که در محاسبات و نرم افزار ایتبس وارد می­ شود، معمولاً کمتر از مقدار مقاومت واقعی آن­ هاست.
  2. وارد شدن اجزای سازه، به ناحیه غیر خطی در زلزله و امکان رسیدن به ناحیه ی سختی کرنش؛ می تواند سبب ایجاد اضافه مقاومت در سازه گردد.
  3. مهندسین طراح در ترسیم نقشه­ های سازه­ ای برای سهولت اجرایی و کاهش اشتباهات کارگاهی، اقدام به تیپ­ بندی اجزای سازه (تیر و ستون و…) می­ کنند که این اقدام به اضافه مقاومت ناخواسته ­ای که بیشتر از نیاز طراحی است، منجر می­ شود.
  4. در طراحی ­های روتین، اجزای غیرسازه ­ای نظیر دیوارهای پیرامونی (میانقاب­)، دیوارهای جداکننده (پارتیشن)، آسانسور، راه پله و… معمولاً در طراحی دیده نمی ­شود در حالی که این اجزای غیرسازه ­ای در برخی مواقع سختی قابل ملاحظه­ ای داشته و مقاومت جانبی سازه را تا حدی افزایش می­ دهد.
  5. تاثیر عناصر سازه ­ای در مقاومت جانبی سازه لحاظ نمی­ شوند؛ به عنوان مثال کمک دال بتن آرمه سقف­ ها و افزایش مقاومت ستون­ ها در حالت دورپیچ به افزایش ظرفیت سازه در زلزله و تاثیر کاهش مقاومت اعضا در اثر ترک خوردگی که منجر به کاهش ظرفیت باربری سازه می­ گردد.
  6. فرضیات ساده ­کننده ­ی آیین­ نامه­ ها گاهاً با واقعیت اجرایی پروژه ­ها مقداری فاصله دارد و معمولاً در جهت تامین حاشیه امن مورد نظر آیین­ نامه ­ها هستند. برای مثال اتصال مهاربندها به ورق گاست که به صورت مفصلی مدلسازی می­ شود، در واقعیت به علت نوع و ماهیت اتصالات آن مقداری گیرداری وجود خواهد داشت.

در نهایت باید به این نکته توجه داشت که هر اندازه سازه اضافه مقاومت بیشتری تحت بار زلزله داشته باشد، می­ توان ضریب رفتار بزرگتری را برای آن در نظر گرفت که منجر به کاهش نیروی زلزله ­ی طراحی می­ شود. در واقع با وجود این اضافه مقاومت­ ها می­ توان از عملکرد بهتر سازه تحت زلزله اطمینان بیشتری حاصل کرد.

کاربرد اضافه مقاومت در طراحی

آیین­ نامه ­های جدید لرزه ­ای برای طراحی اعضای خاص و حساس (که بعداً اشاره خواهد شد) از تاثیر اضافه­ مقاومت در افزایش ضریب رفتار صرف­ نظر کرده و رویکرد محافظه­ کارانه ­ای را در پیش­ می ­گیرند. تا به نوعی ضعف های موجود در عدم شناخت رفتار واقعی این المان ها جبران شده، و از ایمنی و عملکردشان اطمینانِ خاطر پیدا کنند.

این آیین ­نامه­ ها سعی در طراحی المان ­های خاص، تحت زلزله­ ای قوی ­تر، نسبت به زلزله ­ی طرح دارند؛ زلزله­ ی قوی ­تر که به عنوان «زلزله­ ی تشدیدیافته» معرفی می­ شود، با کاهش ضریب رفتار سازه و افزایش نیروی زلزله ­ی وارده، بحرانی ­ترین حالت ممکن را برای طراحی این المان­ ها در نظر می ­گیرند تا رفتار مناسب آن­ ها در حین زلزله مشاهده شود؛ به گونه ای که مثلا، ایجاد مفاصل پلاستیک در ستون های باربر جانبی، در مراحلِ آخر فروپاشی سازه و بعد از ایجاد مفصل درتمام تیرهای قاب خمشی رخ دهد.

کنترل ضابطه ی تیر ضعیف-ستون قوی نیز، به نوعی در همین راستا و بمنظور به تعویق انداختن ایجاد مفاصل، در ستون هاست.

نحوه اعمال ضریب اضافه مقاومت در آیین­ نامه

ویرایش چهارم استاندارد 2800 نیز برای لحاظ­ کردن این موضوع، با ضرب ضریب اضافه­ مقاومت (Ω0) در نیروی زلزله­ های افقی که از تحلیل خطی (استاتیکی یا دینامیکی) بدست می آیند، تشدیدنیرو در  آن­ها را لحاظ می­ کند.

توجه شود که زلزله­ ی وارده به سازه شامل زلزله­ ی افقی (Eh) و زلزله­ ی قائم (Ev) است که ضریب تشدید زلزله صرفاً به زلزله­ ی­ افقی اعمال می ­شود ( Eh *Ω0).

مقدار ضریب اضافه­ مقاومت (Ω0) براساس نوع سیستم سازه ­ای برای هر راستا طبق ستون سوم جدول 3-4 صفحه­ ی 34 استاندارد 2800 انتخاب می ­گردد.

مقدار ضریب اضافه­ مقاومت (Ω0) براساس نوع سیستم سازه ­ای

جدول ضریب رفتار در استاندارد 2800

پرسش- المان­ های خاصی که نیاز به طراحی براساس زلزله تشدید یافته دارند، کدامند؟

پلانی که دارای نامنظمی خارج از صفحه و یا نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی باشد و دیواربرشی و مهاربند یا ستون تا روی فونداسیون ادامه پیدا نکرده باشد؛ ستون­ ها، تیرها، کف­ هایی که انتقال بار جانبی را بر عهده می گیرند، «اعضای خاص» تلقی می­ گردند.

این اجزا بایستی برای زلزله تشدید یافته (اعمال ضریب اضافه­ مقاومت ) طراحی شوند تا از عملکرد مناسب آن­ ها در حین زلزله اطمینان­ خاطر داشته باشیم.

نامنظمی خارج از صفحه و نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی

نامنظمی خارج از صفحه و نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی

علاوه بر اعضای خاص، طبق آیین­ نامه بارگذاری لرزه­ ای 2800 و مبحث نهم و دهم مقررات ملی ساختمان، موارد زیر نیز، باید برای زلزله­ ی تشدید­یافته طراحی گردند:

  1. ستون­ هایی که بارجانبی زلزله را تحمل می­ کنند(نظیر ستون­ های قاب خمشی و …).
  2. کف­ ستون­ ها (Base Plate)، وصله ستون­ ها و وصله ­ی تیرها در اسکلت فولادی
  3. ستون­ هایی که در محل قطعِ ارتفاعی مهاربند یا دیوار برشی قرار دارند.
  4. المان­ های جمع ­کننده (Collector) در دیافراگم کف

اعمال ضرایب اضافه مقاومت (Ω0) در نرم ­افزار ETABS

برای اعمال این ضریب، بعد از مشخص شدن مقدار آن­ طبق بندهای آیین­ نامه­ ای مربوط (که پیش­ تر در همین یادداشت به آن­ها پرداختیم)، از مسیر زیر در نرم ­افزار ETABS برای وارد کردن آن­ اقدام می­ کنیم:

ویرایش آیین نامه طراحی

ویرایش آیین نامه طراحی

 

بعد انتخاب گزینه View/Revise Preferences… پنجره­ ای مطابق شکل زیر ظاهر خواهد شد که بندهای شماره 6، 9 و 10 به ترتیب مربوط به ضرایب نامعینی(ρ)، اضافه مقاومت (Ω0) و بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) می­ باشد که با انتخاب هر گزینه می­ توان مقدار پیش فرض نرم افزار را بر حسب نیاز تغییر داد.

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

تغییر ضریب اضافه مقاومت پیش فرض نرم افزار

نتیجه گیری:

  1. ضریب اضافه مقاومت (Ω0) و ضریب نامعینی(ρ) در واقع ضرایب افزایشی(جریمه ­ای) آیین­ نامه برای سازه­ هایی هستند که احتمال وقوع رفتار پیش ­بینی نشده در آن­ ها تحت زلزله، زیاد است.
  2. اعمال این ضرایب در محاسبات سبب افزایش نیروی زلزله وارده و کاهش ضریب رفتار سازه شده و سعی در قوی­ تر، طراحی کردن اجزا سازه دارد به نحوی که احتمال انهدام ناخواسته و پیش ­بینی نشده­ ی المان­ های آن به حداقل برسد.
  3. مهندسین طراح با اِشراف بر فلسفه این ضرایب و مواردی که نیاز به اعمال آن­ ها در پروژه دارد، بایستی از ابتدای شروع طراحی تلاش نمایند این ضرایب جریمه ­ای وارد محاسبات نگردد تا از تحمیل هزینه­ های اضافی برای کارفرما جلوگیری کرده و مهرتاییدی بر اقتصادی­ بودن طرح خود بفشارد.

ضریب نامعینی سازه (ρ)

با ورود ویرایش چهارم استاندارد 2800 در حیطه محاسبات سازه، سر و کلّه ­ی ضرایبی مانند ضریب اضافه مقاومت (Ω0)، ضریب بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) و ضریب نامعینی (ρ) در آیین­ نامه­ ی لرزه ­ای پیدا شد.

این ضرایب که برای جبران برخی کمبودها و نزدیک ­تر کردن مدلسازی به واقعیت اجرایی سازه معرفی شده بودند، به دلیل اینکه فلسفه­ ی ورود یکباره آن­ ها برای اغلب مهندسین مبهم بود؛ بعنوان ضرایبی پنداشته شدند که «بهتر است کنترل شوند و الزامی نیستند»!!! ولی در اصل، استاندارد 2800 برای سازه­ هایی که شرایط خاص (از جمله برخی از انواع نامنظمی در پلان و ارتفاع و …) را داشته و رفتار آن ­ها در زلزله نسبتاً غیر قابل پیش­ بینی­ است؛ این ضرایب را به عنوان جریمه ­­ای برای افزایش ایمنی و اطمینان از عملکرد آن­ ها در حین زلزله درنظر گرفته است.

سوال: چرا مهندسین به اعمال این ضرایب مهم، رغبت نشان نداده و به نوعی از آن طفره می­ رفتند؟ و یا چرا با وجود قید این ضرایب در چک­ لیست­ کنترل سازه، گاهاً کنترلِرهای نظام مهندسی هم از کنترل آن­ها سرباز می زدند یا از عدم کنترل آن توسط مهندس طراح چشم پوشی می­ کردند؟

در پاسخ شاید بتوان این­گونه عنوان کرد که ویرایش چهارم در توضیح استراتژی ورود و نحوه کنترل­ و اعمال این ضرایب کمی کلّی ­گویی کرده است و گاهاً ابهاماتی را در بین مهندسین و اساتید صاحب نظر ایجاد کرده است. بنابراین معرفی این ضرایب بدون هیچ گونه اشاره ­ای به چرایی و فلسفه آن­ ها، موجب ابهام در تفسیر و تعلّل در اعمال و کنترل آن­ ها توسط مهندسین گردید.

از طرفی برخی مهندسین با اعمال این ضرایب اضافه مقاومت (Ω0) و نامعینی(ρ) در سازه، متوجه شدند که مقدار مصالح مصرفی پروژه نسبت به حالت بدون اعمال این ضرایب، دچار افزایش شد. این افزایشِ مصالح مصرفی در پروژه که معادل افزایش هزینه برای کارفرما بود، به مذاق کارفرمایان خوش نمی­ آمد! و بالطبع مهندسین را به چشم ­پوشی از این ضرایب ترغیب کرد!

در این یادداشت ضمن توضیح علت و فلسفه­ ی ورود ضریب نامعینی (ρ)، به تشریح بندهای آیین­ نامه­ ای آن پرداخته می­ شود. مثال­ هایی برای درک بهتر بندهای آیین ­نامه آورده شده و در نهایت با نحوه اعمال این ضریب در نرم ­افزار Etabs آشنا خواهیم شد.

در مورد علت و مفهوم ضرایب اضافه مقاومت (Ω0) و ضریب بزرگنمایی تغییر مکان (Cd) نیز، در مقالات جداگانه ای پرداخته خواهد شد.

درجه نامعینی چیست؟

از درس تحلیل سازه ­ها به خاطر داریم که درجه نامعینی در یک سازه برابر با تعداد قیدهایی از سازه است که وظیفه تحمل نیروهای وارده را بر عهده دارد. در واقع به تعداد قیدهای اضافه­ ای که علاوه بر 3 قید تکیه­ گاهی­ اصلی در سازه وجود دارد، به عنوان درجه نامعینی اطلاق می­ شود.

به عنوان مثال با در نظر گرفتن یک تیر طرّه در سه حالت الف، ب و پ می­ توان گفت که تیر الف دارای صفر درجه نامعینی، تیر ب دارای یک درجه نامعینی و تیر پ دارای سه درجه نامعینی است که به ترتیب با تشکیل یک، دو و سه مفصل پلاستیک به حالت ناپایدار در آمده و دیگر باربری نخواهند داشت.

افزایش ضریب نامعینی تیر طره با افزایش تکیه گاه ها

ضریب نامعینی

یادآوری مفصل پلاستیک :

هنگامی که مقدار لنگرخمشی ناشی از بارگذاری به حداکثر ظرفیت خمشی عضو برسد، نقاطی از عضو دیگر تحمل لنگر خمشی اضافه را ندارد و این تبدیل به مفصل­ مجازی (خیالی) شده و هیچ گونه لنگری را برنمی­ تابد. این نقاط همان مفاصل پلاستیک عضو هستند.

هر چه درجه نامعینی سازه بیشتر باشد، مفاصل پلاستیک بیشتری تا انهدام کامل سازه تشکیل شده و استهلاک بیشتری از انرژی را رقم می­ زنند. برای اطلاعات بیشتر می توانید ویدئوی رایگان مفصل پلاستیک را ببینید.

ایجاد مفصل پلاستیک

ایجاد مفصل پلاستیک

 

درجه نامعینی زیاد یا کم ؟

هر چه تعداد درجات نامعینی سازه بالاتر باشد، لازم­ است مکانیزم­ (مفاصل پلاستیک) های بیشتری تشکیل شود تا سازه ناپایدار گردد؛ در واقع بالا بودن درجه نامعینی یک سازه به منزله­ ی اطمینان از عملکرد مناسب آن در برابر بارجانبی زلزله است به نحوی که با از بین رفتن (انهدام یا گسیختگی) یک یا چند المان باربر جانبی (نظیر تیر و ستون در سیستم قاب خمشی، مهاربند ها و دیوارهای برشی در سیستم قاب ساده) در زلزله، لطمه­ ی چندانی به عملکرد لرزه ­ای سازه وارد نمی­ شود.

همین طور افزایش تعداد درجات نامعینی همراه با افزایش ضریب رفتار سازه (Ru) که منجر به افزایش شکل ­پذیری و استهلاک انرژی زلزله می­ شود.

موارد ذکر شده اهمیت وجود نامعینی کافی و علت اعمال جریمه و ضوابط سخت­ گیرانه استاندارد 2800 را برای سازه­ های فاقد نامعینی کافی را بهتر روشن می­ کند.

همه تخم­ مرغ­ ها را در یک سبد قرار نده!

طراحان حرفه­ ای که به عملکرد لرزه ­ای سیستم ­های باربرجانبی و چگونگی توزیع نیرو در المان ­ها واقف­ اند، معمولاً در صورت امکان (و نبود محدودیت معماری) به جای اینکه از یک دهانه­ ی مهاربندی با مقطع سنگین­ (مثلاً 2UNP20) استفاده کنند، ترجیح می­ دهند دو دهانه­ ی مجاور هم را مهاربندی کرده و نتیجتاً مقاطع سبک ­تری (مثلاً 2UNP12) را انتخاب کنند.

استفاده از دو دهانه مهاربندی برای افزایش ضریب نامعینی سازه

استفاده از دو دهانه مهاربندی برای افزایش ضریب نامعینی سازه

به نظرشما علت این کار چیست؟

 در جواب باید گفت که با افزایش تعداد دهانه­ های مهاربندی شده، درجه نامعینی سازه افزایش یافته و با خرابی مهاربندهای یک دهانه، سازه باربری جانبی خود را از دست نمی­ دهد؛ زیرا مهاربندهای دهانه­ ی دیگر این وظیفه را بر عهده می­ گیرد (که بیانگر ضرب­ المثل «همه تخم­ مرغ­ ها را در یک سبد قرار نده» است) و عملکرد مطلوب و مطمئن ­تری را می ­توان از آن انتظار داشت.

(البته دلیل دیگر آن کاهش نیروی محوری نامتعادل در ستون ِمشترک در دو دهانه­ ی مجاور می باشد که منجر به سبک­ تر شدن مقطع ستون و کاهش آپلیفت (برکَنِش) در فونداسیون می شود.)

تشریح بند های آیین­ نامه­ ای در مورد درجه نامعینی :

در ادامه، قصد داریم به تشریح کامل بندهای مربوطه در استاندارد 2800 ، در مورد ضریب نامعینی ، در قالب مثال های متنوع بپردازیم.

بند 3-3-2-1 آیین نامه 2800 ؛ افزایش در بار جانبی طراحی :

بند آیین­ نامه­ ای در مورد ضریب نامعینی

بند 3-3-2-1 استاندارد 2800 مشخص کرده است که اعمال ضریب نامعینی (ρ) در سازه باعث افزایش نیروی زلزله وارده به آن می­ شود که به­ طبع آن، المان ­های باربر جانبی (نظیر تیر و ستون در سیستم قاب خمشی، مهاربند ها و دیوارهای برشی در سیستم قاب ساده) برای نیروی زلزله ی بزرگ تری از نیروی زلزله­ ی طرح ، طراحی می­ شود تا عملکرد غیرقابل پیش ­بینی این قبیل سازه­ ها، کنترل­ شده ­تر باشد.

از جمله دوم بند 3-3-2-1 می ­توان استنباط نمود در صورت عدم کفایت درجه نامعینی سازه، این ضریب افزایشی (ρ) بایستی در برش پایه­ ی زلزله ضرب گردد تا با افزایش 20 درصدی برش پایه، سازه­ ی قو­ی­ تری نسبت به حالتی که سازه معینی کافی دارد، طراحی ­شود. قوی­ تر شدن این اعضا، این اطمینان خاطر را ایجاد می­ کند که انهدام زودرس این المان ­ها در حین زلزله که منجر به گسیختگی و انهدام کل سازه می­ گردد، جلوگیری به عمل آمده است.

در صورتی که نیاز به اعمال ضریب نامعینی باشد، می­ توان آن را به صورت زیر در ترکیبات بارگذاری دخالت داد:

ترکیبات بارگذاری ضریب نامعینی

بند 3-3-2-2 آیین نامه 2800 ؛ کفایت نامعینی سازه :

کفایت ضریب نامعینی طبق استاندارد 2800

این بند، شرایط و ویژگی­ های ساختمان ­هایی را مشخص می ­کند که از درجه نامعینی کافی برخوردار بوده و نیازی به اعمال جریمه در ترکیبات بارگذاری برای آن ­ها نیست.

در ادامه هر یک از بندهای الف و ب را بیشتر تشریح کرده و موارد مبهم آن­ها را با ارائه مثال واضح ­تر بیان خواهیم کرد.

بند الف- کفایت نامعینی در ساختمان های منظم در پلان :

الف-1- لازم است دقت شود که «برش طبقات» با «نیروی برشی زلزله» متفاوت می باشد.

نیروی برشی زلزله با افزایش ارتفاع نسبت به تراز پایه افزایش یافته و در بالاترین طبقه به حداکثر خود می­ رسد (مطابق دیاگرام ب در شکل زیر)؛ درحالی­که برش طبقات برعکس این روند را داشته و مقدار آن در روی تراز پایه به حداکثر خود (که همان برش پایه است) می­ رسد؛ زیرا که برش یک طبقه برابر با نیروی جانبی وارده بر آن طبقه بعلاوه­ ی نیروهای جانبی وارد بر طبقات بالای آن طبقه است (مطابق دیاگرام پ در شکل زیر).

تفاوت برش طبقات و نیروی برشی زلزله

تفاوت برش طبقات و نیروی برشی زلزله

الف-2- منظور از سیستم مقاوم جانبی چیست؟

الف-2-1-در سیستم قاب خمشی، تیرهایی که بین دو ستون با اتصال گیردار(صلب) متصل هستند، به عنوان سیستم باربر جانبی در نظر گرفته می­ شوند. از همین تعریف می­ توان استنباط کرد که تیرهای کنسول (هرچند با اتصال ­گیردار به یک ستون)، جزء سیستم باربرجانبی در سیستم قاب خمشی نمی­ باشند(چرا؟).

برای درک این موضوع، مثال زیر را با دقت بررسی کنید:

قاب خمشی بتنی

قاب خمشی بتنی

مثال: در پلان منظم قاب خمشی بتنی بالا، برای راستای x وجود دو تیر روی هر آکس 1 و 2 در طرفین مرکز جرم طبقه، شرط لازم بند الف را تامین کرده و 1=ρx برای این راستا قابل اعمال است. از سوی دیگر در راستای Y در سمت راست مرکز جرم، دو آکس B و C را داریم که هر کدام دو تیر خمشی داشته و شرط بند الف تامین می نمایند ولی برای سمت چپ مرکز جرم که صرفاً یک تیر خمشی در آکس A وجود دارد، این شرط تامین نمی­ گردد( قبلاً گفته شد که تیرهای کنسول جزء سیستم باربر جانبی محسوب نمی­ شوند حتی در صورت اتصال گیردار به ستون!)

صبرکنید! هر چند سازه در راستای Y شرایط بند الف را تامین نکرده است، ولی هنوز شانس کنترل بند ب برای آن وجود دارد. (البته بایستی دقت کرد که حذف تیر آکس A به احتمال زیاد موجب کاهش بیش ­از 33درصد در مقامت جانبی طبقه خواهد شد. با تقریب بسیار زیادی می ­توان گفت راستایY این پلان نامعینی کافی را نداشته و لازم است 1.2= ρy برای این راستا به عنوان جریمه اعمال گردد).

توجه کنید که اگر سازه شرایط بند الف را ارضا نکند و طراح شرایط بند ب را برای آن کنترل نکند، بایستی ضریب 1.2= ρ در محاسبات وارد شود.

جمع بندی مثال بالا؛ اگر سازه نامنظم باشد و یا اینکه تعداد دهانه های باربر کافی نباشد، در این صورت طراح دو راهکار خواهد داشت:

  1. باید مقدار   ρ=1.2  را در هر دو جهت اعمال نمود.
  2. یا از روش ب استفاده کرد (به امید اینکه از این روش مقدار  ρ=1 به­ دست آید.)

نتیجه این مثال: در صورتی یکی ابعاد زمین ساختمان در حدود 6 الی 8 متر(یا کوچکتر) باشد، مهندس طراح باید تلاش کند که در این ضلع حداقل دو تیر دوسر گیردار(معادل 3 ستون) جانمایی کند تا در صورت ارضای شرایط بند الف، از اعمال ضریب جریمه­ ی 1.2= ρ در طراحی جلوگیری نماید. البته این امر بایستی با مشورت مهندس معمار پروژه صورت گیرد تا خللی در معماری و نمای ساختمان وارد نشود.

الف-2-2-در سیستم قاب ساده همراه با مهاربند، دهانه­ های مهاربندی­ شده با بادبند (با هر نوع پیکربندی نظیر ضربدری، هفتی، هشتی، واگرا و …) که وظیفه تامین مقامت لرزه ­ای سازه را بر عهده دارند، به عنوان المان باربرجانبی شناخته می­ شوند.

الف-2-3-در سیستم قاب ساده به همراه دیوار برشی، در صورتی که دیوار به صورت سرتاسری در کل طول دهانه امتداد داشته باشد(دیوار برشی عادی)، از تقسیم طول دیوار بر ارتفاع آن طبقه، تعداد سیستم ­های باربر جانبی آن طبقه حاصل می­ گردد. اگر دیوار برشی به دلایل معماری دارای بازشو باشد (دیوار برشی هم­بسته یا کوپله)، تعداد سیستم­ های باربر جانبی برابر کوچکترین مقداری است که از تقسیم فاصله افقی لبه­ ی دیوار از بَر ستون در طرفین بازشو بر ارتفاع بازشو حاصل می­ شود.

مثال: اگر در قاب ساختمانی مقابل که دو نوع دیوار برشی عادی و هم­بسته دارد، برای تعیین تعداد سیستم ­های باربرجانبی لازم است به صورت زیر اقدام شود:

تعیین تعداد سیستم ­های باربرجانبی در دیوار برشی

تعیین تعداد سیستم ­های باربرجانبی در دیوار برشی

دقت: طبق بندی از آیین ­نامه ASCE7-10 آمریکا، در صورتی­که در دیوارهای­ برشی­ عادی و هم­بسته (کوپله) نسبت طول دیوار به ارتفاع آن در بازه 0.5 تا 1 قرار گیرد، نیازی به کنترل بند ب برای آن ندارد و اگر سازه نامنظمی پیچشی شدید نداشته باشد، بایستی 1= ρ برای آن اعمال گردد.

الف-2-4- در سیستم دوگانه (مختلط)، که اتصالات عناصر مهاربندی(یا دیوار برشی) همراه با قاب خمشی اجرا می­ شوند؛ با توجه ماهیت این سیستم، درجه نامعینی سازه بسیار بالا بوده و معمولاً فرض 1=ρ برای این قبیل سازه ­ها قابل­ قبول است.

 الف-2-5- در سیستم کنسولی، تامین مقاومت جانبی سازه بر عهده ستون­ های آن است؛ زیرا که این سیستم مانند تیر کنسول چرخش یافته­ ای عمل می­ کند که اتصالات تیر به ستون معمولاً به صورت طرّه ­ای و مفصلی اجرا می­ شود، از این رو تیرها در باربری جانبی دخالتی ندارند.

الف-3- مرکز جرم طبقه در نرم افزار ایتبس پس از اختصاص دیافراگم صلب به کف طبقات تعیین می­ گردد. در صورتی که بخواهیم با تحلیل دستی مرکز جرم طبقه را مشخص کنیم، می­ توان با تقریب قابل قبولی مرکز سطح طبقه را به عنوان مرکز جرم انتخاب کرد. در این زمینه مشاهده ی ویدئوی تعیین مرکز جرم و مرکز سختی بصورت چشمی توصیه می شود.

بند ب- کفایت نامعینی در سایر ساختمان ها :

ب-1- منظور از سایر ساختمان­ ها، سازه های نامنظم و نیز سازه های منظمی که شرایط بند الف را ارضا نمی کنند.

ب-2- این بند برای اعمال و در نظر گرفتن 1= ρ برای ساختمان های نامنظم(در پلان یا ارتفاع) وجود هم زمان دو شرط را لازم می­ داند. این شروط عبارت­ اند از:

شرط اول- عدم کاهش مقاومت محسوس، در صورت حذف قسمتی از سیستم باربر جانبی :

با حذف قسمتی از سیستم باربر جانبی در طبقه براساس جدول 3-2 استاندارد 2800، افت مقاومت جانبی آن طبقه کمتر از 1/3 (معادل %33) مقاومت اولیه آن نباشد. در واقع آیین­ نامه بیان­ می­ کند که با حذف بحرانی­ ترین عضو باربر جانبی در یک طبقه، کاهش مقاومت جانبی محسوسی در طبقه رخ ندهد تا المان­ های غیرباربر جانبی، در باربری جانبی ناخواسته قرار نگیرند.

حذف قسمتی از سیستم بار جانبی

در مورد جدول بالا می­ توان اظهار داشت که هر چند حذف دیوار برشی آن را از چرخه ­ی باربری لرزه ­ای خارج می ­کند ولی در واقعیت بعد از گسیختگی دیواربرشی تحت زلزله، وزن این دیوار و مصالح خرد شده بر المان­ های متصل به آن وارد می­ شود که قابل چشم ­پوشی نیست.

پس بهتر است به جای پاک کردن دیوار برشی از مدل ایتبس، ضرایب ترک خوردگی آن را مقدار بسیار کوچکی نظیر 0.01 وارد کنیم تا ضمن حذف آن از چرخه­ ی باربری ، وزن دیوار بر سازه اعمال شود. همین موضوع برای حذف مهاربند نیز (البته با حساسیت کمتر) قابل تامیم است.

با دیدن ستون دوم این جدول، این سوال مطرح می ­شود که : «چگونه مهاربند، دیوار یا تیری را انتخاب کنیم که بیشترین تاثیر را در افت مقاومت جانبی طبقه و حداکثر نامنظمی پیچشی را ایجاد کند؟»

در جواب این سوال باید گفت براساس آیین­ نامه، بایستی حذف المان ­ها و کنترل شرایط برای همه­ ی اعضای سیستم باربرجانبی انجام شود ولی از آنجایی که مهندسین عمران در این مواقع خلّاق ­تر عمل می­ کنند، می­ توان روش زیر را برای انتخاب المان بحرانی در پیش گرفت:

  • تعیین المان­ های موثر در کنترل مقاومت جانبی طبقه :
    در بحث مقاومت جانبی، المانی که بیش ترین انرژی را تحت بار زلزله جذب کرده باشد، موثرترین عضو و بهترین کاندیدا برای حذف است. از طریق خروجی نرم افزار ایتبس می­ توان دیاگرام انرژی المان­ ها را مشاهده و بحرانی ­ترین آن­ها را انتخاب و حذف نمود.
  • تعیین المان­ های موثر در کنترل نامنظمی پیچشی:
    از آن­جایی که مقدار پیچش ایجاد شده با فاصله­ ی المان از مرکز سختی رابطه مستقیم دارد؛ حذف المان­ های باربر جانبی دورتر از مرکز سختی (تیرهای پیرامونی در قاب خمشی) پتاسیل بیشتری برای ایجاد نامنظمی پیچشی در سازه دارد. هر چه ابعاد تیر بیشتر و طول آن کمتر باشد سختی بیشتری دارد و جذب نیروی بیشتری از زلزله را دارد و می تواند بحرانی­ ترین المان سازه برای پیچش باشد.

 

شرط دوم- ساختمان تحت بار زلزله دچار نامنظمی شدید پیچشی نباشد؛

زیرا که وجود این نوع نامنظمی، نیروی ناخواسته ­ای را به اعضای بابرجانبی غیر هم راستا با زلزله نیز اعمال می­ کند که وضعیت آن­ها بحرانی و رفتار سازه را غیر قابل پیش­ بینی می­ کند. همان­طور که می­ دانیم در تعیین مقدار نامنظمی پیچشی طبقه، اگر ضریب بزرگنمایی (Aj) از 1.4 بزرگتر باشد، سازه مشمول نامنظمی پیچشی شدید است. اطلاعات بیشتر در زمینه این نامنظمی را در ” ویدئوی رایگان تفسیر استاندارد 2800 – قسمت دوم ” مشاهده نمائید.

دقت شود که از شرط دوم برداشت می ­شود که در سازه­ های نامنظم شدید پیچشی، همواره 1.2= ρ خواهد بود و نیازی به بررسی شرط اول ندارد.

بند 3-3-2-3 آیین نامه 2800 ؛ مواردی که کنترل ضریب نامعینی لازم نیست :

ساختمان ها و اجزایی که مشمول اعمال ضریب نامعینی نمی شوند.

در بند 3-3-2-3 استاندارد 2800 مواردی را مشخص کرده است که اعمال ضریب 1.2= ρ برای طراحی یا کنترل آن­ها لازم نمی ­باشد (هر چند خود سازه مشمول اعمال این ضریب باشد).

بندهای الف(ساختمان های کمتر از 3 طبقه و 10 متر)، ب(محاسبه دریفت)، پ(محاسبه اثر P-Δ)، چ(زلزله تشدید یافته) در قیاس با سایر بندها کاربرد بیشتری در محاسبات ساختمان دارد و لازم است مهندس طراح این موارد استثناء را در خاطر داشته باشد.

اعمال ضریب نامعینی سازه در ایتبس :

برای انجام این کنترل در ایتبس، که در واقع یکی از 9 کنترل مهم در طراحی سازه هاست؛ می توانید ویدئوی رایگان ” کنترل ضریب نامعینی در ایتبس ” را ببینید.

تحلیل دینامیکی طیفی

آیین­ نامه­ های طراحی ساختمان­ ها در برابر زلزله، روش­ های تحلیل ­سازه گوناگونی اعم از خطی و غیر خطی را برای اعمال اثر زلزله بر ساختمان­ ها توصیه و گاهاً الزام می­ نمایند. در این میان روش تحلیل استاتیکی معادل به­ دلیل سادگی، عمومیت بیشتری دارد. این روش در عین سادگی چندان دقیق نبوده و در مواردی، آیین ­نامه طراح را از به­ کار بردن آن منع می­ کند.(این محدودیت ها را می توانید در ” ویدئوی رایگان محدودیت های تحلیل استاتیکی “ببینید) لذا در چنین شرایطی روش تحلیل دینامیکی طیفی که جزء روش­ های تحلیل خطی دسته ­بندی می­ شود به دلیل دقت بالاتر، روشی مناسب و درعین حال بسیار کارآمد خواهد بود.

در این مقاله تلاش بر این است تا ابتدا با شرایطی که آیین ­نامه­ ها، طراح را از کاربرد روش­ استاتیکی معادل منع می­ کنند آشنا شویم. در ادامه نحوه تحلیل سازه به­ روش دینامیکی طیفی به صورت تفصیلی مورد بررسی قرار خواهد گرفت و در انتها خواهیم دید که ممکن است علی ­رغم این­که آیین­ نامه الزامی به استفاده از روش تحلیل دینامیکی طیفی ندارد؛ طراح می­ تواند از این روش استفاده نموده و سازه ­ای بهینه ­تر طرح نماید.

ناگفته نماند، اگر بخواهیم در حوزه ی تحلیل های خطی، تحلیل دقیق تری را نام ببریم، می توان به تحلیل تاریخچه زمانی اشاره کرد که این موضوع را در مقالات بعدی مورد بحث قرار خواهیم داد.

محدودیت ­های تحلیل استاتیکی معادل :

همانطور که در ویدئوی رایگان “ محدودیت های تحلیل استاتیکی ”  مشاهده کردید؛ استاندارد 2800 زلزله ایران، کاربرد روش استاتیکی معادل را تنها در ساختمان­ های زیر مجاز دانسته:

  1. ساختمان­ های سه­ طبقه و کوتاه­تر از تراز پایه.
  2. ساختمان­ های کاملاً منظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایه.
  3. ساختمان­ های نامنظم با ارتفاع کمتر از 50 متر از تراز پایه که دارای:
  • نامنظمی زیاد یا شدید پیچشی در پلان نباشد.
  • نامنظمی جرمی، نرم و خیلی نرم در ارتفاع نباشد.

در وضعیتی غیر از آن­چه اشاره شد طراح ناگزیر است از روشی غیر از استاتیکی معادل استفاده نماید. انتخاب روش جایگزین، بستگی به نظر طراح و ابعاد پروژه دارد.

لازم به­ ذکر است در اکثر موارد روش تحلیل دینامیکی طیفی ضمن تامین الزامات آیین­ نامه ­ای و دقت کافی در تحلیل، روش به­ نسبت ساده­ تری درقیاس با سایر روش­ های تحلیل می­ باشد.

روش تحلیل دینامیکی طیفی :

پیش­ تر بیان شد که روش تحلیل طیفی روشی به نسبت ساده در قیاس با سایر روش­ های جایگزین می­ باشد. اما این سادگی نسبی است و درک مفاهیم مربوط به تحلیل طیفی نیاز به دقت بسیار دارد. در یک گام­ بندی منسجم قصد داریم مفاهیم این روش تحلیل را بیان کنیم. پیش از ورود به بحث تفصیلی، یک بخش یادآوری مطرح می­ گردد تا تسلط کافی را بر روی مطالب پایه ­ای کسب نماییم.

تحلیل دینامیکی طیفی چیست :

  1. از روش استاتیکی معادل به­ خاطر داریم که ضریب زلزله C ، از رابطه ABI/R بدست می­ آید؛ دراین رابطه تنها ترم B بصورت تابعی از زمان تناوب می­ باشد و سایر ترم­ ها بسته به نوع سیستم ­باربرجانبی، کاربری ساختمان و منطقه لرزه­ خیزی عددی ثابت خواهند بود.[1]
  2. به­ خاطر داریم ضریب زلزله در روش استاتیکی معادل، بر مبنای دوره تناوب اصلی محاسبه می­ شد. اما در تحلیل­ دینامیکی طیفی چندین مدِ مختلف در محاسبات وارد می­ شوند؛ که هر مد، زمان تناوب خاص خود را دارد و هر دوره تناوب، ضریب بازتاب(B) متفاوتی خواهد داشت. بنابراین به یک تابع نیاز است که به ­ازای هر زمان تناوب مشخص، ضریب بازتابِ B نظیر را برای ما مشخص نماید. این تابع به­ صورت نمودار زیر خواهد بود که به آن نمودار طیف گفته می­ شود.
نمودار طیف برای انجام تحلیل دینامیکی طیفی

نمودار طیف

این طیف برای میرایی 5درصد، برای زلزله طرح آیین ­نامه ساخته شده است.

در نمودار فوق می ­توان پارامتر  AΙg/R را ضرب نمود و طیف شتاب را برای دوره تناوب های مختلف به ­دست آورد. در این حالت چون یک عدد را در تابع ضرب می­ کنیم، شکل کلی نمودار تغییر نخواهد کرد.

تفسیر بندهای آیین نامه ای تحلیل دینامیکی طیفی :

با پیش زمینه اطلاعاتی به­ دست آمده به سراغ تفسیر بندهایی از استاندارد 2800 می­ رویم.تحلیل دینامیکی در آیین نامه 2800برای درک بهتر مفاهیم می ­توان از نمودار درختی زیر کمک گرفت:

روال کار در تحلیل دینامیکی طیفی

روال کار در تحلیل دینامیکی طیفی

پرسش. علت ترکیب آماری مدها در روش تحلیل دینامیکی چیست؟ این ترکیب به چه صورت انجام می­ گیرد؟

باتوجه به اینکه پاسخ حداکثر سازه در هر مود، در زمان های مختلفی اتفاق می افتد؛ جمع جبری حداکثر پاسخ مودها به منظور یافتن حداکثرِ پاسخ سازه کار درستی نخواهد بود. لذا مطابق آیین­ نامه می بایست در هر مد، نیروهای داخلی اعضا، تغییرمکان­ ها، نیروی طبقات و عکس ­العمل پایه­ ها تعیین و سپس با استفاده از روش ­های آماری شناخته شده ترکیب شوند.

روش­ های ترکیب اثر مدها صرفاً آماری بوده و مبنای استدلال مهندسی ندارند. همین موضوع سبب شده، برخی مهندسین، به این روش خُرده بگیرند. در این مورد مطالعه ی یادداشتِ ” پایان روش طیف پاسخ RSM از زبان یکی از مخترعین آن ” خالی از لطف نیست. ولی این را هم باید در نظر بگیریم که این روش، نسبت به روش تحلیل استاتیکی معادل خطی، دقیق تر است.

دو روش پرکاربردِ ترکیب مود ها که در استاندارد 2800 نیز به آن پرداخته شده، عبارتند از روش جذر مربعات (SRSS) و روش ترکیب مربعی کامل (CQC). مقایسه ی این حالات ترکیب مود در نرم افزار ETABS و همچنین 2 روش دیگر ترکیب مودها در ویدئوی آموزشی رایگان تفسیر استاندارد 2800 ویرایش 4 – قسمت یازدهم بیان شده است.

طراح برای ترکیب اثر مدها بسته به شرایط، یکی از روش­ های نام­برده را برمی­ گزیند.

استاندارد 2800 در ذیل بندی اشاره دارد که در ساختمان­ های نامنظم در پلان و یا ساختمان­ هایی که پیچش در آن­ها حائز اهمیت است، روش ترکیب مدها بایست دربرگیرنده اندرکنش مدهای ارتعاشی نیز باشد. در این موارد می­ توان از روش ترکیب مربعی کامل(CQC) استفاده نمود.

درواقع بین دو روش فوق، CQC دقت بیشتر و درعین حال حجم محاسبات بیشتری دارد. امروزه که کاربرد نرم­ افزارهای مهندسی بیشتر است و عملاً محاسبات برعهده طراح نیست؛ مناسب به­ نظر می­ رسد که حتی در وضعیت منظم سازه ­ها نیز سراغ روش CQC برویم.

پرسش. آیا ملزم به ترکیب اثر تمامی مدهای نوسانی سازه هستیم؟ در غیر این ­صورت ساز و کار انتخاب مدهای مختلف چیست؟

خیر چنین الزامی وجود ندارد و برای ترکیب اثر مدها کافیست چند مد اول را انتخاب نماییم. تعداد مدهای لازم مطابق با استاندارد 2800 بایست به­ گونه ­ای باشد که در هریک از دو امتداد متعامد ساختمان مجموع جرم­ های موثر مدهای انتخاب شده از 90 درصد جرم کل سازه بیشتر باشد.برای درک بهتر، مثال نرم ­افزاری زیر ارائه می­ گردد:

مجموع جرم ­های موثر مدها تقسیم بر جرم کل سازه

تعیین تعداد مود انتخابی در روش تحلیل دینامیکی

بخش مشخص شده از جدول فوق که از نرم ­افزار ETABS بدست آمده بیانگر مجموع جرم ­های موثر مدها تقسیم بر جرم کل سازه می ­باشد.

برای درک بهتر موضوع از یک مثال روان شناختی استفاده می­ کنیم؛ شخصی را درنظر بگیریم که در شرایط محیطی مختلف، واکنش ­های رفتاری گوناگونی را از خود بروز می­ دهد(لبخند، عصبانیت، عصبانیت شدید و …) اگر بتوانیم حداقل90 درصد واکنش ­های این شخص به محرک ­های محیطی را شناسایی نماییم در واقع خواهیم توانست در موقعیت­ های مختلف رفتار او را تا حد بسیار زیادی پیش­ بینی کنیم.

با استدلالی مشابه استاندارد 2800 طراح را ملزم به انتخاب حداقل تعداد مدهایی دانسته که در مجموع بیانگر 90 درصد رفتار سازه تحت زلزله باشند، تا پیش بینی نسبتاً دقیقی را بتوان از عملکرد سازه در حین زلزله داشت.

سایر الزامات تحلیل دینامیکی طیفی :

تحلیل دینامیکی طیفی الزامات دیگری نیز دارد که در ذیل به آن­ ها خواهیم پرداخت:

استاندارد2800 تصریح می ­کند که اگر برش پایه­ ای که از روش تحلیل دینامیکی طیفی به ­دست می ­آید کمتر از برش پایه بدست­ آمده از روش استاتیکی معادل باشد، مقدار برش پایه دینامیکی طیفی بایست افزایش داده شود.(چرا؟) و اصطلاحا همپایه سازی برش پایه صورت گیرد.

مقدار این افزایش بسته به وضعیت منظمی و نامنظمی سازه دارد، به گونه ­ای که اگر سازه:

  • کاملاً منظم باشد، مقادیر بازتاب­ ها را در 85 درصد نسبت برش پایه استاتیکی معادل به برش پایه به ­دست آمده از روش طیفی ضرب می ­کنیم.
  • در سازه­ های نامنظم که شامل نامنظمی­ های طبقه خیلی ضعیف، طبقه خیلی نرم و پیچشی شدید نمی ­باشند. مقادیر بازتاب ­ها در 90 درصد نسبت برش پایه استاتیکی معادل به برش پایه به­ دست آمده از روش طیفی ضرب می­ کنیم.
  • در سازه ­های نامنظم از نوع طبقه خیلی ضعیف، طبقه خیلی نرم و پیچشی شدید مقادیر بازتاب­ ها در 100 درصد نسبت برش پایه استاتیکی معادل به برش پایه به ­دست آمده از روش تحلیل دینامیکی طیفی ضرب می­ کنیم.

در تبصره ­ای از استاندارد 2800 اشاره شده است که مقادیر برش پایه پس از تعدیل بر مبنای بندهای فوق نباید از برش پایه حاصل از تحلیل طیفی کمتر باشند.

پرسش. اگر برش پایه استاتیکی معادل کمتر از برش پایه به­ دست آمده از روش طیفی باشد، آیا امکان کاهش وجود دارد؟

عموماً برش پایه حاصل از تحلیل دینامیکی طیفی با اختلاف زیادی از برش پایه ناشی از تحلیل استاتیکی معادل کمتر است اما در سازه ­هایی که به­ صورت بسیار محافظه­ کارانه (over design) طرح شده باشند یا مانند ساختمان­ های دارای دیوار برشی سختی زیادی داشته باشند، محتمل است که برش پایه تحلیل طیفی بیشتر از برش پایه استاتیکی معادل باشد. در چنین مواردی امکان کاهش برش پایه وجود ندارد.

سایر الزامات، نظیر اثر پیچش و پیچش ­اتفاقی، ضوابط ضریب نامعینی سازه ، محاسبه ساختمان­ ها دربرابر واژگونی، نیروی قائم زلزله و… نیز بایست رعایت شوند.

فیلم آموزشی تحلیل دینامیکی طیفی:

نکات فوق با رویکرد کاملا نرم افزاری در ” مقاله و فیلم آموزشی رایگان همپایه سازی برش پایه در ETABS درتحلیل استاتیکی و دینامیکی طیفی ” بیان کرده ایم که توصیه می کنیم از دست ندهید.

همچنین در بخش های اولیه ی ورکشاپ تفسیر استاندارد 2800 ویرایش 4 – قسمت یازدهم، بحث های بسیار جالبی در خصوص تحلیل دینامیکی مطرح می شود که شامل موارد زیر می باشد :

 

  • تحلیل دینامیکی سازه ها : تحلیل دینامیکی طیفی
  • اصلاح برش پایه دینامیکی و استاتیکی
  • اثرات مولفه های متعامد زلزله ( قاعده 100-30 ) در تحلیل دینامیکی
  • مقایسه ی حالات مختلف ترکیب مودها در نرم افزار ETABS

 

نتیجه گیری :

  1. دربرخی سازه ­ها آیین­ نامه استفاده از تحلیل استاتیکی معادل را مجاز ندانسته و طراح بایست روشی جایگزین انتخاب نماید.
  2. تحلیل دینامیکی طیفی در میان روش ­های جایگزین، روشی با دقت کافی و کارآمدی مناسب می­ باشد.
  3. مطابق آیین ­نامه بایست در هر مد، نیروهای داخلی اعضا، تغییرمکان­ ها، نیروی طبقات و عکس­ العمل پایه­ ها تعیین و سپس با استفاده از روش ­های آماری شناخته شده ترکیب شوند.
  4. استاندارد2800 تصریح می ­کند که اگر برش پایه ­ای که از روش تحلیل طیفی به­ دست می­ آید کمتر از برش پایه بدست­ آمده از روش استاتیکی معادل باشد، مقدار برش پایه طیفی بایست افزایش داده شود و همپایه سازی صورت پذیرد.

[1] لازم به یادآوری است ترم B از رابطه ضریب زلزله را ضریب بازتاب ساختمان می­ نامیم.

بارگذاری و طراحی آسانسور در ایتبس + نکات نظارت بر اجرای آسانسور

در پروژه های ساختمانی شاهد آن هستیم که پروسه اجرا و طراحی آسانسور تماماً بر عهده شرکت های مجری آسانسور قرار می گیرد. این موارد شامل اجرای اسکلت فلزی ( شاسی ) آسانسور، تجهیزات مکانیکی و الکتریکی آن می باشد. شرکت های با نام و نشان، عمدتاً این کار را به صورت اصولی و بر مبنای محاسبات از پیش آماده، انجام می دهند. به همین دلیل مهندسین محاسب و ناظر اغلب نیازی به طراحی و کنترل کار شرکت های مجری آسانسور احساس نمی کنند. اما وظیفه دستگاه نظارت و مهندسین محاسب به عنوان اشخاص پاسخگو ایجاب می کند که بر روند طراحی و اجرای آسانسور ها نیز کنترل و نظارت لازم را داشته باشند. چرا که از نظر حقوقی در صورت بروز هرگونه حادثه ای مسئولیت بر عهده این افراد خواهد بود. در این خصوص مبحث 15 مقررات ملی ساختمان ضوابط کلی اجرایی و نکات لازم را ارائه نموده است. استاندارد 2800 نیز ضوابط طراحی لرزه ای آسانسور را به عنوان یک عضو غیر سازه ای بیان کرده است. و برای آن نیروی زلزله در نظر گرفته است.

در این مقاله قصد داریم پس از بیان نحوه ی اجرای صحیح اسکلت فلزی (شاسی) آسانسور؛ نحوه بار گذاری و محاسبات مقاطع آن را، بر اساس ضوابط استاندارد 2800 در نرم افزار ETABS بررسی نماییم. موضوعی که تابحال در کمتر جایی دیده اید…

پس از مطالعه این مقاله شما قادر خواهید بود پاسخ پرسش های زیر را به دست آورید:

  1. آسانسورها چه عملکردی دارند؟
  2. بارگذاری آسانسور در سازه ها به چه صورت می باشد؟
  3. چه نکاتی در نظارت بر اجرای آسانسور باید مد نظر قرار گیرد؟
  4. استاندارد 2800 چه ضوابطی در مورد کنترل مقاطع اسکلت آسانسور ارائه می دهد؟
  5. طراحی شاسی آسانسور بعنوان یک عضو غیر سازه ای در نرم افزار ETABS ، چگونه است؟

آسانسور چگونه کار می کند ؟

پیش از ورود به بحث اصلی بهتر است اطلاعات خود را در مورد آسانسورها کمی بیشتر نماییم. تصویر زیر ما را با بخش های مختلف یک آسانسور کابلی آشنا می کند.

بخش های مختلف آسانسور کابلی

بخش های مختلف آسانسور کابلی

آسانسور از کابینی که به یک سیستم بالابر متصل شده و کابلی که به یک جعبه اتصال دارد، تشکیل شده است. امروزه دو نوع آسانسور کاربرد بیشتری دارند: آسانسورهای هیدرولیک و آسانسورهای کابلی.

در سیستم هیدرولیک با نیروی کم پمپ، قدرت زیادی ایجاد می شود و این از نکات مثبت سیستم هیدرولیک می باشد. اما اگر آسانسور بخواهد طبقات زیادی را بالا برود به پیستون بلندی نیازی خواهد داشت. به طوریکه اگر از این سیستم برای یک ساختمان 10 طبقه استفاده شود نیاز به حفر چاهی به عمق 9 طبقه خواهد بود. توجه داشته باشید که برای ساختمان های تا سه طبقه استفاده از این نوع آسانسور مناسب به نظر می رسد.

آسانسورهای کابلی با حل کردن مشکل پیستون های عمیق در بازار فعلی کاربرد بیشتری دارند. تصویر فوق نیز نشان دهنده یک آسانسور کابلی می باشد. همان طور که مشاهده می کنید، در آسانسورهای کابلی، کابین توسط یک سری کابل فولادی به یک وزنه تعادل متصل است.

وزن وزنه تعادل معادل ۴۰% ظرفیت کامل آسانسور است. یعنی هنگامی که آسانسور به ۴۰% ظرفیت کامل خود رسید، آسانسور و وزنه به یک حالت تعادل می رسند. هدف از این تعادل ذخیره انرژی است. زیرا با بار یکسان در هر دو طرف کابل، نیروی کمتری برای حرکت دادن آسانسور نیاز خواهد بود.

ویدئوی زیر مطالب گفته شده در بالا، در مورد عملکرد آسانسور را بصورت کامل بیان می کند که بد نیست ببینید:

تا به این جای کار با اجزای مختلف آسانسور آشنا شدیم. این اجزا نیرو هایی ایجاد می کنند که می بایست توسط اسکلت فلزی آسانسور که از این به بعد آن را شاسی آسانسور می گوییم به فونداسیون منتقل گردد.

در آسانسورهای معمولی از چهار عدد نبشی به عنوان شاسی آسانسور استفاده می شود. این نبشی ها به وسیله تسمه یا ناودانی به یکدیگر متصل می شوند که در تصویر زیر نیز قابل مشاهده هستند.

شاسی آسانسور

شاسی آسانسور

در عمل، برای مهارجانبی شاسی آسانسور، آن را به وسیله ورق های فولادی به سازه متصل می کنند.

در تصویر زیر نحوه اتصال را مشاهده می کنید.

مهار جانبی شاسی آسانسور

مهار جانبی شاسی آسانسور

متوجه شدیم که نیروی اجزای آسانسور به وسیله شاسی آن تحمل می شود.

حالا برای اینکه بتوانیم شاسی را طراحی کنیم ابتدا باید بارگذاری مربوطه مشخص شود.

محاسبه بار آسانسور :

بار ناشی از آسانسور شامل دو نوع بار مرده و زنده است. مقدار هر یک از این دو نوع بار بسته به آسانسور انتخابی تعیین می شوند.

بار زنده آسانسور :

مطابق جدول 6-5-1 از مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، حداقل بار زنده گسترده یکنواخت و زنده متمرکز آسانسور به شرح زیر است.

ردیفنوع کاربریبار گسترده کیلونیوتن بر متر مربعبار متمرکز کیلونیوتن
 

12-11

 

اتاق آسانسور

 

3.6

 

1.3

(بر روی سطحی برابر با 50*50 میلی متر وارد شود.)

بار مرده آسانسور:

بار مرده آسانسور توسط مشخصات فنی شرکت سازنده مشخص می شود. می توان به صورت عمومی برای ساختمان های مسکونی با ارتفاع متوسط آن را بین 800 تا 1000 کیلوگرم در نظر گرفت.

برای دستیابی به وزن دقیق تر آسانسور می توانید به جدول 1 از پیوست 2 مبحث پانزدهم مقررات ملی ساختمان مراجعه نمایید.

تذکر مهم. به علت حرکت آسانسور در راستای عمودی محل اثر بار، پیوسته در حال تغییر است. توقف های مکرر در طبقات و شروع به حرکت مجدد آسانسور بارهای اضافی را به شاسی منتقل می کند.

به عبارت دیگر بار گذاری آسانسور ماهیت دینامیکی دارد و باید برای لحاظ نمودن اثر ضربه، نیروهای وارده را، با ضریبی تشدید نماییم.

در واقع با ضرب نیروها در ضریب تشدید، اثرات ناشی از ضربه در حد متعارف منظور خواهد شد.

بند زیر از مبحث ششم مقررات ملی ساختمان به همین موضوع اشاره دارد.

ضریب تشدید دینامیکی بار آسانسور در مبحث 6

روال معمول در محاسبه بارهای آسانسور به این گونه است که حداقل بار آسانسور برابر 1.5 تن در نظر گرفته می شود. توجه داشته باشید که این مقدار با اعمال ضریب ضربه 2 ، برابر با 3 تن خواهد بود.

در ادامه یک مثال را بررسی می کنیم.

مثال1. بخشی از پلان یک ساختمان در تصویر زیر مشاهده می شود. مطابق با ابعاد نشان داده شده در تصویر، بارهای زنده و مرده آسانسور را به تفکیک محاسبه نمایید.

مثال تعیین بار مرده و زنده آسانسور

پرسش. آیا بار آسانسور، صرفا از طریق شاسی آن به پی منتقل می شود و نیازی به اعمال آن به سازه ی اصلی وجود ندارد؟

در این مورد دو دیدگاه بین مهندسین وجود دارد.

دیدگاه اول. برخی از مهندسین معتقد هستند که آسانسور کاملاً جدا از سازه اصلی عمل می کند. و هیچ باری از آسانسور به سازه منتقل نمی شود. در واقع تمام بار آسانسور توسط شاسی آن تحمل می شود.

در این حالت صرفاً نبشی های چهار طرف آسانسور طراحی می شوند و از مدلسازی اثر آسانسور بر سازه ی اصلی در نرم افزار ETABS صرف نظر می شود. همچنین چاه آسانسور نیز به صورت جداگانه توسط محاسب طراحی می گردد.

دیدگاه دوم. برخی دیگر از مهندسین به دلیل وجود اتصال بین سازه اصلی و شاسی آسانسور، اثر بار آسانسور را بر سازه اعمال می کنند.

دیدگاه دوم علاوه بر اینکه استدلال معقولی است در جهت اطمینان نیز می باشد.(چرا؟)

همچنین از سوی دفاتر کنترل ساختمان سازمان نظام مهندسی، تاکید، بر اعمال بار آسانسور به تکیه گاه های مربوطه می باشد. و در بسیاری از موارد اگر بار آسانسور به سازه اعمال نشود، محاسبات پذیرفته نخواهد شد.

ما نیز مطابق با دیدگاه دوم در ادامه نحوه اعمال بار آسانسور به سازه را در نرم افزار بررسی می کنیم.

بارگذاری آسانسور در etabs به سازه :

نکته ی مهم درهنگام اعمال بار آسانسور به سازه، همانند ” بارگذاری راه پله “، تعیین تکیه گاه های آسانسور روی سازه است؛ که باید به دقت در تراز طبقات تعیین شوند. برای این منظور مراحل زیر را طی می کنیم :

گام اول – بسته به اینکه شاسی آسانسور به تیر متصل است یا به ستون، وزن کل آسانسور را به تیرها یا ستون های طبقه آخر وارد می کنیم. برای این کار، joint های مربوطه را مطابق شکل زیر انتخاب می کنیم.

انتخاب گره های انتقال بار آسانسور

انتخاب گره های انتقال بار آسانسور

گام دوم – بارهای مرده و زنده ای که در مثال1 بدست آورده ایم را بین چهار joint انتخاب شده تقسیم می کنیم و به شکل زیر به سازه اعمال می نماییم.

Live Load:10.08KN/4=2.52KN

Dead Load:20KN/4=5KN

اختصاص بار به گره ها در ایتبس

اختصاص بار به گره ها در ایتبس

اعمال بار مرده و زنده آسانسور در ایتبس

اعمال بار مرده و زنده آسانسور در ایتبس

اصول اجرایی و نظارت بر اجرای آسانسور :

اجرای فونداسیون چاهک آسانسور:

بار ناشی از وزن آسانسور باید از طریق نبشی های اطراف باکس به زمین منتقل شود. بسته به اینکه در سازه اصلی، فونداسیون، گسترده یا نواری باشد، اجرای فونداسیون چاهک آسانسور متفاوت خواهد بود. در این خصوص می توانید توضیحات مقاله ” ضوابط طراحی و آرماتور گذاری پی با رویکرد اجرایی” را مطالعه نمایید.

در ادامه چند تصویر از اجرای فونداسیون چاهک آسانسور و نقشه آرماتورگذاری آن را مشاهده می کنید. در هنگام بتن ریزی فونداسیون چاهک آسانسور می بایست در چهار گوشه آن ورق هایی قرار داده شوند. این ورق ها نقش کف ستون(Base Plate) را ایفا خواهند کرد.

نقشه آرماتورگذاری چاهک آسانسور

نقشه آرماتورگذاری چاهک آسانسور

 

 اجرای فونداسیون چاهک آسانسور

چاهک آسانسور قبل و بعد از بتن ریزی

اجرای آهن کشی باکس آسانسور:

کیفیت آهن کشی رابطه مستقیمی با کاهش لرزش ها دارد، لذا دقت در اجرای جزئیات بسیار مهم خواهد بود.

شاسی آسانسور

شاسی آسانسور

با توجه به وظیفه ای که شاسی آسانسور دارد، باید در اجرای آهن کشی، به اتصالات و جوش ها بسیار دقت داشت.

اتصال دو نبشی در طول، باید با ورق انجام شود و از اتصال لب به لب نبشی ها خودداری نمود. علت این کار، ماهیت دینامیکی بار آسانسور است.

در تصویر زیر این موضوع قابل مشاهده است.

اتصال دو نبشی با ورق در اجرای شاسی آسانسور

اتصال دو نبشی با ورق در اجرای شاسی آسانسور

با توجه به اینکه اغلبِ جوش ها به صورت قائم اجرا می شوند؛ مهارت تیم جوشکار و الکترود انتخابی بسیار مهم می باشند.

الکترودهای ضخیم برای جوشکاری در وضعیت قائم مناسب نیستند، زیرا کنترل حوضچه جوش حجیم در این وضعیت جوشکاری مشکل است.

حداکثر قطر الکترود قابل استفاده در این وضعیت4.5 میلی متر پیشنهاد می شود. عموماً جوشکاران الکترود بزرگ تر را به علت اینکه می توانند جوش را با سرعت بیشتری و با تعداد دفعات تعویض کمتری انجام دهند ترجیح می دهند. به بیان دیگر علاقه مند هستند حتی الامکان بزرگترین اندازه الکترود را استفاده نمایند. اما بایست توجه داشت که نباید از الکترودی که اندازه آن بزرگتر از ضخامت قطعه است استفاده نمود.

به عنوان یک پیشنهاد کلی الکترود E6013 با سایز 4 میلی متر و کمتر برای انجام جوش های شاسی آسانسور مناسب می باشد.

اجرای دال بتنی نشیمن موتور آسانسور :

در بالای شاسی آسانسور یک دال بتنی اجرا می شود تا موتور آسانسور روی آن قرار گیرد.

هدف از این کار اتصال موتور به دال بتنی برای جلوگیری از حرکت آن است. همچنین دال بتنی ارتعاشات و صدای موتور را تا حد بسیار زیادی کاهش می دهد.

فرض کنید اگر موتور آسانسور مستقیماً روی شاسی سوار شود چه لرزش و آلوگی صوتی را ایجاد خواهد کرد.

تصویر زیر سقف چاه آسانسور را پس از بتن ریزی نشان می دهد:

دال بتنی نشیمن موتور آسانسور

دال بتنی نشیمن موتور آسانسور

سایر نکاتی که می بایست در خصوص آسانسور به آن توجه داشت:

  1. شاسی و سایر تجهیزات آسانسور می بایست کاملاً شاقول باشند. در غیر این صورت در هنگام استفاده از آسانسور شاهد لرزش های شدید خواهیم بود.
  2. در سقف خرپشته و در اتاقک آسانسور باید قلابی مانند شکل زیر قرار گیرد. چرا که اگر نیاز به تعمیر موتور باشد بتوان به کمک این قلاب موتور را بلند کرد.
    در نتیجه یک بار متمرکز در وسط سقف خرپشته به صورت موردی وارد خواهد شد. لذا توصیه می شود با قرار دادن چهار ستون در اطراف راه پله، خرپشته را تقویت کرد.

    قلاب در اتاقک آسانسور

    قلاب در اتاقک آسانسور

  3. گاهاً مشاهده می شود که معماران از فضای داکت آسانسور جهت عبور لوله های آب، گاز و… استفاده می کنند.
    این کار با توجه به بند زیر از مبحث 15 مقررات ملی ساختمان ممنوع می باشد.

    ممنوعیت استفاده از فضای داکت آسانسور جهت عبور لوله های آب، گاز و...

محاسبات دستی و نرم افزاری شاسی آسانسور

حال که با عملکرد آسانسور، اصول اجرایی و نحوه اعمال بار آن به سازه در ETABS آشنا شدیم، می توان به سراغ محاسبات و مدلسازی شاسی آسانسور رفت.

برای این کار می توان از نرم افزارهای SAP2000 یا ETABS استفاده نمود.

در ابتدا بندهای آیین نامه ای مرتبط را بررسی می نماییم.آسانسور بعنوان سازه غیر ساختمانی متکی به سازه های دیگر

مطابق بند فوق از استاندارد 2800، شاسی آسانسور به عنوان سازه غیر ساختمانی متکی به سازه های دیگر تلقی می شود.

در خصوص ضوابط تحلیل و طراحی چنین سازه هایی نظر استاندارد 2800 به قرار زیر است:ضوابط تحلیل و طراحی آسانسور بعنوان سازه غیر ساختمانی متکی به سازه های دیگربدیهی است که وزن ناشی از آسانسور بسیار کمتر از 25 درصد وزن کل سازه است. لذا می بایست ضوابط فصل چهارم استاندارد 2800 مبنای طراحی قرار گیرد.

نکته: با جمع بندی بندهای 5-1 و 5-4 از استاندارد 2800 به این نتیجه می رسیم که آسانسور یک عضو غیر سازه ای می باشد.

محدوده کاربرد ضوابط فصل چهارم در بند 4-1-2 از استاندارد 2800 ذکر شده است.

در ادامه بخشی از این بند را بررسی می کنیم، متن کامل بند را از آیین نامه مطالعه بفرمایید.محدوده کاربرد ضوابط فصل چهارم استاندارد 2800مطابق بند فوق برای ساختمان های مسکونی(اهمیت متوسط) با تعداد طبقات هشت و بیشتر نیاز به طراحی اجزای غیر سازه ای می باشد.

برای انجام طراحی، به مدلسازی نرم افزاری یا محاسبات دستی نیاز است.

در ادامه به دلیل سرعت و دقت بیشتر، روند تحلیل و طراحی شاسی آسانسور با نرم افزار ETABS شرح داده خواهد شد.

طراحی آسانسور با نرم افزار ETABS

 گام اول – مدل سازی آسانسور :

فرض می کنیم که ساختمانی 8 طبقه داریم؛ با توجه به مثال1 مدل سازی به صورت زیر انجام می گیرد:

  1. پس از تعریف مشخصات مصالح، مقاطع نبشی، ناودانی و IPE را مطابق شکل فراخوانی می کنیم.

    فراخوانی مقاطع برای طراحی آسانسور

    فراخوانی مقاطع برای طراحی آسانسور

  2. مطابق با فرم اجرایی شاسی آسانسور اعضا را ترسیم می کنیم.
    برای آغاز کار بهتر است از L60*5 برای ستون های شاسی استفاده شود.
    همچنین به فاصله های حداکثر حدود 160cm، کلاف های افقی برای حفظ یکپارچگی نبشی ها قرار داده شود.
    این کلاف ها برای آغاز کار می تواند UPN80 انتخاب شوند.
    در بالای شاسی آسانسور نیز مطابق تصویر زیر می بایست چهار IPE قرار داده شود.
    IPEها و دال بتن آرمه روی آن، محل نشیمن موتور آسانسور را ایجاد می کنند. فرض اولیه IPE12 مناسب به نظر می رسد.

    محل نشیمن موتور آسانسور

    محل نشیمن موتور آسانسور

     

    اعمال تکیه گاه های مفصلی در تراز طبقات به منظور مدلسازی مهار آسانسور

    اعمال تکیه گاه های مفصلی در تراز طبقات به منظور مدلسازی مهار آسانسور

گام دوم – بارگذاری آسانسور :

بارهای موجود شامل زنده، مرده و زلزله هستند که بایستی به صورت مناسبی به سازه اعمال گردند.

بند زیر از استاندارد 2800 ضوابط اعمال نیروی جانبی زلزله را بیان می کند.ضوابط اعمال نیروی جانبی زلزله بر آسانسور  نیروی جانبی زلزله در حد مقاوت برای طراحی آسانسور (Vpu) جدول ضرایب لرزه ای برای تجهیزات مکانیکی و برقی در استاندارد 2800تقریباً تمامی پارامترهای موجود در رابطه 4-1 را به دست آوردیم.

مطابق فرضیات اولیه، ساختمان 8 طبقه می باشد و محل مرکز جرم جزء غیرسازه ای اندکی بالاتر از تراز بام قرار دارد. اما با توجه به بند فوق لازم نیست مقدار Z بیشتر از H درنظر گرفته شود.

در نتیجه Z=H=25.6m.

ضریب اهمیت جزء غیر سازه ای در استاندارد 2800

با توجه به اینکه آسانسور مشمول هیچ یک از موارد الف تا پ نمی باشد، لذا مقدار ضریب اهمیت جز برابر یک خواهد بود.

درنتیجه نیروی جانبی زلزله در حد مقاومت برابر است با:

نیروی جانبی زلزله در حد مقاومت برای طراحی آسانسور

مطابق شکل زیر در جهت های X و Y ضریب 0.396 را به عنوان ضریب زلزله در نرم افزار تعریف می کنیم.

اعمال ضریب زلزله در نرم افزار برای طراحی آسانسور در هر دو جهت

اعمال ضریب زلزله در نرم افزار برای طراحی آسانسور

بارهای مرده و زنده را که از قبل محاسبه شده اند بایست بر روی دال نشیمن موتور آسانسور وارد نمود.

توجه داشته باشید که مطابق مطالب گفته شده باید این دال، از نوع دیافراگم انعطاف پذیر تعریف گردد تا توزیع نیروی جانبی زلزله بر اساس جرم اجزا صورت گیرد.

نحوه تعریف دیافراگم انعطاف پذیر و نکات مربوط به آن، در مقاله” طراحی لرزه ای اجزای دیافراگم” شرح داده شده است.

در نهایت نیز برای اعمال Wp در محاسبات، وزن موثر لرزه ای به صورت زیر تعیین می شود.

اعمال وزن موثر لرزه ای برای طراحی آسانسور

اعمال وزن موثر لرزه ای برای طراحی آسانسور

به این ترتیب کلیه نیروهای جانبی و ثقلی به شاسی آسانسور اعمال خواهد شد.

گام سوم – آنالیز وطراحی آسانسور :

در قدم بعد سازه بایست آنالیز و طراحی گردد. تغییراتی که مطابق استاندارد 2800 بایست در منوی Design نرم افزار اعمال شود به قرار زیر است:

  1. ضریب نامعینی(ρ) و ضریب اضافه مقاومت(Ω) را برابر با یک منظور نماییم.
  2. برای نرم افزار مشخص شود که الزامات لرزه ای و خیز را در نظر نگیرد.
تغییرات در منوی Design برای طراحی آسانسور

تغییرات در منوی Design برای طراحی آسانسور

از آنجایی که موضوع این مقاله صحت سنجی مقاطع پیشنهادی شرکت های مجری آسانسور می باشد، عمدتاً در آنالیز و طراحی اولیه نتیجه مشخص خواهد شد.

در ادامه خروجی های نرم افزاری را مشاهده می کنید. مطابق تصویر مقاطع انتخابی کفایت لازم را دارند.

خروجی های نرم افزاری طراحی آسانسور

خروجی های نرم افزاری طراحی آسانسور

 

نتیجه گیری :

  1. بار ناشی از آسانسور شامل دو نوع بار مرده و زنده است. مقدار هر یک از این دو نوع بار بسته به آسانسور انتخابی تعیین می شوند.
  2. بارهای آسانسور ماهیت دینامیکی دارند. به همین دلیل برای لحاظ نمودن اثر ضربه آن ها، باید نیروهای وارده را در ضریب 2 ضرب نماییم. البته روال معمول در محاسبه بارهای آسانسور به این گونه است که حداقل بار آسانسور برابر 1.5 تن در نظر گرفته می شود. توجه داشته باشید که این مقدار با اعمال ضریب ضربه 2 ، برابر با 3 تن خواهد بود.
  3. برخی از مهندسین معتقد هستند که سازه آسانسور کاملاً جدا از سازه اصلی عمل می کند. در واقع هیچ باری از آسانسور به سازه منتقل نمی شود. در این حالت صرفاً نبشی های چهار طرف آسانسور طراحی می شوند و از مدلسازی اثر آسانسور بر سازه ی اصلی در نرم افزار ETABS صرف نظر می شود. همچنین چاه آسانسور نیز به صورت جداگانه توسط محاسب طراحی می گردد.
  4. می دانیم برای مهار جانبی اسکلت آسانسور، آن را به وسیله ورق هایی به سازه متصل می کنند. عمده مهندسین به دلیل وجود اتصال بین سازه و شاسی آسانسور، اثر بار آسانسور را بر سازه اعمال می کنند.
  5. کیفیت آهن کشی رابطه مستقیمی با کاهش لرزش ها دارد، لذا دقت در اجرای جزئیات بسیار مهم خواهد بود.
  6. در بالای شاسی آسانسور یک دال بتنی اجرا می شود تا موتور آسانسور روی آن قرار بگیرد. هدف از این کار اتصال موتور به دال بتنی برای جلوگیری از حرکت آن است. همچنین دال بتنی ارتعاشات و صدای موتور را تا حد بسیار زیادی کاهش می دهد.
  7. شاسی و سایر تجهیزات آسانسور بایست کاملاً شاقول باشند. در غیر اینصورت در هنگام استفاده از آسانسور شاهد لرزش های شدید خواهیم بود.

شما مهندسین عزیز با مطالعه این مقاله، نسبت به ابعاد مقاطع و فرم صحیح اجرای آسانسور اطلاعات مناسبی را به دست خواهید آورد. هم چنین در این مقاله محاسبات شاسی آسانسور، بر اساس آیین نامه می باشد. به همین دلیل علاوه بر مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، فصل چهارم و پنجم از استاندارد 2800 که تا کنون کمتر مورد بحث و نقد قرار گرفته است نیز بیان شده است. 

 منابع :

  1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سوم، سال 1392
  2. آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، ویرایش 4، سال 1392
  3. دکتر مجتبی ازهری، دکتر سید رسول میرقادری، طراحی سازه های فولادی به روش حالات حدی و مقاومت مجاز، جلد ششم، طراحی اتصالات، انتشارات ارکان دانش، چاپ چهارم بهار 1394

نیروی قائم زلزله در etabs : راهنمای ساخت ترکیب بارها + گام بندی تنظیمات نرم ­افزاری

بیشتر شناخت ما از اثر زلزله بر ساختمان­ ها در رابطه با نیروهای افقی در زلزله طرح می­ باشد. در­حالیکه یکی از ویژگی­ های مهم زلزله ­های حوزه نزدیک، دارا بودن مولفه نیروی قائم زلزله است. که محتوای فرکانسی بالایی دارد و در بسیاری از موارد از مولفه افقی همان زلزله به مقدار قابل توجهی بیشتر و خطرناک تر است. لذا بعنوان یک طراح، بایست با نحوه ی محاسبه ترکیب بار مولفه نیروی قائم زلزله و نحوه اعمال آن در نرم افزار etabs کاملا آشنا باشیم تا به طرحی ایمن دست یابیم.

قبل از شروع بحث، اگر مایلید می توانید ابتدا فیلم رایگان “تفسیر استاندارد 2800 – نیروی قائم زلزله “ از سری آموزش های سبز سازه را، همین الآن ببینید.

و اما در این مقاله خواهیم آموخت که:

  1. فلسفه اعمال نیروی قائم زلزله چیست؟
  2. بندهای آیین ­نامه ­ای و محاسبات مرتبط با نیروی قائم زلزله به چه صورت می­ باشد؟
  3. ترکیب­ بارها در شرایط مختلف به چه شکل اصلاح خواهند شد؟
  4. تنظیمات نرم­ افزاری لازم برای اعمال این اثر چگونه است؟

و نهایتاً در قسمت تکمیلی بحثی در خصوص اثر نیروی قائم زلزله بر کنسول­ ها مطرح می­ شود، که برای کسب دید مهندسی مناسب خواهد بود.

فلسفه اعمال مولفه قائم زلزله:

همواره یکی از راه ­های شناخت زلزله توجه به احساسی است که افراد پس از وقوع آن داشته ­اند. در واقع یک ارزیابی کیفی ساده گاهاً می ­تواند کلید حل بسیاری از مسائل دشوار مهندسی زلزله باشد. می­ خواهیم بحث نیروی قائم زلزله را با چنین رویکردی بیاموزیم. در اثر حرکت و برخورد گسل­ ها، یک وضعیت انفجاری درون لایه­ های زیرین زمین رخ می­ دهد. تاثیر این اتفاق را، ما در روی زمین به صورت زلزله حس می­ نماییم. هر چقدر محل وقوع این انفجار نزدیک­ تر باشد، نیروی وارده به­ گونه ­ایست که احساس خواهیم کرد، به سمت بالا پرتاب شده­ ایم. این نیرو همان مولفه ی قائم زلزله است.

در تصویر زیر به­ صورت شماتیک مطالب فوق قابل درک خواهند بود.

ایجاد نیروی قائم زلزله ی میدان نزدیک

نحوه ی ایجاد نیروی قائم زلزله

به عبارت علمی­ تر، رکوردهای ثبت شده در نواحی نزدیک گسل نشان دهنده حرکت شدید قائم زمین هستند. زلزله های حوزه نزدیک به علت اثر مخرب مولفه قائم زلزله از زلزله‌های حوزه دور، متمایز می‌شوند. این اثرات خصوصاً بر روی دهانه­ های بلند و  کنسول­ ها جدی تر نیز می­ باشد.

آیین­ نامه­ های طراحی ساختمان ها در برابر زلزله توجه ویژه ­ای به این مسئله دارند.

در ادامه قصد داریم بندهای استاندارد 2800 زلزله ایران را در این خصوص بیان و تفسیر کنیم.

بندهای آیین­ نامه و تفسیر آن:

نظر استاندارد 2800 در خصوص نیروی قائم زلزله به شرح زیر می­ باشد:

 

در توضیح قسمت الف باید گفت که چون پهنه­ های با خطر نسبی خیلی زیاد دارای گسل­ های فعال بسیاری در محدوده خود می­ باشند، آیین­ نامه تصمیم به اعمال نیروی قائم زلزله به کل سازه گرفته است. اما برای ساختمان­ هایی که در پهنه ­های لرزه­ خیزی دیگر قرار گرفته ­اند؛ نیازی به اعمال نیروی قائم زلزله به کل سازه نیست. در این سازه­ ها با توجه به بندهای زیر نیروی قائم زلزله را اعمال خواهیم کرد:

پس از تعیین پهنه لرزه ­خیزی می بایست مقدار نیروی قائم زلزله از رابطه زیر محاسبه ­شود:

Fv=0.6AIWp

در این رابطه:

A و I به ترتیب نسبت شتاب مبنای طرح و ضریب اهمیت ساختمان ­می­ باشند.

در مورد بند الف بالا Wp بار مرده و در مورد سایر بندها Wp بار مرده به اضافه کل سربار است.

کمی توضیح بیشتر:

راستای نیروی قائم زلزله همانند نیروهای ثقلی است. همچنین این نیرو ضریبی از بارهای ثقلی نیز می­ باشد. بنابراین می ­توان اثر آن را مشابه با بارهای ثقلی منظور کرد.

در ادامه به صورت گام­ بندی شده محاسبات نیروی قائم زلزله را بررسی می­ نماییم.

 نحوه محاسبه ترکیب بار نیروی قائم زلزله :[1]

پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد

  • گام اول- در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد (A=0.35) یک ­بار نیروی قائم زلزله را برای کل سازه محاسبه می­ کنیم. این نیرو به صورت ضریبی از بار مرده خواهد بود.

(Dead Load)*0.6*0.35*1.0:کل سازه (بند الف)

  • گام دوم- اگر سازه ما دارای کنسول، دهانه­ های بیشتر از 15 متر و یا تیرهایی که بار قائم متمرکز قابل توجهی را تحمل می­ کنند باشد؛ در واقع مشمول یکی از موارد “ب”، “پ” و “ت” از بند 3-3-9-1 خواهد شد. بنابراین باید به این اعضا مجدداً نیروی قائم زلزله اعمال شود.

 وقتی در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد هستیم یک بار به کل سازه نیروی قائم زلزله را اثر داده­ ایم. چرا مجدداً می­خواهیم برای بعضی اعضای خاص این کار را تکرار کنیم؟

علت این کار تعریف استاندارد 2800 زلزله از Wp می­ باشد. مطابق تعریفی که در بخش قبل ارائه شد، زمانی که سازه در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد باشد، Wp بار مرده و در مورد سایر بندها Wp بار مرده به اضافه کل سربار است. زمانی که ما به کل سازه نیروی قائم زلزله را اثر دادیم صرفاً بار مرده منظور شده است. پس لازم است تا در مواردی که سازه ما مشمول یکی از موارد “ب”، “پ” و “ت” از بند 3-3-9-1 می­ باشد به صورت زیر کل سربار را نیز در نظر بگیریم.

(Live Load)*0.6*0.35*1.0 : ( بند ب، پ و ت)

مثال عددی. نیروی قائم زلزله برای یک کنسول در ساختمان مسکونی واقع در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد چقدر است؟

خطر نسبی زلزله در منطقه مورد نظر ما خیلی زیاد است، بنابراین یک بار به روش گفته شده در گام اول، نیروی قائم زلزله را برای کل سازه محاسبه می­ کنیم:

(Dead Load)*0.6*0.35*1.0:کل سازه

تا این مرحله کنسول یک بار تحت بار مرده محاسبه خواهد شد. در قدم بعدی با توجه به بند “ت” لازم است تا کل سربار را در نظر بگیریم. کل سربار برای این کنسول همان بار زنده آن خواهد بود که مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان 300 کیلوگرم بر متر مربع می ­باشد. لذا؛

(300)*0.6*0.35*1.0:بخش کنسولی

سایر پهنه ­های لرزه ­خیزی

در این موارد صرفاً اگر سازه ما دارای کنسول، دهانه ­های بیشتر از 15 متر و یا تیرهای با بار قائم متمرکز قابل توجه باشد؛ نیاز به اعمال نیروی قائم زلزله خواهیم داشت. در غیر این صورت زلزله قائم در طراحی سازه بی­ اهمیت خواهد بود. روند کار مشابه با بخش قبل است. ولی برای تسلط بیشتر یک مثال عددی در این خصوص حل می­ کنیم.

مثال عددی. نیروی قائم زلزله برای یک کنسول در ساختمان مسکونی واقع در پهنه با خطر نسبی زیاد چقدر است؟

خطر نسبی زلزله در منطقه مورد نظر ما خیلی زیاد نیست. بنابراین نیازی به اعمال نیروی قائم زلزله به کل سازه وجود نخواهد داشت. اما با توجه به بند “ت” باید به کنسول این نیرو اعمال شود. مطابق تعریف در این حالت Wp بار مرده به اضافه کل سربار است. لذا؛

بسط ترکیبات بار ها:

زلزله قائم فقط به ترکیب­ بارهایی که دارای زلزله هستند اعمال می­ شود. و برای سایر ترکیبات بار تغییری نخواهیم داشت.

مشابهت بین نیروی قائم زلزله و نیروی ثقلی

اعمال نیروی قائم زلزله به سازه

بسط ترکیبات بار به منظور اعمال اثر قائم زلزله نیز با توجه به ناحیه لرزه­ خیزی به دو صورت انجام می ­گیرد:

  1. اعمال به کل سازه:

    مطابق شکل فوق نیروی قائم زلزله مانند بارهای ثقلی می ­باشد. بنابراین به جای اعمال مستقیم بار Ev به کل سازه می­ توان در ترکیب بارها ضریب بار مرده را افزایش داد.

از بخش­ های قبل به خاطر داریم که:

(Dead Load)*0.6*0.35*1.0:کل سازه (بند الف)

(Dead Load)*0.21=

بنابراین در ترکیبات بار معمولی به صورت زیر ضریب بار مرده را افزایش می­ دهیم.

ترکیب بار سنگین-1­ : (1.2D + 0.21D) +E+L+0.2S

ترکیب بار سبک­ تر-2: (0.9D + 0.21D) + E

استاندارد 2800 در ادامه مطالب مرتبط با نیروی قائم زلزله، بند زیر را بیان داشته است:

لذا ترکیب بارهای زیر نیز باید ایجاد شوند:

ترکیب بار سنگین-3­ : (1.2D – 0.21D) + E + L+0.2S

ترکیب بار سبک­ تر-4: (0.9D – 0.21D) + E

تذکر. بدیهی است در میان ترکیب ­بارهای فوق تنها ترکیب بارهای 1 و 4 بحرانی خواهند بود. و نیازی به تعریف ترکیب بارهای 2 و 3 نیست.(چرا؟)

در نهایت می ­توان گفت که بسط ترکیبات بار برای کل سازه به صورت زیر می­ باشد:

  1. اعمال به کنسول­ ها، تیر های با طول بیشتر از 15 متر و تیر هایی که بار متمرکز قابل توجه دارند:

در این حالت پس از محاسبه نیروی قائم زلزله مطابق بخش ­های قبل، مستقیماً آن را در ترکیب­ بار مورد نظر اعمال می­ کنیم. به مثال ­های زیر توجه فرمایید:

  • بسط ترکیبات بار برای یک کنسول در ساختمان مسکونی واقع در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد چگونه است؟

1.41D+E+L+0.2S+Ev

1.41D+E+L+0.2S-Ev

0.69D+E+L+0.2S+Ev

0.69D+E+L+0.2S-Ev

  • بسط ترکیب بار برای یک کنسول در ساختمان مسکونی واقع در پهنه با خطر نسبی زیاد، متوسط و کم چگونه است؟

1.2D+E+L+0.2S+Ev

1.2D+E+L+0.2S-Ev

0.9D+E+L+0.2S+Ev

0.9D+E+L+0.2S-Ev

نیروی قائم زلزله در etabs:

برای اینکه نرم­ افزار بتواند اثر زلزله قائم را در نظر بگیرد، باید آن را تعریف و در ترکیبات بار موجود در نرم­ افزار اعمال کنیم.

در این حالت نیز پهنه لرزه­ خیزی ساختمان بر پروسه ما تاثیر گذار است.

حالت1. پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد

  • گام اول- تعریف Ev در Load Pattern:

  • گام دوم- اعمال Ev در کنسول­ ها و سایر اعضای مورد نظر آیین ­نامه:

  • گام سوم- اصلاح ترکیب بارهای موجود با توجه به مطالب گفته شده به صورت دستی:

 آیا در مناطق با A=0.35 تمامی ترکیب­ بارها باید به صورت دستی اصلاح شوند؟

خیر؛ با تغییر پارامتر Sds می ­توان ترکیب بارها را به صورت اتوماتیک اصلاح نمود.

برای این منظور به شرح زیر عمل می­کنیم:

با اعمال 1.05*I در قسمت Sds، اگر از ترکیب بار های پیش ­فرض نرم ­افزار استفاده کنید، ضریب بار مرده به صورت اتوماتیک 1.41 و 0.69 خواهد بود.

تذکر1. منظور از I همان ضریب اهمیت ساختمان می ­باشد که برای ساختمان­ های مسکونی عدد یک خواهد بود.

تذکر2. حتی با وجود استفاده از Sds، هم چنان Ev را باید به صورت دستی و با علامت مثبت و منفی در ترکیب بار ها وارد کرد.

حالت2. پهنه با خطر نسبی زیاد، متوسط و کم

در این وضعیت کافیست مطابق با مطالب فوق، Ev را تعریف و در اعضای مربوطه اعمال کنیم. سپس در ترکیب ­بار های موجود، Ev را به صورت دستی وارد نماییم.

تذکر. این نیرو باید حتماً در هر دو جهت رو به بالا و پایین اعمال شود.

بخش تکمیلی:

رویه معمول در طراحی ساختمان ­ها به این شکل است که مهندسین طراح عموماً راه ­پله را طراحی نمی­ کنند. این مسئله از چند جنبه دارای اهمیت است که در ادامه قصد داریم آن را مورد بررسی قرار دهیم.

یکی از فرم­ های بسیار پرکاربرد اجرای راه­ پله در ساختمان­ های بتن ­آرمه، قرار گرفتن رمپ ها بر روی تیرهای کنسولی می ­باشد.

در تصویر زیر نمونه یک پله سه رمپه که بر روی تیرهای کنسولی تکیه دارد را مشاهده می­ کنید.

همانطور که از خلال بحث­ های این مقاله تاکنون آموختیم. می دانیم که بخش­ های کنسولی تحت اثر نیروی قائم زلزله قرار دارند. وجود اثر مخرب نیروی قائم زلزله، عدم مدل سازی و طراحی راه­ پله از سوی مهندسین محاسب و نقش حیاتی راه­ پله در فرار ساکنین، همه مواردی هستند که نشانگر اشتباهی بزرگ در عدم طراحی راه­ پله می­ باشند.
بنابراین توصیه اکید می ­شود اگر برای سازه خود تصمیم به کاربرد چنین فرمی از راه­ پله گرفته ­اید؛ حتماً نسبت به مدل سازی و طراحی دقیق آن توجه لازم را داشته باشید. و برای دوری از این اشتباه(عدم طراحی راه پله)، حتما مقاله “بارگذاری راه پله در etabs بصورت تصویری + محاسبات دستی “ را مطالعه نمایید.

و اما کلام آخر آنکه، نمی توان صحبت از راه پله کرد؛ و از بحث آسانسور غافل شد. لذا مطالعه مقاله ی  “بارگذاری و طراحی آسانسور در etabs ” را از دست ندهید. چرا که اگرچه برای طراحی آن نیروی قائم زلزله اعمال نمی کنیم ولی نیروی افقی زلزله را باید در طراحی آن لحاظ کنیم.

 

نتیجه گیری:

  1. یکی از ویژگی ­های مهم زلزله­ های حوزه نزدیک، دارا بودن مولفه قائم قابل توجه با محتوای فرکانسی بالاست. که در بسیاری از موارد از مولفه افقی همان زلزله به مقدار قابل توجهی بیشتر است.
  2. رکوردهای ثبت شده در نواحی نزدیک گسل نشان دهنده حرکت شدید قائم زمین هستند. زلزله‌های حوزه نزدیک به علت اثر مخرب مولفه قائم زلزله از زلزله‌های حوزه دور متمایز می‌شوند. این اثرات خصوصاً بر روی دهانه­ های بلند و کنسول­ ها جدی­ تر نیز می ­باشد.
  3. چون پهنه­ های با خطر نسبی خیلی زیاد دارای گسل­ های فعال بسیاری در محدوده خود می ­باشند، آیین­ نامه تصمیم به اعمال نیروی قائم زلزله به کل سازه گرفته است.
  4. نیروی قائم زلزله فقط به ترکیب­ بارهایی که دارای زلزله هستند اعمال می ­شود و برای سایر ترکیبات بار تغییری نخواهیم داشت.
  5. وجود اثر مخرب نیروی قائم زلزله، عدم مدل سازی و طراحی راه­ پله از سوی مهندسین محاسب و نقش حیاتی راه ­پله در فرار ساکنین، همه مواردی هستند که نشانگر اشتباهی بزرگ در عدم طراحی راه ­پله می ­باشند.

در نهایت می ­توان چنین بیان داشت که شما با مطالعه این مقاله قادر خواهد بود بسته به پهنه لرزه ­خیزی منطقه، نسبت به اعمال اثر نیروی قائم زلزله اقدام نماید. همچنین در این مقاله یک اشتباه مهلک در طراحی سازه ­ها نیز شرح داده شده است که امید است در ادامه فعالیت حرفه ­ای خود از آن دوری کنیم.

منابع:

  1. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ها در برابر زلزله، ویرایش چهارم، سال 1393.
  2. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران، ویرایش سوم، سال 1392.
  3. جزوه راهنمای طراحی ساختمان­ های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین­ زاده­ اصل­.

فیلم آموزشی نیروی قائم زلزله:

اگر در ابتدای مقاله، فیلم آموزشی رایگان در مورد نیروی قائم زلزله، از سری آموزش های تفسیر استاندارد 2800 V4 را، ندیده اید… هنوز هم فرصت دارید:

” نیروی قائم زلزله “

 

[1] در تمام مراحل محاسباتی ضریب اهمیت ساختمان یک منظور شده است.

کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس 2015: آموزش جامع تصویری گام به گام

قبلا در مقاله دیافراگم صلب به بیان نکات مفهومی دیافراگم صلب پرداختیم اما برای کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس بایستی حداکثر تغییر شکل دیافراگم (Δdiaph) و تغییرمکان نسبی طبقه (Δstory) را محاسبه کنیم. دقت شود که این مقادیر باید تحت اثر نیروی­ جانبی­ زلزله (و نه تحت برش طبقه) محاسبه شوند.

از سوی ­دیگر با توجه به این­که مقدار نیروی ­جانبی زلزله در تراز بام (آخرین طبقه) به حداکثر مقدار خود می­رسد (چرا؟)؛ لذا لازم است کنترل صلبیت دیافراگم را برای همه­ ی پانل­ های سقف در بحرانی ­ترین طبقه (که در واقع  همان طبقه بام است)، انجام گردد.

گام­ به­ گام کنترل صلبیت دیافراگم در قالب یک مثال در نرم­ افزار ETABS

سازه ­ای فولادی را مطابق شکل زیر در نظر بگیرید. سیستم سازه ای این سازه در جهت X ،قاب خمشی و طول پلان در این راستا برابر 15.5 متر و در راستای Y دارای سیستم قاب ساختمانی همراه با مهاربند و طول پلان در این راستا برابر 12.7 متر است. برای کنترل صلبیت دیافراگم ،بایستی کلیه محاسبات در بحرانی­ ترین طبقه (طبقه­ ی بام) انجام گیرد.

 

گام1: محاسبه بار جانبی در واحد طول

در ادامه پس از آنالیز (runکردن) پروژه، لازم است مقادیر نیروی جانبی زلزله در هر راستای X و Y را برای تراز بام از مسیر زیر به دست آورده و با تقسیم آن بر طول عمود بر راستای زلزله، مقدار نیروی جانبی را در واحد طول محاسبه شود.

نمایش نیروهای متمرکز

نمایش نیروهای زلزله در طبقه بام

همان­طور که مشاهده می­ شود (هایلایت­ های زرد در شکل­ بالا) مقدار نیروی زلزله در تراز بام برای راستای X برابر 32.42 تن و برای راستای Y برابر 44.52 تن است. حال با تقسیم این مقادیر بر طول عمود بر راستای هر یک از زلزله­ ها، مقدار نیروی جانبی وارد بر طبقه در واحد طول به دست خواهد آمد.

مقدار نیروی زلزله در واحد طول در راستای ایکس (بر حسب تن متر)

2.71=34.42/12.7

مقدار نیروی زلزله در واحد طول در راستای وای (بر حسب تن متر)

2.87=44.52/15.2

گام2: اعمال بار جانبی دیافراگم جهت کنترل صلبیت دیافراگم

حال برای تعیین تغییرشکل دیافراگم تحت نیروی زلزله در هر راستا بایستی نیرو های محاسبه شده در واحد طول صرفاً به سیستم بابرجانبی جانبی افقی (شامل کف­ ها، تیر های داخل سقف و گره ها اعمال گردد. لذا المان­ های باربر جانبی قائم (ستون­ ها و مهاربند­ها) نباید از زلزله سهمی ببرند(چرا؟)

برای تامین چنین شرایطی می­توان به دو روش اقدام کرد. در روش اول می­ توان با کلیه المان­ های زیر سقف بام را حذف و صرفاً دیافراگم، تیر ها و گره­ های تراز بام در مدل نگه داشت. در روش دوم نیز می­ توان به جز المان­ های لرزه­ بر قائم (ستون­ ها و مهاربندها)، سایر المان­ های تراز بام را به یک فایل جدید منتقل نمود و محاسبات را در این فایل جدید انجام داد تا فایل اصلی دچار آسیب نگردد. این روش بنابه سهولت و کاهش خطاهای انسانی توصیه می­ گردد و همین روش را در این یادداشت به کار خواهیم­ بست.

سپس تمام کف­ ها، تیرها و گره ­های طبقه بام را انتخاب کنید. (برای اینکار از ابزارهای select و deselect در ایتبس استفاده کنید.)

حال برای استخراج المان­ های انتخابی برای کنترل صلبیت دیافراگم، لازم است از مسیر زیر فایل جداگانه ­ای را ساخته و مراحل کنترل را روی آن انجام دهیم.

بعد از زدن دکمه ok و ذخیره فایل جدید، لازم است این فایل را بازخوانی­ شود. برای این کار می­توان از مسیر File>Open اقدام کرد.

حال با انتخاب تمام المان­ های موجود در فایل، برای از بین­ بردن صلبیت اتصالات و دیافراگم­ ها مسیر زیر را پیش می­گیریم تا تغییرشکل­ های دیافراگم قابل مشاهده و محاسبه گردد.

مفصل کردن اتصالات

حال در یک انتهای قاب­ های لرزه­ بر، تکیه­ گاه مفصلی خارجی قرار داده می­ شود تا مانع از عملکرد قاب­ های لرزه­ بر شده و نیروی زلزله صرفاً به دیافراگم وارد شود. توجه شود که منظور از قاب­ های لرزه­ بر قاب­ های خمشی و قاب­ های مهاربندی­ شده است (دقت کنید که قاب­ های مفصلی فاقد مهاربند شامل این موضوع نمی­ شوند).

اختصاص تکیه گاه های خارجی

برای اختصاص تکیه­ گاه­ های خارجی در نقاط مشخص­ شده (با خط­چین در شکل بالا) لازم است پس از انتخاب گره­ ها، از مسیر زیر پیش رویم:

اختصاص تکیه گاه های خارجی

حال می رسد نوبت به اعمال بار زلزله به هر یک از پانل­ های دیافراگم:

توجه به این نکته حائز اهمیت است که اگر چند پانل در یک راستا و یک دهانه وجود داشته باشد، صرفاً کنترل صلبیت یکی از آن­ ها کفایت می ­کند. مثلاً برای زلزله­ ی راستای x که از میان دو پانل متوالی در این راستا (شامل پانل­ های 1 و2)، پانل 2 را که بزرگتر و بحرانی­ تر است، و از میان سه پانل متوالی در راستای x (شامل پانل­ های 3 و 4 و 5)، پانل 3 را برای کنترل صلبیت انتخاب می­کنیم. همین منوال برای انتخاب پانل­ های کنترلی در راستای Y نیز حاکم است. توجه شود از کنترل پانل­ هایی که اتصال کاملی به دیافراگم ندارند (نظیر کف پاگرد ها و بالکن­ ها)، صرف­نظر شده­ است.

پانل های کف سازه

قبل از بارگذاری پانل­ ها لازم است مقدار بار زلزله­ ی هر پانل مشخص گردد. برای این کار کافیست بار زلزله در واحد طول را (که قبلاً محاسبه کرده ­ایم) بر طولی از پانل که عمود بر راستای زلزله­ ی وارده است، تقسیم کنیم. برای مثال برای اعمال بارگسترده زلزله به پانل 2 در راستایY خواهیم داشت:

ton/m 2.78 =مقدار بار خطی در واحد طول در راستای Y

m 5.9 = طول آکس DE = طول پانل 2 در راستای عمود بر Y

مقدار بارخطی اعمالی برای کنترل دریفت پانل2:

kg/m2 471 = 5.9/2.78

 

از آن­جایی که بعد از اعمال بار محاسبه­ شده به پانل 2، بایستی سازه را آنالیز(تحلیل) کنیم، برای عدم تداخل بار اعمالی با بارهای قبلی سازه، لازم است یکLoad Pattern جدید از نوع Other با اسمی مانند Ex-diaph و Ey-diaph تعریف کنیم.

تعریف الگوی بار جدید

بعد از انتخاب پانل2، برای اعمال این بار افقی (هم­راستا با زلزله ­ی جهت Y) مطابق مسیر زیر پیش می ­رویم:

به همین ترتیب، برای سایر پانل­ های مشخص شده در هر دهانه و راستا، بار افقی زلزله­ ی آن را محاسبه و به پانل­ ها اعمال می­ کنیم. در نهایت سازه را صرفاً برای این 2 الگوی بار که تعریف کرده ­ایم، تحلیل کرده و نتایج را بررسی می­ کنیم.

گام3: مشاهده تغییر شکل دیافراگم جهت کنترل صلبیت دیافراگم

بعد از اتمام تحلیل سازه و قبل از قرائت مقدار جابجایی گره­ های پانل، از مسیر زیر شماره (Lable) هر گره را فعال کرده و تا مقدار جابجایی گره­ های مورد نظر را از جدول قرائت کنیم.

نمایش lable های هر گره

حال برای قرائت مقدار جابجایی گره­ ها از طریق مسیر زیر پیش خواهیم رفت.

نمایش جابجایی گره ها

در نهایت به فایل اصلی سازه برگشته و مقادیر جابجایی نسبی طبقات را محاسبه خواهیم نمود.

نمایش جابجایی های مراکز جرم طبقات

اکنون مقدار جابجایی نسبی طبقه بام در هر راستا به صورت زیر قابل محاسبه است:

جابجایی نسبی از تفاضل جابجایی مراکز جرم کف های بالا و پایین به دست می آید.

mm 54/6 = 25/51 – 79/57 = جابجایی نسبی در راستایx

mm 47/4 = 19/25 – 66/29 = جابجایی نسبی در راستایY

با مقایسه مقدار جابجایی گره­ های 5 و 15 از پانل 3 (واقع در گوشه­ های آن) با مقادیر به دست آمده برای جابجایی نسبی طبقه­ ی بام، متوجه می­شویم که مقادیر Δdiaph پانل 3 از نصف Δstory همان پانل، کمتر بوده و بنا به بند 3-8، دیافراگم اختصاص یافته به این پانل صلب می ­باشد. پس فرض اولیه ما در حین مدلسازی صحیح بوده و دیافراگم رفتار صلب دارد.

 

خلاصه و نتیجه گیری

  • در میان ویژگی های مهم یک دیافراگم (نظیر حداکثر دهانه مجاز، خیز و ارتعاش حداقل و …)، صلبیت آن نقش کلیدی در تامین رفتار مناسب ساختمان در حین زلزله دارد. لذا آشنایی با چگونگی کنترل صلبیت انواع دیافراگم امری حیاتی است.
  • هر چه سقف صلبیت بیشتری داشته باشد (صلب باشد) رفتار آن در حین بارگذاری لرزه ای قابل پیش بینی تر بوده و حجم محاسبات کاهش قابل توجهی خواهد داشت.
  • برای درک بهتر مفهوم صلبیت دیافراگم در سازه و نقش آن در تویع بار زلزله، به مثال زیر توجه کنید. اگر المان­های باربر جانبی (مثل ستون، دیواربرشی و مهاربند) را با فنر و خود دیافراگم را با صفحه ای فولادی که متصل به این فنر هاست، مدل کنیم؛ می توان گفت در حالتی که صفحه فولادی ضخیم و صلب باشد به نحوی که هیچ تغییر شکل داخل صفحه ای نداشته باشد (مانند یک دال توپُر بتنی 10 سانتی متری به همراه قاب خمشی)، نیروی وارده به آن (p) به نسبت سختی فنر ها (K) در بین آن ها تقسیم می شود. در حالیکه اگر صفحه فولادی کم ضخامت و انعطاف پذیر باشد به طوری که صفحه فولادی تحت بار P دچار تغییر شکل شود، دیگر توزیع نیروی وارده در فنرها صرفاً به نسبت سختی آن ها نخواهد بود.

 

  • برای کنترل صلبیت دیافراگم در نرم افزار ایتبس با اعمال نیروی زلزله ی طبقه ی بام به دیافراگمِ (کف طبقه، تیرهای داخل کف) همان طبقه، مقدار تغییر شکل دیافراگم را محاسبه کرده و با استفاده از روابط آورده شده در قسمت الف، ب و پ از بند 3-8-1 و مقایسه ی تغییر شکل دیافراگم با جابجابی نسبی طبقه بام، نوع دیافراگم را انتخاب کنیم.

 

منابع

Rigid or Flexible Diaphragm? – by SKGA & Wiki CSI

-Flexible or Rigid? Multi-Story Light-Frame Structure Design Considerations- by Paul McEntee on July 11, 2012

-TIPS FOR USING DIAPHRAGMS WITH ANALYSIS SOFTWARE – by Lisa Willard, P.E., and Brian Quinn, P.E.

-Rigid vs. Semi-rigid diaphragm – Wiki Csi

-Flexible vs. rigid diaphragm effect on torsional stiffness of buildings– Wiki Csi

 

دیافراگم صلب در سازه چیست؟ آموزش نکات مهم و کاربردی در مدلسازی دیافراگم

مهندس نیکوروش در ویدئوی دیافراگم صلب در سازه به نکات فوق العاده ای اشاره کردند اما باید بدانید که:

در میان ویژگی­ های مختلف انواع سقف ها (نظیر مقدار دهانه مجاز قابل پوشش، مقدار لرزش و ارتعاش، بار مرده تحمیلی به سازه، مقاومت در برابر حریق، مقدار خیز و …)، نحوه­ ی عملکرد آن در حین زلزله، یعنی توزیع نیروی ­زلزله بین عناصر باربر جانبی (که از آن به عنوان عملکرد دیافراگم کف سازه یاد می­ شود)، از اهمیّت ویژه ­ای برخوردار است؛ چرا که تامین رفتار پیش ­بینی شده در سازه به میزان بسیار زیادی به این­ بستگی دارد که سقف را به عنوان دیافراگم صلب در ایتبس مدل کنیم؟ یا نیمه صلب؟ و یا منعطف؟

با وجود این ویژگی­ ها و حساسیت­ های مهم در انتخاب نوع سقف، سوالاتی که پیش می­ آید این است که:

  • آیا هر سقفی را می­ توان برای سازه انتخاب نمود؟
  • آیا نیازی به کنترل ویژگی­ های سقف برای بار های وارده به آن نمی­ باشد؟
  • آیا هر سقفی با توجه به منطقه­ ی لرزه ­خیزی احداث آن می­ تواند پاسخگویی قابل قبولی در حین زلزله داشته باشد؟

توزیع نیروی زلزله بین المان های باربر جانبی

برای پاسخ به سوالات مطرح­ شده لازم است با تقسیم ­بندی انواع سیستم­ های مقاوم در برابر بار جانبی آشنا شویم:

سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

­

می­ دانیم که عمده وزن یک طبقه از ­ساختمان در سقف آن طبقه متمرکز است لذا نیروی زلزله به سقف ­سازه وارد شده و سقف وظیفه دارد آن­ را بین اعضای باربر جانبی قائم به نسبت تقسیم کند. ممکن است از خود بپرسید منظور از «به نسبت» در جمله قبل چیست؟

در جواب شما لازم است بدانیم که سهم باربری هر سیستم باربر جانبی قائم از زلزله،بسته به مقدار صلبیت سقف سازه می­ تواند بر اساس نسبت سختی یا نسبت وزن لرزه­ ای قابِ (سهم از بار ثقلی) آن باشد. به عبارت دیگر اگر سقف سازه صلبیت زیادی را داشته باشد (سقف صلب باشد)، توزیع زلزله بین عناصر باربر جانبی به نسبت سختی هر المان خواهد بود.

و اگر سقف صلبیت کافی را دارا نباشد یا به عبارتی انعطاف پذیر باشد، توزیع زلزله در هر قاب باربر جانبی به نسبت وزن لرزه­ ای (بار مرده و درصدی از بار زنده ­ای) آن قاب خواهد بود. و در آخر اگر دیافراگم نیمه­ صلب (حالت بینابینی صلب و انعطاف­ پذیر) باشد، توزیع زلزله به دو نسبتی که برای دو حالت فوق ذکر گردید، انجام خواهد گرفت.

دیافراگم صلب و دیافراگم انعطاف پذیر

 

در این یادداشت چه می­ آموزیم؟

در روال طراحی ساختمان در ایران، کنترل صلبیت سقف­ ها چندان مورد توجه نمی­ باشد و مهندسین بدون هیچ کنترلی، سقف­ های رایج نظیر تیرچه بلوک، دال بتنی، عرشه فولادی و … را به عنوان دیافراگم صلب در نظر گرفته و در محاسبات را بر مبنای این فرض انجام می­ دهند. در این یادداشت سعی خواهیم کرد که بعد از آشنایی با مفهوم صلبیت در سقف­ ها و بررسی مواردی که احتمال عدم تامین صلبیت سقف وجود دارد، نسبت به کنترل آن در محاسبات اقدام نماییم و بفهمیم فرض مهندسین طراح در فرض اولیه سقف­ ها به عنوان دیافراگم صلب تا چه میزان صحیح است.

تعریف دیافراگم صلب

همانطور که پیش ­تر نیز اشاره کردیم، تعیین مقدار صلبیّت دیافراگم، به عنوان اولین جبهه ­ای که با نیروی زلزله درگیر است، از اهمیت فوق­ العاده ­ای برخوردار است؛ چرا که پس از توزیع برش پایه در ارتفاع ساختمان و تعیین نیروی جانبی طبقات، برش هر طبقه بین عناصر باربرجانبی آن طبقه توزیع می­ گردد. این توزیع نیروی جانبی که کاملاً تابع صلبیت دیافراگم است، مقدار باربری لرزه ­ای هر المان باربر لرزه ­ای را مشخص خواهد کرد که توزیع صحیح آن برای طراحی المان­ های باربر قائم امری حیاتی است.

دیافراگم­ ها بر اساس میزان صلبیت خود به 3 دسته­ ی زیر قابل تقسیم اند:

  1. دیافراگم صلب

  2. دیافراگم نیمه­ صلب

  3. دیافراگم انعطاف­ پذیر

 

1.دیافراگم صلب :

در این نوع دیافراگم سختی داخل صفحه­ ی دیافراگم بسیار زیاد بوده و تغییرشکل­ های خمشی تحت بار زلزله بسیار جزئی (که در تحلیل و مدلسازی قابل صرف­نظر کردن است) در دیافراگم ایجاد می شود. به عبارت ­دیگر سختی دیافراگم به قدری زیاد است که با بستن المان­ های متصل به دیافراگم به همدیگر، درجات آزادی درون صفحه­ ی دیافراگم را به 3 درجه (2 درجه انتقال افقی و یک درجه پیچشی) محدود می­ کند. از همین رو نیروی جانبی زلزله را به صورت یک بار متمرکز در مرکز جرم طبقه قابل اعمال خواهد بود. متمرکز کردن نیروی زلزله، سبب کاهش محاسبات (کوچکتر شدن ماتریس سختی) و سبک­تر شدن محاسبات در حین تحلیل خواهد­شد.

سختی درون صفحه دیافراگم

در مدلسازی سقف­ ها با دیافراگم صلب ، ایرادات زیر مطرح است:

  • الف- به دلیل صلب فرض نمودن دیافراگم، هیچ یکی از نقاط آن نسبت­ به­ هم تغییرشکل و جابجایی نداشته و همین امر سبب می­ شود که نیروی محوری تیر های متصل به دیافراگم صفر گردد (همین امر سبب تعجب مهندسینی می­ شود که برای اولین ­بار با نرم افزار ایتبس کار می­ کنند). تغییر شکل­ های افقی و پیچشی که در شکل زیر آورده شده است، مویّد همین ادعاست.

تغییر شکل های افقی و پیچشی دیافراگم

  • ب- ظرفیت برشی دیافراگم مستقل از سختی المان­ ها بوده و همین امر باعث می­ گردد که وجود بازشو در دیافراگم دیده نشود؛ این موضوع زمانی بحرانی­ تر می­ گردد که بازشو های بزرگ نزدیک­ هم بوده و پلان دارای نامنظمی هندسی باشد.

بازشو در دیافراگم

به نظرتان ایرادات وارده به صلب فرض کردن سقف تا چه حد قابل پذیرش می باشند؟ برای پاسخ به این سوال، این یادداشت را تا آخر بخوانید و خود جواب تان را بیابید.

 

2.دیافراگم نیمه­ صلب :

در این­ نوع دیافراگم هر دو سیستم باربر جانبی افقی و قائم بر همدگیر تاثیرگذار هستند. لذا باید به صورت دقیق و با جزئیات کامل مدلسازی شوند تا اندرکنش این دو قسمت به طور کامل دیده شود. به همین خاطر مدلسازی این نوع دیافراگم صرفاً در نرم ­افزارهایی مانند ایتبس قابل انجام­ است.

هر چند وجود اثر متقابل این دو سیستم باربرجانبی و دیده شدن آن در مدلسازی، این نوع دیافراگم را به نزدیک­ ترین مدلی که با واقعیتِ اجرایی دیافراگم تطابق دارد، بدل کرده است ولی افزایش حجم محاسبات و نزدیکی زیاد نتایج حاصل از تحلیل آن به نتایج حاصل از تحلیل دیافراگم صلب، سبب شده است جز در موارد خاص، استفاده از این نوع دیافراگم چندان مورد توجه نباشد.

چه موقع از دیافراگم صلب (Rigid) استفاده نکنیم؟

در مواقعی که لازم است مقدار نیروی محوری تیرها تعیین شود یا تیرها برای نیروی محوری نیز طراحی شوند(تیر-ستون­ها)، بایستی در نرم افزار ایتبس از سقف نیمه صلب (Semi Rigid) استفاده گردد. این موارد شامل:

  • الف-طراحی تیرهای سقف زیرزمین تحت نیروی جانبی فشار خاک
  • ب-کنترل تنش درتیرهای ­تحت بارهای حرارتی
  • ج- طراحی تیر پیوند در مهاربند واگرا (برای این مورد می­توان سقف را صلب مدل کرده و صرفاً تیر پیوند را از اتصال به دیافراگم صلب آزاد نمود.)

 

 

3.دیافراگم انعطاف­ پذیر :

برخلاف دیافراگم صلب ، سختی درون صفحه این دیافراگم بسیارکم بوده و دچار تغییرشکل­ های خمشی داخل صفحه­ ی قابل ملاحظه ­ای می­ گردد. برای محاسبات نیروی­ های ایجاد شده در دیافراگم و توزیع بارجانبی بین المان­ های لرزه­ بر بایستی به مدلسازی دقیق نرم­ افزاری در ایتبس روی­ آورد.

به نظر شما در گذشته که نرم افزار­ های دقیق تحلیل و طراحی سازه وجود نداشت، برای توزیع نیروی زلزله در دیافراگم انعطاف پذیر، از چه روشی استفاده می شد؟

در جواب می گوییم که در این موارد مهندسین به عنوان یک روش تقریبی دستی در محاسبات، سهم هر قاب باربرجانبی از برش طبقه را برابر سطح بارگیر آن قاب از بارهای ثقلی در نظر می­ گرفتند که امروزه نیز کاربرد دارد. لازم به ذکر است که این روش بیشتر برای پلان­ هایی مفید است که بازشو های بزرگ و نزدیک هم نداشته و پلان از منظمی نسبی برخوردار باشد.

دیافراگم انعطاف پذیر

تغییر شکل های دیافراگم انعطاف پذیر

تشریح بند آیین­ نامه ­­ای

حال که با انواع دیافراگم­ ها و مکانیزم عملکردی آن­ ها آشنا شدیم، بند هایی از ویرایش چهارم استاندارد 2800 که به انواع دیافراگم اشاره دارد، بیان کرده و قسمت­ های مبهم را بیشتر توضیح خواهیم داد.

انواع دیافراگم سقف از نظر آیین نامه 2800

انواع دیافراگم سقف از نظر آیین نامه 2800

اگر بخواهیم بند الف آیین­ نامه را ساده­ تر بیان کنیم، خواهیم داشت:

Delta diaphragm / Delta story > 2 : دیافراگم انعطاف ­پذیر(نرم)

اگر بخواهیم بند ب آیین­ نامه را ساده­ تر بیان کنیم، خواهیم داشت:

Delta diaphragm / Delta story < 0.5 : دیافراگم صلب

و اگر این نسبت بین دو مقدار بالا باشد (بین 0.5 و 2) دیافراگم از نوع نیمه­ صلب خواهد بود.

ممکن است این سوال پیش آید که پارامترهای Δdiaph و Δstory در این روابط نشان دهنده ی چیست؟ در پاسخ می گوییم که این پارامترها به ترتیب بیانگر حداکثر تغییر شکل دیافراگم و تغییرمکان نسبی طبقه است که برای درک بهتر آن ها میتوانید به شکل زیر توجه کنید:

تغییر شکل دیافراگم و تغییرمکان نسبی طبقه

 

خلاصه و نتیجه گیری

  • با تغییر تکنولوژی ساخت و ساز، شاهد معرفی انواع مختلفی از سقف­های جدید هستم که در آیین نامه ها و استاندارهای کشورمان وارد نشده و ویژگی های بهره برداری (سرویس دهی) و سازه ای آن ها چندان روشن نیست.
  • در میان ویژگی های مهم یک دیافراگم (نظیر حداکثر دهانه مجاز، خیز و ارتعاش حداقل و …)، صلبیت آن نقش کلیدی در تامین رفتار مناسب ساختمان در حین زلزله دارد. لذا آشنایی با چگونگی کنترل صلبیت انواع دیافراگم امری حیاتی است.
  • هر چه سقف صلبیت بیشتری داشته باشد (صلب باشد) رفتار آن در حین بارگذاری لرزه ای قابل پیش بینی تر بوده و حجم محاسبات کاهش قابل توجهی خواهد داشت.

این مقاله ادامه دارد…

پیشنهاد می کنیم فیلم های آموزشی زیر را از دست ندهید:

دیافراگم با ارائه مهندس نیکوروش

تعریف دیافراگم در پلان های نامنظم با ارائه مهندس محمدی

کنترل زلزله بهره برداری در ایتبس منطبق بر آیین نامه بصورت تصویری وگام به گام

در مقاله زلزله طرح و زلزله بهره برداری درمورد مفاهیم زلزله بهره برداری و تفاوت های آن با زلزله طرح صحبت کردیم. در این مقاله قصد داریم کنترل زلزله بهره برداری در نرم افزار ایتبس را به شما مخاطبین عزیز سبزسازه آموزش دهیم. ابتدا این کنترل را برای سازه های بتن آرمه انجام داده و سپس به سازه های فولادی خواهیم پرداخت.

  1. سازه­ های بتن­ آرمه

از مقاله زلزله طرح و زلزله بهره برداری بخاطر داریم که:

در سازه­ های بتن­ آرمه بایست ممان اینرسی مقطع ترک­ خورده با ضرایبی اصلاح شود.

در زلزله طرح برای تیرها ضریب اصلاح 0.35، برای ستونها 0.7 و برای دیوارهای نسبت به میزان ترک­ خوردگی 0.35 یا 0.7 می­ باشد.

اما برای زلزله بهره­ برداری مقادیر این ممان اینرسی­ ها را می­ توان تا 1.5 برابر افزایش داد. بنابراین:

گام1: اعمال ضرایب ترک خوردگی

ضرایب ترک خوردگی ستون در زلزله بهره برداری

ضرایب ترک خوردگی تیر در زلزله بهره برداری

گام2: غیر فعال کردن اثر پی دلتا

همانطور که در مقاله زلزله طرح و زلزله بهره برداری گفته شد، در زلزله بهره برداری نیازی به اعمال اثر پی دلتا نیست. بنابراین این گزینه را در نرم­ افزار ایتبس از طریق مسیر زیر خاموش می­ کنیم.

تنظیمات اثر پی دلتا در ایتبس

غیرفعال کردن اثر پی دلتا

گام 3: اعمال ضریب زلزله جدید

بایست شتاب مبنای طرح بر عدد 6 تقسیم شود و ضریب رفتار نیز عدد یک منظور گردد. با انجام این تغییرات، ضریب زلزله جدید را اعمال می­ کنیم.

گام 4:اصلاح ترکیب بارها

ترکیب بارها باید بدون ضریب بار باشند. برای این منظور ترکیب بارها را یک به یک انتخاب و اصلاح می­ کنیم. برای نمونه داریم:

گام 5: تغییرات در قسمت آیین نامه

بایست به جای ضرایب کاهش مقاومت در نرم ­افزار عدد یک را قرار دهیم.

گام 6: آنالیز و طراحی

حال کافیست سازه را آنالیز و طراحی کنیم. در این شرایط مطابق استاندارد 2800، تلاش­ های ایجاد شده در اعضا نباید از مقاومت اسمی آنها تجاوز نماید.

  1. سازه ­های فولادی

روند کار تا حد بسیار زیادی مشابه با سازه­ های بتنی می­ باشد. می­ دانیم در سازه­ های فولادی نیازی به اعمال ضرایب ترک­ خوردگی نیست. بنابراین یک مرحله کم می شود.

گام یک. مطابق با آنچه در بخش سازه ­های بتنی دیدیم اثر پی­ دلتا را خاموش می­ کنیم.

گام دو. ضریب زلزله دقیقاً مشابه با بخش قبل محاسبه و اعمال می­ گردد.

گام سه. اصلاح ترکیب بارها تفاوتی با بخش قبل ندارد.

گام چهار. برای تبدیل ضرایب کاهش مقاومت به عدد یک به صورت زیر عمل می­کنیم:

گام پنج. مشابها نوبت آنالیز و طراحی است.

در این شرایط مطابق استاندارد 2800، در طراحی به روش حدی تلاش­ های ایجاد شده در اعضا نباید از مقاومت اسمی آنها تجاوز نماید.

تغییر مکان جانبی نسبی در زلزله بهره برداری :

استاندارد 2800 در خصوص نحوه کنترل تغییر مکان نسبی در زلزله سطح بهره برداری بند زیر را بیان نموده است:

2-11-3 در زلزله سطح بهره برداری “ّتغییر مکان جانبی نسبی بهره برداری” که از تحلیل خطی سازه تحت اثر نیروی زلزله مذکور به دست می آید، نباید از 0.005 ارتفاع آن طبقه بیشتر باشد. این محدودیت را در مواردی که نوع و نحوه به کارگیری مصالح و سیستم اتصال قطعات غیرسازه ای به گونه ای باشد که این قطعات بتوانند در برابر تغییر مکان جانبی بیشتر، بدون خسارات عمده، برجا بمانند میتوان تا 0.008 ارتفاع طبقه افزایش داد.

اولین نکته این است که در محاسبه تغییر مکان جانبی بهره برداری، تحلیل از نوع خطی می­ باشد. درنتیجه نیازی نداریم که مانند محاسبه تغییرمکان جانبی نسبی طرح از تحلیل غیر خطی یا از ضریب Cd استفاده کنیم. این مسئله یکی از تفاوت­های دیگر زلزله طرح و بهره­ برداری می­­ باشد. تفاوت دیگر در مقادیر مجازیست که استاندارد 2800 برای این دو تغییر مکان جانبی نسبی در نظر گرفته است.

تغییر مکان جانبی نسبی بهره­ برداری نباید از 0.005 ارتفاع آن طبقه بیشتر باشد. در حالی که برای تغییر مکان جانبی نسبی طرح، محدودیت به قرار زیر است:

در ساختمان های تا 5 طبقه = 0.025h

در سایر ساختمان ها = 0.02h

در این روابط h ارتفاع طبقه است.

کاملاً واضح است که در زلزله سطح بهره ­برداری، ضابطه کنترل دریفت بسیار سخت­گیرانه­ تر است.(چرا؟؟)

نتیجه گیری

  1. زلزله بهره­ برداری زلزله خفیفی است ولی چون سازه با ضریب رفتار (1=Ru) طراحی می ­شود، در نتیجه معمولاً در سازه ­های بلند و شکل­ پذیر ویژه تعیین کننده خواهد بود.
  2. در طول 50 سال عمر مفید ساختمان با احتمال نزدیک به یقین سازه زلزله بهره­ برداری را تجربه خواهد کرد.
  3. استاندارد 2800 زلزله ایران برای کلیه ساختمان­های با اهمیت زیاد و خیلی زیاد و نیز ساختمان­های بلندتر از 50 متر و بیش از 15 طبقه، کنترل زلزله بهره برداری را الزامی دانسته است.
  4. در زلزله بهره­ برداری باید سازه کاملاً قابل استفاده بماند در نتیجه تغییرشکل­ها بسیار محدود بوده و مفاصل پلاستیک نیز نباید تشکیل شوند. لذا ضریب رفتار (Ru) در محاسبه ضریب زلزله بهره­ برداری برابر با یک منظور می­گردد.
  5. محاسبات و الزامات مرتبط با زلزله طرح و بهره­ برداری تفاوت­های عمده ­ای با یکدیگر دارند. از جمله این تفاوت­ها می­توان به نحوه اعمال ضرایب ترک­ خوردگی ، اثر پی دلتا، ضرایب کاهش مقاومت و افزایش بار و… اشاره داشت.
  6. در محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی بهره­ برداری، تحلیل از نوع خطی می­ باشد. درنتیجه نیازی نداریم که مانند محاسبه تغییرمکان جانبی نسبی طرح از تحلیل غیر خطی یا از ضریب Cd استفاده کنیم.

 منابع

  1. آیین­ نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4.
  2. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سوم سال 1392.
  3. جزوه راهنمای طراحی ساختمان­های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین­ زاده­ اصل­.