کنترل طبقه نرم در ایتبس: آموزش گام به گام و تصویری کاملا کاربردی و رایگان

فروریزش بسیاری از ساختمان­ ها در هنگام زلزله را می ­توان به وضعیتی مرتبط دانست که در آن اعضای مهاربندی (نظیر دیوارهای برشی، بادبندها و …) در برخی طبقات حذف شده­ باشند. علت این حذف عمدتاً برآورده ساختن نیازهای معماری است. در این شرایط طبقه مذکور در برابر نیروهای جانبی تضعیف شده و نوعی از نامنظمی را در ساختمان ایجاد می­ کند که به نامنظمی سختی جانبی یا طبقه نرم شناخته می­ شود.

در این مقاله خواهیم آموخت که:

  1. چه الزامات آیین نامه­ ای درخصوص نامنظمی سختی جانبی وجود دارد؟
  2. وجود این نامنظمی تا چه حد سازه را مستعد فروریزش خواهد کرد؟
  3. در چه مواردی ممکن است این نامنظمی را داشته باشیم؟
  4. وقوع طبقه نرم در چه طبقاتی محتمل است؟

در انتها نیز پس از توضیح روش محاسبه سختی جانبی هر طبقه، گام ­به­ گام مراحل کنترلی را در نرم­ افزار etabs بررسی می­ نماییم.

الزامات آیین ­نامه ای طبقه نرم

استاندارد 2800 زلزله ایران، نامنظمی سختی جانبی را در دسته نامنظمی در ارتفاع قرار داده و آن­را چنین توصیف می­ نماید:

طبقه نرم به طبقه ای گفته می شود که سختی جانبی در طبقه ی مذکور از ۷۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود کمتر باشد. همچنین در طبقه ای که سختی جانبی آن از ۸۰ درصد متوسط سختی سه طبقه روی خود کمتر باشد طبقه را طبقه نرم می نامیم.

اما در کنار این، تعریف زیر را نیز داریم:
طبقه ضعیف به طبقه ای اطلاق می شود که مجموع مقاومت جانبی طبقه مذکور از ۸۰ درصد مقاومت جانبی طبقه روی خود کمتر باشد. مقاومت جانبی هر طبقه برابر است با مجموع مقاومت جانبی کلیه ی اجزای مقاومی که در برابر برش طبقه مقاومت از خود نشان می دهند.

آیا به وجود آمدن طبقه نرم غیر مجاز است؟

به مهندسین توصیه می­ شود حتی­ المقدور از به وجود آمدن نامنظمی سختی جانبی جلوگیری نمایند. با این حال وجود این نامنظمی در ساختمان غیرمجاز نیست. گاهاً شرایط طرح معماری ایجاب می­ کند که طراح سازه در برخی طبقات اعضای باربرجانبی را کوچک یا حذف نماید. با تغییر در ابعاد سیستم باربر جانبی، سختی تحت تاثیر قرار می­ گیرد و ممکن است سازه درگیر نامنظمی سختی جانبی گردد.

آیین نامه وجود نامنظمی طبقه نرم و خیلی نرم را غیر مجاز ندانسته ولی محدودیت­ های بسیاری را در صورت وجود آن وضع می­ کند. به ­طور مثال اگر در ساختمانی نامنظمی طبقه نرم یا خیلی نرم وجود داشته باشد و ساختمان بیش از سه طبقه باشد امکان استفاده از تحلیل استاتیکی معادل وجود نخواهد داشت. در این موارد باید از تحلیل­ های نسبتاً پیچیده­ تر جایگزین مانند تحلیل دینامیکی طیفی یا تاریخچه زمانی و … استفاده نماییم.

این مطلب را از دست ندهید :  تیر ضعیف ستون قوی : 2 نکته جامع در مورد کنترل ضابطه تیر ضعیف ستون قوی

برای دریافت اطلاعات بیشتر درمورد محدودیت های تحلیل استاتیکی معادل، می توانید “ویدیوی رایگان تفسیر آیین نامه 2800 “ ازسری آموزش های سبز سازه را ببینید.

فلسفه کنترل طبقه نرم و خیلی نرم

تجربیاتی که از زلزله­ های اخیر به دست آمده، نشان می­ دهد این نوع نامنظمی منجر به خرابی گسترده و حتی فروریزش در ساختمان شده است. گزارش های خرابی در اثر این نامنظمی در زلزله های گذشته بسیار زیاد بوده، نمونه­ هایی از این شکل تخریب را در تصاویر زیر مشاهده می­ کنیم.

طبقه نرم

طبقه نرم

یکی از مشخصه­ های اصلی طبقه نرم، ناپیوستگی در استحکام یا سختی است که در اتصالات ایجاد می­ شود. این ناپیوستگی بدین سبب ایجاد می­ شود که هرچه طبقه نرم ساختمان استحکام کمتری داشته باشد و یا انعطاف­ پذیری بیشتری داشته باشد، تغییر شکل­ های بیشتری در آن ایجاد می­ شود که به نوبه خود به تمرکز نیروها در اتصالات می­ انجامد. در تصویر زیر تفاوت جابجایی نسبی طبقه را در ساختمان منظم و نامنظم سختی جانبی به همراه مکانیسم خرابی آن مشاهده می­ کنید.

مکانیسم خرابی بر اثر وجود طبقه نرم

مکانیسم خرابی بر اثر وجود طبقه نرم

در چه مواردی ممکن است شاهد نامنظمی طبقه نرم باشیم؟

وجود طبقه نرم یکی از معایب بسیار متداول در ساختمان­ ها می ­باشد. طبقه نرم معمولاً در ساختمان­ های تجاری که نمای باز در طبقه همکف مورد نیاز است و هتل­ ها و ساختمان­ های اداری با طبقه همکف بلند ایجاد می ­شود.

آیا حضور طبقه بلند در طبقه همکف یک ساختمان لزوماً نشان­ دهنده طبقه نرم خواهد بود؟

خیر؛ زیرا ممکن است طبقه بلند با سختی مناسب طراحی شده باشد. اساساً در بحث ارزیابی طبقه نرم ، کاری با بلند یا کوتاه بودن طبقات نداریم، مسئله اصلی سختی طبقه می­ باشد.

آیا رخداد پدیده طبقه نرم صرفاً در طبقه همکف محتمل است؟

همان­طور که بیان شد مبنای ارزیابی طبقه نرم صرفاً سختی طبقه مذکور می­ باشد، بنابراین در هر طبقه­ ای از ساختمان که الزامات آیین نامه برآورده نشود، وقوع پدیده طبقه نرم محتمل خواهد­بود. تصویر زیر نمونه­ ای از رویداد پدیده طبقه نرم در طبقات میانی می­ باشد.

طبقه نرم میانی

تا به اینجای کار، در مورد مفهوم طبقه نرم در ساختمان، توضیحات مفصلی خدمت مهندسین گرامی ارائه شد.

در ادامه می خواهیم گام به گام مراحل کنترل طبقه نرم در ایتبس را به ساده ترین شکل به شما آموزش دهیم و همچنین راهکارهایی به منظور اصلاح طبقه نرم ارائه کنیم.

راهکارهایی که به احتمال زیاد در طراحی برخی طبقات ساختمان های تجاری، هتل ها، ادارات و… مورد نیاز است.

این مطلب را از دست ندهید :  آموزش گام به گام کنترل زمان تناوب تحلیلی با تجربی سازه با ایتبس و اکسل

اما،

برای کنترل طبقه نرم در etabs مراحل زیر را دنبال می کنیم:

  • گام اول- یک بار Test از نوع other مطابق شکل زیر ایجاد می­ کنیم.

تعریف الگوی بار از نوع test

تعریف الگوی بار

  • گام دوم- اعمال بار به مرکز سختی طبقه:

در طبقه­ ای که می­ خواهیم سختی آن­ را حساب کنیم بار افقی دلخواه Testرا به مرکز سختی سازه اعمال می­کنیم. (به طور مثال 10کیلونیوتن)

برای یافتن مرکز سختی هر طبقه یک ­بار تحلیل سازه انجام میدهیم. سپس از مسیر زیر مختصات مرکز سختی قابل حصول می­ باشد.

پیدا کردن محل مرکز سختی

معمولاً یک نقطه نزدیک به مرکز سختی را انتخاب و بار افقی را به آن اعمال می­کنیم.

از مسیر زیر این مختصات را برای نرم­ افزار مشخص می­ کنیم.

 

سپس برای هر طبقه مختصات را در reference points وارد می­ کنیم­.

وارد کردن مختصات مرکز سختی طبقه

از منوی draw یک joint در محل مشخص شده reference points ترسیم می­ کنیم و بار را به این joint وارد می­ نماییم.

اعمال بار 10 کیلونیوتنی به مرکز سختی

  • گام سوم- ثابت کردن سایر طبقات:

حال بایست مطابق بند استاندارد2800 کلیه طبقات زیرین را بدون حرکت درنظر بگیریم. برای این منظور طبقه زیرین را انتخاب و مطابق شکل آن را مقید می­ کنیم.

نمای سازه پس از انجام تغییرات فوق به­ صورت زیر خواهد بود:

طبقه مقید شده

  • گام چهارم- یافتن تغییر مکان مرکز جرم و اعمال رابطه سختی فنر:

تا به این مرحله بار به مرکز سختی اعمال شده و مطابق تعریف استاندارد 2800 طبقات زیرین نیز مقید شده­ اند. در قدم بعد با معلوم بودن میزان بار وارده (F) تنها کافیست که تغییر مکان مرکز سختی را به­ دست آوریم و با قرار دادن در فرمول F=kΔx به سادگی سختی طبقه را بدست آوریم. برای این منظور مطابق شکل زیر عمل می­ کنیم.

اینک کافیست بر روی نقطه اعمال بار افقی کلیک راست نموده و مقدار تغییر مکان را مشاهده کنیم.

جابجایی مرکز سختی

در نتیجه برای طبقه پنجم از سازه مذکور سختی برابر است با:

k=F/Δx=10/0.031=322.58 kN/mm

کنترل ضابطه طبقه نرم و خیلی نرم

پس از آن­که برای هرکدام از طبقات سختی جانبی، به روش نرم­ افزاری فوق محاسبه شد بایست محدودیت­ های استاندارد 2800 کنترل شوند. این محدودیت­ها به قرار زیر است:

  • طبقه­ ای که سختی جانبی آن کمتر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود و یا کمتر از 80 درصد سختی های جانبی سه طبقه روی خود باشد. اصطلاحاً این طبقه نرم نامیده می­ شود.
  • طبقه­ ای که سختی جانبی آن کمتر از 60 درصد سختی جانبی طبقه روی خود و یا کمتر از 70 درصد سختی های جانبی سه طبقه روی خود باشد. اصطلاحاً این طبقه خیلی نرم نامیده می­ شود.
این مطلب را از دست ندهید :  کنترل صلبیت دیافراگم در ایتبس 2015: آموزش جامع تصویری گام به گام

بخش تکمیلی

طبقه نرم و خیلی نرم حالت بسیار ویرانگری از تخریب است. تخریبی ناگهانی و وسیع که ممکن است فروریزش کلی سازه را منجر شود. طبقه نرم معمولاً در اولین تراز ساختمان به­ وجود می­ آید که در این حالت بنابر تصاویری که پیش­تر مشاهده نمودیم طبقات فوقانی بر روی طبقه همکف آوار خواهند شد. در موارد خاصی یکی از طبقات فوقانی ممکن است طبقه نرم باشد. در این حالت با فروریزش حتی یک طبقه ممکن است سازه شاهد رخداد خرابی پیش ­رونده و انهدام کلی باشد.

در هر حال کلیه مطالب بیانگر آن است که این اثر ویرانگر بایست در تحلیل و طراحی سازه­ ها منظور شود. برای ساختمان­های موجود، یکی از راهکارهای مناسب مقاوم­ سازی است. به منظور اصلاح طبقه نرم، می­توان از راهکارهایی نظیر اضافه کردن مهاربندهای فولادی، اضافه کردن دیوارهای برشی بتنی یا فولادی، اضافه نمودن قاب خمشی، ایجاد دیوارهای حائل و … استفاده نمود. در این حالت با حذف نامنظمی فوق، سختی طبقه و در نتیجه ی آن توزیع نیروی زلزله اصلاح می­ گردد.

تصاویر زیر مراحل اضافه نمودن قاب خمشی برای اصلاح نامنظمی یک ساختمان با طبقه نرم را جهت بهسازی نشان می­ دهد.

اضافه کردن قاب خمشی برای اصلاح طبقه نرم

نتیجه گیری:

  1. وجود طبقه نرم یکی از معایب بسیار متداول در ساختمان­ ها می ­باشد. طبقه نرم معمولاً در ساختمان های تجاری که نمای باز در طبقه همکف مورد نیاز است و هتل ها و ساختمان­ های اداری با طبقه همکف بلند ایجاد می­ شود.
  2. آیین نامه وجود نامنظمی طبقه نرم و خیلی نرم را غیر مجاز ندانسته ولی محدودیت­های بسیاری را در صورت وجود آن وضع می­ کند.
  3. مبنای ارزیابی طبقه نرم صرفاً سختی طبقه مذکور می­ باشد، بنابراین در هر طبقه­ ای از ساختمان که الزامات آیین نامه برآورده نشود، وقوع پدیده طبقه نرم محتمل خواهد­ بود.
  4. استاندارد 2800 ویرایش 4 سختی طبقه (Story Stiffness) را برابر با مجموع سختی جانبی اعضای باربر جانبی آن طبقه دانسته است. برای محاسبه سختی طبقه در نرم افزار ETABS ، می ­توان تغییر مکان جانبی واحدی را در سقف طبقه مورد نظر وارد کرد و کلیه طبقات زیرین را بدون حرکت در نظر گرفت.
  5. . به منظور اصلاح طبقه نرم در ساختمان­ های موجود، می­ توان از راهکارهایی نظیر اضافه کردن مهاربندهای فولادی، اضافه کردن دیوارهای برشی بتنی یا فولادی، اضافه نمودن قاب خمشی، ایجاد دیوارهای حائل و … استفاده نمود.

منابع:

  1. Seismic Conceptual Design of Buildings – Basic principles for engineers, architects, building owners, and authorities, Hugo Bachmann.
  2. Evaluation and Repair of Structures Handbook.
  3. آیین ­نامه طراحی ساختمان­ها دربرابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4
  4. جزوه راهنمای طراحی ساختمان­ های بتنی و فولادی تالیف دکتر حسین­ زاده­ اصل­

 

0 پاسخ

دیدگاه خود را ثبت کنید

تمایل دارید در گفتگوها شرکت کنید؟
در گفتگو ها شرکت کنید.

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *