تا 50% تخفیف و تا 2 میلیون تومان جایزه در پیش ثبت نام ترم پاییز سبزسازه! ثبت نام ترم پاییز
صفحه اصلی  »  مقالات  »  استاندارد 2800  »  تراز پایه سازه ها: عوامل موثر و نحوه جابجایی

تراز پایه سازه ها: عوامل موثر و نحوه جابجایی

تراز پایه سازه اولین عامل مؤثر در تعیین نیروی زلزله وارد بر سازه است و در تعیین و اندازه گیری بسیاری از ویژگی های ساختمان تاثیر گذار است و اگر به درستی محل تراز پابه تعیین نشود محاسبات ما دچار مشکل می شود. عوامل مؤثر بر تعیین محل تراز پایه و همچنین تصمیم‌گیری در هر حالت، همیشه مورد ابهام بوده است.

از طرفی در آیین‌نامه‌ها این بحث به خوبی تشریح نشده و نیازمند دید مهندسی بالایی برای تصمیم‌گیری در این زمینه می‌باشد.

در این مقاله با بررسی دقیق این عوامل و نکات علمی و اجرایی لازم در حالت های مختلف موجود در سازه ، دید مهندسی لازم جهت تصمیم‌گیری را به شما هدیه می‌کنیم.

با مطالعه این مقاله چه می آموزیم :

  1. تعریف تراز پایه طبق استاندارد 2800 و اثر دیوار حائل بر آن
  2. تأثیر موقعیت سطح زمین طبیعی نسبت به تراز طبقات در تعیین محل تراز پایه
  3. تأثیر بازشوهای تعبیه‌شده در دیوار حائل زیرزمین در تعیین محل تراز پایه
  4. تأثیر جنس دیوارهای حائل زیرزمین
  5. تأثیر متصل یا مستقل بودن دیوارهای حائل زیرزمین در تعیین محل تراز پایه
  6. تأثیر شیب زمینِ مجاور سازه بر تعیین محل تراز پایه
  7. تأثیر وجود شمع در زیر فونداسیون بر تعیین محل تراز پایه
  8. تأثیر وجود اختلاف تراز در فونداسیون سازه بر تعیین محل تراز پایه
  9. تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل استاتیکی معادل
  10. تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل دینامیکی خطی
  11. تأثیر تراز پایه در تعیین اندازه درز انقطاع

تعریف تراز پایه طبق استاندار 2800 و اثر دیوار حائل بر آن

تراز پایه ‌یکی از پارامترهای مؤثر در تعیین نیروی زلزله وارد به سازه می‌باشد؛ زیرا انتقال تراز پایه به تراز بالاتر سبب کاهش ارتفاع سازه از تراز پایه شده و ضریب زلزله سازه را کاهش می‌دهد (در ادامه به صورت کامل تأثیر آن در ضریب زلزله بررسی می‌شود) که در نهایت منجر به کاهش نیروی زلزله‌ی وارده به سازه می‌شود و همین ‌طور برعکس این مطلب نیز صادق است.

با این حساب انتخاب محل تراز پایه نقش بسیار مهمی در اقتصادی و ایمن شدن طراحی سازه ‌ایفا می‌کند. پیش از این که به توضیح بیشتر این مسئله بپردازیم، لازم است با تعریف تراز پایه آشنا شویم.

بر اساس بند 3-3-1-2 از ویرایش چهارم استاندارد 2800، تراز پایه در یک سازه به ترازی گفته می‌شود که از آن تراز به بالا، بین زمین و سازه اختلاف حرکت جانبی وجود دارد و در زیر این تراز، سازه همراه با زمین حرکت کرده و هیچ اختلاف حرکتی با آن ندارد.

البته باید در نظر داشت که وزن المان‌هایی که در زیر تراز پایه قرار می‌گیرند (مانند دیوارهای حائل، سقف‌ها، تیرها و ستون‌های زیر تراز پایه) در جذب نیروی زلزله (وزن مؤثر لرزه‌ای) اثرگذار نخواهند بود.

برای درک بهتر این مطلب به دو شکل زیر توجه کنید.

در تصویر 1 اختلاف حرکت جانبی سازه با زمین از روی فونداسیون آن شروع شده ولی در تصویر 2 حرکت سازه و زمین تا زیر سقف طبقه اول به صورت مشترک بوده و اختلاف حرکت آن‌ها از سقف طبقه اول آن آغاز می‌شود پس برای این مثال می‌توان گفت که تراز پایه سازه 1 در همان تراز فوقانی فونداسیون و تراز پایه سازه 2 در تراز سقف اول سازه قرار دارد. همین مسئله به ظاهر ساده باعث شده است که ارتفاع مؤثر (h) و میزان دریفت (Δ) سازه در دو سازه متفاوت شده و نیروی زلزله وارده بر این دو سازه متفاوت باشد.

 

تعریف تراز پایه سازه بر اساس استاندار 2800 و میزان دریفت آن

اندازه دریفت مربوط به حالت ها مختلف تراز پایه

 

حال که با تعریف و نحوه تشخیص محل تراز پایه سازه آشنا شدیم، می توان با مراجعه به دو تعریف بیان شده در بند 3-3-1-2 استاندارد 2800، تعریف

دقیق‌تری را برای انتخاب محل تراز پایه پیدا کرد.

این دو تعریف که بر مبنای همان تعریف و مثال فوق استوار هستند، عبارت‌اند از:

 

تعریف اول برای انتخاب محل تراز پایه بر اساس استاندارد 2800

تعریف اول برای انتخاب محل تراز پایه

 

بر اساس بند فوق، در اغلب ساختمان های فاقد یا دارای زیرزمین که با دیوار پیرامونی فاصله دار از خاک اطراف هستند، تراز پایه در روی سطح فوقانی شالوده (تراز تمام شده ی فونداسیون) در نظر گرفته می شود

 

تراز پایه در سازه با و بدون زیرزمین در حالتی که اتصال دیوار نگهبان آن به سازه متصل نیست

تراز پایه در سازه با و بدون زیرزمین در حالتی که اتصال دیوار نگهبان آن به سازه متصل نیست

 

تعریف دوم برای انتخاب محل تراز پایه بر اساس استاندارد 2800

تعریف دوم برای انتخاب محل تراز پایه

 

از این بند آن‌ چنان بر می‌آید که برای انتقال تراز پایه از سطح فوقانی فونداسیون به بالای دیوار حائل، تأمین شروطی را لازم است که در تصویر شماتیک زیر این شروط به طور مختصر بیان شده است. احتمال زیاد شما نیز با خواندن این بند از استاندارد 2800 کمی گیج شده اید و سؤالات زیادی برایتان پیش آمده است. توصیه می‌کنیم برای روشن شدن مطلب و پاسخ به سؤالات احتمالی خود در مورد این بند، به مقاله «طراحی دیوار حائل» مراجعه کنید.

 

شرایط انتقال تراز پایه به بالای دیوار حائل

شرایط انتقال تراز پایه به بالای دیوار حائل

 

علاوه بر شروط استاندارد 2800، بر اساس آیین‌نامه ASCE07 پارامترهای دیگری در انتخاب محل تراز پایه دخیل‌اند که عبارت‌اند از:

  1. موقعیت سطح زمین طبیعی نسبت به تراز طبقات
  2. بازشوهای تعبیه‌شده در دیوار حائل
  3. جنس دیوارهای حائل زیرزمین
  4. متصل یا مستقل بودن دیوارهای حائل زیرزمین
  5. شیب زمین مجاور سازه
  6. وجود شمع در زیر فونداسیون
  7. وجود اختلاف تراز در فونداسیون سازه

 

در ادامه به تشریح هر کدام از عوامل فوق می پردازیم

 

تاثیر موقعیت سطخ زمین طبیعی نسبت به تراز طبقات در تعیین محل تراز پایه

این مورد را با در نظر گرفتن 3 حالت زیر بررسی خواهیم نمود:

 

ساختمان فاقد زیرزمین

مطابق تصویر زیر سازه‌ی بدون زیرزمینی را در نظر بگیرید. سطح زمین طبیعی تقریباً هم‌تراز با سطح فوقانی فونداسیون‌های میانی است. اگر فرض کنیم که بخش عمده‌ای از سیستم لرزه بر روی فونداسیون‌های میانی قرار داشته و خاک اطراف ساختمان دارای مقاومت خوب و تراکم کافی باشد، می‌توان تراز پایه را در سطح فوقانی فونداسیون در نظر گرفت.

این مطلب را از دست ندهید :  نقشه خوانی ساختمان : اولین قدم در طراحی سازه

 

تراز پایه در ساختمان بدون زیرزمین

تراز پایه در ساختمان بدون زیرزمین

 

ساختمان دارای زیرزمین

برای این قبیل سازه‌ها بسته به نوع سیستم لرزه بر و موقعیت سطح زمین طبیعی نسبت به تراز طبقات، محل تراز پایه می‌تواند متغیر باشد. انواع حالات محتمل برای ساختمان‌های داری زیرزمین به شرح زیر است.

 

الف: تراز زمین طبیعی نزدیک به تراز سقف زیرزمین و سیستم سازه‌ای قاب خمشی باشد

در این حالت مانند تصویر زیر، در صورتی که تراز سقف بالاترین طبقه‌ی زیرزمین با تراز زمین طبیعی اختلاف اندکی داشته باشد، توصیه می‌شود تراز پایه در تراز طبقه‌ای در نظر گرفته شود که نزدیک به سطح زمین است (در این شکل، منظور تراز سقف زیرزمین می‌باشد). البته برای انتقال تراز پایه به این تراز لازم است که خاک اطراف زیرزمین سخت و متراکم باشد تا از عدم وجود اختلاف حرکت بین زمین و سازه در تمام ارتفاع زیرزمین اطمینان حاصل شود.

در آیین‌نامه ASCE07 برای حالتی که تراز پایه در نزدیکی سطح زمین در نظر گرفته می‌شود، شرط دیگری را برای انتقال تراز پایه به سطح زمین بیان می‌کند. بر اساس این شرط خاک پیرامون ساختمان نباید تحت حداکثر زلزله محتمل دچار روانگرایی (Liquefaction) شود. در صورت عدم ارضای این شرط، تراز پایه بر روی فونداسیون برده می‌شود.

 

تراز پایه در ساختمان با زیرزمین هم‌سطح با زمین طبیعی

تراز پایه در ساختمان با زیرزمین هم‌سطح با زمین طبیعی

 

ب: تراز زمین طبیعی نسبت به تراز سقف زیرزمین دارای اختلاف و سیستم سازه‌ای قاب خمشی باشد

برای این حالت تصویر زیر را می‌توان در نظر گرفت. همان‌گونه که در تصویر نیز مشخص است، زمین طبیعی از تراز بالاترین سقف زیرزمین دارای فاصله‌ی (اختلاف تراز) قابل‌توجهی است. در این شرایط مهندس طراح با اطمینان از موارد زیر می تواند تراز سقف زیرزمین را به عنوان تراز پایه در نظر بگیرد :

  • اجرای پیوسته‌ی دیوار حائل بتنی در تمام عمق زیرزمین (و حتی در ارتفاعی از زیرزمین که در بیرون از خاک قرار دارد)
  • تأمین اتصال یکپارچه‌ی دیوار حائل با تیرها، ستون‌ها و سقف زیرزمین
  • وجود خاک کوبیده شده مرغوب یا بتن مگر در پشت دیوارهای حائل

با توجه به کیفیت ساخت و ساز در کشورمان و یا احتمال حذف خاک پشت دیوار در حین ساخت ‌و ساز پلاک‌های مجاور و در راستای افزایش حاشیه اطمینان، توصیه می‌کنیم در این حالت محل تراز پایه را بر روی فونداسیون در نظر بگیرید.

 

تراز پایه در ساختمان با زیرزمین غیر هم‌سطح با زمین طبیعی

تراز پایه در ساختمان با زیرزمین غیر هم‌سطح با زمین طبیعی

 

پ: سطح زمین با فاصله از تراز سقف زیرزمین قرار داشته و سیستم سازه‌ای دارای دیوار برشی باشد

این حالت مشابه حالت پیشین می‌باشد با این تفاوت که در سیستم لرزه بر از دیوار برشی به جای قاب خمشی استفاده شده است.

ممکن است در وهله اول تفاوتی برای تعیین محل تراز پایه بین این دو حالت قائل نشوید و تراز پایه را با تأمین شرایط مذکور در حالت پیشین، در روی دیوار حائل (سقف زیرزمین) در نظر بگیرید ولی باید خاطر نشان کرد که بر اساس بند 12-2-3-1 از آیین‌نامه ASCE07، شرط بالا آمدن تراز پایه از روی فونداسیون و انتقال آن به تراز بالای دیوار حائل آن است که سختی اعضای پایین تراز پایه حداقل 10 برابر سختی اعضای قرار گرفته در بالای تراز پایه باشد.

به عبارت دیگر تغییر مکان تراز فوقانی دیوار حائل (محلی که تراز پایه در آنجا قرار گرفته است)، تحت بار جانبی در هر دو راستای x و y حداکثر 0.01 تا 0.02 تغییر مکان نسبی جانبی (Drift) اولین طبقه‌ی قرار گرفته بر روی آن تراز باشد.

لازم به ذکر است که در اغلب ساختمان‌های مرسوم با قاب خمشی، به دلیل سختی زیاد دیوارهای حائل بتن‌آرمه در مقایسه با قاب خمشی، شرط حداقل 10 برابر سختی خود به ‌خود تأمین می‌شود که نیازی به کنترل آن نیست.

اما برای حالتی که سازه دارای دیوار برشی بوده و مابین تراز بالاترین سقف زیرزمین و سطح زمین طبیعی فاصله‌ی زیادی وجود دارد (مانند تصویر زیر)، توصیه می‌شود به دلیل نزدیک بودن سختی دیوار برشیِ طبقات به سختی دیوار حائل زیرزمین و عدم ارضای شرط سختی 10 برابر، از کنترل دریفت سازه در تراز بالای دیوار حائل صرف نظر کرده و محل تراز پایه را بر روی فونداسیون قرار دهیم.

 

تراز پایه در سازه دارای دیوار برشی و زیرزمین غیر هم سطح با زمین طبیعی

تراز پایه در سازه دارای دیوار برشی و زیرزمین غیر هم سطح با زمین طبیعی

 

تأثیر بازشوهای تعبیه‌شده در دیوار حائل زیرزمین در تعیین محل تراز پایه

در موارد خاصی با توجه به نیاز کارفرما، مهندس طراح بایستی در داخل دیوار حائل زیرزمین بازشوهایی (مثلاً به عنوان محل پنجره برای تأمین روشنایی زیرزمین غیر هم‌سطح با زمین طبیعی یا محل تهویه برای موتورخانه‌ی مستقر در زیرزمین) تعبیه کند. برای این مورد می‌توان 2 حالت زیر را در نظر گرفت:

 

سیستم قاب خمشی

در این حالت اگر سطح بازشوهای تعبیه‌شده در مقایسه با سطح دیوار حائل زیرزمین، ناچیز باشد، با توجه به کاهش اندک سختی دیوار حائل، می‌توان تراز پایه را در پایین‌ترین تراز بازشوها در نظر گرفت. ولی در غیر این صورت که سطح بازشو نسبت به سطح دیوار حائل زیرزمین قابل‌اغماض نباشد (مانند شکل زیر)، در این حالت با ارضای شرط سختی حداقل 10 برابری دیوار حائلِ بازشو دار نسبت به قاب خمشی، می‌توان تراز پایه را در پایین‌ترین تراز بازشوها در نظر گرفت. برای حالت اخیر توصیه می‌کنیم که از دردسر کنترل سختی حداقل 10 برابر صرف نظر و تراز پایه را به سطح فونداسیون منتقل کنید.

این مطلب را از دست ندهید :  دیوار برشی فولادی

 

تراز پایه در حالی که بازشو در دیوار حائل باشد

تراز پایه در حالی که بازشو در دیوار حائل باشد

 

در سیستم دارای دیوار برشی

در صورتی که سازه دارای دیوارهای برشی به عنوان سیستم لرزه بر بود و در دیوار حائل زیرزمین آن بازشوهایی (با هر سطحی نسبت به سطح دیوار حائل) تعبیه شود، توصیه می‌شود محل تراز پایه را در روی سطح فونداسیون در نظر بگیرید (مشابه استدلال این سیستم بدون بازشو)

 

تأثیر جنس دیوارهای حائل زیرزمین

در اغلب اوقات مهندسین در ساختمان‌های متعارف با یک طبقه زیرزمین با حداکثر ارتفاع 3.5 متر، برای کاهش هزینه‌های اجرا و برحسب تجربه، در دیتیل‌های اجرایی برای دیوارهای حائل زیرزمین، از آجر فشاری به همراه ملات ماسه سیمان (دیوار بنّایی) به جای بتن‌آرمه استفاده می‌کنند که نمونه‌هایی از آن‌ها در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

 

دیوار حائل با مصالح بنایی (آجر فشاری) و تاثیر آن در تراز پایه

دیوار حائل با مصالح بنایی (آجر فشاری)

 

در چنین مواردی حتی در صورت وجود خاک مقاوم و متراکم در پشت دیوار، به دلیل این که دیوار حائل بنّایی اتصال یکپارچه‌ای با تیرها، ستون‌ها و سقف زیرزمین ندارد و همین‌طور سختی آن بسیار کمتر از سختی دیوارهای حائل بتن‌آرمه است، نمی‌توان تراز پایه را به بالای دیوار حائل بنایی انتقال داد.

 

تأثیر متصل یا مستقل بودن دیوارهای حائل زیرزمین در تعیین محل تراز پایه

پیش از بررسی این بحث بایستی با تعریف دیوار حائل مستقل و متصل آشنا شویم؛

 

دیوارهای حائل مستقل

دیوارهایی که در زیرزمین اجرا شده و هیچ اتصالی با ستون، تیر و سقف سازه ندارد. در واقع این دیوارها به صورت مجزا و با فاصله از ساختمان اجرا شده و فشار خاک را پیش از رسیدن به دیوار زیرزمین مهار می‌کنند. همین موضوع منجر می‌شود که در این حالت بتوان دیوارهای زیرزمین را همانند سایر دیوارهای پیرامونی طبقات از بلوک‌های سیمانی یا سفالی ساخته و برای آن بازشو تعبیه نمود. در تصویر زیر، شکل شماتیک آن قابل مشاهده است.

 

دیوار حائل مستقل و تاثیر متصل و مستقل بودن دیوار های حائل زیر زمین بر تعیین محل تراز پایه

دیوار حائل مستقل

 

دیوارهای حائل متصل

دیوارهایی که با یک اتصال یکپارچه به ستون‌ها، تیرها و سقف زیرزمین متصل بوده و از نظر سازه‌ای با آن‌ها به صورت یکپارچه عمل می‌کنند (تبدیل شدن سازه‌ی زیرزمین به یک سازه صندوقه­ای). این نوع دیوار حائل در اغلب ساخت‌ و سازهای فعلی به صورت گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد که نمونه‌ای از آن را در تصویر زیر مشاهده می‌کنید.

 

دیوار حائل متصل و تاثیر متصل و مستقل بودن دیوار های حائل زیر زمین بر تعیین محل تراز پایه

دیوار حائل متصل

 

پس از آشنایی با تعریف و عملکرد دیوارهای حائل مستقل و متصل، حتماً شما نیز این استنباط را کرده‌اید که برای دیواری حائل مستقل، محل تراز پایه حتماً روی سطح فونداسیون واقع خواهد شد و برای دیوارهای حائل متصل، بسته به نوع سیستم باربر لرزه‌ای و موقعیت سطح زمین، محل تراز پایه با قضاوت مهندس طراح سازه مشخص می‌شود (مطابق بخش‌های قبل)

 

تأثیر شیب زمینِ مجاور سازه بر تعیین محل تراز پایه

گاهی به دلیل توپوگرافی خاص منطقه و قطعه ‌بندی نامناسب زمین‌ها، قطعه زمین مورد نظر بین دو زمین با تراز مختلف قرار می‌گیرد (مانند تصویر زیر). تعیین محل تراز پایه در این مورد بسته به مستقل یا متصل بودن دیوارهای حائل، متفاوت است.

 

سازه واقع‌شده در زمین با شیب طبیعی متفاوت

سازه واقع‌شده در زمین با شیب طبیعی متفاوت

 

اگر سازه‌ی روی زمین شیب‌دار با دیوار حائل مستقل باشد

در این حالت به دلیل این که دیوار حائل، مانند تصویر زیر، هیچ اتصالی با سازه ندارد، در حین زلزله، سازه مستقل از زمین حرکت می‌کند. در نتیجه محل تراز پایه، مستقل از نوع سیستم سازه‌ای، روی پایین‌ترین سطح زمین طبیعی در نظر گرفته می‌شود.

 

سازه در شیب طبیعی زمین و با دیوار حائل مستقل

سازه در شیب طبیعی زمین و با دیوار حائل مستقل

 

اگر سازه‌ی روی زمین شیب‌دار با دیوار حائل متصل به سازه باشد

به دلیل این که در این حالت سیستم لرزه بر سازه‌ای، باید فشار جانبی خاک را نیز تحمل‌ کند، محل تراز پایه سطح زمین آن طرف از ساختمان می‌باشد که پایین‌تر قرار دارد. در نتیجه برای هر دو شکل زیر و با در نظر گرفتن توضیحات فوق، محل تراز پایه در روی زمین طبیعی سمت راست سازه‌ها قرار داد. البته برای این قبیل سازه‌ها استفاده از سیستمی که سختی بخش پایین آن بیشتر از سختی بخش بالایی آن باشد، رفتار مطلوب‌تری خواهد داشت.

 

سازه در شیب زمین طبیعی با دیوار حائل متصل و سیستم دیوار برشی

سازه در شیب زمین طبیعی با دیوار حائل متصل و سیستم دیوار برشی

 

سازه در شیب زمین طبیعی با دیوار حائل متصل و سیستم قاب خمشی

سازه در شیب زمین طبیعی با دیوار حائل متصل و سیستم قاب خمشی

 

تأثیر وجود شمع در زیر فونداسیون بر تعیین محل تراز پایه

بر خلاف تصور اغلب مهندسین، شمع‌ها به دلیل این که همراه با حرکت زمین به صورت جانبی حرکت می‌کنند و به مقدار کمی در سطحی که حرکت افقی زمین لرزه به ساختمان منتقل می‌شود، تحت تأثیر قرار می‌گیرند، از عوامل تأثیرگذار بر محل تراز پایه نیستند.

 

تأثیر وجود اختلاف تراز در فونداسیون سازه بر تعیین محل تراز پایه

فرض کنید همانند تصویر زیر، با توجه به نیاز کارفرما، زیرزمین سازه فقط در بخشی از پلان سازه (و نه در کل مساحت زیربنا) اجرا خواهد شد.

در این شرایط تعیین محل تراز پایه‌ی سازه با توجه به توضیحات قبلی اندکی پیچیده خواهد شد؛ زیرا که با توجه به شرایط خاص این سازه، تعیین ترازی که زلزله از آن تراز به بالا، به سازه اعمال می‌شود، نیازمند دید و قضاوت مهندسی دقیقی است.

از آنجایی‌که جامعه مهندسین و اساتید صاحب‌نظر در این مورد خاص به اجماع نظر نرسیده‌اند، استفاده از روشی که در ادامه توضیح می‌دهیم، برای تعیین محل تراز پایه در این قبیل سازه‌ها مناسب است.

 

سازه با یک بخش دارای زیرزمین

سازه با یک بخش دارای زیرزمین

 

برای محاسبه‌ی نیروی زلزله در این حالت، بهتر است یک بار تراز پایه را در پایین‌ترین تراز (پای ستون‌های زیرزمین) و بار دیگر در بالای زیرزمین (در مثال ما، تراز سطح زمین طبیعی) قرار دهیم. برای هر دو حالت، سازه را به صورت مجزا آنالیز کرده و بر اساس حالت بحرانی (بیشترین نیروی برش پایه وارده به سازه) طراحی سازه را انجام دهیم. البته لازم به ذکر است در صورتی که اطراف دیوار زیرزمین با دیوار حائل بتن‌آرمه پوشیده شده باشد و شرایط بند 3-3-1-2-ب استاندارد 2800 ویرایش چهارم را ارضا نماید و با در نظر گرفتن سایر توضیحاتی که پیش‌تر گفته شد، می‌توان تراز پایه را به بالای دیوار حائل انتقال داد.

این مطلب را از دست ندهید :  آموزش کاربردی رایگان و تصویری تفاوت بین دوالمان shell و membrane در ایتبس

 

تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل استاتیکی معادل

بر اساس استاندارد 2800 ویرایش چهارم در بند 3-2-2، ساختمان‌هایی را که می‌توان از روش استاتیکی معادل برای تحلیل آن‌ها استفاده کرد، بیان می‌کند. در این روشِ تحلیل برای محاسبه نیروی برش پایه زلزله (Vu) وارده بر سازه، در ابتدا لازم است ضریب زلزله (C) مطابق بند 3-3-1-1 این استاندارد محاسبه شود.

برای محاسبه ضریب زلزله (C)، لازم است هر یک از پارامترهای A، B، I و Ru بر اساس بندهای موجود در استاندارد 2800 محاسبه شوند. با مراجعه به این بندها و روابط بیان شده در آن‌ها (که از تکرار مجدد آن در این مقاله صرف نظر شده است)، می‌توان دید که برای تعیین این پارامترها نیاز به تعیین ارتفاع سازه داریم.

به ‌عنوان‌ مثال اگر تراز پایه را روی فونداسیون در نظر بگیریم (مانند تصویر ابتدای مقاله)، به علت زیاد بودن ارتفاع (معمولاً در سازه‌هایی با شش طبقه و بیشتر)، زمان تناوب سازه به احتمال زیاد از مقدار Ts بیشتر شده و مقدار ضریب B1 از رابطه زیر به دست می‌آید:

 

محاسبات مربوط به تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل استاتیکی معادل

 

همان‌طور که دیده می‌شود مقدار این ضریب کمتر از دو رابطه بند 2-3-1 در استاندارد 2800 می‌باشد. حال در صورتی که همین سازه را با یک طبقه زیرزمین را در نظر بگیریم، تراز پایه آن به ارتفاع بالاتری (نزدیک سقف اول سازه) منتقل خواهد شود که منجر به کاهش ارتفاع سازه‌ای خواهد شد. در این حالت زمان تناوب سازه به احتمال زیاد از مقدار Ts کمتر شده و ضریب B1 از رابطه زیر به دست می‌آید:

 

محاسبات مربوط به تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل استاتیکی معادل

 

از مقایسه ضرایب B1 به‌دست ‌آمده برای دو حالت می‌توان نتیجه گرفت این ضریب برای حالتی که سازه دارای زیرزمین است، مقدار بیشتری خواهد داشت که در نتیجه‌ی آن مقدار ضریب زلزله (C) برای این سازه بیشتر از سازه‌ی فاقد زیرزمین شده و نیروی زلزله بیشتری به این سازه وارد خواهد شد.

شاید با دیدن روابط و نتایج به‌دست‌آمده از آن‌ها، این سؤال برایتان ایجاد شود که چرا طراحان سازه با علم بر این که تعبیه دیوار حائل و ارضای شرایط انتقال تراز پایه به بالای دیوار حائل، باعث افزایش مقدار ضریب زلزله و غیراقتصادی شدن طراحی می‌شود، علت اصلی علاقه مهندسین محاسب علاقه‌مند به بالا آوردن تراز پایه در سازه چیست؟

علت این امر آن است که در صورتی که تراز پایه به بالای دیوار حائل انتقال یابد، وزن دیوارهای حائل (که عدد قابل‌توجهی است) در وزن مؤثر لرزه‌ای (W) سازه وارد نمی‌شود. در واقع هر چند با انتقال تراز پایه به بالای دیوار حائل ضریب زلزله (C) را افزایش دادیم ولی این انتقال باعث شد که وزن المان‌های زیر تراز پایه (مانند وزن دیوارهای حائل، سقف زیرزمین و…) در جذب نیروی زلزله اثرگذار نباشند. ازآنجایی‌که مقدار کاهش وزن مؤثر لرزه‌ای (W) خیلی بیشتر از مقدار افزایش ضریب B1 می‌باشد؛ لذا در کل مقدار برش پایه زلزله (Vu) که بر اساس رابطه‌ی بند 3-3-1 محاسبه می‌شود، کاهش خواهد یافت:

 

کاهش مقدار برش پایه زلزله با وجود افزایش ضریب B1 بر اساس استاندارد 2800

 

از دیگر مواردی که تغییر محل تراز پایه اثر خود را در تحلیل استاتیکی معادل نشان می‌دهد، مقدار نیروی جانبی توزیع شده در ارتفاع سازه است. سهم هر طبقه‌ی سازه از نیروی جانبی زلزله (Fui) طبق رابطه‌ی 3-3-6 استاندارد 2800 ویرایش چهارم محاسبه می‌شود:

 

توزیع نیروی جانبی زلزله در ارتفاع ساختمان در مقررات ملی ساختمان

 

همان‌طور که در رابطه‌ی فوق نیز مشخص است، مقدار سهم هر طبقه از نیروی زلزله (Fui) یک رابطه‌ی غیرخطی با ارتفاع سقف آن طبقه از تراز پایه (h) دارد. پس هر چه تراز پایه سازه بالاتر، سهم طبقات از نیروی برش پایه زلزله کمتر و ابعاد المان‌های باربر جانبی (لرزه‌ای) کوچک‌تر و نهایتاً طراحی اقتصادی‌تر خواهد شد.

 

تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل دینامیکی خطی

در سازه‌هایی که شرایط استفاده از تحلیل استاتیکی معادل (بند 3-2-2 استاندارد 2800) تأمین نشود، بایستی از تحلیل دینامیکی خطی استفاده نمود. در این روش، تحلیل سازه با فرض رفتار خطی انجام می‌شود و مدهای ارتعاشی سازه تعیین و بیشینه بازتاب در هر مود با توجه به زمان تناوب آن مود، از طیف طرح برآورده می‌شود. سپس با ترکیب آماری بازتاب‌ها (روش جذر مجموع مربعات یا روش ترکیب مربعی کامل) بازتاب کلی سازه به دست می‌آید.

در واقع پس از یافتن نیروی زلزله بر اساس روش استاتیکی معادل، با استفاده از توضیحات فوق باید تحلیل دینامیکی کرده و نیروی برش پایه به‌دست‌آمده از روش تحلیل استاتیکی را با نیروی برش پایه حاصل از تحلیل دینامیکی هم‌پایه نمود و مقادیر بازتاب‌ها را اصلاح کرد.

همانند روش تحلیل استاتیکی معادل، تعیین محل تراز پایه سازه تأثیر خود را در محاسبه زمان تناوب اصلی سازه و تعیین ضریب بازتاب (B) نشان می‌دهد. در روش تحلیل دینامیکی خطی به دلیل استفاده از فایل‌های متنی آماده (یا از پیش ‌ساخته شده) برای محاسبه ضریب بازتاب (B)، مشاهده تأثیر تراز پایه در این نوع تحلیل پنهان است.

 

تأثیر تراز پایه در تعیین اندازه درز انقطاع

ویرایش چهارم استاندارد 2800 برای کاهش خسارات ناشی از ضربه‌ی ساختمان‌های مجاور به یکدیگر، تعبیه درز انقطاع مطابق بند 1-4-1 این استاندارد را برای ساختمان‌های با هشت طبقه و کمتر به صورت زیر بیان می‌کند:

 

تأثیر تراز پایه در تعیین اندازه درز انقطاع برای کاهش خسارات ناشی از ضربه‌ی ساختمان‌ها

 

از بند فوق و تصویر زیر به وضوح مشخص است که در مورد محاسبه اندازه درز انقطاع، تعیین صحیح محل تراز پایه بسیار مهم است. به‌ عنوان ‌مثال در تصویر زیر با وجود آن که ارتفاع اسکلت هر دو سازه (ارتفاع مستطیل‌های آبی‌رنگ) با هم برابر است، ولی به دلیل وجود یک طبقه زیرزمین در سازه 2 و انتقال تراز پایه آن به تراز سقف اول سازه، برای محاسبه درز انقطاع در سازه 1 باید مقدار h1 و در سازه 2 مقدار h2 را در 0.005 ضرب نمود.

 

ارتفاع مؤثر در تعیین درز انقطاع

ارتفاع مؤثر در تعیین درز انقطاع

 

منابع

  1. استاندارد 2800 ویرایش چهارم
  2. آیین‌نامه بارگذاری آمریکا ASCE07-10
  3. Kelly, D. (2009). “Location of base for seismic design”. Structure Magazine, p. 8-11.
  4. Elias. W.J;M.F. Khouri (2012), “Identifying the Fixed Base Location of Building Structures under Seismic Excitation”, International Journal of Science and Research (IJSR)

 

این مقاله به صورت کامل در بالا قرار گرفته است. جهت حمایت از تولیدات رایگان سبزسازه می‌توانید pdf آن را از لینک زیر خریداری کنید.

رایگان !

برای اعضای ویژه

2 هزار تومان

دریافت با اعتبار سایت

تولید کنندگان آموزش
ارسال نظرات
کمتر از 5 دقیقه تا شرکت در آزمون  فاصله دارید!
برای شرکت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این ده نکته فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link
کمتر از 5 دقیقه تا دریافت این پکیج فاصله دارید!
برای دریافت
سریع و رایگان
همین الان ایمیلتان را بدون Www وارد کنید!
دانلود سریع در ایمیلم
close-link

Warning: call_user_func_array() expects parameter 1 to be a valid callback, function 'header_scripts' not found or invalid function name in /home/sabzsaze/public_html/wp-includes/class-wp-hook.php on line 286