کنترل دریفت در ایتبس؛ آموزش گام‌به‌گام دریفت سازه بتنی و فولادی(آپدیت 1405)

هر سازه پس از طراحی باید مجموعه‌ای از کنترل‌های سازه ای و آیین نامه ای را برآورده سازد که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، کنترل تغییرمکان جانبی نسبی طبقات (دریفت) است. این کنترل نقش اساسی در تأمین عملکرد مناسب سازه تحت بارهای لرزه‌ای و همچنین جلوگیری از آسیب به اجزای غیرسازه‌ای دارد. در این میان، پرسش‌های متعددی برای مهندسان طراح مطرح می‌شود؛ از جمله اینکه آیا دریفت همان تغییرمکان جانبی نسبی طبقه است؟ نحوه محاسبه و استخراج آن از نرم‌افزارهای تحلیلی چگونه است؟ و در صورت وجود نامنظمی‌هایی مانند نامنظمی پیچشی، کنترل آن به چه صورت باید انجام گیرد؟

در این مقاله، ابتدا به بررسی مفاهیم پایه‌ای مرتبط با دریفت میپردازیم و سپس ضوابط و معیارهای کنترل آن را بر اساس ویرایش پنجم استاندارد ۲۸۰۰ ایران ارائه می‌کنیم. در ادامه، روند گام‌به‌گام کنترل دریفت در ایتبس تشریح شده و نکات کلیدی موردنیاز برای طراحی دقیق‌تر سازه‌ها بیان خواهد شد. لازم به ذکر است که در ویرایش پنجم استاندارد ۲۸۰۰، نحوه محاسبه و کنترل دریفت با تأکید بیشتری بر تغییرمکان طرح، اعمال ضرایب اصلاحی و در نظر گرفتن رفتار واقعی سازه مورد بازنگری قرار گرفته است که در این مقاله به‌طور کامل بررسی می‌شود.

⌛ آخرین به روز رسانی: 16 شهریور 1405

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس آیین نامه 2800 ویرایش پنجم

1. دریفت سازه چیست؟

برخی از مهندسان، دریفت و نسبت دریفت را به‌اشتباه به‌جای یکدیگر به‌کار می‌برند، در حالی که این دو مفهوم از نظر فنی متفاوت بوده و هر یک کاربرد مشخصی در طراحی لرزه‌ای دارند. از این‌رو، پیش از بررسی نحوه کنترل دریفت در تحلیل سازه، لازم است تعاریف دقیق این مفاهیم ارائه شود. به‌طور کلی، دریفت سازه به‌صورت تغییرمکان جانبی نسبی بین دو تراز متوالی تعریف می‌شود. در مقابل، تغییرمکان جانبی مطلق هر طبقه با نماد D نمایش داده می‌شود که بیانگر جابجایی آن طبقه نسبت به تراز پایه است. اختلاف تغییرمکان دو طبقه متوالی با نماد Δ نشان داده می‌شود که همان دریفت طبقه است. همچنین، برای ارزیابی آیین‌نامه‌ای، از نسبت دریفت استفاده می‌شود که به‌صورت زیر تعریف می‌گردد:

شکل 1: تفاوت دریفت با نسبت دریفت

برای درک بهتر این مفاهیم، مطابق شکل 1، سه پارامتر اصلی شامل تغییرمکان مطلق طبقه (D)، دریفت طبقه (Δ) و نسبت دریفت (Δ/H) نمایش داده شده‌اند.

❓چرا آیین نامه نسبت دریفت را کنترل می کند نه صرفاً مقدار تغییرمکان؟

آیین‌نامه نسبت دریفت را به‌جای صرفاً مقدار تغییرمکان کنترل می‌کند، زیرا شدت تغییرشکل جانبی طبقه به ارتفاع آن وابسته است. بنابراین، نسبت دریفت معیار مناسب‌تری برای ارزیابی تغییرشکل طبقه و میزان آسیب‌پذیری اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای است. به‌عبارت دیگر، مقدار تغییرمکان به‌تنهایی معیار مناسبی برای مقایسه طبقات با ارتفاع‌های مختلف نیست.

در ویرایش پنجم استاندارد ۲۸۰۰ تأکید شده است که مقدار مورد استفاده در کنترل‌ها، تغییرمکان نسبی طرح بوده و این مقدار باید بر اساس نتایج تحلیل سازه و با در نظر گرفتن ضرایب اصلاحی تعیین گردد. همچنین، استفاده مستقیم از تغییرمکان‌های حاصل از تحلیل الاستیک بدون اعمال ضرایب اصلاحی، برای کنترل دریفت کافی نیست و لازم است اثر رفتار غیرخطی سازه به‌صورت غیرمستقیم در محاسبات لحاظ شود.

❓چرا کنترل کردن دریفت اهمیت دارد؟

طبق آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد ۲۸۰۰، ویرایش پنجم)، بررسی دریفت، یکی از کنترل‌های بسیار مهم در طراحی سازه‌هاست. دلیل این الزام فقط یک مورد نیست، بلکه چند هدف کلیدی را دنبال می‌کند:

◾️جلوگیری از آسیب به اجزای غیرسازه‌ای

حتی اگر سازه فرو نریزد، تغییرمکان نسبی طبقات (دریفت) می‌تواند باعث آسیب جدی به اجزایی مانند دیوارهای میانقابی، نما، تیغه‌ها، شیشه‌ها و تأسیسات شود. آیین‌نامه تأکید دارد که عملکرد بهره‌برداری ساختمان حفظ شود، نه فقط جلوگیری از فروریزش.

◾️کنترل عملکرد سازه در سطح بهره‌برداری

دریفت زیاد باعث می‌شود ساختمان، ناپایدار به نظر برسد، حس ناامنی به ساکنین بدهد و عملکرد عادی خود (مثل باز و بسته شدن درها) را از دست بدهد.

◾️جلوگیری از اثرات مرتبه دوم (P-Δ)

وقتی تغییرمکان جانبی زیاد شود، نیروهای ثقلی (P) در اثر این تغییرمکان (Δ) لنگر اضافی ایجاد می‌کنند. این پدیده می‌تواند باعث افزایش نیروهای داخلی شود و پایداری سازه را به خطر بیندازد.

◾️جلوگیری از ناپایداری کلی سازه

دریفت بیش از حد ممکن است منجر به کمانش اعضا، ناپایداری قاب‌ها و حتی فروریزش تدریجی (Progressive Collapse) شود.

◾️تأمین شکل‌پذیری و رفتار مناسب در زلزله

در طراحی لرزه‌ای، سازه باید بصورت کنترل‌شده تغییرشکل بدهد. اگر دریفت خیلی کم باشد، سازه بیش‌ازحد سخت و شکننده می‌شود و اگر خیلی زیاد باشد، آسیب و ناپایداری در سازه رخ می‌دهد. پس آیین‌نامه یک حد بهینه برای دریفت تعیین می‌کند.

◾️هماهنگی با سطوح عملکرد (Performance Levels)

در ویرایش پنجم، نگاه عملکردی پررنگ‌تر شده است. کنترل دریفت کمک می‌کند سازه در سطوح مختلف بهره‌برداری، ایمنی جانی و جلوگیری از فرو‌ریزش، رفتار قابل قبولی داشته باشد.

پس بررسی دریفت در ویرایش پنجم آیین‌نامه ۲۸۰۰ فقط یک کنترل عددی ساده نیست؛ بلکه ابزاری برای حفظ ایمنی، جلوگیری از خسارات غیرسازه‌ای، کنترل پایداری و تضمین عملکرد مناسب ساختمان در زلزله است.

شکل 2: آسیب های سازه تحت اثر جابجایی طبقات (زلزله گورخا 2015)

2. تغییر مکان جانبی نسبی طبقه

بر اساس بند 3-12-1 استاندارد 2800 ویرایش پنجم، تغییر مکان جانبی نسبی ارتجاعی هر طبقه بر مبنای اختلاف بین تغییر مکان‌های جانبی کلی مراکز جرم کف‌های بالا و پایین آن طبقه و بر اساس یکی از روش‌های تحلیل خطی محاسبه می‌شود؛ ولی در ساختمان‌های دارای نامنظمی پیچشی زیاد و شدید، محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی ارتجاعی هر طبقه باید بر مبنای بیشترین اختلاف بین تغییر مکان‌های جانبی گره‌های قرارگرفته در یک امتداد قائم در کف‌های بالا و پایین آن طبقه، که در محل محورهای کناری ساختمان قرار دارند انجام شود.

شکل 3: تغییر مکان جانبی مطلق طبقه

مثال: در یک ساختمان فولادی 4 طبقه با اهمیت خیلی زیاد و کاملا منظم از سیستم قاب خمشی فولادی متوسط در هر دو امتداد ساختمان استفاده شده است. تغییرمکان جانبی طبقه سوم و دوم ناشی از زلزله طرح (با احتساب ضریب نامعینی برابر یک) به روش استاتیکی معادل در مرکز جرم طبقات ساختمان به ترتیب برابر 50 و 25 میلی‌متر محاسبه شده است. تغییر مکان جانبی نسبی طبقه را محاسبه کنید؟

محاسبه _eu∆ طبقات باید در حضور بارهای ثقلی قابل انتظار و با در نظر گرفتن آثار P-∆ انجام شود. مطابق این بند، بارهای ثقلی قابل انتظار باید مقادیر زیر را اغنا کند.

باتوجه به توضیحات بالا، در هر یک از امتدادهای ساختمان، تغییر مکان جانبی نسبی غیر ارتجاعی هر طبقه تحت اثر زلزله طرح مطابق بند 3-12-2، از رابطه زیر محاسبه می‌شود.

در رابطه بالا:

_M∆: تغییر مکان جانبی نسبی غیر ارتجاعی طبقه در امتداد موردنظر، تحت اثر زلزله طرح؛
C_d: ضریب بزرگنمایی تغییر مکان جانبی (مطابق جدول 3-1)؛

_eu∆: تغییر مکان جانبی نسبی ارتجاعی طبقه در امتداد موردنظر، تحت اثر زلزله طرح، حاصل از تحلیل خطی (بندهای 3-9 یا 3-10-1-4-2 یا 3-10-2-6-4)؛
I_e: ضریب اهمیت ساختمان مطابق جدول 1-1.

❓چرا وارد رابطه شده است؟

در تحلیل خطی، رفتار سازه را ارتجاعی فرض می‌شود؛ در حالی که ممکن است سازه در زلزله طرح، وارد محدوده غیرارتجاعی شود. بنابراین ضریب بزرگنمایی کمک می‌کند تغییرمکان حاصل از تحلیل خطی به تغییرمکان مورد انتظار سازه در رفتار غیرارتجاعی تبدیل شود. نوع سیستم باربر جانبی در تعیین این ضریب موثر است. برای اطلاعات بیشتر می‌توانید به مقاله بررسی مفهومی ضریب بزرگنمایی تغییرمکان (Cd) به همراه اعمال آن در ایتبس مراجعه فرمایید.

نکته: در صورتیکه سازه مشمول ضابطه 30-100 شود، رعایت بند زیر الزامی است.

1.2. مقدار مجاز تغییر مکان جانبی نسبی

آیین‌نامه‌ها برای دریفت محدودیت تعیین می‌کنند، زیرا تغییرمکان جانبی بیش از حد می‌تواند باعث موارد زیر شود:

• آسیب به اجزای غیرسازه‌ای مانند دیوارها، نما، شیشه و تأسیسات.
• افزایش تغییرشکل و آسیب اعضای سازه‌ای در اثر زلزله.
• افزایش اثرات مرتبه دوم (P-Δ) و کاهش پایداری سازه.
• کاهش سطح عملکرد و ایمنی ساختمان در برابر زلزله.

باید درنظر داشت، دریفت بیش از حد به معنی خطر ریزش ساختمان نیست؛ اما می‌تواند کی از عوامل مؤثر در رسیدن سازه به ناپایداری باشد. بنابراین، محدودیت دریفت با هدف کنترل تغییرشکل جانبی ساختمان و جلوگیری از خسارت بیش از حد تعیین می‌شود.

مطابق بند 3-12-3 استاندارد 2800 ویرایش 5، مقادیر تغییر مکان جانبی نسبی طرح طبقه در هر امتداد ساختمان، نباید از تغییر مکان جانبی نسبی مجاز طبقه، ، مطابق جدول زیر بیشتر شود. H ارتفاع طبقه موردنظر است.

در تعیین _a∆، موارد زیر باید درنظر گرفته شوند.

• در حالتی که در هر یک از امتدادهای ساختمان، سیستم مقاوم لرزه‌ای آن امتداد صرفاً از قاب‌های خمشی تشکیل شده و آن امتداد، مشمول اعمال ضریب نامعینی باشد، مقدار تغییر مکان جانبی نسبی مجاز طبقات برای آن امتداد باید برابر با درنظر گرفته شوند.
• درصورتیکه سیستم مقاوم لرزه‌ای از نوع دیوار برشی بنایی مسلح باشد، مقدار تغییر مکان جانبی نسبی مجاز طبقات باید مطابق با ضوابط مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شود.
• چنانچه قاب‌های خمشی از نوع متوسط یا معمولی در هر یک از سیستم‌های قاب ساختمانی، قاب خمشی یا دوگانه وجود داشته باشد، مقادیر تغییر مکان جانبی نسبی مجاز طبقه برای گروه اهمیت 2 باید به 0.125h و برای گروه‌های اهمیت 3 و 4 به 0.015h محدود گردد.

2.2. برش پایه در محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی طبقات

مطابق بند 3-12-4 استاندارد 2800 ویرایش 5، در محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی طبقات، رعایت برش پایه حداقل مبنی بر ضوابط بند 3-9-1-2 الزامی است.

همچنین در محاسبه انواع تغییر مکان‌های جانبی سازه، مقدار برش پایه در رابطه V_u=CW را می توان بر مبنای زمان تناوب اصلی نوسان جانبی سازه در امتداد موردنظر، حاصل از تحلیل مدل سازه و بدون منظور نمودن محدودیت 1.4 برابر زمان تناوب حاصل از روابط تجربی، موضوع بند 3-9-2 تعیین نمود.

برای توضیحات بیشتر به مقاله برش پایه مراجعه فرمایید.

3.2. حداقل درز انقطاع بر اساس تغییر مکان جانبی

در طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها، یکی از مسائل مهم برای جلوگیری از خسارات ناشی از برخورد سازه‌های مجاور در هنگام زلزله، تأمین فاصله مناسب بین آن‌ها است. این فاصله که به عنوان «درز انقطاع» شناخته می‌شود، باید به گونه‌ای تعیین گردد که تغییرمکان‌های جانبی ناشی از زلزله در هر طبقه باعث تماس و ضربه بین ساختمان‌ها نشود.

بر اساس ضوابط آیین‌نامه ۲۸۰۰ ویرایش پنجم، عرض درز انقطاع تابعی از حداکثر تغییرمکان جانبی غیرارتجاعی ساختمان‌ها در ترازهای مختلف است. این تغییرمکان‌ها با در نظر گرفتن رفتار واقعی سازه در محدوده غیرخطی، اثرات P-Δ و همچنین ضرایب اصلاحی مانند ضریب بزرگنمایی تغییرمکان و ضریب اهمیت ساختمان محاسبه می‌شوند.

3. کنترل دریفت در ASCE7-22

طبق آیین‌نامه‌ی ACSE7-22 کنترل دریفت بر اساس ضوابط بند 12-8-6 باید انجام شود. مطابق بند 12-8-6-5 به اختلاف جابجایی مراکز جرم بالایی و پایینی کف‌های یک طبقه دریفت گفته می‌شود.

بر اساس بند 12-8-6-1 برای کنترل دریفت باید از ترکیب بار 1.0D+0.5L±1.0E_h یعنی جابجایی‌ها را بر اساس نیروی لرزه‌ای E_h در حضور بارهای ثقلی بدست آورد، این یکی از تغییرات ویرایش جدید این آیین‌نامه نسبت به ویرایش قبلی آن است.

نیروی لرزه‌ای از بند 12-8-1 و رابطه‌ی زیر بدست می‌آید.

4. کنترل دریفت در ایتبس بصورت گام به گام

در نرم‌افزار ETABS این کنترل بر اساس ضوابط استاندارد ۲۸۰۰ و با استخراج و بررسی تغییرمکان نسبی طبقات صورت می‌گیرد.

فیلم آموزشی زیر درک خوبی در ارتباط با کنترل دریفت سازه در ایتبس به شما خواهد داد برای تسلط کامل روی این کنترل سازه ­ای حداقل یک بار ویدئو آموزشی رایگان زیر را مشاهده کنید.

1.4. ساخت الگوهای بار زلزله دریفت

1.1.4. محاسبه زمان تناوب

سازه مورد تحلیل، یک ساختمان مسکونی با سیستم قاب خمشی بتنی ویژه، بر روی خاک نوع III در شهر تهران است.

توصیه می‌شود که مراحل این گام، در پروژه‌ی دیگری به نام period صورت گیرد. همانطور که گفته شد، در کنترل دریفت می توان از زمان تناوب تحلیلی استفاده نمود. بنابراین طبق تبصره بند 3-9-2 استاندارد 2800 ویرایش پنجم، در محاسبه زمان تناوب اصلی نوسان جانبی سازه، ضرایب اصلاح سختی اعضای بتن آرمه باید همان مقادیری در نظر گرفته شود که هنگام طراحی آن‌ها تحت نیروها و تلاش های ایجادشده در نظر گرفته شده است.

پس از آنالیز پروژه، برای مشاهده زمان تناوب تحلیلی، باید از مسیر زیر اقدام کرد.

Display>choose tables>modal participating mass ratios

شکل 4: جدول زمان تناوب تحلیلی

مطابق شکل5، زمان تناوب سازه در جهت Y برابر 1.387 ثانیه است، زیرا بیشترین مشارکت را در ارتعاش کلی سازه دارد. به همین ترتیب، زمان تناوب تحلیلی سازه در جهت X نیز برابر 1.405 ثانیه است.

شکل 5: زمان تناوب تحلیلی سازه در دو جهت x و y

مطابق با بند 3-9-2-1 استاندارد 2800 ویرایش 5، زمان تناوب مطابق زیر محاسبه می‌شود.

برای درک بهتر می‌توان به مقاله کنترل زمان تناوب سازه در ایتبس مراجعه کرد.

2.1.4. محاسبه ضریب زلزله

مطابق با بند 2-2 استاندارد 2800 ویرایش 5، مقادیر شتاب طیفی زلزله بیشینه مورد نظر با میرایی 5% بر روی سنگ بستر، در زمان تناوب 0.2 و 1 ثانیه، از نقشه‌های شتاب طیفی تعیین می‌شود.

S_s=1.4
S₁=0.6

شکل 6: نقشه راهنما برای تعیین S_S

برای محاسبه مقادیر شتاب طیفی زلزله بیشینه مورد نظر در سطح زمین (S_MS ,S_M1)، از ضرایب تاثیر نوع زمین ساختگاه در بازۀ شتاب ثابت یا بازۀ زمان تناوب کوتاه طیف (F_S) و بازه سرعت ثابت (F₁)، با توجه به نوع زمین به دست می‌آیند.

S_MS=F_S S_S
S_M1=F₁ S₁

مقادیر شتاب طیفی زلزله طرح در زمان تناوب‌های کوتاه، S_DS، و در زمان تناوب یک ثانیه، S_D1، مطابق بند 2-4 استاندارد 2800 ویرایش 5، از روابط زیر به دست می‌آیند.

S_DS=2/3 S_MS
S_D1=2/3 S_M1

در نهایت مطابق با بند 2-5، طیف طرح استاندارد، از روابط زیر حاصل می‌شود.

مقادیر معرفی شده برای خاک نوع III واقع در شهر تهران، به شرح زیر است.

جدول1- مقادیر محاسبه شده برای شتاب طیفی

بنابراین شتاب طیفی در راستای x طبق روابط به دست می‌آید.

T_S=0.9 <T=1.405 ≤T_L=6 → S_a=S_D1/T=(0.84)/(1.405)=0.597

همچنین شتاب طیفی در راستای y :

T_S=0.9 <T=1.387 ≤T_L=6 → S_a=S_D1/T=(0.84)/(1.387)=0.605

مطابق بند 3-9-1-1 استاندارد 2800 ویرایش 5، ضریب زلزله از رابطه زیر به دست می‌آید.

در نتیجه، ضریب زلزله در راستای x و y برای ساختمان مسکونی (I_e=1) با سیستم قاب خمشی بتنی ویژه (R_u=6.5) به شرح زیر است.

C_x=(0.597)/(6.55)=0.091

C_y=(0.605)/(6.5)=0.093

همچنین مطابق با بند 3-12-6 استاندارد 2800، ویرایش5، در سازه‌های بتن‌آرمه به منظور تعیین تغییر مکان‌های جانبی باید اثر ترک‌خوردگی اجزاء در سختی آن‌ها مطابق با ضوابط مبحث نهم مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شود.

الگوهای بار زلزله دریفت برای دو راستای x و y، از مسیر زیر ساخته می‌شوند.

شکل 7: تعریف الگوی بار دریفت

شکل 8: تعریف الگوی بار EXASCE

شکل 9: تعریف الگوی بار EYASCE

 در این بخش توضیحاتی درباره پنجره Time Period ارائه می‌شود.

Approximate: با انتخاب این گزینه تنها زمان تناوب تجربی سازه محاسبه می‌شود.

Program Calculated: نرم‌افزار، زمان تناوب تجربی و تحلیلی را با لحاظ ضریب 1.4، با یکدیگر مقایسه می‌کند. با توجه به بند 12-8-2-1 و جدول 12-8-2 آیین‌نامه ASCE7-22 برای قاب خمشی بتن‌آرمه، گزینه 0.016 و 0.9 انتخاب شده است؛ که با بند 3-9-2-1 استاندارد 2800، ویرایش 5، مشابهت دارد.

User Defined: زمان تناوب توسط کاربر در نرم‌افزار اعمال می‌شود.

2.4. محاسبه دریفت مجاز

ساختمان ذکر شده، دارای کاربری مسکونی با اهمیت متوسط است که در گروه 3 قرار می‌گیرد. بنابراین مقدار مجاز دریفت مطابق بند 3-12-3 برابر  است.

حداکثر نسبت دریفت در این ساختمان بتنی با سیستم قاب خمشی ویژه، 0.003 است.

❓آیا قبولی در کنترل دریفت مرکز جرم، به معنای قبولی در کنترل نامنظمی پیچشی است؟

خیر. قبولی دریفت مرکز جرم به‌هیچ‌وجه به‌تنهایی به معنی قبولی نامنظمی پیچشی نیست. چون این دو کنترل، دو سؤال متفاوت را بررسی می‌کنند:

کنترل دریفت مرکز جرم: آیا تغییرمکان نسبی کلی طبقه از حد مجاز آیین‌نامه‌ای کمتر است؟ یعنی معمولاً دریفت در محل مرکز جرم یا نقطه مرجع بررسی می‌شود. کنترل نامنظمی پیچشی: آیا تغییرمکان نسبی یک طرف طبقه نسبت به طرف دیگر بیش از حد متفاوت است؟

3.4. محاسبه دریفت طبقات

برای محاسبه دریفت طبقه، تغییرمکان جانبی نسبی هر طبقه نسبت به طبقه زیرین بررسی می‌شود تا میزان تغییرشکل سازه تحت اثر بارهای جانبی مشخص گردد. این مقدار با درنظرگرفتن اختلاف تغییرمکان دو طبقه متوالی و ارتفاع طبقه محاسبه شده و سپس با حد مجاز آیین‌نامه‌ای مقایسه می‌شود.

شکل12: عدم کاهش سختی در سازه

❓تفاوت گزینه های diaphragm center of mass displacements و diaphragm max/avg drift در کنترل دریفت چیست؟

جدول diaphragm center of mass displacements، تغییرمکان مرکز جرم دیافراگم را در هر طبقه نشان می‌دهد. برای محاسبه دریفت با این روش، باید تغییرمکان دو طبقه متوالی را از هم کم کرد و سپس بر ارتفاع طبقه تقسیم کرد. در حالیکه جدول diaphragm max/avg drift، یک مرحله جلوتر است و نسبت دریفت را مستقیماً ارائه می‌کند؛ یعنی اختلاف تغییرمکان دو تراز متوالی دیافراگم را در ارتفاع طبقه در نظر می‌گیرد. بنابراین خروجی آن بدون بعد و به صورت نسبت دریفت است.

شکل 11: خروجی نسبت دریفت

در سازه های منظم، مقدار avg drift در ایتبس تقریبا برابر با تغییر مکان جانبی مراکز جرم کف‌های بالا و پایین است؛ بنابراین می‌توان با تقریب خوبی از این گزینه استفاده کرد. اما در سازه‌های دارای نامنظمی پیچشی، برای محاسبه تغییر مکان نسبی هر طبقه به جای تفاوت بین تغییر مکان‌های جانبی مراکز جرم کف‌ها، باید تفاوت بین تغییر مکان‌های جانبی کف‌های بالا و پایین آن طبقه در امتداد محورهای کناری ساختمان مدنظر قرار گیرد؛ به همین دلیل باید از مقدار max drift برای کنترل دریفت طبقات استفاده کرد.

❓چرا برای کنترل نامنظمی پیچشی باید از دریفت استفاده شود نه جابه‌جایی مطلق؟

زیرا نامنظمی پیچشی در واقع از توزیع نامتقارن تغییرشکل جانبی در طول دیافراگم ناشی می‌شود و آیین‌نامه به دنبال سنجش تفاوت رفتار دو انتهای یک طبقه نسبت به تغییرشکل همان طبقه است، نه صرفاً مقدار جابه‌جایی مطلق ساختمان.

مقادیر معرفی شده در شکل 11، نباید تحت هیچ شرایطی از مقدار مجاز دریفت (0.003) تجاوز کند. اگر این اتفاق رخ دهد، ابتدا باید علت افزایش دریفت مشخص و سپس مدل یا سیستم باربر جانبی اصلاح شود. در ادامه راهکارهای اصلاح و اثر هرکدام بر رفتار لرزه‌ای معرفی می شوند.

1.3.4. بررسی علل افزایش دریفت

قبل از آنکه برای کاهش دریفت، اقدام به بزرگ کردن مقاطع کرد، باید مشخص شود دریفت زیاد از کجا آمده است.

• اگر دریفت همه طبقات زیاد است، احتمالاً سختی کلی سیستم باربر جانبی کم است؛ افزایش سختی قاب، دیوار برشی یا مهاربند مؤثر است.
• اگر فقط یک طبقه دریفت زیادی دارد، احتمال وجود طبقه نرم یا کاهش ناگهانی سختی وجود دارد. ویرایش پنجم نیز روی کنترل نامنظمی سختی و مقاومت جانبی تأکید دارد.
• اگر دریفت در یک سمت پلان زیادتر است، توزیع سختی و پیچش سازه بررسی شود. در سازه‌های دارای نامنظمی پیچشی زیاد یا شدید، ویرایش پنجم محاسبه دریفت را بر اساس بیشترین اختلاف تغییرمکان گره‌های واقع در محورهای کناری نیز الزام می‌کند.
• اگر دریفت به‌علت P-Δ تشدید شده است، باید اثرات مرتبه دوم و پایداری سازه بررسی شود؛ زیرا ویرایش پنجم صراحتاً در محاسبه تغییرمکان جانبی نسبی، اثرات P-Δ را نیز در نظر می‌گیرد.

2.3.4. راهکارهای اصلاح دریفت و اثر هرکدام بر رفتار لرزه‌ای

• افزایش ابعاد تیر و ستون: سختی جانبی قاب افزایش می‌یابد و تغییرمکان و دریفت کاهش پیدا می‌کند. در قاب خمشی، این روش معمولاً باعث افزایش سختی و مقاومت قاب می‌شود.
• افزایش سختی ستون‌ها نسبت به تیرها: تغییرشکل طبقات کاهش یافته و رفتار قاب به سمت عملکرد مناسب‌تر و کنترل بهتر تغییرمکان می‌رود. همچنین می‌تواند به تأمین رفتار ستون قوی–تیر ضعیف کمک کند.
• افزایش تعداد یا ضخامت دیوارهای برشی: یکی از مؤثرترین روش‌ها برای کاهش دریفت است؛ سختی جانبی سازه به‌طور قابل توجهی افزایش می‌یابد و سهم بیشتری از نیروی جانبی توسط دیوارها تحمل می‌شود.
• اضافه کردن مهاربند یا افزایش سختی مهاربندی: سختی جانبی سیستم افزایش یافته و تغییرمکان طبقات کاهش می‌یابد؛ در نتیجه دریفت کمتر می‌شود.
• بهبود آرایش عناصر مقاوم جانبی در پلان: اگر دریفت ناشی از پیچش یا توزیع نامناسب سختی باشد، جابه‌جایی مناسب دیوارها/مهاربندها نسبت به مرکز جرم و مرکز سختی، پیچش و دریفت موضعی را کاهش می‌دهد.
• کاهش نامنظمی سختی در ارتفاع: از ایجاد طبقه نرم جلوگیری می‌کند و باعث توزیع یکنواخت‌تر تغییرشکل در ارتفاع می‌شود. این موضوع از تمرکز دریفت در یک طبقه جلوگیری می‌کند.
• کاهش جرم ساختمان در صورت امکان: نیروی اینرسی زلزله کاهش می‌یابد و معمولاً تقاضای لرزه‌ای و تغییرمکان کاهش پیدا می‌کند؛ البته این راهکار باید با ملاحظات معماری و سازه‌ای انجام شود.
• افزایش ارتفاع طبقه: معمولاً راهکار مناسبی برای کاهش نسبت دریفت نیست؛ چون حد مجاز نیز تابع ارتفاع طبقه است، ولی از نظر تغییرمکان مطلق و رفتار سازه می‌تواند اثرات نامطلوب داشته باشد.
• اصلاح مدل‌سازی و کنترل فرضیات تحلیلی: اگر دریفت به دلیل مدل‌سازی نادرست، سختی‌های غیرواقعی، دیافراگم، Releases، Mass Source یا شرایط اتصال باشد، ابتدا باید مدل اصلاح شود؛ در غیر این صورت طراحی بر مبنای نتایج غلط انجام می‌شود.

❓کنترل دریفت در سازه‌های فولادی چگونه صورت می‌گیرد؟

کنترل دریفت برای سازه‌های فولادی نیز مشابه با سازه‌های بتنی است، با این تفاوت که برای برداشت دوره تناوب تحلیل سازه در فایل Period سازه تغییرات زیر را باید اعمال کرد.

شکل12: عدم کاهش سختی در سازه

5. کنترل دریفت در تحلیل دینامیکی طیفی

برای کنترل دریفت با تحلیل طیفی باید با انجام این تحلیل در نرم افزار آشنا باشید. مقاله رایگان تحلیل دینامیکی طیفی راهنمای جامعی برای یادگیری این تحلیل در نرم‌افزار ایتبس است.

در تحلیل دینامیکی طیفی، سازه با استفاده از مودهای ارتعاشی تحلیل می‌شود و در نهایت یک برش پایه به نام V_d به دست می‌آید.

از طرف دیگر، طبق روش استاتیکی معادل، یک برش پایه نیز داریم؛ آیین‌نامه می‌گوید اگر V_d<V_u باشد، یعنی تحلیل طیفی برش پایه کمتری نسبت به روش استاتیکی معادل تولید کرده باشد، تغییرمکان‌های حاصل از تحلیل طیفی را نباید بدون اصلاح استفاده کرد. تغییرمکان‌های کلی و نسبی، باید در نسبت برش پایه استاتیکی معادل به برش پایه حاصل از تحلیل طیفی ضرب شوند.

6. کاربرد خروجی‌های Displacement در ایتبس برای کنترل‌های سازه

توضیحات این بخش در قالب یک تصویر شرح داده می‌شوند تا بهتر متوجه کاربردهای خروجی های Displacement در ایتبس برای کنترل‌های سازه شوید.

شکل13: کاربرد خروجی های Displacement در ایتبس برای کنترل‌های سازه

پرسش و پاسخ

نتیجه‌گیری

در این مقاله تلاش شد ضوابط و مبانی کنترل دریفت، همراه با نحوه‌ی پیاده‌سازی و بررسی آن در نرم‌افزار ETABS، به‌صورت منسجم و کاربردی ارائه شود. فرآیند کنترل دریفت در چهار گام اصلی تشریح شد تا مسیر انجام این کنترل، از تعریف صحیح پارامترهای زلزله و در نظر گرفتن اثر نامنظمی پیچشی سازه تا محاسبه و ارزیابی دریفت، به‌صورت روشن دنبال شود. در ادامه، پس از تعیین دریفت نسبی طبقات و محاسبه‌ی مقدار دریفت مجاز سازه، نتایج تحلیل با حدود مجاز آیین‌نامه‌ای مقایسه می‌شوند. چنانچه سازه در این کنترل مردود شود، باید با بررسی عوامل مؤثر بر افزایش دریفت و به‌کارگیری راهکارهای اصلاحی مناسب، عملکرد سازه بهبود داده شود.در نهایت، با ارائه‌ی یک ویدئوی آموزشی رایگان، تلاش شده است تمامی مراحل به‌صورت عملی نیز مرور شود تا فرآیند کنترل دریفت در ETABS، از مرحله‌ی تعریف بارها تا ارزیابی نهایی نتایج، برای مخاطب شفاف، قابل اجرا و بدون ابهام باشد.

منابع

1. آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ویرایش5
2. آیین‌نامه ASCE7-22

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا