کنترل دریفت در ایتبس؛ گام به گام بررسی دریفت سازه بتنی و فولادی به همراه 1 ویدئو

همانطور که می دانید هر سازه ای پس از طراحی یک سری کنترل های سازه ای را باید طی کند که یکی از این کنترل ها، کنترل دریفت سازه است اما چند سوال دریفت آیا مجاز سازه همان تغییر مکان جانبی نسبی طبقه است؟ چگونه دریفت سازه خود را مشاهده کنیم؟ اگر در سازه نامنظمی پیچشی داشتیم دریفت را چطور کنترل کنیم؟

در این مقاله جامع ابتدا به بررسی مفاهیم و تعریف دریفت در سازه پرداخته و پس از بیان فرمول و نحوه محاسبه دریفت، گام به گامِ نحوه ی کنترل دریفت در ایتبس را مطابق ویرایش 4 آیین نامه 2800 انجام می دهیم.

در بخش 1.4 این مقاله ویدئو رایگان 23 دقیقه ای قرار داده شده که دریفت سازه بتنی را بررسی می کند برای درک بهتر مطالب این مقاله حتما یک بار این ویدئو را مشاهده کنید.

⌛ آخرین به روز رسانی: 30 آذر 1401

📕 تغییرات به روز رسانی: تکمیل مقاله و اضافه شدن نکات کاربردی

1. دریفت سازه چیست؟

برخی دریفت را با نسبت دریفت اشتباه می گیرند در صورتی که هر کدام از اینها کاملا با هم فرق می کنند! بنابراین قبل از این که به کنترل دریفت در ایتبس بپردازیم، اجازه دهید تا با چند تعریف آشنا شویم.

 دریفت تغییر مکان جانبی نسبی هر طبقه است، در حالیکه نسبت دریفت تغییر مکان هر طبقه تقسیم بر ارتفاع طبقه است.

برای اینکه بهتر این عبارت را درک کنید به تصویر زیر مشاهده کنید

شکل 1. تفاوت دریفت با نسبت دریفت

در تصویر بالا:

دریفت  Δ :  تغییر مکان نسبی هر طبقه

نسبت دریفت  Δ/h :  نسبت تغییر مکان جانبی نسبی طبقه به ارتفاع طبقه

اگر سازه از لحاظ پیچشی منظم باشد کنترل دریفت بر اساس تغییر مکان های مراکز جرم صورت می گیرد اما اگر نامنظمی پیچشی داشته باشیم این کنترل بر اساس لبه های کناری ساختمان (مطابق تصویر بالا) صورت می گیرد.

❓چرا کنترل دریفت را انجام می­دهیم؟

در حین وقوع زلزله، ممکن است نیروهای جانبی زیادی به سازه وارد شود که منجر به تغییر مکان طبقه می­شود. این تغییر شکل­ های سازه می­تواند بر المان­ های سازه­ای و غیر سازه­ای سازه تأثیر منفی بگذارد و همچنین ممکن است بر سازه­ های مجاور تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، جابجایی­ های طبقات باید به درستی مطابق با آیین ­نامه­ ها ارزیابی شوند تا از هرگونه آسیب جلوگیری شود. به منظور محدود کردن این جابجایی­ ها باید سختی کنترل شود.

برای مثال سازه یک بتن آرمه چهارده طبقه پس از زلزله گورخا (نپال 2015) آسیب ­هایی را که در اثر جابجایی طبقات به آن وارد شده در شکل زیر مشاهده می­شود.

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

2. تغییر مکان جانبی نسبی طبقه

طبق بند 3-5-1 استاندارد 2800 تغییر مکان جانبی نسبی واقعی هر طبقه، که اختلاف بین تغییر مکان های جانبی واقعی مراکز جرم کف های بالا و پایین آن طبقه است با استفاده از تحلیل غیرخطی سازه قابل محاسبه است، ولی می توان آن را با تقریب خوبی از رابطه زیر به دست آورد:

Δ_M = C_d * Δ_eu

که در این رابطه C_d ضریب بزرگنمایی تغییر مکان است که از جدول (3-4) آیین‌نامه و Δ_eu اختلاف بین تغییر مکان های جانبی در تحلیل های خطی است.

مطابق بند 3-5-4 استاندارد 2800 برای محاسبه ­ی تغییر مکان جانبی نسبی طبقه از تفاوت بین تغییر مکان­ های جانبی مراکز جرم کف ­ها استفاده می­شود، اما برای سازه­­ های نامنظم پیچشی و یا نامنظم شدید پیچشی، از تفاوت بین تغییر مکان­ های جانبی کف ­های بالا و پایین آن طبقه در امتداد محورهای کناری ساختمان استفاده می­شود.

1.2. تغییر مکان جانبی نسبی طبقه تحت اثر زلزله طرح

با توجه به بند 3-5-1 اختلاف بین تغییر مکان های جانبی در تحلیل های خطی از رابطه ی (3-1) استاندارد 2800 بدست می آید، که این رابطه به شرح زیر است.

V_u=CV

یادآوری می شود که ضریب زلزله C از رابطه ی زیر بدست می آید.

C=ABI/R_u

که در این رابطه A نسبت شتاب مبنای طرح، B ضریب بازتاب ساختمان، I ضریب اهمیت ساختمان و R_u ضریب رفتار ساختمان است، که باید بر اساس ضوابطی که گفته می شود برای زلزله دریفت تعریف شود.

1.1.2. زمان تناوب زلزله دریفت

بر اساس بند 3-5-3 استاندارد 2800 در محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی (eu_Δ) برای محاسبه برش پایه، از دوره تناوب تحلیلی اصلی سازه استفاده می شود و فقط برای ساختمان های با اهمیت خیلی زیاد باید مقدار کوچک تر دوره تناوب اصلی سازه و 1.25 برابر دوره تناوب تجربی سازه را مد نظر قرار داد.

2.2. مقدار مجاز تغییر مکان جانبی نسبی

برا اساس بند 3-5-2 استاندارد 2800 با در نظر گرفتن اثرات ∆- P آیین نامه مقدار _M∆ (تغییر مکان جانبی نسبی غیر خطی طرح) را به _a∆ (تغییر مکان جانبی نسبی مجاز) محدود میکند، که _a∆ به صورت زیر بدست می آید.

به عنوان مثال در ساختمان های تا 5 طبقه که ارتفاع هر طبقه 3 متر است هر طبقه حداکثر می تواند 7.5 سانتی­متر دریفت نسبی داشته باشد. همینطور می­توان نتیجه گرفت که برای ساختمان­ های بلندمرتبه­ تر که ارتفاع هر طبقه آن­ها 3 متر است، میزان دریفت مجاز 6 سانتی­متر خواهد بود. چرا؟

شکل 3 – دریفت مجاز و دریفت طبقه در سازه

3. کنترل دریفت در ASCE7-22

طبق آیین­ نامه­ ی 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 کف ­های یک طبقه دریفت گفته می­شود.

شکل 4 – دریفت سازه

در این تصویر L_i ارتفاع طبقه ی iم، _i∆ دریفت طبقه iم و _i∆ تقسیم بر L_i نسبت دریفت طبقه iم می باشد.

بر اساس بند 12.8.6.1 برای کنترل دریفت باید از ترکیب بار 1.0D+0.5L±1.0E_h یعنی جابجایی ها را بر اساس نیروی لرزه-ای E_h در حضور بارهای ثقلی بدست آورد، این یکی از تغییرات ویرایش جدید این آیین نامه نسبت به ویرایش قبلی آن است.

نیروی لرزه­ ای از بند 12.8.1 و رابطه­ ی زیر بدست می ­آید.

4. کنترل دریفت در ایتبس بصورت گام به گام

برای کنترل دریفت در ایتبس باید گام ­های زیر را برداشت کرده که ما هر یک از آن‌ها را در این مقاله به طور مفصل توضیح می‌دهیم:

1.4. کنترل دریفت سازه بتنی

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.

1.1.4. گام1: ساخت الگوهای بار زلزله دریفت

همانطور که پیش تر گفته شد برای ساختمان های با اهمیت کم، متوسط و زیاد در کنترل دریفت می توان از زمان تناوب تحلیلی استفاده نمود. بنابراین طبق بند 3-3-3-3 ضرایب سختی ستون ها را 1 و تیرها را 0.5 وارد می کنیم.

شکل 5 – ضرایب سختی ستون­ها در تعیین زمان تناوب تحلیلی

شکل 6 – ضرایب سختی تیرها در تعیین زمان تناوب تحلیلی

 توصیه می شود که مراحل این گام را در پروژه ای دیگر به نام period انجام دهید.

سپس پروژه خود را آنالیز کرده و از مسیر display>choose tables را انتخاب کنید. بعد از این مرحله از طریق مسیر نشان داده شده در تصویر زیر modal participating mass ratios را انتخاب کنید.

شکل 7 – تعیین زمان تناوب تحلیلی

حال می­توانید زمان تناوب­ های تحلیلی خود را مشاهده کنید. همانطور که در تصویر زیر می­بینید زمان تناوب سازه در جهت Y برابر 1.387 ثانیه می­باشد، زیرا بیشترین مشارکت (حدود 60%) را در ارتعاش کلی سازه دارد. با همین استدلال می­توان نتیجه گرفت که زمان تناوب تحلیلی سازه در جهت X برابر 1.405 ثانیه می­باشد.

شکل 8 – زمان تناوب تحلیلی سازه در دو جهت x و y

سپس با استفاده از زمان تناوب های به دست آمده از مرحله قبل، ضریب بازتاب B را طبق بند 2-3 محاسبه کنید. از آنجایی که C=ABI/R بنابراین می توانید الگوهای بار زلزله دریفت خود را به راحتی تعریف کنید.

حال می توانید الگوهای بار زلزله دریفت خود را از طریق مسیر Define→load pattern در ایتبس بسازید.

شکل 9 – تعریف زلزله های دریفت در Load Patterns

باید برای دو راستای X و Y زلزله­ های دریفت را تعریف کنیم.

شکل 10 – تعریف الگوی بار EXdrift در ایتبس

فقط به این نکته توجه داشته باشید که نوع بار را از نوع seismic drift انتخاب کنید. با این کار ایتبس فقط در کنترل دریفت از این الگوهای بار استفاده خواهد کرد و در طراحی سازه از آن­ها استفاده نخواهد کرد. به همین ترتیب EYdrift هم تعریف می­کنیم.

شکل 11 – تعریف الگوی بار EYdrift در ایتبس

توجه شود که در تعریف زلزله ­های دریفت، برای سازه­ هایی که دارای نامنظمی پیچشی هستند، خروج از مرکزیت اصلاح شده را نیز می­توان اعمال کرد. اما در آیین ­نامه­ ها به این مورد اشاره نشده است.

2.1.4. گام2: مقدار مجاز دریفت

از آنجایی که در این مثال پروژه ما یک ساختمان 4 طبقه بوده و از 5 طبقه کمتر است بنابراین مقدار دریفت مجاز طبق بند 3-5-2 برابر 0.025h خواهد بود.

نسبت دریفت در این سازه بتنی با سیستم قاب خمشی حداکثر می­تواند 0.0044 باشد.

3.1.4. گام3: محاسبه دریفت طبقات

از مسیر می ­­توان دریفت طبقات سازه را بدست آورد.

شکل 12 – کنترل تغییر مکان جانبی نسبی طبقات

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

در بحث کنترل دریفت طبقات، دو روش تقریبی و دقیق وجود دارد؛ درصورتی که از گزینه diaphragm max/avg drifts جواب بگیریم، حتما از گزینه diaphragm center of mass displacements که در واقع برای محاسبه ی دقیق دریفت مورد استفاده قرار می گیرد، نیز جواب می گیریم. (اما بدلیل زمانبر بودن کنترل به روش دقیق، همیشه نتایج مورد اول را با وجود مقداری محافظه کاری ملاک کنترل دریفت قرار می دهیم.)

شکل 13 – مشاهده برابری دریفت مرکز جرم طبقه، دریفت مرکز جرم تقریبا با دریفت میانگین طبقه

 اگر بخواهیم دقیق تر بگوییم ما در اینجا نسبت دریفت طبقات را مشاهده کردیم.

4.1.4. گام4:مقایسه دریفت مجاز با دریفت طبقات و نتیجه گیری

شروع توضیحات گام آخر را برای شما با یک پرسش اساسی مطرح می‌کنیم.

❓ اگر نامنظمی پیچشی داشتیم نحوه کنترل دریفت به چه صورت خواهد بود؟

طبق بند 3-5-4 در ساختمان های نامنظم پیچشی و یا نامنظم شدید پیچشی، برای محاسبه تغییر مکان نسبی هر طبقه به جای تفاوت بین تغییر مکان های جانبی مراکز جرم کف ها، باید تفاوت بین تغییر مکان های جانبی کف های بالا و پایین آن طبقه در امتداد محورهای کناری ساختمان مدنظر قرار گیرد.

بنابراین اگر در سازه نامنظمی پیچشی وجود داشته باشد (ratio>1.2) بایستی از گزینه max drift برای کنترل دریفت طبقات خود استفاده کنیم.

از این موضوع نتیجه‌گیری می‌شود که:

1. از آنجایی که مقدار avg drift ایتبس تقریبا برابر با تغییر مکان جانبی مراکز جرم کف های بالا و پایین می باشد بنابراین می توان با تقریب خوبی از این گزینه استفاده کرد.
2. در صورتیکه نامنظمی پیچشی داشته باشیم کنترل دریفت بر اساس لبه های کناری ساختمان (که قطعا دریفت بیشتری دارند) صورت می گیرد. بنابراین تحت این شرایط بایستی از گزینه max drift استفاده کنیم.

نسبت نشان داده در شکل قبلی نباید از 0.0044 بیشتر باشد. اگر این مقدار بیشتر از حد مجاز آن باشد به ناچار بایستی ابعاد مقاطع را افزایش دهیم تا جایی که دریفت جوابگو باشد.

توجه شود که اگر سیستم باربر جانبی سازه در دو راستا متفاوت باشد باید مقادیر مجاز دریفت را برای هر راستا به صورت جداگانه بدست آورد و با مقادیر دریفت خروجی نرم افزار مقایسه کرد.

2.4. کنترل دریفت در سازه ی فولادی

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

شکل 14 – عدم کاهش سختی در سازه

باقی مراحل همانند کنترل دریفت در سازه ­های بتنی انجام می­شود.

5. کنترل دریفت در تحلیل دینامیکی طیفی

واضح است که 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 نرم افزار ایتبس می باشد.

اگر در تحلیل طیفی همپایه سازی برش پایه های استاتیکی و دینامیکی را به صورت 85% و 90% انجام داده باشید جواب گرفتن از دریفت برایتان راحت تر خواهد شد. در ادامه به مراحل کنترل دریفت تحت زلزله های طیفی می پردازیم.

1. ابتدا الگوهای بار زلزله دریفت طیفی را بسازید. منظورمان SXdrift و SYdrift می باشد. توجه کنید scale factor اولیه یعنی AgI/Ru را برای تعریف این 2 الگوی بار وارد کنید.
2. سپس سازه را آنالیز کنید.
3. با توجه به منظمی یا نامنظمی پروژه، SXdrift را با EXdrift و SYdrift را با EYdrift همپایه کنید.
4. حال میتوانید دریفت را تحت الگوهای بار SXdrift و SYdrift مطابق مطالبی که در این مقاله گفته شد بخوانید.

توصیه می­شود که به دلیل طاهایی که در این روش وجود دارد، برای انجام کنترل دریفت از این روش استفاده نشود.

 6. راه های جواب گرفتن از کنترل دریفت

اگر کنترل دریفت سازه جواب نداد راهکارهای زیر را می­توان انجام داد. ابتدا باید بررسی کنیم که در کدام راستا و در چه طبقاتی مشکل دریفت داریم، سپس تقویت را باید برای آن راستا و طبقات انجام دهیم.

• افزایش ارتفاع تیر: موثرترین راهکار کاهش دریفت سازه، افزایش ارتفاع مقاطع تیرهاست، البته باید به مقدار آویز تیر و اثرات معماری آن توجه کرد.
• افزایش عرض تیر: افزایش عرض تیر هم می­تواند باعث کاهش دریفت شود. البته سعی کنیم که عرض تیر از عرض مقطع ستون بیشتر نشود.
• افزایش مقاطع ستون: با افزایش ابعاد مقطع ستون می­ توان سازه را قوی­تر کرد و دریفت را کاهش داد. توصیه می­شود خیلی از این راهکار استفاده نشود.
• در قاب­ های مهاربندی، می­توان تعداد دهانه­ های مهاربندی را افزایش داد.
• اگر سازه دارای نامنظمی پیچشی بود، می­توان با تقویت سازه، آن را منظم کرد.
• به طور کلی تقویت سازه، مثل بالا بردن مقاومت مشخصه­ ی بتن و فولاد مصرفی.
• نهایتاً اگر باز هم نتوانستیم از این کنترل جواب بگیریم باید سیستم باربر جانبی سازه را عوض کنیم.

اگر دریفت سازه به مقدار کمی بیشتر از حد مجاز بود و نخواستیم کل سازه را به خاطر آن سنگین کنیم، می­توان دهانه ­هایی که بیشترین تأثیر را روی جذب نیرو دارند را فقط تقویت کنیم. برای این منظور باید از نمودار جذب انرژی استفاده کنیم. برای این منظور در نمای کناری سازه قاب به قاب مراحل زیر را طی می کنیم.

شکل 15 – نمایش نمودار جذب انرژی

در قاب نمایش داده شده المان ­ها به صورت رنگی می­ شوند، هر چه این رنگ به سمت آبی پررنگ (در پایین تصویر نسبت­ ها به صورت رنگ­ ها نمایش داده شده است) باشد، نقش بیشتری در جذب انرژی دارد در نتیجه می ­توان با افزایش این مقاطع به صورت بهینه از کنترل دریفت جواب بگیریم.

البته با توجه به محدودیت­های معماری سازه و تیپ­ بندی ستون­ها و تیرها، همیشه نمی­توانیم بر اساس این معیار ابعاد المان­ها را تعیین کرد و اعدادی که به عنوان نسبت انرژی نمایش داده می­شوند تنها یک پیشنهاد از طرف نرم افزار می­ باشد.

7. کاربردهای خروجی های Displacement در ایتبس برای کنترل های سازه

توضیحات این بخش را در قالب یک تصویر برای شما عزیزان در نظر گرفته‌ایم تا به صورت هرچه بهتر متوجه کاربردهای خروجی های Displacement در ایتبس برای کنترل‌های سازه شوید.

شکل 16 – کاربردهای خروجی های Displacement در ایتبس برای کنترل‌های سازه

8. پرسش و پاسخ

اگر پاسخ سوالتان را پیدا نکردید حتما در کامنت های همین مقاله مطرح کنید تا پشتیبان های علمی سبزسازه به آنها پاسخ دهند.

نتیجه گیری

در این مقاله سعی شد به نحو کامل ضوابط کنترل دریفت، توضیحات مربوط به آن و همچنین کنترل دریفت در ایتبس توضیح داده شود. ما کنترل دریفت در ایتبس را به چهار گام تقسیم بندی کرده و در تمامی مراحل توضیحات کامل برای این کار را در این مقاله گنجاندیم.

به طور خلاصه برای کنترل دریفت سازه با توجه به نامنظمی پیچشی سازه زلزله­ های دریف را تعریف می­کنیم و نسبت دریفت آن را با توجه به مراحل گفته شده در این مقاله بدست می آوریم. سپس با محاسبه ­ی مقدار دریفت مجاز سازه ­ی مورد نظر، با مقادیر دریفت سازه مقایسه می­کنیم. در صورتی که از کنترل دریفت جواب نگرفتیم از راهکارهایی که بیان شد استفاده شود. در نهایت با یک ویدئو رایگاه سعی شد به صورت هرچه بهتر این توضیحات برای شما تکرار و بیان شود که دیگر مشکلی در زمینه کنترل دریفت در نرم افزار ایتبس نداشته باشید.

منابع

1. آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله – استاندارد 2800 ویرایش چهارم
2. آیین­ نامه ­ی ASCE7 ویرایش سال 2022 آمریکا

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا