آموزش گام به گام نحوه کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس

اگر قبل از تائید طرح نهایی سازه، نامنظمی پیچشی آن را کنترل نکرده اید منتظر برگشت طرح خود از سمت کنترلر نظام مهندسی باشید. کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس یکی از مهم ترین کنترل های سازه ای است که می تواند تغییرات زیادی در طراحی سازه شما ایجاد کند.

در این مقاله جامع ابتدا مفهوم پیچش در سازه را بیان خواهیم کرد و در نهایت نامنظمی پیچشی در ایتبس را به صورت تصویری و گام به گام کنترل خواهیم کرد.

⌛ آخرین به روز رسانی: 3 اسفند 1401

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت بر اساس ویرایش چهارم استاندارد 2800

1. مفهوم پیچش در ساختمان

پیچش در ساختمان‌ها به دلیل فاصله مرکز جرم از مرکز سختی طبقات، هنگام وقوع زلزله ایجاد می‌شود. همانطور که می‌دانید مرکز جرم و مرکز سختی در سازه در واقع نقطه هایی می باشند که به ترتیب برآیند نیروی زلزله و برآیند نیروهای مقاوم سازه در آن ها ایجاد می شوند، در نتیجه با فاصله گرفتن مرکز سختی از مرکز جرم به جای اینکه این دو نیرو (نیروی زلزله و نیروی مقاوم) یکدیگر را خنثی کنند، کوپل نیرو تشکیل داده و باعث ایجاد پیچش در سازه می‌شوند.

پیچش در ساختمان می‌تواند سبب خسارت به المان‌های سازه‌ای و غیرسازه ای و حتی خرابی آن‌ها گردد. در شکل زیر، دو نمونه از خرابی ساختمان در اثر وقوع پیچش حین زلزله قابل مشاهده می‌باشد.

شکل 1 فروریزش ساختمان‌ها در اثر پیچش در زلزله آتن، سال 1999

توضیح پیچش در سازه را با یک مثال شروع می‌کنیم. یک تاب را تصور کنید که با دو طناب به‌صورت متقارن و با طول­های برابر، به درختی بسته شده است؛ وقتی شما می­خواهید سوار تاب شوید باید وسط آن بنشینید و شروع به تاب خوردن کنید؛ در غیر این صورت تاب می­پیچد و تعادل شما بر هم می­خورد. رفتار سازه نیز در هنگام وقوع زلزله، همانند تاب می­باشد. ستون­ها و دیوارها شبیه به طناب و کف طبقات همانند صندلی تاب رفتار می­کند. قرار گرفتن طناب در طرفین تاب سبب شده که مرکز سختی در وسط صندلی تاب قرار گیرد و زمانی که بر روی تاب به صورت متقارن می‌نشینیم نیرو به مرکز سختی وارد می‌شود، در نتیجه پیچش رخ نمی‌دهد.

شکل 2 مقایسه رفتار ساختمان با تاب در هنگام وقوع زلزله

1.1. بررسی تمرکز جرم سازه در هنگام وقوع زلزله

در مثال مطرح‌شده در بخش قبلی، وقتی شما لبه­ی صندلی می‌نشینید تاب دچار پیچش می‌شود و سمتی که شما نشسته‌اید حرکت بیشتری می کند. در ساختمان هم به‌طور مشابه هنگامی‌که یک سمت ساختمان دارای تمرکز جرم بیشتری نسبت به سمت دیگر باشد، در هنگام زلزله سمتی که سنگین‌تر است حرکت بیشتری دارد و باعث پیچش ساختمان می‌شود. دلیل این امر این است که ماهیت زلزله به صورت شتاب است و همانگونه که از رابطه دوم قانون نیوتن (F=ma) می‌دانیم، اعمال شتاب به یک جرم منجر به ایجاد نیرو در آن می شود. هر چقدر که جرم بیشتر باشد، شتاب بیشتری از زلزله دریافت می‌کند و بنابراین آن بخش از سازه که جرم بیشتری دارد (سنگین‌تر است) در زلزله دارای حرکت بیشتری خواهد بود که این امر سبب ایجاد پیچش در سازه می‌گردد.

البته توجه به این نکته ضروری است که عموما نحوه ی توزیع جرم در پلان چندان در کنترل طراح سازه نبوده و با توجه به چینش معماری سازه تعیین می شود، البته گاهی اوقات پس از ملاحظه ی شرایط بحرانی توسط طراح سازه، می توان به معمار توصیه هایی جهت کاهش پیچش نمود؛ اما اصولا طراح سازه با شناختی که از مضرات پیچش و مفهوم آن دارد در ابتدا باید تحت پیچش بودن یا نبودن سازه را بررسی کرده و سپس تصمیم بگیرد که با توجه به الزامات آیین نامه ای چه روش رویکردی را در برابر این پیچش احتمالی در سازه انتخاب کند. به این معنا که گاهی پیچش در سازه سبب تغییر اندک در روند طراحی شده ولی گاهی سبب تغییر اساسی روش طراحی می شود که همه ی این موارد شناخت پیچش در سازه را الزامی می نماید.

شکل 3 تمرکز جرم در یک سمت ساختمان و وقوع پیچش

2.1. بررسی نامتقارن بودن اجزاء قائم سازه

در شکل 2، تصور کنید که طناب‌ها به‌صورت متقارن بسته نشده باشند و شما شروع به تاب خوردن کنید. قطعاً تاب می‌پیچد و شما تعادل خود را از دست خواهید داد، در ساختمان نیز اگر اجزای قائم به‌صورت متقارن نباشد؛ سازه در هنگام زلزله دچار پیچش می‌شود.­

شکل 4 تاثیر اعضای قائم نامتقارن در ایجاد پیچش؛ شکل سمت راست: پلان سازه و وقوع پیچش؛ شکل سمت چپ: نمای سه‌بعدی از سازه نامتقارن

همانگونه که در شکل 4 قابل مشاهده است، عدم تقارن در محل قرارگیری ستون‌ها در سازه، سبب جابجایی مرکز سختی سازه به سمت راست شده است. در این حالت و در صورت اعمال نیروی زلزله در راستای Y، با توجه به فاصله مرکز جرم و مرکز سختی، مطابق شکل سمت راست، در سازه پیچش ایجاد می‌شود.

3.1. بررسی حالت ستون‌های نابرابر

در شکل 2، حالت دیگری را تصور کنید این بار طناب‌ها به‌صورت متقارن، ولی یکی از آن‌ها دارای طول بلندتری نسبت به دیگری باشد و شما درست در وسط تاب نشسته و شروع به تاب خوردن می­کنید. در این حالت نیز تاب دوباره دچار پیچش می‌شود. همین رفتار نیز برای ساختمان­هایی که دارای ستون‌هایی با طول­های نابرابر هستند صادق است، به عنوان مثال در ساختمان­هایی که بر روی زمین­های شیب‌دار احداث می­شوند ممکن است این حالت رخ دهد.

شکل 5 رفتار ساختمان در هنگام زلزله با ستون­ های نابرابر و دیوارهای نامتقارن

به‌طور خلاصه باید گفت که پدیده پیچش در ساختمان­ها باعث جابجایی پیچشی کف طبقات شده به‌طوری‌که این تغییرمکان در دو سمت ساختمان به‌صورت نابرابر اتفاق می­افتد. این بدان معنی است که به دلیل اختلاف محل مراکز سختی و جرم در کف طبقات، جابجایی برخی از نقاط کف طبقات به دلیل پیچش، بیشتر از نقاط دیگر می‌تواند باشد و همین امر باعث آسیب‌دیدگی بیشتر ستون­ها و دیوارها در سمتی می‌شود که دارای جابجایی بیشتری است. برای نمونه در شکل زیر مشاهده می‌گردد که جابجایی گوشه سمت راست در بالا بیشتر از گوشه سمت چپ در پایین پلان می‌باشد.

شکل 6 پیچش سازه به علت قرارگیری نامتقارن المان‌های باربر جانبی

با توجه به مطالب گفته‌شده در بالا، برای اینکه یک سازه دچار پیچش نشود، باید به‌طورکلی به نکات زیر توجه نمود:

1. نحوه­ ی توزیع جرم در سازه (مرکز جرم سازه)
2. نحوه ­ی جانمایی المان­ های قائم باربر جانبی (مرکز سختی)

اگر مرکز جرم و سختی بر هم منطبق باشند، در ساختمان پیچش رخ نمی‌دهد؛ در نتیجه، طراحی سازه باید به ‌گونه‌ای انجام شود که فاصله مرکز جرم و سختی حداقل باشد. همانطور که پیش تر هم گفته شد، طراح سازه عموما به جز مواردی محدود، بر نحوه ی توزیع جرم چندان کنترلی ندارد و برای جلوگیری از پیچش می تواند مرکز سختی را جابه جا کند، البته حتما باید تعامل مناسبی با معماری در جهت کاهش هر چه بیشتر فاصله ی مرکز جرم و مرکز سختی داشته باشد.

2. بررسی نامنظمی پیچشی سازه در استاندارد 2800

در تصویر زیر انواع نامنظمی در ساختمان دسته‌بندی شده است، همانطور که مشاهده می کنید نامنظمی در سازه به دو دسته کلی نامنظمی در پلان و نامنظمی در ارتفاع تقسیم می شود.

شکل 7 گروه‌بندی ساختمان برحسب نظم کالبدی

ابتدا تعریف نامنظمی پیچشی در استاندارد 2800 را بررسی می‌کنیم. مطابق  بخش ب از  بند 1-7-1 از این استاندارد، نامنظمی پیچشی به این صورت تعریف می‌گردد:

این تعاریف و پارامترهای مربوطه به‌صورت شماتیک در شکل زیر نشان داده شده‌اند.

شکل 8 نامنظمی پیچشی

A_j ضریب بزرگنمایی نامیده می‌شود که مطابق بند 3-3-7-3 از استاندارد 2800 به این شرح تعریف می‌گردد:

در مواردی که ساختمان مشمول نامنظمی پیچشی موضوع بند 1-7-1-ب می‌شود، برون مرکزی اتفاقی حداقل باید در ضریب بزرگنمایی A_j، طبق رابطه زیر ضرب شود.

در این رابطه:

Δ_max = حداکثر تغییرمکان طبقه j که با فرض A_j=1.0 محاسبه شده است.

Δ_ave = میانگین تغییرمکان دو انتهای ساختمان در طبقه j که با فرض A_j=1.0 محاسبه شده است.

مطابق بند 3-3-7-3 از استاندارد 2800، برون مرکزی اتفاقی در تراز هر طبقه (e‌_a) به منظور به حساب آوردن احتمال تغییرات اتفاقی توزیع جرم و سختی از یک سو و نیروی ناشی از مؤلفه پیچشی زلزله از سوی دیگر، در نظر گرفته می‌شود. این برون‌مرکزی باید در هر دو جهت و حداقل برابر با 5 درصد بُعد ساختمان در آن طبقه، در امتداد عمود بر نیروی جانبی اختیار شود.

نامنظمی‌های ﭘﻴﭽﺸــﻲ ﺗﻨﻬــﺎ در ﻣــﻮاردی ﻛــﻪ دیافراگم‌های کف‌ها ﺻــﻠﺐ و ﻳــﺎ ﻧﻴﻤﻪﺻﻠﺐ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﺎرﺑﺮد ﭘﻴﺪا می‌کند. این مسئله به دلیل تفاوت ماهیت عملکرد دیافراگم صلب و نیمه صلب در نحوه توزیع نیروها در هریک از آن‌ها می‌باشد. در دیافراگم‌های انعطاف‌پذیر، به سبب عدم یکپارچگی عناصر سازه‌ای متصل به سقف، در هنگام وقوع زلزله، سقف به شکلی که در سقف‌های صلب و نیمه صلب به پیچش می‌افتد و سقف به‌صورت یکپارچه حرکت می‌کند، دچار پیچش نمی‌شود. در واقع در این نوع دیافراگم‌ها، اعضای باربر جانبی به میزان سطح بارگیر خود، از بار زلزله سهم می‌برند. برای کسب اطلاعات بیشتر به مقاله کنترل صلبیت دیافراگم سقف مراجعه نمایید.

درصورتی‌که به متن آیین‌نامه امریکا(ASCE7-16) هم مراجعه کنیم، متوجه می­شویم که تعریف نامنظمی پیچشی زیاد و شدید در استاندارد 2800 دقیقاً مشابه متن آیین‌نامه آمریکا می­باشد.

در متن آیین نامه اشاره شده است که، نامنظمی پیچشی زمانی اتفاق می افتد که حداکثر دریفت (تغییر مکان نسبی) در طبقه، در یک انتهای سازه با احتساب پیچش تصادفی با A_x = 1.0، بیشتر از 1.2 برابر میانگین دریفت طبقه در دو انتهای سازه باشد. نامنظمی­ پیچشی ﺗﻨﻬــﺎ در ﻣــﻮاردی ﻛــﻪ دﻳــﺎﻓﺮاﮔﻢ کف‌ها، ﺻــﻠﺐ و ﻳــﺎ ﻧﻴﻤﻪﺻﻠﺐ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﺎرﺑﺮد ﭘﻴﺪا می­کند.

همچنین در رابطه با نامنظمی پیچشی شدید، موضوع بند دوم، گفته شده که نامنظمی پیچشی شدید زمانی اتفاق می افتد که حداکثر دریفت (تغییر مکان نسبی) در طبقه در یک انتهای ساختمان با احتساب پیچش تصادفی با A_x = 1.0، بیشتر از 1.4 برابر میانگین دریفت طبقه در دو انتهای ساختمان باشد. نامنظمی پیچشی ﺗﻨﻬــﺎ در ﻣــﻮاردی ﻛــﻪ دﻳــﺎﻓﺮاﮔﻢ کف‌ها، ﺻــﻠﺐ و ﻳــﺎ ﻧﻴﻤﻪﺻﻠﺐ ﻫﺴﺘﻨﺪ ﻛﺎرﺑﺮد ﭘﻴﺪا می­کند.

3. نحوه کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس

با توجه به توضیحات بخش قبل، کنترل وجود یا عدم وجود نامنظمی پیچشی در سازه فرآیند نسبتا ساده ای می‌باشد که این کار در نرم افزار ایتبس پس از مدلسازی و بارگذاری سازه صورت می‌گیرد. البته توجه نمایید، با توجه به اینکه مقاطع اختصاص داده شده به المان‌ها مستقیما بر روی سختی سازه تاثیرگذار است، به منظور بررسی پیچش در سازه لازم است که ابتدا یک طراحی اولیه صورت گیرد تا مقاطع تا حدی واقع‌بینانه شوند. همچنین تغییرات نامنظی پیچشی باید با هر بار تغییر مقاطع تا رسیدن به طرح نهایی، رصد شود. با این کار مطمئن خواهیم شد که صحیح و خطاهایی که در خلال طراحی سازه انجام می‌شود، تغییری در شرابط نامنظمی پیچشی ایجاد نمی‌کند.

در این بخش نحوه‌ی کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس بررسی شده، سپس در بخش بعدی اقداماتی که در صورت نامنظم شدن سازه باید انجام شود، مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

در نرم افزار ایتبس ﺑﺮای بررسی ﻧﺎﻣﻨﻈﻤﯽ ﭘﯿﭽﺸﯽ، ابتدا مطابق شکل زیر از منوی Display، دستور Show Tables را اجرا می‌کنیم.

شکل 9 منوی Display و گزینه Show Tables

مطابق شکل زیر، در پنجره جدید باز شده، از نمودار درختی، گزینه Analysis را باز کنید. در مرحله بعد گزینه Results، سپس Displacements و در نهایت  Diaphragm Max/Avg Dirifts را انتخاب کرده و دکمه­ی Ok را بزنید.

توجه شود ﮐﻪ ﻧﺘﺎﯾﺞ نمایش داده شده، “ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﮑﺎن ﻧﺴﺒﯽ” را ﻧﺸﺎن می‌دهد ﮐﻪ موردنظر آیین‌نامه می‌باشد.

شکل 10 مراحل انتخاب Story Max/Avg Displacements

در پنجره باز شده، عملیات فیلتر کردن بارهای واردشده در ستون Load Case/Combo را انجام می­دهیم. برای فیلتر کردن کافی است روی Load Case/Combo، کلیک راست کرده و بارهای زلزله با خروج از مرکزیت را انتخاب می‌کنیم (EXP,EYP,EXN,…).

شکل 11 مراحل انتخاب بارهای زلزله با خروج از مرکزیت

اﮔﺮ ﺗﺤﺖ ﺗﻤﺎﻣﯽ زلزله‌های با خروج از مرکزیت (EXP,EYP,EXN,…) ﻧﺴﺒﺖ ratio در ﺳﺘﻮن ﺳﻤﺖ راﺳﺖ ﮔﺰارش، ﮐﻤﺘﺮ از 1.2 ﺑﻮد، ﺳﺎزه از ﻧﻈﺮ ﭘﯿﭽﺸﯽ ﻣﻨﻈﻢ اﺳﺖ. اگر نسبت ratio بزرگ‌تر از 1.2 و کمتر از 1.4 باشد، سازه نامنظم از نوع”پیچشی زیاد” بوده و اگر ﻧﺴﺒﺖ ratio بزرگ‌تر از 1.4 باشد سازه نامنظم از نوع “شدید پیچشی ” خواهد بود.) بند 1-7-1 قسمت ب-استاندارد2800)

توجه نمایید که در شکل 11، اعداد نشان داده شده در ستون Ratio در واقع نسبت Max Drift/Avg Dirift هستند.Max Drift و Avg Dirifts به ترتیب دریفت ماکزیمم و میانگین دریفت طبقه مورد نظر تحت زلزله خاص مثل EYP می‌باشند.

به شکل زیر توجه کنید:

شکل 12 کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس

در شکل 12 توجه کنید که در ستون ratio، اعداد از 1.2 تجاوز نکرده درنتیجه سازه منظم می­باشد. در صورت تجاوز اعداد از 1.2 به بخش چهارم (بررسی پیامدهای ناشی از نامنظمی پیچشی) در همین مقاله مراجعه کرده و محدودیت­های موردنظر را اعمال خواهیم کرد.

4. بررسی پیامدهای ناشی از نامنظمی پیچشی

در برخی حالات، شرایط سازه از لحاظ الزامات معماری، سازه­ای و … به‌گونه‌ای است که سازه دچار پیچش می‌شود و ناچارا باید برای مقابله با اثرات این پیچش در سازه تدابیری اندیشیده شود. در این شرایط استاندارد 2800 محدودیت­هایی را برای سازه ایجاد می­کند که در ادامه به بررسی آن‌ها می­پردازیم.

1.4. تشدید خروج از مرکزیت اتفاقی توسط ضریب A_j

بند 3-3-7 از استاندارد 2800 به توزیع نیروی برشی زلزله در پلان ساختمان اختصاص دارد. بند مذکور به شرح زیر می‌باشد:

مطابق بند فوق، برون مرکزیت اتفاقی (e‌_aj) بایستی برای محاسبه پیچش وارد بر طبقه به سبب زلزله، با برون مرکزی نیروی زلزله (e‌_ij)که برون مرکزی واقعی نیروی زلزله از مرکز سختی طبقه است، جمع گردد. همانگونه که گفته شد، برون مرکزی اتفاقی طبقه بایستی در هر دو جهت حداقل برابر 5 درصد بٌعد ساختمان، در آن طبقه، در امتداد عمود بر نیروی جانبی اختیار شود . شکل زیر موقعیت برون مرکزی نیروی جانبی (e‌_ij) و برون مرکزی اتفاقی در طبقه (e‌_aj) را نشان می‌دهد.

شکل 13 موقعیت برون مرکزی نیروی جانبی و برون مرکزی اتفاقی در طبقه

نکته: در مواردی که ساختمان دچار نامنظمی پیچشی می‌شود، مشمول جریمه آیین‌نامه می‌گردد. این جریمه بدین صورت است که برون مرکزیِ اتفاقیِ حداقل (e_aj) باید در ضریب بزرگنمایی A_j ضرب شود که این ضریب به صورت زیر تعریف می شود:

در اﻳﻦ راﺑﻄﻪ:

Δ_max= ﺣﺪاﻛﺜﺮ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن ﻃﺒﻘﻪ j ﻛﻪ ﺑﺎ ﻓﺮضA_j=1/0 محاسبه‌شده اﺳﺖ.

Δ_ave= ﻣﻴﺎﻧﮕﻴﻦ ﺗﻐﻴﻴﺮ ﻣﻜﺎن دو اﻧﺘﻬﺎی ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن در ﻃﺒﻘﻪ j ﻛﻪ ﺑﺎ ﻓﺮضA_j=1/0 محاسبه ‌شده اﺳﺖ.

طبق رابطه بالا حداکثر مقدار ضریب تشدید برابر 3 و حداقل آن برابر 1 است. درصورتی‌که  Δ_max / Δ_ave کمتر از 1.2 باشد، ضریب تشدید در برون مرکزی اتفاقی اعمال نخواهد شد، زیرا در این حالت در واقع A_j کوچکتر از 1 شده و سبب کاهش برون مرکزی اتفاقی می شود که این کار مجاز نیست. در غیر این صورت باید مقدار ضریب تشدید را محاسبه و اعمال کرد.

برای درک بهتر این مسئله به شکل زیر توجه کنید:

شکل 14 حداکثر تغییر مکان مطلق طبقه

در بخش قبل نحوه‌ی استفاده از ratio در نرم افزار مشاهده گردید و در شکل فوق هم تعریف آن دقیقا دیده می‌شود. لازم به ذکر است که در ﻣﻮارد ﺧﺎص می‌توان از اعمال نیروی زلزله‌ ﺑﺎ ﺧﺮوج از ﻣﺮﮐﺰﯾﺖ ﺗﺼﺎدﻓﯽ صرف‌نظر ﮐﺮد که در بند زیر به آن اشاره شده است.

1.1.4. نحوه اعمال ضریب A_j در ایتبس

به‌طورکلی می‌توان این ضریب را به دو روش محاسبه و اعمال کرد:

روش اول: ضریب تشدید برای کل طبقات در هر راستا محاسبه شده، سپس حداکثر آن در خروج از مرکزیت الگوی بارِ موردنظر، ضرب می‌شود.

روش دوم: ضریب تشدید را برای هر طبقه و هر راستا محاسبه کرده و مقدار آن را برای هر طبقه در ضریب 0.05L ضرب کرد؛ که ضریب 0.05 برابر حداقل درصد خروج از مرکزیت (5 درصد) و L بٌعد عمود بر الگوی بار زلزله موردبررسی می­باشد.

روش اول محافظه‌کارانه و اعمال آن سریع‌تر از روش دوم است. اما روش دوم به‌صورت دقیق مقادیر خروج از مرکزیت برحسب طول را در هر طبقه اعمال می­کند. حال برای بررسی روند هر یک از حالات فوق در نرم افزار به صورت زیر عمل می‌کنیم.

در ابتدا پس از آنالیز سازه، از منویDisplay  گزینه …Show Tables را انتخاب می‌کنیم.

شکل 15 اجرای دستور …Show Tables

مطابق شکل زیر، در پنجره جدید ظاهرشده مسیر Analysis>Results>Displacements>Story Max/Avg Dispalcements را طی کرده و دکمه  OK را می­زنیم.

شکل 16 پنجره Tables

در پنجره جدید ظاهرشده تمامی الگوهای بار و ترکیبات بارگذاری در ستون Load Case/Combo  وجود دارد. در این ستون ما فقط به الگوهای بار زلزله دارای خروج از مرکزیت نیاز داریم. برای همین کافی است روی گزینه Load Case/Combo کلیک راست کرده و الگوهای بار موردنظر را انتخاب کنیم.

شکل 17 پنجره Story Max/Avg Dispalcements

روش اول برای اعمال ضریب تشدید:

همان‌طور که در بالا گفته شد مقدار Ratio برابر با Δ_max / Δ_ave است. برای تشدید خروج از مرکزیت به روش اول به عنوان مثال مشاهده می شود که Ratio برای الگوی بار EYN در تمامی طبقات بین 1.223 و 1.489 می‌باشد. جهت محاسبه ی ضریب تشدید برون مرکزیت اتفاقی، مقدار حداکثر این ضریب (در اینجا عدد 1.489) را در نظر گرفته و مطابق رابطه ی زیر ضریب تشدید محاسبه می شود:

شکل 18 پنجره Story Max/Avg Dispalcements

حال برای اعمال این ضریب، ابتدا قفل نرم‌افزار را بازکرده و سپس مطابق شکل زیر گزینه Load patterns را انتخاب می‌کنیم.

شکل 19  مسیر انتخاب دستور …Load patterns

سپس در پنجره ظاهرشده الگوی بار EYN را ا انتخاب کرده و بر روی دکمه ی…Modify Lateral Load کلیک می کنیم.

شکل 20 مسیر انتخاب الگوی بار ….Modify Lateral Load

در گام آخر برای اعمال ضریب تشدید برون مرکزیت اتفاقی به روش اول، کافیست ضریب 1.489 را در 0.05 در قسمت (Ecc Ratio(All Diaph ضرب کنید و در نهایت دکمه OK را بزنید.

شکل 21  اعمال ضریب تشدید برون از مرکزیت

روش دوم برای اعمال ضریب تشدید:

در مواردی که مقدار Ratio تنها در چند طبقه بزرگ‌تر از 1.2 باشد، از نظر اقتصادی بهتر است از روش دوم استفاده کنیم تا تاثیر ضریب تشدید در تمامی طبقات اعمال نشود. به‌عنوان ‌مثال اگر تنها در طبقات ROOF و ST.G ضریب Ratio به ترتیب 1.489 و 1.223 باشد. بهتر است از روش دوم برای اعمال ضریب تشدید برون مرکزیت اتفاقی استفاده کنیم. توجه کنید در این روش باید طول برون از مرکزیت محاسبه و اعمال شود.

محاسبه طول برون از مرکزیت:

که در این رابطه:

Ratio = مقدار ضریبی که از خروجی نرم‌افزار ایتبس برداشت می‌شود.

L = طول کل سازه در جهت عمود بر نیروی زلزله موردنظر (به‌عنوان‌مثال اگر طول سازه در راستای X، 12 متر باشد در جهت عمود بر آن یعنی نیروی زلزله (EYP) داریم:

مقادیر به‌دست آمده در واقع مقادیر مطلق برون‌مرکزی نیروی زلزله از مرکز جرم سازه هستند. در این مثال فقط برای طبقات ROOF و ST.G مقادیر فوق در نرم‌افزار بر حسب متر وارد می‌شوند و برای بقیه طبقات، همان 0.05 به‌صورت نسبی وارد شده است. حال قفل نرم افزار را باز کرده و مسیر …Define>Load Patterns را طی کرده و الگوی بار EYP را انتخاب و بر روی گزینه‌ی  …Modify Lateral Load کلیک کنید و در پنجره باز شده گزینه Overwrite را انتخاب نمایید.

شکل 22 پنجره Seismic Load Pattern

در پنجره Overwrite Eccentricities، برای طبقات ROOF و ST.G در قسمت Ecc.Length مقدار طول محاسبه‌شده را وارد کرده و سپس روی دکمه Add کلیک کنید و دکمه OK را بزنید (شکل 23).

شکل 23 پنجره Overwrite Eccentricities

همین کار را برای طبقه ST.G نیز انجام داده با این تفاوت که در قسمت Ecc.Length مقدار 0.2632 متر را وارد می‌کنیم.

2.4. آﻧﺎﻟﯿﺰ دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ در موارد نامنظمی پیچشی زیاد و شدید

طبق بند زیر از استاندارد 2800، در سازه‌های بلندتر از سه‌طبقه و سازه‌هایی که دارای ﻧﺎﻣﻨﻈمی ﭘﯿﭽﺸﯽ زیاد و شدید در پلان هستند، حتماً ﺑﺎﯾﺪ آﻧﺎﻟﯿﺰ دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ اﻧﺠﺎم ﺷﻮد:

به عبارت دیگر پس از اینکه سازه مدل‌سازی شد و تمام بارگذاری ها صورت گرفت، روندی که در بخش قبل توضیح داده شد تکرار میشود تا نوع نامنظمی سازه تعیین شود، در صورتی که این نامنظمی از نوع شدید پیچشی باشد، استفاده از روش تحلیل استاتیکی خطی مجاز نبوده و باید از روش تحلیل طیفی (دینامیکی خطی یا به عبارت بهتر شبه دینامیکی) استفاده نماییم.

در این حالت، در ﺻﻮرت تحلیل طیفی سازه، همپایه‌سازی ﺑﺎﯾﺪ انجام شود (برای ﺳﺎزه ﻧﺎﻣﻨﻈﻢ از نوع “ﭘﯿﭽﺸﯽ زیاد ” 90% و برای نوع “ﭘﯿﭽﺸﯽ شدید ” 100% زﻟﺰﻟﻪ اﺳﺘﺎﺗﯿﮑﯽ).

3.4. تاثیر نامنظمی پیچشی در محاسبه دریفت سازه

طبق بند 3-5-4 از استاندارد 2800 ویرایش چهارم، اﮔﺮ سازه‌ای دارای ﻧﺎﻣﻨﻈمی ﭘﯿﭽﺸﯽ ﺑﺎﺷﺪ، در ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ درﯾﻔﺖ ﺑﺎﯾﺪ به‌ جای ﮐﻨﺘﺮل ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ ﻣﺮﮐﺰ ﺟﺮم ﻃﺒﻘﺎت، جابه‌جایی لبه‌های ﮐﻨﺎری سازه نسبت به یکدیگر مقایسه ﺷﻮﻧﺪ. در نتیجه برای نتیجه گرفتن دریفت باید عمق تیرها افزایش یابد. از طرفی افزایش غیرمنطقی عمق و ابعاد تیرها ممکن است باعث بروز پدیده نامناسب تیر قوی- ستون ضعیف شود که برای رفتار لرزه­ ای سازه بسیار خطرناک است. برای همین در کنار افزایش ابعاد تیرها، ابعاد ستون­ها هم افزایش یابد که از لحاظ معماری افزایش ابعاد اعضای سازه­ای ایده جالبی نخواهد بود. در این شرایط معمولا طراحان از سیستم­ های مهاربندی یا دیوار برشی استفاده می­کنند. البته استفاده از مهاربندها و دیوارهای برشی هم به نوبه خود هزینه ساخت سازه را افزایش می­دهند ولی برای رفتار مناسب و ایمن سازه بایستی استفاده شوند.

نحوه کنترل دریفت سازه در نرم‌افزار در بخش 3 ارائه شده است.

4.4. تاثیر نامنظمی پیچشی در اعمال ضریب ρ

در ساختمان­ هایی که بیشتر از 2 طبقه یا بلندتر از 10 متر هستند اگر سازه دارای نامنظمی شدید پیچشی باشد، ضریب نامعینی آن باید برابر با ρ=1.2 در نظر گرفته شود که در این حالت در ترکیب بارها، ضریب زلزله بجای 1 برابر 1.2 می‌شود. برای مثال، ترکیب بارهای طراحی برای سازه‌های فولادی به روش حالات حدی، در مبحث ششم مقررات ملی ساختمان به شرح زیر ارائه شده است:

همانگونه که مشاهده می‌گردد، در ترکیب‌بارهای شامل نیروی زلزله که به صورت هایلایت مشخص شده‌اند، ضریب نیروی زلزله برابر با 0/1 می‌باشد. در صورتی که سازه دارای نامنظمی شدید پیچشی باشد، بایستی ضریب 1.2 را برای نیروی زلزله در این ترکیب بارها اعمال نماییم:

1.2D+1.2E+L+0.2S

0.9D+1.2E

علاوه بر حالت فوق، مطابق تعریف استاندارد 2800 در بند 3-3-2، ساختمان هایی که سیستم مقاوم جانبیِ آنها در دو جهتِ عمود برهم دارای نامعینی کافی نیستند، باید برای بارجانبی بیشتری طراحی شوند. در این ساختمان‌ها بار جانبی باید با ضریب ρ برابر با 2/1 افزایش داده شود.

در واقع سه مورد بیان شده در این بخش تنبیهاتی است که استاندارد 2800 برای سازه­ های دارای نامنظمی شدید پیچشی اعمال می­کند تا رفتار و عملکرد سازه در زمان وقوع زمین­ لرزه مناسب و ایمن باشد.

در انتها ما برای شما یک ویدئو آموزشی رایگان قرارداده ایم که بخشی از تور طراحی سبزسازه می باشد با مشاهده این ویدئو نکات تکمیلی و مروری به آنچه که تا به حال آموختید را داشته باشید.

5. پرسش و پاسخ

6. نتیجه‌گیری

در این مقاله، نکات زیر مورد بحث قرار گرفتند:

1. وقوع پیچش می‌تواند سبب بروز آسیب‌های جدی در سازه گردد. با روش‌هایی که در بخش 1 این مقاله شرح داده شد می‌توان از وقوع پیچش در سازه جلوگیری نمود.
2. در مواردی که ساختمان دچار نامنظمی پیچشی می شود، برون مرکزی اتفاقیِ حداقل، باید در ضریب بزرگنمایی A_j ضرب شود.
3. مطابق بند 3-2-2 از استاندارد 2800 ، در سازه هایی که دارای نامنظمی پیچشی زیاد و شدید در پلان هستند، نمی توان از تحلیل استاتیکی معادل استفاده کرد و باید از آنالیز دینامیکی استفاده نمود.
4. مطابق بند 3-5-4 از استاندارد 2800 ویرایش چهارم، اﮔﺮ سازه‌ای دارای ﻧﺎﻣﻨﻈمی ﭘﯿﭽﺸﯽ ﺑﺎﺷﺪ، در ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ درﯾﻔﺖ ﺑﺎﯾﺪ به‌ جای ﮐﻨﺘﺮل ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ ﻣﺮﮐﺰ ﺟﺮم ﻃﺒﻘﺎت، جابه‌جایی لبه‌های ﮐﻨﺎری سازه نسبت به یکدیگر مقایسه ﺷﻮﻧﺪ.
5. در ساختمان­ هایی که بیشتر از 2 طبقه یا بلندتر از 10 متر از تراز پایه هستند اگر سازه دارای نامنظمی شدید پیچشی باشد، ضریب نامعینی آن برابر با ρ=1.2 می­باشد.
6. نحوه کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس در این مقاله با یک مثال به‌صورت عملی توضیح داده شد.

در طراحی سازه­ های متعارف تا جای ممکن باید از ایجاد پیچش در سازه دوری کرد تا هم رفتار سازه حین زلزله مناسب باشد و هم طرح سازه اقتصادی باشد. معمولا طرح ­های معماری یا پلان زمین ساخت ساختمان باعث ایجاد طرح ­های می­شود که ایجاد پیچش در سازه اجتناب­ ناپذیر می­شود. با این حال با استفاده از جانمایی مناسب المان­های قائم بابر جانبی می­توان مقدار پیچش در سازه را تا حد مناسبی کاهش داد. هر چند ممکن است باعث افزایش هزینه ساخت شود.

منابع

1. استاندارد 2800 ویرایش چهارم
2. آیین نامه ی ASCE7 ویرایش سال 2022 آمریکا
3. راهنمای نرم افزار ایتبس 2017 –ETABS2017Documentation

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا