کنترل دریفت در سازه فولادی

کنترل دریفت یکی از موارد خیلی مهم هست و باید طبق آیین نامه 2800 در سازه های فولادی و بتنی کنترل شود که در این مقاله قصد داریم در سازه فولادی (قاب خمشی یا مهاربند یا سیستم دوگانه) دریف را کنترل کنیم.

تعریف دریفت

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: ضریب بزرگنمایی تغییر مکان است که از جدول (3-4) آیین‌نامه و Δ اختلاف بین تغییر مکان های جانبی در تحلیل های خطی است.

اهمیت کنترل دریفت

بهتر است قبل از پرداختن به مسائل آیین نامه و ایتبس و بررسی مراحل، اول درک کنیم چرا این کنترل مهم است و آیین نامه هیچ جریمه و تبصره‌ای در صورت برآورده شدن این مورد ندارد و شما حتما باید از این کنترل جواب بگیرید و در غیر این صورت باید در سیستم سازه ای خودتون تجدید نظر کنید. ما باید مطمئن شویم که سازه سختی لازم را دارد و به اصطلاح نرم نیست، به دلیل اینکه کنترل سختی به صورت مستقیم دردسر و پیچیدگی دارد و ممکن است به دلیل باگ های ایتبس قابل اطمینان نباشد ما نسبت جابجایی را کنترل میکنیم.
با توجه به رابطه بین سختی و تغییر مکان، با داشتن مقدار تغییر مکان و نیرو، به راحتی میتوانیم مقدار سختی را محاسبه کنیم. در این مرحله نیاز به یک مقدار حداکثر داریم تا وضعیت سازه را نسبت به آن بسنجیم که این مورد در بند 3-5-2 آیین نامه 2800 عنوان شده است.
حداکثر دریفت مجاز
رابطه نیرو، سختی و تغییر مکان
مقدار Δ حداکثر دریف طبقه است و اگر نامساوی زیر را نظر بگیرید به این نتیجه میرسید:

با حل کردن چند معادله ساده ریاضی به عبارت ساده‌تر شده زیر میرسیم:

رابطه ساده شده دریفت

در این حالت کار ما بسیار راحت میشود چرا که قسمت اول معادله (Δm) توسط ایتبس محاسبه شده و نیازی به دخالت ما نیست، تنها پارامتری که باید وارد کنیم نسبت 0.02 یا 0.025 (با توجه به تعداد طبقات) به ضریب بزرگنمایی میباشد. همچنین قبل از شروع مراحل این کنترل در ایتبس شما باید طی مراحلی زمان تناوب اصلی سازه را محاسبه کنید تا بتوانید زلزله های دریفت بسازید.

محدودیت زمان تناوب در 2800

مراحل کنترل دریفت سازه

گام اول) از فایل اصلی پروژه یک Save as بگیرید با عنوان Drift.
در این فایل شما طبق مبحث دهم مجاز هستید که کاهش سختی المانها را در کنترل دریفت در نظر نگیرید که باید طبق عکس زیر در فایل جدید عمل کنید.

Design> Steel Frame Design> View/Revise Preferences
بند 10-2-1-5-1-2 مبحث دهم (تبصره) در مورد کاهش سختی اعضا

گام دوم) در این مرحله باید زمان تناوب اصلی سازه را محاسبه کنید که در یک مقاله جداگانه کامل توضیح داده‌ایم. (کلیک کنید)

گام سوم) از منوی زیر، زلزله های دریفت را از نوع Seismic Drift تعریف کنید تا ایتبس فقط در کنترل دریفت از آنها استفاده کند.

تعریف زلزله دریفت

بعد مطابق تصاویر زیر با توجه به زمان تناوب و ضریب زلزله دریفت، زلزله دو جهت را تعریف کنید (در مورد دریفت با برون محوری در انتهای مقاله صحبت کردم)

تعریف زلزله راستای X
تعریف زلزله راستای Y

در این مرحله شما باید محل تراز پایه، انتهای پایه، ضریب زلزله و ضریب k رو محاسبه کنید. (مقاله ضریب زلزله)

قسمت قرمز: ضریب زلزله و k، قسمت سبز: مشخصات تراز پایه و ارتفاع سازه

گام چهارم: بعد از اتمام تحلیل سازه شما باید به منوی خروجی‌ها بروید که با استفاده از کلیدهای میانبر ctrl+T میتوانید این کار را انجام دهید سپس مطابق مسیر گفته شده خروجی مورد نیاز را انتخاب کنید. در کادر سبز رنگ شما باید الگوهای بار مورد نظر را انتخاب کنید. از گزینه Select load Patterns و Select load cases با نگه‌داشتن کلید ctrl زلزله های دریفت را انتخاب کنید.
حتما در قسمت Select Load Combos تمام ترکیب بارهای طراحی را از انتخاب خارج کنید.

CTRL+T/Analysis Result/ Joint Output/ Table: diaphragm max/avg drift

پس از انتخاب الگوهای بار و خروجی مورد نیاز ok میکنیم و برای سهولت در انجام محاسبات فایل را به اکسل میبریم.

خروجی گرفتن از ایتبس به اکسل

در این جدول ما باید یکی از گزینه‌های موجود را در نرم افزار ایتبس با حداکثر آیین نامه کنترل کنیم. طبق بند 3-5-1 استاندارد 2800 باید اختلاف بین تغییر مکان‌های جانبی واقعی مراکز جرم کف‌های بالا و پایین طبقات را کنترل کنیم البته این موضوع برای زمانی میباشد که نامنظمی پیچشی نداشته باشیم در این حالت باید مقدارهای ستون Avg Drift را برداشت کنیم.

مطابق با جدول 3-3 استاندارد 2800 باید مقدار ضریب بزرگنمایی را با توجه به سیستم باربر جانبی خود انتخاب کنید که در این پروژه با توجه به این که سیستم باربر جانبی قاب خمشی متوسط است، ضریب بزرگنمایی برابر با 5 میباشد.

ضریب بزرگنمایی- جدول 3-3

طبق روابط ارائه شده در مراحل قبلی، با جایگذاری ضریب بزرگنمایی در فرمول به مقدار مجاز دریف میرسیم که برای این سازه با توجه به تعداد طبقات بالای 5 طبقه و سیستم باربر جانبی قاب خمشی، حداکثر دریفت 0.004 میباشد.

حداکثر دریفت مجاز

اکنون در فایل اکسلی که از ایتبس به اکسل خروجی گرفتیم باید بین مقادیر ستون Avg Drifts و مقدار حداکثر دریفت، مقایسه انجام شود و هیچ یک از نسبت‌ها نباید از حداکثر مقدار مجاز بیشتر باشد. توجه کنید در صورتی که خرپشته خارج از تراز لرزه‌ای باشد، نسبت‌های آن اهمیت ندارد و میتوانیم ستون‌های مربوط به آن را حذف کنیم.

مقایسه دریفت طبقات با دریفت مجاز

درجدول بالا مقادیر هایلایت شده از حداکثر دریفت بیشتر شده‌اند که از نظر استاندارد 2800 به هیچ عنوان قابل قبول نیست و حتما باید در محدوده مجاز قرار بگیرید تا از این کنترل عبور کنید.

جواب گرفتن از دریفت

دریفت طبقات رابطه مستقیم با سختی دارد همانطور که در اول مقاله توضیح دادیم، هرچه سختی بیشتر باشد جابجایی کمتر است و بالعکس. در این سازه سختی کمی داریم به همین خاطر از طبقه دوم به بالا دریفت طبقه از مقدار مجاز فراتر رفته است. در کل هر اقدامی که سختی سازه را افزایش دهد، برای کاهش دریفت خوب است.

  • افزایش ارتفاع تیر: این مورد فقط در قاب خمشی و دوگانه کاربرد دارد چراکه یکی از عوامل سختی تیرها میباشند هرچند ستون هم در سختی مشارکت دارد اما سهم تیر قابل توجه است. برای افزایش تیر بهتر است از تیرهای پیرامونی استفاده کنید زیرا با افزایش ارتفاع تیرهای داخلی ممکن است ارتفاع مفید طبقه کاهش پیدا کند.
  • اضافه کردن مهاربند: در صورت جواب نگرفتن از قاب خمشی میتوان از سیستم قاب مهاربندی استفاده کرد. این سیستم سختی بالاتری نسبت به قاب خمشی دارد که میتواند موثر واقع شود. با افزایش تعداد یا سایز مقاطع مهاربند سختی سازه بیشتر میشود.
  • استفاده از سیستم دوگانه: استفاده از سیستم مهاربندی توام با قاب خشمی یکی دیگر از راه حل‌های موجود است. این سیستم در سازه‌های مرتفع عمکرد بسیار خوبی دارد که میتوانید در کنترل دریفت از سختی آن استفاده کنید.
  • اضافه کردن دیوار برشی: دیوار برشی با توجه به هندسه‌ای که دارد سختی بسیار بیشتر نسبت به مهاربند و سیستم دوگانه دارند و همین موضوع باعث میشود حتی در سازه فولادی از این المان استفاده شود.

دریفت و نامنظمی پیچشی

در این شرایط استاندارد 2800 ضوابط سخت گیرانه‌تری دارد. در بند 3-5-4 همین استاندارد عنوان شده در این سازه‌ها به جای کنترل تغییر مکان مرکز جرم طبقات، باید تغییر مکان کف‌های طبقه را در امتداد محورهای کناری ساختمان کنترل کنیم.

دریفت سازه نامظم پیچشی

در صورتی که سازه نامنظم پیچشی باشد، تمام مراحل مانند حالت قبلی طی میشود فقط برای برداشت دریفت باید از ستون Max Drift استفاده کنید.

زلزله دریفت با برون محوری

یکی از سوالات پرتکرار در مبحث کنترل دریفت، موضوع زلزله‌های با برون محوری میباشد. همانطور که میدانید در طراحی سازه باید زلزله‌ها با درصد خاصی خروج از مرکزیت به سازه اعمال شوند. به این خاطر این سوال پیش میاید که آیا نیاز است که زلزله دریفت هم برون محوری داشته باشد یا خیر.

برون محوری در آیین نامه FEMA P751

در منابع و مراجع موجود به این موضوع اشاره‌ای نشده است. اکثر مهندسین زلزله‌های بدون برون محوری استفاده میکنند (عملیاتی که در مراحل قبل انجام دادیم) اما ممکن است به دلیل حساسیت سازه یا نامنظمی‌های پلان و ارتفاع، بنابر قضاوت مهندسی تصمیم بگیرید از این حالت (زلزله با برون محوری) استفاده کنید.

در حالت دوم مهندسین میتوانند از ضریب 5 درصد بعد ساختمان به عنوان برون محوری زلزله استفاده کنند یا طبق محاسبات (حالت نامنظم پیچشی) از مقدار برون محوری زلزله برای زلزله برون محور دریفت استفاده کنند.

کنترل دریفت با زلزله دینامیکی

در روش طراحی دینامیکی طیفی، به دلیل اینکه برش پایه دینامیکی با 85 درصد زلزله استاتیکی همپایه سازی میشود معمولا نتایج اقتصادیتری دارد و سایز مقاطع کاهش پیدا میکند (بستگی به هندسه پروژه دارد) به همین خاطر طراحان علاقه‌مند هستند با استفاده از زلزله دینامیکی کنترل دریفت را انجام دهند.

اما در بین طراحان سازه اختلاف نظرهایی در این رابطه میباشد و برخی مهندسین معتقد هستند نتایج ایتبس در کنترل دریفت با زلزله دینامیکی صحیح نیست که این چنین نمیباشد و طبق استاندارد 2800 مجاز به این کار هستید.

بند 3-4-1-3 استاندارد 2800

برای کنترل دریفت با زلزله دینامیکی ابتدا باید زلزله دینامیکی دریفت را مانند زلزله دینامیکی بسازید (مقاله زلزله دینامیکی) پس از آن سازه را تحلیل، مقدار برش پایه استاتیکی و دینامیکی را همپایه کنید و مطابق مراحل قبلی دریفت را کنترل کنید.

مهندس رضا کوچکی

مهندس رضا کوچکی

مقالات مرتبط با این موضوع

4 پاسخ

  1. شما توی فرمول باید Cd رو میذاشتین که برا قاب خمشی فولادی برابر 4 هست بجای اون اشتباها ضریب رفتارش که 5 هست رو گذاشتین ، سازه خیلی قوی در میاد

  2. سلام
    دریفت ماکزیمم .005 میشه شما ضریب رقتار را گذاشتی جای ضریب بزرگنمایی

دیدگاهتان را بنویسید

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