چرا ساختمان دچار پیچش می شود؟
بعنوان یک تشابه ساده می توان نوسان ساختمان در زلزله را مانند تاب خوردن یک کودک هنگام تاب بازی تصور نمود. اگر طنابهای تاب هم اندازه و یک شکل باشند و کودک درست در وسط نشیمن تاب جا خوش کرده باشد؛ مطمئنا دو گوشه تاب بصورت مساوی هنگام تاب خوردن حرکت خواهد کرد. نوسان ساختمان هم همانند تاب خوردن فقط بصورت معکوس می باشد (به شکل 1 توجه کنید). ستونها و دیوارهای ساختمان حکم طنابهای تاب و کف ساختمان حکم نشیمن تاب را خواهند داشت. ساختمان چند طبقه مانند تاب با چند نشیمن است !
در هنگام زلزله اگر ساختمانی دارای اعضای عمودی برابر باشد که این اعضا بصورت متقارن در پلان ساختمان چیده شده باشند، آنگاه تمامی نقاط در هر طبقه آن به یک اندازه در راستای افق نوسان خواهند کرد (شکل 2).
اجازه دهید برگردیم به مثال تاب؛ اگر شما در گوشه نشیمن تاب بنشینید دیگر گوشه های تاب به یک اندازه مساوی نوسان نکرده و اصطلاحا تاب می پیچد. مصداق آن در ساختمان در مواردی است که جرم کف طبقات متوازن نبوده و در گوشه ها بیشتر باشد (مانند محل انبارها و کتابخانه ها). در این شرایط بخش سنگین تر ساختمان حرکت افقی بزرگتری انجام می دهد (شکل 3). بعبارت دیگر کف ساختمان علاوه بر حرکت افقی دارای حرکت دورانی هم می شود.
حالا فرض کنید مانند شکل 4 – a تاب بعلت صاف نبودن شاخه درخت با طنابهای نامساوی بسته شده است. در این صورت حتی اگر در وسط نشیمن تاب هم بنشینید، باز تاب می پیچد. به همین ترتیب اگر ساختمان دارای ستونها و دیوارهایی با طول نامساوی باشد (شکل 4 – b)، ساختمان دچار پیچش می گردد. همینطور اگر دیوارهای ضخیم در یک سوی ساختمان تجمع کنند و ستونهای لاغر در سویی دیگر، مجدد پیچش به جان ساختمان خواهد افتاد (شکل 4 – c).
ساختمانها با پلانهای متفاوت و بی نظم (نامنظمی در ارتفاع) نیز تمایل به پیچش دارند. بعنوان مثال در شکل 5 اضافه بنای طبقه بالا مستعد پیچش می باشد.
پیچش در ساختمان چه ایرادی دارد؟
پیچش باعث می شود که در یک طبقه جابجایی های افقی در نقاط مختلف کف ساختمان متفاوت باشد. این مسئله موجب آن می گردد که ستونها و دیوارهای سمتی از کف طبقه که بیشتر جابجا می شوند، بیشتر آسیب ببینند. بر این اساس بهتر است ساختمانهایی با پلان متقارن (توزیع جرم یکسان و چیدمان متقارن اعضای عمودی) مد نظر قرار گیرد تا پیچش سازه به حداقل برسد.
اگر پیچش سازه اجتناب ناپذیر باشد، طراح سازه می بایست الزامات سختگیرانه ای را با توجه به ضوابط آیین نامه جهت تحلیل و کنترل سازه رعایت نماید که در ادامه به آنها اشاره خواهم کرد.
نحوه کنترل پیچش در ساختمان توسط ETABS 9
بعد از مدلسازی، بارگذاری و تحلیل توسط نرم افزار، از منو به File > Print Tables > Summary Report وارد شوید و آدرس محل ذخیره شدن گزارش را معرفی کنید. بعد از انتخاب OK نرم افزار خلاصه گزارش تحلیل را در فرمت txt در محل معرفی شده ذخیره می کند (بهتر است فایل توسط Wordpad اجرا شود تا جداول آن منظم تر نمایش داده شود).
انتهای گزارش، مانند شکل 6 جدولی ارائه شده است که تحت حالتهای بار زلزله X و Y (با ترکیب بار اشتباه نشود!)، به تفکیک طبقه نسبت حداکثر به متوسط جابجایی جانبی طبقه را ارائه کرده است (ستون سمت راست [RATIO] – موضوع بند 1-7-1-ب آیین نامه 2800 ویرایش 4). البته در متن آیین نامه اشاره به نسبت جابجایی های نسبی شده که طبق تجربه این حقیر آنچنان تفاوتی با گزارش نرم افزار ندارد. نکته دیگر آنکه در کنترل پیچش، حالتهای بار زلزله باید دارای اثر 5% خروج از مرکزیت تصادفی باشند.
در شکل 6 مشاهده می گردد که ساختمان در جهت Y با توجه به RATIO < 1.2 دچار پیچش نمی گردد. دلیل این امر جانمایی دیوارهای برشی بصورت کاملا متقارن نسبت به محور Y می باشد.
اما در جهت X وضعیت مناسبی برقرار نیست. در طبقات متعددی RATIO > 1.2 شده که بیانگر نامنظمی پیچشی زیاد است. دلیل این اتفاق تجمع دیوارهای برشی در ضلع بالایی ساختمان است که باعث پیچیدن بخش پایین ساختمان شده است. طبق بند آیین نامه اگر این نسبت از 1.4 بیشتر شود سازه دارای نامنظمی پیچشی شدید می باشد.
فیلم آموزشی نحوه استخراج و کنترل مراکز جرم و سختی ساختمان در ETABS
پیچش را به جان می خریم! هزینه آن چیست؟
خب یقینا در بعضی موارد، شرایط سازه از لحاظ الزامات معماری، محدودیت فضا، زمین قناس و … بگونه ای است که معضل پیچش اجتناب ناپذیر است. در بعضی موارد با جریمه های آیین نامه روبرو خواهیم شد ولی در بعضی دیگر با منع آیین نامه مواجه می شویم!
جریمه های ساختمان دارای نامنظمی زیاد
1- ترکیب 100% نیروی زلزله در یک جهت با 30% جهت متعامد
2- تشدید خروج از مرکزیت اتفاقی توسط ضریب Aj
3- جهت تحلیل سازه از روش خطی استاتیکی معادل نمی توان استفاده نمود.
4- جهت تعیین تغییر مکان نسبی هر طبقه بجای مراکز جرم از نقاط کناری ساختمان باید استفاده نمود.
5- اصلاح مقادیر بازتاب دینامیکی با 90% مقادیر استاتیکی (بجای 85%).
جریمه های ساختمان دارای نامنظمی شدید
1- تمام جریمه های حالت نامنظمی زیاد بعلاوه؛
2- احداث ساختمان در مناطق با خطر نسبی متوسط و بالاتر بر روی زمین نوع 4 ممنوع است.
3- بواسطه اعمال ضریب Rho=1.2 در ترکیبات بارگذاری، نیروی زلزله باید 20% افزایش داده شود.
4- اصلاح مقادیر بازتاب دینامیکی با 100% مقادیر استاتیکی (بجای 90%).
5- در سیستم های قاب ساده + مهاربند ویژه یا دیوار برشی ویژه ارتفاع ساختمان به 50 متر از روی تراز پایه محدود می گردد.
آخرین بروز رسانی: 30-06-1400
همچنین توصیه می شود بخوانید:
چند نکته با ارزش در طراحی ساختمان فولادی توسط ETABS 9
بسیار عالی .
مخصوصا مثال جالبی که زده بودید کیفیت مطلب و درک مطلب رو خیلی ساده کرد.
سپاس از وقتی که میذارید
ارادتمند
سلام . چه راه حلی پیشنهاد میکنید که رو سازه بتنی اعمال بشه و سازه از پیچش در بیاد ؟
سلام،
درک دلیل ایجاد پیچش در سازه برای کنترل یا اعمال راهکار مهم است. اصولا در ساختمانهای بتنی با قاب خمشی (بدون دیوار) با پلان نسبتا منظم پیچش ایجاد نمی شود مگر بارگذاری ثقلی در محل خاصی از ساختمان خارج از عرف باشد (مثلا کاربری انبار آنهم در گوشه ساختمان) که این امر موجب فاصله گرفتن مرکز جرم از سختی در طبقات خواهد شد. راهکار در این حالت چیدمان متقارن کاربری در ساختمان است یا انتقال انبار به مرکز تقارن سازه در پلان که جلب رضایت معمار و کارفرما را می طلبد.
اگر دیوار برشی وجود دارد که قضیه متفاوت است باید چیدمان دیوار ها متقارن و تا جای امکان دورتر از مرکز جرم ساختمان قرار گیرند. دیوارهای نزدیک به مرکز جرم یارای مقابله با پیچش در سازه را ندارند و امکان دارد شکل مد اول یا دوم ارتعاش آزاد سازه در این حالت پیچشی گردد.
اگر هندسه پلان بسیار نامنظم است و دیوار برشی هم وجود ندارد تا جهت مقابله بکار بسته شود، می توانید از ستونهایی با مقطع مستطیل در گوشه های ساختمان استفاده کنید (مثلا با ابعاد 800×400). این ستونها که نیمچه دیواری محسوب می شوند باید جهت قوی آنها در راستای پیچش سازه قرار گیرد تا آنرا مهار کند.
مطلب كامل مفيد و نحوه فهماندن مطلب با مثال تاب ايده اي بسيار جالب بود
ممنون از سايت خوبتون
سلام، نقد مثبت شما باعث افتخاره
ممنون.
سلام
چگونه می توانم سختی دو مهاربند همگرا و واگرا را در ایتبس خارج کرده و مقایسه کنم؟
سلام،
از فایل یک Save as تهیه کنید و در آن فقط قاب یک طبقه یک دهانه دارای مهاربند مزبور را نگه دارید و بقیه مدل را Delete کنید. اتصالات پای ستون و تیر به ستون را همه مفصل کنید سپس بار واحد (مثلا یک کیلونیوتن) بصورت نقطه ای و جانبی به گره تیر به ستون اعمال کنید و جابجایی قاب را (به متر) استخراج نمایید.
عدد مزبور را معکوس کنید تا سختی جانبی مهاربند در واحد (kN/m) بدست آید.
Such a nice blog.
I have read an amazing article here.
سلام فرق ستون XCM و YCM با XCCM و YCCM چیه دقیقا. اغلب با دو تای آخری کنترل انجام میشه
سلام
ستونهای CM مستقلا مرکز جرم هر طبقه رو ارائه می ده ولی ستونهای CCM مختصات مرکز جرم تجمعی طبقه رو با توجه به طبقات بالایی ارائه می ده. در حالت دوم مرکز جرم ها با تاثیر از مختصات مرکز جرم طبقات بالایی خود تعیین می شوند و نتیجتا ملایم تر جابجا میشن. در حال حاضر این روش یک شناخت برای طراح ایجاد می کنه و در 2800 ضابطه آیین نامه ای نداره. من بشخصه با ستونهای CM کار می کنم چون دقیق تر میشه اثر بازشوها و بارگذاری ثقلی رو در جابجایی مرکز جرم طبقه دید.
عالی عالی عالی
سلام
ممنون مهندس یوسفی
قطعا مطلب عاری از ایراد نیست.