عمران فایل

کنترل دریفت در ایتبس با آموزش روش کاهش آن در etabs

سازه ای را تصور کنید که پس از زلزله کج شده است، به نظر شما مقصر اصلی این حادثه چه کسی است؟ اگر مهندس طراح سازه کنترل دریفت در ایتبس ، کنترل آپلیفت و سایر کنترل های سازه ای را انجام داده باشد باید به سراغ مهندس ناظر و مجری برویم در غیر این صورت قطعا مهندس طراح مقصر اصلی این حادثه است.
در این مقاله جامع مرحله به مرحله دریفت سازه را کنترل خواهیم کرد و روش های کاهش دریفت در etabs را بیان خواهیم کرد.

فهرست مطالب:

  1. دریفت سازه چیست؟
  2. کنترل دریفت در ایتبس به چه صورتی است؟
  3. روش کاهش دریفت در ایتبس چگونه است؟

 

دریفت سازه چیست؟

شکل۱: خسارت‌های ناشی از عدم کنترل دریفت سازه

دریفت سازه چیست؟

چنانچه می‌دانید سازه در اثر اعمال بارهای جانبی دچار جابه‌جایی در راستای افق می‌شود، به میزان جابه‌جایی مرکز جرم هر طبقه نسبت به مرکز جرم طبقه‌ی زیر آن دریفت (Δ) می‌گویند. به ‌بیان ‌دیگر دریفت سازه تغییر مکان جانبی نسبی هر طبقه است و تغییر مکان هر طبقه تقسیم‌ بر ارتفاع آن نسبت دریفت (Δ/h) معرفی می‌شود.

دریفت سازه به دلیل دو مد خمشی و برشی به وجود می‌آید. در واقع تغییر شکل برشی تیرها و ستون‌ها به همراه تغییر شکل برشی چشمه‌ی اتصال (قبلا در مورد چشمه اتصال تیر به ستون فولادی و بتنی صحبت کرده بودیم) منجر به ایجاد مد برشی و تغیر شکل‌های خمشی تیرها و ستون‌ها و تغییر شکل محوری ستون منجر به ایجاد مد خمشی می‌شود.

با توجه به اینکه دریفت سازه می‌تواند به تیرها در سازه آسیب برساند و به هنگام وارد شدن بارهای جانبی به سازه حس نامطلوب و عدم امنیت در ساکنان ایجاد کند، آیین‌نامه نسبت دریفت را محدود کرده است. با توجه به محدودیت اعمال‌شده از طرف آیین‌نامه باید به هنگام طراحی سازه دریفت آن را کنترل کرد اما کنترل دریفت در ایتبس به چه صورتی است؟

کنترل دریفت در ایتبس

نرم‌افزار ETABS یکی از نرم‌افزارهای قوی و مورد علاقه‌ی مهندسان در زمینه ی طراحی سازه است. همان‌طور که بیان شد کنترل دریفت سازه در etabs یکی از مراحل مهم در طراحی سازه است، از این ‌رو قصد داریم در ادامه نحوه‌ی کنترل دریفت سازه را در ایتبس ۲۰۱۶ آموزش دهیم.

👈 کنترل دریفت سازه را می‌توان تحت اثر نیروی زلزله‌ی استاتیکی معادل و یا نیروی زلزله‌ی دینامیکی انجام داد.

یکی از کنترل‌هایی که پس از طراحی سازه باید انجام شود، کنترل دریفت سازه و دوره تناوب آن است. برای کنترل دوره تناوب سازه و دریفت آن باید توجه داشت که این کنترل‌ها باید بر روی سازه‌ای که اثرات کاهش سختی روی آن اعمال نشده است انجام شود. به همین جهت مراحل زیر را قبل از شروع کنترل طراحی باید انجام دهیم:

  1. با توجه به اینکه کنترل‌ها باید بر روی سازه‌ی نهایی انجام پذیرد، باید مقاطع سازه را ثابت کنیم و مقاطع را از حالت Auto Beams خارج کنیم.
  2. یک فایل کپی با عنوان Period & Drift از فایل اصلی ایجاد می‌کنیم (این فایل هر اسم دیگری هم می‌تواند داشته باشد ولی بهتر است اسمی را انتخاب کنید که بعداً دلیل ایجاد فایل را از طریق آن بتوان تشخیص داد).
  3. همه ی سازه را انتخاب می کنیم و سپس در منوی Design از گزینه‌ی Steel Frame Design، گزینه‌ی View/Revise Preferences را انتخاب می‌کنیم.
  4. در پنجره‌ی بازشده در قسمت Stiffness Reduction Method، گزینه‌ی Tau-b variable را به No Modification تغییر می‌دهیم. با غیر فعال کردن این گزینه اثرات سختی که مطابق بند ۳-۳-۳-۳ باید بر روی سازه تآثیر داده شود، اعمال نمی شود. دلیل این کار این است که اثرات کاهش سختی تنها برای تعیین مقاومت های مورد نیاز اعضا استفاده می شوند و برای انجام کنترل ها نیازی به اعمال این اثرات نیست.
کنترل دریفت سازه در ایتبس

شکل۲: تغییر گزینه Stiffness Reduction Method به No Modification جهت چشم پوشی از اثرات سختی بر سازه

  1. در همان پنجره‌ی Steel Frame Design Preferences for AISC 360-10 از گزینه‌ی Max Number of Auto lterations تعداد دفعات سعی و خطا را ۱ قرار می‌دهیم تا مقاطع در حین Run گرفتن از سازه تغییر نکنند.
کنترل دریفت سازه در etabs

شکل۳: قرار دادن گزینه Max Number of Auto lterations روی ۱ جهت جلوگیری از تغییر مقاطع سازه پس از کنترل

 

  1. حال که اثرات کاهش سختی را از سازه حذف کردیم یک ‌بار دیگر سازه را Run می کنیم.
  2. اکنون باید زمان تناوب تحلیلی سازه (Tm) را برداشت کنیم. به این منظور مسیر زیر را طی می‌کنیم:

….Display→ Show tables

و در پنجره‌ی جدید که تحت عنوان Choose tables باز می‌شود مراحل زیر را طی می‌کنیم:

Analysis  → Results  → Modal Results → Modal Participating Mass Ratios

 

مراحل کنترل دریفت سازه در ایتبس

شکل۴: انتخاب  Modal Participating Mass Ratios از پنجره Choose tables

حال باید از جدولی که نرم‌افزار به ما ارائه می‌دهد مقدار دوره تناوب تحلیلی سازه در راستای X (Tmx) و مقدار دوره تناوب تحلیلی سازه در راستای Y (Tmy) را برداشت کنیم. به این منظور ابتدا باید مُدی که تحت آن بیشترین ارتعاش در سازه در هر راستا رخ می‌دهد را مشخص کرده و سپس از ستون Period مقدار پریود سازه در آن راستا را برداشت کنیم.

ستون‌های Ux و Uy در جدول، مقدار سهم ارتعاش سازه در راستای X و Y را به ازای هر مُد نشان می‌دهند. (مُد یا Modal در واقع یک مفهوم ریاضی است که فرم تغییر شکل‌های سازه را به‌صورت ضریبی از چند تغییر شکل با هم جمع می‌کنند که به هرکدام مُد می‌گوییم. هر چه تعداد مدهایی که برای سازه در نظر می‌گیریم بیشتر باشد آنالیز سازه دقیق‌تر خواهد بود، معمولاً نرم‌افزار به‌طور پیش‌فرض تعداد مدها را سه برابر تعداد طبقات سازه در نظر می‌گیرد.)

 

استخراج دوره تناوب سازه

شکل۵: استخراج مقدار Tmx از مُد ۱ و مقدار Tmy از مُد ۴

 

  1. پس از برداشت دوره تناوب تحلیلی سازه آن را با مقدار دوره تناوب تجربی که قبل از طراحی برای تعیین ضریب زلزله تعیین کرده بودیم مقایسه می‌کنیم و مقدار مینیمم آن‌ها را به ‌عنوان دوره تناوب سازه قرار می‌دهیم. در صورت تغییر دادن دوره تناوب باید دوباره از فایل اصلی Run گرفت و اثرات سختی را کاهش داده و پس ‌از آن کنترل دریفت را انجام دهید.
  2. برای انجام کنترل دریفت در ایتبس باید میزان دریفت سازه را با مقدار محدودشده توسط آیین‌نامه کنترل کنیم. به این منظور باید مقدار دریفت سازه را از نرم‌افزار برداشت کرد. برای برداشت دریفت سازه مراحل زیر طی می‌شود:
  • برای انجام کنترل دریفت باید دو بار جدید با عنوان EXDrift و EYDrift تعریف کرد. برای انجام این کار از منوی Define گزینه‌ی Load Patterns، بارهای جدید را تعریف می‌کنیم.

نکته: هنگام تعریف بارهای جدید نوع آن‌ها را باید Seismic (Drift) قرار دهیم.

تعریف بار Seismic در ایتبس برای کنترل دریفت

شکل۶: تعریف بارهای جدید با استفاده از گزینه‌ی Add New Load

 

توجه: برای بارهای جدید باید ضرایب C و K را با استفاده از Tm محاسبه کرد (ضریب C را میتوان مطابق بند ۳-۳- ۱-۱ و ضریب K را میتوان مطابق بند ۳-۳- ۶ آیین نامه ۲۸۰۰ محاسبه کرد). برای تغییر ضرایب در پنجره‌ی Define Load Patterns گزینه‌ی…Modify Lateral Load را انتخاب می‌کنیم، در پنجره‌ی جدیدی که باز می‌شود مقادیر C و K را برحسب Tm تغییر داده و در قسمت Direction and Eccentricity برای بار EXDrift گزینه‌های مربوط به بار X و برای بار EYDrift گزینه‌های مربوط به بار Y را تیک می‌زنیم.

کنترل دریفت سازه فولادی

شکل۷: تغییر ضرایب C و K در پنجره Seismic Load Pattern

  1. نهایتاً برای برداشت دریفت از منوی Display، گزینه‌ی …Story Response Plots، مقادیر دریفت دیافراگم‌ها را تحت بارهای EXDrift و EYDrift برداشت می‌کنیم.

نکته: مقدار دریفت خرپشته در صورتی که مساحت خرپشته از ۲۵ درصد مساحت بام کمتر باشد در نظر گرفته نمی‌شود، چراکه در محاسبات لرزه‌ای تأثیری ندارد. برای خواندن دریفت کافی است نشانگر ماوس را روی نقطه‌ی موردنظر نگه داشت، در این صورت در پایین نمودار مقدار دریفت نمایش داده می‌شود.

کنترل دریفت در ایتبس (etabs)

شکل۸: برداشت مقدار ماکسیمم دریفت دیافراگم‌ها تحت اثر بار EYDrift طبق نمودار

 

  1. در پایان باید ماکسیمم مقدار دریفت سازه را با مقدار محدودشده‌ی آیین‌نامه مقایسه کرد و در صورتی‌ که مقدار دریفت خارج از محدوده‌ی تعیین‌شده توسط آیین‌نامه باشد، دریفت سازه را باید کاهش داد. طبق بند ۳-۵- ۲ در آیین‌نامه ۲۸۰۰ مقدار دریفت نسبی طبقات باید کمتر از ۰٫۰۲۵h برای ساختمان‌های تا ۵ طبقه و کمتر از ۰٫۰۲h برای سایر ساختمان‌ها باشد (h ارتفاع طبقه است).

ضوابط کنترل دریفت سازه در آیین نامه 2800

اگر مقادیر دریفت به‌دست‌آمده از حد مجاز تجاوز کند باید به طریقی مقدار دریفت سازه را کاهش داد. در ادامه مقاله راه‌های کلی کاهش دریفت را عنوان خواهیم کرد.

روش کاهش دریفت در ایتبس

راه‌های کاهش دریفت سازه را می‌توان به‌ صورت موردی بیان کرد:

  1. مؤثرترین راه در کاهش دریفت سازه، کاهش نامنظمی پیچشی در سازه است.
  2. افزایش سطح مقطع تیرها و ستون‌ها در سیستم مهاربندی قاب خمشی نیز می‌تواند به کاهش دریفت کمک کند. البته نتایج نشان داده است که افزایش مقطع تیرها تأثیر بیشتری در کاهش دریفت دارد. نکته‌ای که در این مورد باید به آن توجه کرد دور نشدن از مسئله‌ی تیر قوی و ستون ضعیف است.
  3. در سازه‌های بتنی می‌توان با افزایش مقاومت مشخصه بتن، دریفت سازه را کاهش داد. در این حالت ضریب ارتجاعی افزایش ‌یافته، سختی سازه زیاد می‌شود و نهایتاً دریفت کاهش پیدا می‌کند.
  4. افزایش تعداد مهاربندها در قاب‌های ساده‌ی فولادی نیز با افزایش سختی، منجر به کاهش دریفت می‌شود.
  5. افزایش طول دیوارهای برشی نیز سختی سازه را زیاد کرده و می‌تواند به کاهش دریفت سازه کمک کند.
  6. طبقه نرم پدیده‌ای است که می‌تواند به دلیل مقاومت کم طبقه، کاهش سختی و ارتفاع زیاد یک طبقه و حذف اثر میان قاب رخ دهد. طبقه نرم از یک‌ سو باعث کاهش مقدار جذب انرژی زلزله می‌شود و از طرفی با دریفت زیاد می‌تواند منجر به خسارت و خرابی شود. افزایش ارتفاع این طبقه هرچند تأثیر چندانی بر کاهش جابه‌جایی ندارد اما می‌تواند منجر به کاهش نسبت دریفت شود.
  7. استفاده از سیستم قاب محیطی در ساختمان‌های بلند برای کاهش جابه‌جایی طبقات. سیستم قاب محیطی منجر می‌شود که سازه مانند یک لوله توخالی عمل کند که این امر موجب افزایش سختی و نهایتاً کاهش دریفت می‌شود.
  8. استفاده از سیستم بازو و کمربند دیوار برشی (دستگاهی تشکیل‌شده از یک هسته‌ی بتنی که به‌وسیله‌ی المان‌های افقی سخت که دیوارهایی به عمق یک یا دوطبقه هستند به ستون‌های خارجی متصل شده است). درصورتی‌که بازو در قسمت میانی سازه قرار بگیرد می‌تواند تا ۷۵ درصد به کاهش دریفت کمک کند.
  9. می‌توان با نصب جداکننده در تکیه‌گاه سازه از جذب نیروی زلزله توسط سازه تا حدی جلوگیری کرد، استفاده از جداکننده‌ها می‌تواند به کاهش دریفت سازه کمک کند.
روش کاهش دریفت در ایتبس

شکل۹: (a) دریفت سازه بدون مهاربند و جداساز، (b) دریفت سازه با مهاربند و بدون جداساز، (c) دریفت سازه با جداساز

نتیجه‌گیری

  • یکی از شرایط پایداری و کاهش خسارات وارد به سازه در هنگام زلزله کنترل دریفت در ایتبس است، از این ‌رو آیین‌نامه ۲۸۰۰ مقدار نسبت دریفت سازه را محدود کرده است و برای طراحی سازه باید دریفت سازه را با مقادیر محدودشده در آیین‌نامه مقایسه کنیم.
  • در شرایطی که دریفت سازه بیشتر از مقدار مجاز آیین‌نامه باشد، باید با راه‌کارهایی مانند افزایش مقاطع تیر و ستون، نصب جداکننده در تکیه‌گاه سازه و … دریفت سازه را کاهش داد.
  • جداکننده‌ها در تکیه‌گاه باعث افزایش زمان تناوب و میرایی سازه می‌شود و به‌صورت فیوز در سازه عمل می‌کنند، به ‌این‌ ترتیب نیاز لرزه‌ای سازه کاهش می‌یابد. جداسازها در کاهش دریفت نیز مؤثر بوده و هم‌چنین می‌توانند شتاب طبقات را تا حد قابل قبولی کاهش دهند.

منابع

  • آیین‌نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله ۲۸۰۰
  • قاسمی راد محمدجواد، ریاضی مظلومی سیر مسعود، صمدی میثم، بهار ۱۳۹۶، تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور) ساختمان‌های با قاب خمشی فولادی دارای طبقه نرم، فصل‌نامه پژوهش در علوم مهندسی و فناوری، دوره ۳، شماره ۱، صفحات ۴۷-۵۷
  • خلیلی سامان، مشکوه‌الدینی افشین، کیانی قمصری جعفر، تیر ۱۳۹۶، عملکرد لرزه‌ای ساختارهای ترکیبی مقاوم بلندمرتبه دارای پیکربندی قاب خمشی، نشریه علمی پژوهشی مهندسی سازه و ساخت
  • سیاه پلو نوید، حصیمی علیرضا، تقی پور میلاد، دی ۱۳۹۳، بررسی تأثیر ابعاد تیرها و ستون‌ها بر روی تغییر مکان طبقه
  • رضایی حسین، فوریه ۲۰۱۷، مقایسه بین تأثیر ابعاد تیر و ستون بتنی در کاهش دریفت، International conference on researches in sciece and engineering، ترکیه
  • افقری امیر، رئیسی دهکردی مرتضی، امامی سید نعیم، بررسی سیستم بازو و کمربند دیوار برشی بتنی و مکان بهینه قرارگیری بازو در ارتفاع سازه، اولین کنفرانس سالانه علمی تخصصی مهندسی عمران معماری شهرسازی و علوم جغرافیا در ایران باستان و معاصر
  • آرمان سینا، یمینی احسان، تیر ۱۳۹۸، ارزیابی عملکرد سازه ۱۳ طبقه بتن‌آرمه با سیستم جداساز لاستیکی دارای هسته سربی، سومین کنفرانس بین‌المللی پژوهش‌های کاربردی در مهندسی سازه و مدیریت ساخت
مهندس فاطمه محمدی

نوشته‌های مرتبط

قوانین ارسال دیدگاه

  • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
  • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
  • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
دیدگاه‌ها

*
*

0