کنترل ها ضریب نامعینی سازه (Ρ) براساس استاندارد 2800 ویرایش 4
مفهوم ضریب نامعینی سازه:
تعداد درجه نامعینی هر سازهای، برابر با تعداد قیدهای تکیهگاهی از سازه است که نیروهای وارده را تحمل میکنند. به عبارت دیگر تعداد قیدهای اضافه بر 3 قید تکیه گاهی لازم در سازه، به عنوان درجه نامعینی در سازه طلقی میگردند.
برای مثال تیرهای زیر را در نظر بگیرید. تیرهای 1 و 2 و 3 به ترتیب دارای صفر درجه، یک درجه و دو درجه نامعینی میباشد. بار P را به صورت فزاینده افزایش میدهیم (تدریجی بار را زیاد میکنیم) تا به ترتیب با تشکیل یک مفصل (در سازه 1)، دو مفصل (در سازه 2) و سه مفصل پلاستیک (در سازه 3) ناپایدار شده و دیگر قادر به تحمل بار نباشند.
بنابراین میتوان گفت هر چقدر درجه نامعینی سازه بیشتر باشد، مفاصل پلاستیک بیشتری تا خرابی کامل سازه نیاز بوده و استهلاک انرژی بیشتری رقم میخورد. میتوان گفت هرچه درجه نامعینی بیشتر باشد مفاصل پلاستیک بیشتر در سازه تشکیل شده تا سازه ناپایدار گردد و در ادامه استهلاک انرژی ناشی از زلزله بیشتر شده و شکلپذیری سازه افزایش مییابد.
به عبارت دیگر افزایش درجه نامعینی یک سازه به معنای اطمینان از عملکرد مناسب سازه در برابر بارهای جانبی زلزله بوده و با از بین رفتن یک یا چند المان باربر جانبی (تیر و ستون در قاب های خمشی، مهاربندها و دیوارهای برشی در سیستمهای دوگانه) در اثر زلزله، آسیب چندانی به عملکرد سازه وارد نمیشود.
سوال: چطوری میتونم درجه نامعینی سازه رو زیاد کنم؟
✅ برای پاسخ به این سوال باید بگوییم “سهم تمامی اعضاء باربر جانبی را بدهید”
بهتر بگوییم سختی سازه را به نسبت یکسان بین اعضاء تقسیم کنید. به عنوان مثال به جای استفاده از یک دیوار برشی با ضخامت زیاد (مثلا 50 سانتی متر) در یک دهانه از دو دیوار با ضخامت کمتر (مثلا 25 سانتی متر) استفاده کنید و یا به جای استفاده از یک دهانه مهاربند با مقطع نمره بالا (مثلا UNP18*2)، از دو مهاربند با مقطع نمره پایین (مثلا 2*UNP10) استفاده کنید.
تحلیل ضریب نامعینی براساس استاندارد 2800 ویرایش 4
ساختمانهایی که سیستم مقاوم جانبی آنها در دو جهت عمود بر هم دارای نامعینی کافی نیستند، باید برای بار بیشتری طراحی شوند. در این ساختمانها بار جانبی باید با ضریب (ρ) برابر 1/2 افزایش داده شوند.
به عبارت دیگر مقدار ضریب زلزله 20% افزایش مییابد.
افزایش ضریب زلزله سبب افزایش مقاطع شده که خوشایند طراحان سازه و کارفرمایان نمیباشد.
اما چگونه می توان از این جریمه استاندارد 2800 رهایی یافت؟ 🤔
برای پاسخ به این سوال آیین نامه راه حل ارائه داده است. در صورتی که یکی از شرایط زیر برقرار باشد می توان ضریب نامعینی (ρ) را برابر 1/0 درنظر گرفت.
- ساختمانهای منظم در پلان، در طبقاتی که برش در آن ها اف ۳۵ درصد برش پایه تجاوز میکند حداقل دو دهانه سیستم مقاوم جانبی در هر سمت مرکز جرم، در هر دو امتداد عمود بر هم، موجود باشد. در سیستمهای دارای دیوار برشی تعداد دهانها از تقسیم طول دیوار بر ارتفاع آن در طبقه به دست میآید.
⭐️ نکته: برش طبقات با نیروی طبقات متفاوت است. برش طبقات در تراز پایه (فونداسیون) بیشترین مقدار خود را داشته و با افزایش ارتفاع از تراز پایه مقدار آن کاهش مییابد. این در حالی است که نیروی طبقات بالعکس بوده و با افزایش ارتفاع مقدار آن افزایش خواهد یافت.
ساختمانهایی که سیستم مقاوم جانبی آنها در دو جهت عمود بر هم دارای نامعینی کافی نیستند، باید برای بار جانبی بیشتری طراحی شوند. دراین ساختمانها بار جانبی باید با ضریب برابر با 1.2 افزایش داده شود.
مثال 1: پلان طبقه زیر را در نظر بگیرید. مقدار برش پایه در این طبقه معادل 40% برش پایه استاتیکی است. میخواهیم ضریب نامعینی سازه مذکور را محاسبه نماییم.
سازه در راستای x (افقی) در دو راستا (آکس A و آکس B) نسبت به مرکز جرم، دارای سیستم مقاوم جانبی بوده و میتوان گفت در راستای x (افقی) سازه دارای نامعینی کافی میباشد. (ρx=1)
سازه در راستای y (قائم) در امتداد (آکس 1،آکس 3 و آکس 4) دارای سیستم مقاوم جانبی بوده و در دو طرف مرکز جرم سیستم مقاوم جانبی وجود دارد. لذا میتوان گفت سازه در راستای y (قائم) نیز سازه دارای نامعینی کافی میباشد. (ρy=1)
⭐️ نکته: توجه داشته باشید که تیر آکس 2 یک سیستم کنسولی محسوب شده و جز سیستم باربر جانبی نمیباشد.
اگر در سازه دیوار برشی ساده یا دیوار برشی همراه با بازشو استفاده شود، تعداد دهانه باربر جانبی بر اساس رابطه زیر بدست میآید.
حالا اگر شرط شماره 1 ارضا نشد چی؟ یعنی باید ρ=1/2 درنظر بگیریم؟
✅ در پاسخ باید بگوییم خیر
باید شرط دوم نیز کنترل گردد. اگر یکی از دو شرط برآورده شود میتوان ضریب نامعینی را برابر یک (ρ=1) در نظر گرفت، در غیر اینصورت مجبوریم جریمه آیین نامه 2800 را برای بار جانبی زلزله لحاظ کنیم.
- در سایر ساختمانها، در طبقاتی که میزان برش در آنها از ۳۵ درصد برش پای تجاوز میکند، چنانچه حذف جزئی از سیستم مقاوم جانبی مطابق جدول 2-3، موجب کاهش مقاومت جانبی طبقه به میزان بیش از ۳۳ درصد نشود و در طبقه نامنظمی شدید پیچشی 1/4>(Δave/ Δmax) ایجاد نگردد.
⭐️ نکته: درصورتی که در دیوارهای برشی ساده و همراه با بازشو، نسبت طول به ارتفاع دیوار بین 0/5 و 1 باشد، نیازی به کنترل شرط دوم ندارد و اگر سازه نامنظمی پیچشی شدید 1/4>(Δave/ Δmax) نداشته باشد، می توان ضریب نامعینی یک (ρ=1) را برای آن اعمال کرد.
⭐️ نکته 2: در مورد جدول 2-3 در مدلسازی ایتبس باید توجه داشت که حذف دیوار برشی از مدلسازی یعنی صرف از نظر وزن مصالح گسیخته شده دیوار بر روی المانهای متصل به آن بوده که مقدار آن قابل توجه میباشد و قابل چشم پوشی نیست. لذا پیشنهاد میشود بجای حذف دیوار، ضرایب ترک خوردگی آن را مقدار بسیار کوچک (مانند 0/0001) در نظر گرفته تا با از بین بردن مقاومت جانبی آن، وزن دیوار نیز به المان های سازه اعمال گردد. در مورد بادبند ها با حساسیت پایین تری این موضوع برقرار است.
در مورد شرط دوم چطور متوجه بشیم کدام المان را حذف کنیم تا بیشترین نامنظمی پیچشی رخ دهد؟
مقاومت جانبی سازه، وابسته به المانهای است که بیشترین انرژی را تحت بار زلزله جذب میکنند. پس میتوان گفت موثرترین عضو در مقاومت جانبی سازه بوده و برای کنترل ضریب نامعینی، این المان عضوی مناسب برای حذف شدن میباشد. البته باید توجه داشت بعد از تحلیل نرم افزار ایتبس میتوان دیاگرام انرژی المانهای سازهای را بررسی و بحرانیترین عضو آنها را انتخاب و حذف نمود.
در کجا کنترل ضریب نامعینی الزامی نیست؟ (ρ=1)
- ساختمانها با تعداد طبقات کمتر از 3 طبقه و یا کوتاه تر از 10 متر از تراز پایه
- محاسبه تغییر مکان جانبی ساختمان
- محاسبه اثر ∆ – 𝑃
- تعیین نیروی جانبی در اجزاء غیرسازهای
- تعیین نیروی جانبی در سازههای غیرساختمانی غیرمشابه ساختمان
- تعیین نیروها در دیافراگمها
- در کلیه اعضایی که مشمول طراحی برای زلزله تشدید یافته میشوند و نیروی زلزله در آنها در ضریب اضافه مقاومت (Ω) ضرب میشوند.