کنترل تغییر مکان جانبی طبقات (کنترل دریفت) در نرم افزار Etabs
کنترل دریفت یا تغییر مکان جانبی طبقات، یکی از مهمترین کنترلهای سازهای است.
در این مقاله به بررسی مفاهیم و تعریف دریفت در سازه پرداخته و پس از بیان فرمول و نحوه محاسبه دریفت (مطابق ویرایش 4 آیین نامه 2800)، به نحوه کنترل آن در نرم افزار ایتبس میپردازیم.
1. تعریف کنترل تغییر مکان جانبی طبقات (کنترل دریفت) در نرم افزار Etabs :
دریفت تغییر مکان نسبی هر طبقه است، به عبارت دیگر دریفت در واقع اختلاف بین تغییر مکانهای جانبی مراکز جرم کفهای بالا و پایین آن طبقه است.
اگر سازه از لحاظ پیچشی منظم باشد، کنترل دریفت بر اساس تغییر مکانهای مراکز جرم طبقات سازه انجام میشود اما اگر سازه نامنظم پیچشی باشد، این کنترل بر اساس لبههای کناری ساختمان انجام میشود.
1-1 تفاوت دریفت با نسبت دریفت:
دریفت تغییر مکان جانبی نسبی هر طبقه است، در حالیکه نسبت دریفت، تغییر مکان هر طبقه تقسیم بر ارتفاع طبقه است.
2. تغییر مکان جانبی نسبی واقعی هر طبقه
طبق بند 3-5-1 استاندارد 2800 تغییر مکان جانبی نسبی واقعی هر طبقه، که اختلاف بین تغییر مکانهای جانبی واقعی مراکز جرم کفهای بالا و پایین آن طبقه است با استفاده از تحلیل غیرخطی سازه قابل محاسبه است، ولی میتوان آن را با تقریب خوبی از رابطه زیر به دست آورد:
ΔM=Cd×Δeu
که در این رابطه Cd ضریب بزرگنمایی تغییر مکان است که از جدول (3-4) آییننامه و Δeu اختلاف بین تغییر مکانهای جانبی در تحلیلهای خطی است.
3. دریفت مجاز سازه
طبق بند 3-5-2 حداکثر دریفت مجاز، (Δa) بدین صورت محاسبه میشود:
✅ برای ساختمانهای تا 5 طبقه:
Δa=0.025H
✅ در سایر ساختمان ها:
Δa=0.02H
♦ نکته: مطابق بند 3-5-3 از استاندارد 2800 که بند تخفیفی این آیین نامه نیز هست، در محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی Δeu هر طبقه برای تعیین مقدار برش پایه زلزله که از حاصل ضرب ضریب زلزله در وزن موثر لرزهای ساختمان به دست میآید، زمان تناوب ساختمان را باید مطابق زیر در نظر گرفت:
- ساختمان با اهمیت کم، متوسط یا زیاد تحلیلی T=T
- ساختمان با اهمیت خیلی زیاد (تحلیلیT , تجربی1/25T)T=min
4. کنترل دریفت در آیین نامه ASCE7-22
طبق آیین نامهی ACSE7-22 کنترل دریفت براساس ضوابط بند 12.8.6 باید انجام شود. مطابق بند 12.8.6.5 به اختلاف جابجایی مراکز جرم بالایی و پایینی کفهای یک طبقه دریفت گفته میشود.
طبق بند 12.8.6 این آیین نامه، در هنگام دریفت باید از ترکیب بار D+0.5L+E استفاده کرد. که در آن L=0/8L0 (زمانی که بار زنده بیشتر از حدود 5 کیلونیوتن بر متر مربع است) و L=0/4L0 (برای سایر بارهای زنده دیگر) است.
♦ نکته: در استاندارد 2800 برای كنترل دريفت از ضريب اهميت ساختمان استفاده نميشود اما در آییننامه بارگذاری آمریکا، این ضریب در محاسبات دریفت لحاظ شده است.
5. کنترل دریفت در نرم افزار Etabs
مطابق بند 3-3-3-3 استاندارد 2800 ویراش چهارم در ساختمانهای بتن آرمه برای محاسبه زمان تناوب ضرایب سختی ستونها و دیوارها را برابر 1 و ضرایب سختی تیرها را برابر 0/5 قرار میدهیم.
گام اول: ابتدا تمامی ستونهای سازه را از طریق مسیر زیر انتخاب میکنیم:
Select → Select → Object Type → Columns
سپس از طریق مسیر زیر ضرایب سختی ستونهای را مطابق تصویر 1 قرار میدهیم:
Assign → Frame → Property Modifiers
همین مراحل را برای تیرها تکرار کرده و سختی تیرها را مطابق تصویر 0/5 قرار میدهیم.
گام دوم: حال سازه را آنالیز کرده و دوره تناوب تحلیلی را از جدول مربوطه برداشت میکنیم.
Display → Show Table → Analysis Results →Structure Output→ Modal Information → Modal participating Mass Ratios
گام سوم: مطابق جدول بالا داریم:
Tx=1/719s / Ty=1/173s
حال با استفاده از دوره تناوبهای تحلیلی در هر راستا ضرایب زلزله جهت کنترل دریفت محاسبه میگردند. در اين پروژه، ساختمانی مسكونی واقع در شهر تهران و با فرض خاک نوع 2 و سیستم قاب خمشی بتن آرمه مورد بررسی قرار میگيرد.
I=1 A=0/35 Ru=5
هم چنین مطابق با استاندارد 2800 داریم:
S0=1 S=1/5 Ts=0/5 T0=0/1
گام چهارم: پس از انجام محاسبات فوق، در فایل سازه اصلی، نیروهای EYPDrift ،EXNDrift ،EXPDrift و EYNDrift تعریف شده و ضرایب زلزله مربوطه را وارد میکنیم:
Define → Load Pattern
گام پنجم: پس از تحلیل سازه اصلی، جابهجاییها را از مسیر زیر برداشت میکنیم:
اگر سازه از لحاظ پیچشی منظم باشد، کنترل دریفت بر اساس تغییر مکانهای مراکز جرم طبقات سازه انجام میشود اما اگر سازه نامنظم پیچشی باشد، این کنترل بر اساس لبههای کناری ساختمان انجام میشود.
در این پروژه به دلیل اینکه سازه نامنظم پیچشی است باید MAX Drift برداشت گردد.
Display → Show Table → Analysis Results →Joint output → Displacements → Diaphragm Max/Avg drift
گام ششم: نتایج را به Excel منتقل کرده و مقادیر ستون MAX Drift را با مقدار مجاز 0/0044 مقایسه میکنیم.
6. راهکارهای جواب گرفتن از کنترل دریفت
اگر دریفت سازه جواب نداد میتوان از راههای زیر استفاده کرد و دریفت را کنترل کرد:
- افزایش ابعاد تیرها و ستونها در قابهای خمشی و افزایش تعداد مهاربندها در قابهای ساده فولادی و یا افزایش طول دیوار برشی، باعث کاهش دریفت میشود.
- اگر سازه نامنظم پیچشی بود، سعی شود سازه منظم گردد.
- در سازههای بتنی با افزایش میزان مقاومت مشخصه بتن، باعث کاهش دریفت میشود.
- استفاده از دوره تناوب تحلیلی به جای دوره تناوب تجربی باعث کاهش نیروی زلزله شده که در کنترل دریفت موثر میباشد.
منابع
- آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله – استاندارد 2800 ویرایش چهارم
- آیین نامهی ASCE7 ویرایش سال 2022 آمریکا
