آموزش کنترل پیچشی بصورت (دستی و نرم افزاری)1402
آموزش کنترل پیچشی بصورت (دستی و نرم افزاری)1402″مفهوم نامنظمی پیچشی و نحوه کنترل آن در نرم افزار ایتبس”
مقدمه
بررسی نامنظمی ها در زمان فرآیند طراحی برای تضمین ثبات و استحکام ساختمان بسیار ضروری است.
تأثیر منفی نامنظمی ها در زمان زمین لرزه مشخص می شود و می تواند موجب آسیب شدید به سازه و حتی خرابی کامل آن می شود. نامنظمی به دو نوع نامنظمی در پلان و ارتفاع تقسیم می شود؛ یکی از مهمترین نامنظمیها در پلان، نامنظمی پیچشی است. این نامنظمی همانطور که از اسمش پیداست باعث ایجاد پیچش در پلان خواهد شد که یک رفتار بسیار خطرناک برای سازه محسوب می شود و می تواند سبب بروز آسیبهای جدی در سازه شود.
1- تعریف نامنظمی پیچشی
تعریف نامنظمی پیچشی براساس استاندارد 2800:
2–بررسی نامنظمی پیچشی سازه در استاندارد 2800
با توجه به تعریف نامنظمی پیچشی در بند 1-7-1 استاندارد 2800، معیار آیین نامه برای کنترل این نوع نامنظمی، میزان تغییرمکانهای نسبی در پلان میباشد.
♦ساختمان منظم از نظرپیچش :زمانی که نسبت تغییرمکان حداکثر به تغییر مکان میانگین کمتر از 1.2 باشد.
♦ساختمان نامنظم پیچشی زیاد : زمانی که نسبت تغییرمکان حداکثر به تغییر مکان میانگین بیشتر از 1.2 و کمتر از 1.4 باشد.
♦ساختمان با نامنظمی پیچشی شدید: زمانی که نسبت تغییرمکان حداکثر به تغییر مکان میانگین بیشتر از 1.4 باشد.
(Aj)ضریب بزرگنمایی نامیده میشود که مطابق بند 3-3-7-3 از استاندارد 2800 به این شرح تعریف میگردد:
در مواردی که ساختمان مشمول نامنظمی پیچشی موضوع بند 1-7-1-ب میشود، برون مرکزی اتفاقی حداقل باید در ضریب بزرگنمایی (Aj) طبق رابطه زیر ضرب شود.
در این رابطه:
3-بررسی نامنظمی پیچشی سازه در آییننامه امریکا(ASCE7-16)
با توجه به متن آیین نامه امریکا(ASCE7-16) متوجه میشویم که تعریف نامنظمی پیچشی زیاد و شدید در استاندارد 2800 دقیقاً مشابه متن آییننامه آمریکا می باشد.
4-نحوه کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس
در این قسمت نحوه ی کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس بررسی شده و سپس اقدامات لازم که در صورت نامنظم بودن سازه باید انجام شود؛ مورد بررسی قرار می گیرد.
در نرم افزار ایتبس ﺑﺮای بررسی ﻧﺎﻣﻨﻈﻤﯽ ﭘﯿﭽﺸﯽ، پس از تحلیل سازه، مطابق شکل زیر از منوی Display، دستور Show Tables را اجرا میکنیم.
سپس مطابق شکل زیر، از قسمت Select load cases بارهای EXN,EXP,EYN,EYP را انتخاب می کنیم.
در مرحله بعد، مطابق شکل زیر، در پنجره جدید باز شده، از نمودار درختی، گزینه Analysis Results را باز کنید. در مرحله بعد Joint output و سپس گزینه Displacements و در نهایت Diaphragm Max over Avg Dirifts را انتخاب کرده و دکمهی Ok را بزنید.
Analysis Results → Joint output → Displacements →Diaphragm Max over Avg Dirifts → Ok
در پنجره باز شده در قسمت Ratio نسبت تغییر مکان حداکثر به تغییر مکان میانگین را نشان می دهد.
اﮔﺮ ﺗﺤﺖ ﺗﻤﺎﻣﯽ زلزلههای با خروج از مرکزیت (EXP,EYP,EXN,…) ﻧﺴﺒﺖ ratio ، ﮐﻤﺘﺮ از 1.2 ﺑﻮد، ﺳﺎزه از ﻧﻈﺮ ﭘﯿﭽﺸﯽ ﻣﻨﻈﻢ اﺳﺖ. اگر نسبت ratio بزرگتر از 1.2 و کمتر از 1.4 باشد، سازه نامنظم از نوع”پیچشی زیاد” بوده و اگر ﻧﺴﺒﺖ ratio بزرگتر از 1.4 باشد سازه نامنظم از نوع “شدید پیچشی ” خواهد بود.
در این پروژه در ستون ratio، اعداد بزرگتر از 1.4 مشاهده شد؛ درنتیجه سازه نامنظم پیچشی شدید میباشد. در بخش بعدی (بررسی پیامدهای ناشی از نامنظمی پیچشی) را توضیح داده و محدودیتهای موردنظر را اعمال خواهیم کرد.
5- بررسی پیامدهای ناشی از نامنظمی پیچشی
در برخی حالات، که سازه دچار پیچش میشود. باید برای مقابله با اثرات پیچش در سازه راه حل هایی اندیشیده شود. در این شرایط استاندارد 2800 محدودیتهایی را برای سازه ایجاد میکند که در ادامه به بررسی آنها میپردازیم.
1-5 تشدید خروج از مرکزیت اتفاقی توسط ضریب Aj
در مواردی که سازه دچار نامنظمی پیچشی میشود، مشمول جریمه آییننامه میگردد. این جریمه بدین صورت است که برون مرکزیِ اتفاقیِ حداقل (eaj) باید در ضریب بزرگنمایی Aj ضرب شود که این ضریب به صورت زیر تعریف می شود.
در این رابطه:
لازم به ذکر است که در ﻣﻮارد ﺧﺎص میتوان از اعمال نیروی زلزله ﺑﺎ ﺧﺮوج از ﻣﺮﮐﺰﯾﺖ ﺗﺼﺎدﻓﯽ صرفنظر ﮐﺮد که در بند زیر به آن اشاره شده است.
2-5 نحوه اعمال ضریب Aj در ایتبس
نحوه اعمال بدین صورت است که ضریب تشدید برای کل طبقات در هر راستا محاسبه شده، سپس حداکثر آن در خروج از مرکزیت الگوی بارِ موردنظر، ضرب میشود.
در مرحله اول همانند قبل از منوی Display، دستور Show Tables را اجرا میکنیم.
سپس مجددا مطابق شکل زیر، از قسمت Select load cases بارهای EXN,EXP,EYN,EYP را انتخاب می کنیم.
و مطابق مراحل زیر مجددا پنجره مربوطه را باز می کنیم.
Analysis Results → Joint output → Displacements →Diaphragm Max over Avg Dirifts → Ok
و جدول مربوطه را به اکسل منتقل می کنیم.
سپس در فابل اکسل باز شده برای یک سلول فرمول Aj را نوشته و به بقیه سلول ها تامیم می دهیم و از بین کل Aj های ایجاد شده ماکسیمم آن ها را که برابر 2.04 می باشد را انتخاب می کنیم.
حال برای اعمال این ضریب، ابتدا قفل نرمافزار را بازکرده و سپس مطابق شکل زیر گزینه Load patterns را انتخاب میکنیم و الگوی بار های دارای خروج از مرکزیت را انتخاب کرده(EXN,EXP,EYN,EYP) و خروج از مرکزیت ها را در ضریب Aj=2.04 max ضرب می کنیم.
6-تاثیر نامنظمی پیچشی در اعمال ضریبρ
در این بخش جرایمی می پردازیم که استاندارد 2800 برای سازه های دارای نامنظمی شدید پیچشی اعمال میکند تا رفتار و عملکرد سازه در زمان وقوع زمین لرزه مناسب و ایمن باشد.
- در ساختمان هایی که بیشتر از 3 طبقه یا بلندتر از 10 متر هستند اگر سازه دارای نامنظمی شدید پیچشی باشد، ضریب نامعینی آن باید برابر با ρ=2 در نظر گرفته شود که در این حالت در ترکیب بارها، ضریب زلزله بجای 1 برابر 1.2 میشود.
2-مطابق تعریف استاندارد 2800 در بند 3-3-2، ساختمان هایی که سیستم مقاوم جانبیِ آنها در دو جهتِ عمود برهم دارای نامعینی کافی نیستند، باید برای بارجانبی بیشتری طراحی شوند. در این ساختمانها بار جانبی باید با ضریب ρ برابر با 1.2 افزایش داده شود.
3-در شرایطی که سازه از نظر پیچشی نامنظم باشد کنترل ضریب نامعینی با استفاده از حالت (ب) که مربوط به حذف المان تأثیرگذار و بررسی میزان کاهش مقاومت و ایجاد یا عدم ایجاد نامنظمی پیچشی شدید است، باید انجام شود.
7- تاثیر نامنظمی پیچشی در محاسبه دریفت سازه
طبق بند 3-5-4 از استاندارد 2800 ویرایش چهارم، اﮔﺮ سازهای دارای ﻧﺎﻣﻨﻈمی ﭘﯿﭽﺸﯽ ﺑﺎﺷﺪ، در ﻣﺤﺎﺳﺒﻪ درﯾﻔﺖ ﺑﺎﯾﺪ به جای ﮐﻨﺘﺮل ﺟﺎﺑﺠﺎﯾﯽ ﻣﺮﮐﺰ ﺟﺮم ﻃﺒﻘﺎت، جابهجایی لبههای ﮐﻨﺎری سازه نسبت به یکدیگر مقایسه ﺷﻮﻧﺪ. نحوه کنترل دریفت در نرم افزار درآموزش های قبل بصورت کامل توضیح داده شده است.
8-آنالیز دینامیکی در موارد نامنظمی پیچشی
طبق بند زیر از استاندارد 2800، در سازههای بلندتر از سهطبقه و سازههایی که دارای ﻧﺎﻣﻨﻈمی ﭘﯿﭽﺸﯽ زیاد و شدید در پلان هستند، حتماً ﺑﺎﯾﺪ آﻧﺎﻟﯿﺰ دﯾﻨﺎﻣﯿﮑﯽ اﻧﺠﺎم ﺷﻮد:
*در صورتی نامنظمی سازه از نوع شدید پیچشی باشد، استفاده از روش تحلیل استاتیکی خطی مجاز نبوده و باید از روش تحلیل طیفی استفاده نماییم.
9-در نظر گرفتن اثر زلزله متعامد(اثر 30-100) در ترکیب بارها
مطابق بند 3-1-4 استاندارد 2800 در صورتی که سازه در پلان دارای نامنظمی باشه، باید اثر زلزله متعامد رو در ترکیب بارها لحاظ کنیم.
*نمیتونیم در ترکیب بارها فقط از نیروی زلزله در یک راستا استفاده کنیم و باید اثر هر دو راستا رو به صورت همزمان ولی با نسبت 100 به 30 در نظر بگیریم.
جمع بندی:
- بررسی و کنترل نامنظمی پیچشی در طراحی سازه یکی از تاثیرگذارترین کنترل ها در نتایج نهایی میباشد.
- علت اصلی ایجاد پیچش در سازه، اختلاف بین مرکز جرم و مرکز سختی در پلان بوده و برای کاهش آن و بهبود وضعیت پیچشی در سازه، بایستی با استفاده از توزیع مناسب سختی و جرم در پلان، تا جایی که میشود مرکز سختی رو به مرکز جرم نزدیک کنیم.
- آییننامهها با توجه به رفتارهای پیش بینی نشده سازههای دارای نامنظمی پیچشی زیاد و شدید در برابر نیروهای زلزله، با احتیاط زیادی عمل کرده و جریمههایی رو برای این گونه سازهها درنظر میگیرند.
منابع
♦آییننامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله – استاندارد 2800- ویرایش چهارم
♦آیین نامه ی ASCE7 ویرایش سال 2022 آمریکا
♦راهنمای نرم افزار ایتبس 2020
گردآورندگان:
