واژگونی سازه
افزایش جمعیت و پیشرفت تکنولوژی موجب افزایش طراحی و احداث ساختمان‌های مرتفع شده است. ارتفاع سازه، نسبت لاغری و پریود از جمله معیارهایی هستند که در تعریف ساختمان های بلند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. ساختمان‌های بلند به دلیل سطح زیربنای بالا و تعداد بالای ساکنین جزء ساختمان‌های حساس محسوب می‌شوند و در طراحی آنها باید ضوابط سختگیرانه تری را اعمال نمود.
یکی از معیارهای تعیین کننده در طراحی ساختمان‌های بلند، لنگر واژگونی می‌باشد. لنگر واژگونی معادل مجموع حاصل ضرب نیروهای جانبی در ارتفاع آنها نسبت به تراز زیر شالوده ساختمان است و سازه باید به گونه‌ای طراحی شود تا از ضریب اطمینان مناسبی در برابر واژگونی برخوردار باشد.
1- واژگونی سازه
1-1- تعریف واژگونی سازه
عدم مقاومت ساختمان در برابر نیروهای جانبی از جمله نیروهای باد، زلزله، سیل و…… که منجر به انحراف و آسیب شدید سازه‌ای می‌شود را پدیده واژگونی گویند.
2- ضوابط آیین نامه‌ای واژگونی سازه
1-2- ضوابط واژگونی مطابق آیین نامه 2800، ویرایش چهارم
وقوع زلزله باعث ایجاد نیروهای جانبی در ارتفاع ساختمان می‌شود، که ممکن است منجر به واژگونی سازه شود؛ بنابراین لازم است پایداری ساختمان در برابر نیروهای جانبی مورد ارزیابی قرار گیرد.
مطابق بند 3-3-8 استاندارد 2800، ویرایش چهارم، کنترل واژگونی سازه باید برای هر دو جهت اصلی ساختمان بر اساس رابطه‌ی زیر محاسبه شود:
1-1-2- تعریف لنگر مقاوم
لنگرهای مقاوم، لنگرهایی هستند که در طی یک زلزله ساختار را تثبیت می‌کنند و برابرند با وزن هر طبقه ضرب شده در مرکز جرم طبقه به فاصله‌ای که در آن واژگونی کنترل می‌گردد؛ علاوه بر این یک لنگر پایدار دیگری وجود خواهد داشت که برابر با وزن فونداسیون در مرکز جرم فونداسیون تا محور واژگونی می‌باشد.
2-1-2- تعریف لنگر مخرب یا لنگر واژگونی
در واقع این لنگرها منجر به تغییر در ساختار در طول زلزله می‌شوند و مقدار آنها با مجموع حاصل ضرب نیروهای جانبی در ارتفاع آنها نسبت به تراز زیر شالوده برابر است.
اما نکته‌ای که باید در نظر داشت این است که این لنگرهای واژگونی را می‌توان از نرم افزار ایتبس دریافت کرد؛ لازم به ذکر است که لنگر واژگونی که از نرم افزار استخراج می‌شوند، به دلیل آنکه هنوز فونداسیون طراحی نشده است؛ در حقیقت حول محوری که در شکل زیر نشان داده شده است به دست می‌آیند.
مثال: با توجه به شکل 2، ضریب اطمینان در برابر واژگونی را محاسبه کنید. اطلاعات مساله (زمان تناوب سازه برابر 0.4 ثانیه و برش پایه و وزن هر طبقه برابر W باشد. فواصل افقی d1,d2,d3 به ترتیب برابر 4,5,4 متر و ارتفاع d1,d2 برابر 10,5 متراست)
2-2- ضوابط واژگونی پی‌ها، مطابق مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان
مطابق مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان طبق بند 7-4-5-1 در صورتی که از روش تنش مجاز برای کنترل واژگونی استفاده گردد؛ مطابق جدول 7-4-4 مبحث هفتم در شرایط استاتیکی از مقدار ضریب اطمینان 2 و مطابق جدول 7-4-7 در شرایط لرزه‌ای از ضریب اطمینان 1/5 استفاده می‌شود.
در صورتی که از روش حالت حدی برای کنترل استفاده گردد؛ مطابق جداول 7-4-6 و 7-4-8 ضرایب کاهش مقاومت برای حالات استاتیکی و لرزه‌ای به ترتیب برابر با 0/5 و 0/65 می‌باشد.
3-2- ضوابط واژگونی مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان
1-3-2- واژگونی تحت اثر نیروی باد
مطابق بند 6-10-14-2 در طراحی سازه‌‌ها برای بار باد، کل سازه باید از نظر واژگونی پایدار باشد. لنگر واژگونی موثر به سازه باید نسبت به محور واقع بر فصل مشترک وجه انتهایی شالوده با صفحه زیر آن، در سمت پشت به باد، تعیین گردد. ضریب اطمینان موجود در مقابل واژگونی تحت بار باد (بدون اعمال ضریب بار) نباید کمتر از 1/75 اختیار شود. در محاسبه لنگر مقاوم در مقابل واژگونی می‌توان وزن شالوده و خاک روی آن را نیز محاسبه کرد.
2-3-2- واژگونی تحت اثر بار سیل
مطابق بند 6-6-3-3 سیستم‌‌های سازه‌ای ساختمان و سایر سازه‌‌ها باید به گونه‌ای طراحی، ساخته، متصل و مهار شوند تا در مقابل فشار هیدرواستاتیک، شناوری، ضربه آب، انتقال، آب شستگی و واژگونی ناشی از اثر بارهای سیل بر مبنای سیل طرح، همراه با سایر بارها مطابق با ترکیب بارهای فصل 2 مبحث ششم مقاومت کنند.
مطابق بند 6-6-5 در طراحی دیوارها، شالوده‌‌ها و کف پایین ترین طبقه ساختمان‌‌ها و سایر سازه‌‌های واقع شده در منطقه سیل خیز باید؛ ضرایب اطمینان در مقابل لغزش و واژگونی برابر 1/5 و برای لغزش و واژگونی به همراه برکنش کف برابر 1/33 در نظر گرفته شود.
3- محاسبه واژگونی سازه
همان طور که در قسمت‌‌های قبل بیان شد؛ مطابق بند 3-3-8 استاندارد 2800، ویرایش چهارم،کنترل واژگونی سازه باید برای هر دو جهت اصلی ساختمان مطابق رابطه زیر محاسبه گردد. ضریب اطمینان در برابر واژگونی طبق بند 3-3-8 برابر مقدار یک می‌باشد.
چارت زیر مراحل انجام کنترل واژگونی را نشان می‌دهد.
4- کنترل واژگونی در نرم افزار ایتبس
در این قسمت نحوه کنترل واژگونی سازه در ETABS 2020.3.0 توضیح داده می‌شود. در ادامه طریقه کنترل لنگر مقاوم و واژگونی در ایتبس نشان داده شده است.
ساختمانی که در پروژه مورد نظر طراحی می‌شود، در زمینی به مساحت 486 مترمربع و دارای 6 طبقه می‌باشد. مشخصات پلان آن در شکل 3 آورده شده است.
در مرحله اول ابتدا سازه مورد نظر را تحلیل می‌کنیم.
سپس لنگر مقاوم در برابر واژگونی را به شیوه‌ای که در شکل 5 نشان داده شده است، کنترل می‌کنیم.
حال با توجه به مقادیرشکل 6، “لنگر مقاوم در برابر واژگونی” را محاسبه می‌کنیم.
25.7=بعد سازه در جهت X
20.7=بعد سازه در جهت y
سپس “لنگر مخرب یا واژگونی” را به شیوه‌ای که در شکل 7 نشان داده شده است، کنترل می‌کنیم.
با فرض در نظر گرفتن عمق یک متر برای پی این سازه خواهیم داشت:
در این مرحله ضریب اطمینان در برابر واژگونی را محاسبه می‌کنیم.
همانطور که ملاحظه شد، ضرایب اطمینان در هر دو جهت x,y بزرگتر از یک می‌باشد؛ در نتیجه این سازه در برابر واژگونی مقاوم است.
5- نتیجه گیری
همانطور که ملاحظه شد، یکی از فاکتورهای اصلی کنترل سازه کنترل واژگونی می‌باشد، واژگونی سازه بر اثر اعمال نیروهای جانبی ممکن است رخ دهد، بنابراین کنترل آن در تمامی سازه‌‌ها الزامی است.
و آیین‌نامه‌‌ها (از جمله آیین نامه 2800 ، مبحث ششم و مبحث هفتم مقررات ملی) ضوابط سختگیرانه‌تری را برای کنترل آن در نظر گرفته‌اند.
در گذشته به دلیل عدم توجه دقیق طراحان به مساله واژگونی سازه، پیامدهای ناگواری برای سازه‌‌ها خصوصا سازه‌‌های بلند مرتبه ایجاد شده که خوشبختانه امروزه توجه ویژه‌ای به این قضیه می‌شود و از آسیب‌‌های شدید جلوگیری خواهد شد.
منابع
- مبحث ششم مقررات ملی ساختمان
- مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان
- راهنمای ایتبس 2020
- آیین نامه طراحی ساختمان‌‌ها در برابر زلزله، استاندارد2800، ویرایش چهارم
گردآورندگان
دیدگاهتان را بنویسید