کنترل و اصلاح نامنظمی پیچشی در ETABS + راهنمای تصویری + نکات آیین نامه‌ای

کنترل و اصلاح نامنظمی پیچشی در Etabs برای طبقات مختلف در دو راستای اصلی پلان، یکی از مهمترین مراحل تحلیل و طراحی سازه می‌باشد که باید توسط طراح انجام شود. در این مقاله به این موضوع مهم پرداخته‌ می‌شود.

منشا نامنظمی پیچشی سازه:

منشا نامنظمی پیچشی در Etabs از دو قسمت تشکیل می شود قسمت اول میزان انعطاف پذیری دیافراگم سقف است بطوریکه کنترل نامنظمی پیچشی در دیافراگم صلب و نیمه صلب باید انجام شود ولی برای دیافراگم انعطاف پذیر لزومی ندارد. قسمت دوم، اختلاف بین محل مرکز جرم و محل مرکز سختی در پلان طبقات می باشد. زیرا برآیند نیروهای معادل زلزله در طبقات در محل مرکز جرم و برآیند نیروهای مقاوم در طبقات در مرکز سختی وارد می‌شود. این دو نیرو در هر طبقه مانند یک کوپل عمل می کنند که هرچه فاصله آنها بیشتر باشد پیچش نیز بیشتر خواهد شد.

نامنظمی پیچشی در استاندارد 2800 ویرایش چهارم:

بر اساس بند 1-7-1 قسمت ب، در زمانیکه حداکثر تغییر مکان نسبی در یک انتهای ساختمان در هر طبقه با احتساب پیچش تصادفی و با منظور کردن A_j=1 بیشتر از 20% متوسط تغییر مکان نسبی دو انتهای ساختمان در آن طبقه باشد (نسبت بزرگتر از 1.2 باشد) نامنظمی زیاد و اگر اختلاف بیش از 40% باشد (نسبت بزرگتر از 1.4 باشد) نامنظمی شدید پیچشی می باشد.

نامنظمی پیچشی در پیش نویس استاندارد 2800 ویرایش پنجم:

بررسی بند 3-3-1 قسمت ب نشان می دهد تعریف ویرایش چهارم و پیش نویس ویرایش پنجم برای نامنظمی پیچشی تغییری نکرده‌است. فقط در متن بند فوق صراحتاً آمده‌است که محاسبات باید بر مبنای روش استاتیکی معادل انجام شود که این صراحت در متن ویرایش چهارم ذکر نشده است.

مراحل کنترل نامنظمی پیچشی در ایتبس:

با توجه به اینکه نامنظمی پیچشی در Etabs وابسته به محل مرکز سختی می‌باشد و مرکز سختی وابسته به سختی اعضا می‌باشد، لذا توصیه‌ می‌شود این کنترل در انتهای طراحی که مقاطع اعضای سازه‌ای نهایی‌ شده‌اند انجام‌شود.

گام اول: استفاده از بخش Tables در Model Explorer ایتبس:

مطابق شکل زیر بر روی Tables کلیک نمایید.

گام دوم: استفاده از زیر منوی درختی ایتبس:

بر اساس زیر منوی درختی مسیر زیر را دنبال کنید:

Analysis>>>>Results>>>>Displacements>>>>Diaphragm Max/Ave Drifts

بر روی گزینه Diaphragm Max/Ave Drifts کلیک راست نمایید و Export Table to Excel را انتخاب نمایید تا جدول اطلاعات در اکسل برای شما باز شود.

گام سوم: فیلتر کردن نتایج در اکسل:

در فایل اکسل ردیف 2 را انتخاب کنید و از منوی Data بر روی Filter کلیک نمایید.

گام چهارم: کنترل نامنظمی پیچشی سازه در جهت X پلان:

بر روی گزینه فیلتر در گوشه سلول Load Case/Combo کلیک نموده و از لیست مربوطه زلزله های EXALL1 تا EXALL3 را تیک بزنید. این زلزله های معرف زلزله‌های استاتیکی هستند که قبلا در الگوی بار معرف شده‌اند. EXALL1 زلزله استاتیکی در جهت X بدون خروج از مرکزیت تصادفی و EXALL2 و EXALL3 زلزله های در جهت X با خروج از مرکزیت مثبت و منفی می باشند.

برای اطلاع بیشتر از تعریف زلزله استاتیکی به مقاله “آموزش تعریف الگوی بار لرزه ای استاتیکی در ETABS + راهنمای تصویری+ بندهای استاندارد 2800” مراجعه نمایید. دقت کنید در زیر بخش ستون Item، بعد از نام دیافراگم حرف x نوشته شده‌باشد تا تحت زلزله‌های جهت X، صرفا دریفت‌های جهت X انتخاب شوند. اعداد زیر بخش ستون Ratio را چک نمایید. در صورتیکه تمامی این اعداد کمتر از 1.2 باشد سازه در جهت X نامنظمی پیچشی ندارد. اگر یکی از این اعداد بزرگتر از 1.2 و کمتر از 1.4 باشد، سازه در جهت X نامنظمی زیاد پیچشی دارد و اگر یکی از این اعداد بیش از 1.4 باشد سازه دارای نامنظمی پیچشی شدید در جهت X می باشد.

در شکل زیر سازه دارای یک طبقه است به همین دلیل در زیر بخش ستون Story، فقط Story1 نشان داده‌شده است.

گام پنجم: کنترل نامنظمی پیچشی سازه در جهت Y پلان:

مراحل گام چهارم را مطابق شکل زیر برای جهت Y سازه و زلزله های استاتیکی EYALL1 تا EYALL3 نیز تکرار کنید.

نکات مهم در کنترل نامنظمی پیچشی:

اگر سازه صرفاً در یکی از طبقات و فقط در یک جهت دارای نامنظمی پیچشی زیاد یا شدید باشد، کل سازه در هر دو جهت باید دارای نامنظمی پیچشی متناسب با آن طبقه درنظر‌گرفته شود.

اگر سازه در یک جهت دارای نامنظمی پیچشی زیاد و در جهت دیگر دارای نامنظمی پیچشی شدید باشد، کل سازه در هر دو جهت باید بر اساس بحرانی ترین حالت نامنظمی پیچشی درنظر‌گرفته شود.

نقاط لبه خارجی سازه که به دیافراگم کف متصل هستند ملاک بررسی می باشند و تغییر مکان نسبی نقاط غیر دیافراگم نباید در محاسبه منظور شود.

در کنترل نامنظمی پیچشی، خروج از مرکزیت تصادفی همان مقدار 5% بعد ساختمان در هر طبقه لحاظ‌شده و نیاز به افزایش آن با ضریب A_j نمی‌باشد.

در مواردی که سختی جانبی طبقات بسیار بالاست، مثلا برای طبقات دارای دیوار حائل متصل به سازه در زیرزمین، احتمال دارد که کف سازه در این طبقات دیافراگم نرم (انعطاف پذیر) باشد که در اینصورت نیاز به کنترل نامنظمی پیچشی برای این طبقات سازه نیست ولی برای طبقات بالا در صورتیکه سقف صلب یا نیمه صلب باشد می بایست کنترل نامنظمی پیچشی انجام شود.

اثرات نامنظمی پیچشی زیاد در سازه طبق استاندارد 2800 ویرایش 4:

طبق بند 3-2-2 در سازه های بالاتر از 3 طبقه باید آنالیز دینامیکی هم انجام شود.

بر اساس بند 3-4-1-4 برای آنالیز دینامیکی همپایه سازی باید حداقل بر اساس 90% برش پایه استاتیکی انجام شود.

در صورت نیاز به ضریب نامعینی طبق بند 3-3-2-3، این ضریب باید بر اساس بخش ب بند 3-3-2 محاسبه گردد.

مطابق بند 3-5-4 برای کنترل تغییر مکان های نسبی طبقات به جای محل مرکز جرم طبقات از محورهای کناری ساختمان استفاده گردد.

پس از تعیین وضعیت نامنطمی پیچشی در سازه با خروج از مرکزیت تصادفی 5%، درصورتیکه سازه دارای نامنظمی پیچشی باشد، برای سایر مراحل طراحی و کنترل های سازه، میبایست خروج از مرکزیت تصادفی طبق بند 3-3-7-3 با ضریب A_j بزرگنمایی شود.

طبق مفاد بند 3-1-4 در محاسبات باید اثر همزمانی مولفه های افقی زلزله درنظر‌گرفته شود.

اثرات نامنظمی پیچشی شدید در سازه طبق استاندارد 2800 ویرایش 4:

طبق بند 3-2-2 در سازه های بالاتر از 3 طبقه باید آنالیز دینامیکی هم انجام شود.

بر اساس بند 3-4-1-4 برای آنالیز دینامیکی همپایه سازی باید بر اساس 100% برش پایه استاتیکی انجام شود.

در صورت نیاز به ضریب نامعینی طبق بند 3-3-2-3، این ضریب برابر با 1.2 می باشد.

مطابق بند 3-5-4 برای کنترل تغییر مکان های نسبی طبقات به جای محل مرکز جرم طبقات از محورهای کناری ساختمان استفاده گردد.

پس از تعیین وضعیت نامنطمی پیچشی در سازه با خروج از مرکزیت تصادفی 5%، درصورتیکه سازه دارای نامنظمی پیچشی باشد برای سایر مراحل طراحی و کنترل‌های سازه، میبایست خروج از مرکزیت تصادفی طبق بند 3-3-7-3 با ضریب A_j بزرگنمایی شود.

طبق مفاد بند 3-1-4 در محاسبات باید اثر همزمانی مولفه های افقی زلزله درنظر‌گرفته شود.

اصلاح نامنظمی پیچشی:

طراح برای اصلاح و کاهش اثرات نامنظمی پیچشی در گام اول می تواند با تغییر در مقطع المانهای موثر در تعیین مرکز سختی و یا تغییر در محل المان های مذکور تا حد امکان مرکز سختی را به مرکز جرم در هر طبقه نزدیک نماید. در گام دوم هر چه بتواند مرکز سختی طبقه زیرین را به مرکز جرم طبقه بالا نزدیک نماید در کاهش پیچش تجمعی وارد به طبقه موثر خواهد بود.

مشاهده برش طبقه و لنگر پیچشی در ایتبس:

برای مشاهده برش طبقه و لنگر پیچشی در ایتبس مطابق شکل زیر عمل نمایید. ( شکل زیر برای زلزله های استاتیکی جهت X است). از دستور فیلتر برای ستون Load Case/Combo استفاده نمایید.

برای جهت Y به طریق مشابه و انجام تغییرات لازم می توانید نتایج را مشاهده کنید.

جمع بندی:

اثرات نامنظمی سازه منجر به چرخش پلان سازه حول محور قائم در حین زلزله می‌گردد. این پدیده معمولاً در ساختمان‌هایی با عدم تقارن در توزیع جرم یا سختی رخ می‌دهد. و منجر به افزایش تغییر شکل‌ها و نیروها در نقاط و اعضای گوشه پلان خواهد شد. نامنظمی پیچشی در Etabs باعث می‌شود آیین‌نامه‌ها محدودیت‌هایی برای حداکثر خروج از مرکزیت بین مرکز جرم و مرکز سختی هر طبقه تعیین می‌کنند. برای مشاهده این محدودیت‌ها، کنترل‌های مربوطه و اعمال آنها در نرم افزار ایتبس توصیه می‌کنیم از این مقاله استفاده کنید.

طراحی صحیح سازه و کنترل تمامی نکات آیین‌نامه‌ای در نهایت منجر به استخراج طراحی یک سازه بهینه به لحاظ هزینه و ایمن خواهد شد. که می‌تواند یکی از ارکان فرآیند مدلسازی اطلاعات ساختمان باشد.