کنترل 25 درصد قاب های خمشی و 50 درصد دیوارهای برشی در سیستم های دوگانه

پیشتر درباره کنترل های سازه ای مانند کنترل دریفت ، کنترل ضریب نامعینی سازه و … خواندیم . در این مقاله قصد داریم که درباره ی موضوعات زیر صحبت کنیم .

• معرفی سیستم های دوگانه
• معرفی کنترل 25 درصد نیروی زلزله قاب های خمشی در سیستم های دوگانه
• نحوه انجام کنترل 25 درصد قاب های خمشی در ایتبس
• معرفی کنترل 50 درصد نیروی زلزله دیوار برشی
• نحوه انجام کنترل 50 درصد برای دیوارهای برشی در ایتبس

 سیستم های دوگانه یا ترکیبی

بنا بر بند 1-8-4 استاندار 2800 ویرایش 4 داریم که سیستم های دوگانه یا ترکیبی نوعی از سیستم های سازه ای است که در آن:

• الف- بار های قائم عمدتا توسط قاب های ساختمانی تحمل می شوند.
• ب- مقاومت در برابر بار های جانبی توسط مجموعه ای از دیوار های برشی یا قاب های مهاربندی شده همراه با مجموعه ای از قاب های خمشی تامین می شود. سهم برش گیری هر یک از دو مجموعه با توجه به سختی جانبی و اندرکنش آن دو، در تمام طبقات، تعیین می گردد.
• پ- قاب های خمشی باید مستقلا قادر به تحمل حداقل 25 درصد نیروهای جانبی در تراز پایه و دیوارهای برشی یا قاب های مهاربندی شده باید مستقلا قادر به تحمل حداقل 50 درصد نیرو های جانبی در تراز پایه باشند.

در صورتی که قاب های خمشی الزام بند (پ) را اقناع نکنند، سیستم دوگانه جزء سیستم قاب ساختمانی محسوب می شود، و در مواردی که دیوارهای برشی یا قاب های مهاربندی شده الزام بند فوق را اقناع نکنند، ضریب رفتار R در آن باید برابر ضریب رفتار در سیستم قاب خمشی با شکل پذیری متناظر در نظر گرفته شود.

کنترل 25 درصد نیروی زلزله قاب های خمشی در سیستم های دوگانه

خلاصه کنترل 25 درصد نیروی زلزله :

در سیستم های دوگانه، قاب های خمشی باید حداقل 25 درصد بار جانبی را تحمل کنند، در غیر این صورت سیستم لرزه بر، قاب ساده ساختمانی محسوب می شود.

اگر بخواهیم نحوه انجام کنترل 25 درصد نیروی زلزله را خیلی ساده بگوییم این طور می توان گفت که قاب های خمشی باید بتوانند بدون کمک دیوار های برشی حداقل 25% بار جانبی را تحمل کنند. برای این که بتوانیم از کمک دیوار های برشی در باربری جانبی صرف نظر کنیم کافی است سختی دیوارهای برشی را عدد ناچیزی قرار دهیم. با صرف نظر کردن از سختی دیوارها دیگر آن ها در باربری جانبی مشارکتی نخواهند داشت. در مقاله ضرایب ترک خوردگی دیوار برشی با اصلاح ضرایب سختی دیوار برشی آشنا می شوید.

سپس ضریب زلزله را در عدد 0.25 ضرب کرده و بعد از آن به طراحی تیر ها و طراحی ستون ها (قاب های خمشی) می پردازیم. در واقع ما با این کار تیر ها و ستون ها (قاب های خمشی) را برای 25% برش پایه طراحی می کنیم. اگر قاب های خمشی جوابگو بودند که سازه جوابگوی کنترل 25 درصد نیروی زلزله می باشد. اما اگر جوابگو نباشند باید تیر ها و ستون ها را تقویت کنیم.

فیلم آموزشی نحوه انجام کنترل 25 درصد قاب های خمشی در ایتبس

توجه: بهتر است ابتدا فیلم مراحل کنترل را مشاهده کرده و سپس ادامه مطالب را دنبال کنید.

مراحل انجام کنترل 25% قاب های خمشی

دید مهندسی در مورد کنترل 25 درصد قاب خمشی

1. نهایتا در اغلب پروژه ها نتایج فایل 25 درصد تعیین کننده طراحی تیرها و ستون ها خواهد بود.
2. فایل 25% هویت مستقلی برای خود ندارد و صرفا جهت کنترل ضابطه 25% است. بنابراین مقاطع جدید را نیز بایستی به فایل اصلی اختصاص داده و بر اساس این نتایج جدید نقشه های اجرایی را تهیه کنیم.
   • اگر از تحلیل دینامیکی طیفی استفاده می کنید لازم است همه ی نیروهای زلزله (هم استاتیکی و هم دینامیکی) را در عدد 0.25 ضرب کرده و عملیات همپایه سازی برش پایه را هم انجام دهید.

اگر کنترل 25 درصد قاب خمشی جواب نداد؟

همان طور که قبلا ذکر شد در اغلب پروژه ها نتایج فایل 25% تعیین کننده طراحی قاب های خمشی است. بنابراین اگر برخی از مقاطع در فایل 25% جوابگو نبودند این به این معنی است که قاب های خمشی نتوانسته اند 25% نیروهای جانبی را تحمل کنند و ما 2 راه پیش رو داریم:

راه اول: راه اول که ما هم همین راه را به شما پیشنهاد کرده و در فیلم مراحل این کنترل نیز همین مسیر را طی کرده ایم، تقویت قاب های خمشی است تا بتوان سیستم سازه ای را دوگانه درنظر گرفت. بنابراین تیرها و ستون ها را در فایل 25% تقویت کرده تا بتوانند ضابطه 25% را اقناع کنند. توجه داشته باشید که مقاطع جدید را به فایل اصلی نیز اختصاص خواهیم داد.

راه دوم: سیستم را قاب ساده ساختمانی فرض خواهیم کرد. با این حساب در این سیستم تنها دیوارهای برشی نقش باربری جانبی داشته و بایستی برای 100 درصد بار جانبی طراحی کنیم. بنابراین برای این منظور دو فایل مجزا می سازیم. در فایل اول تمام تیرها و پای ستون ها را مفصلی کرده تا در باربری جانبی نقشی نداشته باشند. سپس در همین فایل کنترل کفایت دیوارها را انجام می دهیم. در فایل دوم نیز که قاب ها مفصلی نیستند طراحی تیرها و ستون ها و کنترل دریفت را انجام می دهیم. توجه داشته باشید که ضریب رفتار در این حالت مطابق ضریب رفتار سیستم های قاب ساده ساختمانی خواهد بود.

سوالات متداولِ کنترل 25 درصد نیروی زلزله قاب های خمشی در سیستم های دوگانه:

چه موقع کنترل 25% انجام می شود؟

زمانی این کنترل را انجام داده که مقاطع را در فایل اصلی نهایی کرده باشیم. به عبارت دیگر نباید هیچ مقطعی در فایل اصلی قرمز باشد.

در پروژه من تمام تیرها و ستون ها می توانند 25% نیروهای جانبی را تحمل کنند! آیا بایستی از نتایج فایل اصلی برای نقشه کشی استفاده کنم؟

خیر- بهتر است فایل اصلی و فایل 25% را به طور همزمان در دو برنامه ایتبس باز کرده و بحرانی ترین خروجی ها را جهت استفاده در تهیه نقشه های اجرایی به کار بگیریم. به عنوان مثال ممکن است درصد آرماتور یک تیر در فایل اصلی 1 درصد و در فایل 25% ، 1.2% گزارش شده باشد. بنابراین این تیر بر اساس 1.2% آرماتور طراحی خواهد شد. برای یادگیری نحوه طراحی تیرهای بتنی بر اساس خروجی های نرم افزار به مقاله طراحی تیر بتنی مراجعه کنید.

ستون های اطراف دیوار جواب نمی دهد! چه کنیم؟!

همان طور که قبلا گفته شد ستون های اطراف دیوار دیگر ستون نبوده و جزئی از دیوار (المان های مرزی دیوار) هستند. از آن جایی که این ستون ها به همراه دیوار متصل به آن ها طراحی می شوند در این حالت به نتایج طراحی آن ها کاری نداریم.

آیا بایستی سختی ستون های اطراف دیوار را نیز مقدار ناچیزی فرض کنیم؟

همان طور که مکررا گفته شد ستون های اطراف دیوار در حقیقت جزئی از دیوار بوده و بایستی از نقش آن ها در تحمل بار های جانبی صرف نظر کنیم. اما این کار را نمی کنیم! چرا؟!

طبق توصیه FEMA_P751 با حذف ستون های اطراف دیوار رفتار قاب غیر واقعی شده و در واقع دیگر چیزی از قاب باقی نخواهد ماند. بنابراین از مشارکت ستون های اطراف دیوار صرف نظر نمی کنیم.

کنترل 50% نیروی زلزله دیوارهای برشی

خلاصه کنترل 50 درصد نیروی زلزله :

در سیستم های دوگانه دیوارهای برشی باید حداقل 50 درصد بار جانبی را تحمل کنند، در غیر این صورت سیستم لرزه بر قاب خمشی محسوب می شود.

اگر بخواهیم نحوه انجام این کنترل را خیلی ساده بگوییم این طور می توان گفت که این بار دیوارهای برشی باید بتوانند بدون کمک قاب های خمشی حداقل 50 درصد بار جانبی را تحمل کنند. برای این که بتوانیم از کمک قاب های خمشی در باربری جانبی صرف نظر کنیم کافی است تیرها را دو سر مفصل کنیم. سپس ضریب زلزله را در عدد 0.5 ضرب کرده و بعد از آن دیوارهای برشی را طراحی می کنیم. اگر دیوارهای برشی جوابگو بودند که سازه جوابگوی کنترل 50%  می باشد. اما اگر جوابگو نباشند باید با آرماتور گذاری دیوار برشی را قوی تر کرد و یا ضخامت یا تعداد دیوارها را افزایش داد.

مراحل کنترل درصد نیروی زلزله دیوارهای برشی:

مراحل کنترل 50 درصد نیروی زلزله دیوارهای برشی

فیلم آموزشی نحوه انجام کنترل 50 درصد نیروی زلزله برای دیوارهای برشی در ایتبس

توجه: بهتر است ابتدا فیلم مراحل کنترل را مشاهده کرده و سپس ادامه مطالب را دنبال کنید.

دید مهندسی در مورد کنترل 50 درصد دیوارهای برشی

1. نهایتا در اغلب پروژه ها نتایج فایل اصلی تعیین کننده طراحی دیوارهای برشی خواهد بود، مگر تعداد دیوارهای برشی به نسبت قاب ها کم باشد.
2. اگر از تحلیل دینامیکی طیفی استفاده می کنید لازم است همه ی نیرو های زلزله (هم استاتیکی و هم دینامیکی) را در عدد 0.5 ضرب کرده و عملیات همپایه سازی برش پایه را هم انجام دهید.

اگر کنترل 50 درصد نیروی زلزله جواب نداد؟

همان طور که قبلا ذکر شد در اغلب پروژه ها نتایج فایل اصلی تعیین کننده طراحی دیوارهای برشی است و ضابطه 50% به راحتی اقناع خواهد شد. اما اگر این ضابطه اقناع نشود ما دو راه داریم:

راه اول: راه اول که ما هم همین راه را به شما پیشنهاد می کنیم تقویت دیوارها است تا بتوانند حداقل 50% نیروهای جانبی را تحمل کنند. در این صورت سیستم ما دوگانه خواهد بود.

راه دوم: سیستم را قاب خمشی فرض کرده و از باربری جانبی دیوارها صرف نظر می کنیم. بنابراین قاب های خمشی تنها سیستم لرزه بر بوده و بایستی برای 100% بارهای جانبی طراحی شوند.

سوالات متداول در مورد کنترل 50 درصد نیروی زلزله دیوارهای برشی در سیستم های دوگانه

چه موقع کنترل 50 درصد انجام می شود؟

اگر در ابتدای کار طراحی و محاسبات هستید برای این که درک بهتری از پروژه خود داشته باشید بهتر است بعد از مرحله آنالیز، کنترل 50 درصد دیوارهای برشی را انجام داده تا بتوانید در مورد ضخامت دیوارهای خود تصمیم بگیرید.

پس از نهایی کردن مقاطع نیز می توانید این کنترل را دقیق تر انجام داده تا خیالتان از اقناع ضابطه 50% راحت شود.

 آیا بایستی تمام تیرها (اصلی، فرعی و کنسولی) را مفصلی کنیم؟

خیر. فقط تیرهایی که جزئی از سیستم لرزه بر هستند برای ما اهمیت دارد و فقط این تیرها را مفصلی خواهیم کرد. این تیرها تیرهای اصلی هستند. منظور از تیرهای اصلی تیرهایی است که بین دو ستون قرار گرفته است.

به این مورد توجه داشته باشید که مفصلی کردن تیرهای کنسولی یا طره باعث ایجاد ناپایداری در پروژه خواهد شد.

 در یک پروژه سیستم سازه ای در جهت X قاب خمشی و در جهت y سیستم دوگانه داریم. آیا باید تمام تیرهای اصلی در هر دو جهت را مفصلی کنیم؟

خیر. از آنجایی که این کنترل مختص سیستم های دوگانه است بنابراین تنها لازم است که تیرهای اصلی جهت y را مفصلی کنیم. البته به این نکته توجه داشته باشید که از آنجایی که این کنترل فقط برای جهت y انجام می شود بنابراین مفصلی و یا گیردار بودن تیرهای جهت x برای ما اهمیتی نداشته و روی نتایج تاثیری نخواهد گذاشت.

بررسی یک ابهام : تبصره بند 1-8-4 استاندارد 2800

استاندارد 2800 در تبصره 1 بند 1-8-4 به ما این اجازه را می دهد که در ساختمان های کوتاه تر از 8 طبقه یا با ارتفاع کمتر از 30 متر، به جای توزیع بارهای جانبی به نسبت سختی المان های باربر، دیوارهای برشی را برای 100 درصد بار جانبی و قاب های خمشی را برای 30 درصد بار جانبی طراحی کنیم. این تبصره یک روش ساده و تقریبی برای کنترل سیستم های دوگانه می باشد که منجر به نتایج محافظه کارانه خواهد شد.
اما فلسفه این بند؟
تجربه مهندسی نشان داده که در ساختمان های کمتر از 8 طبقه سهم قاب ها نمی تواند بیشتر از 30 درصد باشد. اما در ساختمان های بلند مرتبه سهم قاب ها با توجه به بحث اندرکنش قاب و دیواربرشی بیشتر شده و نمی توان از این تبصره استفاده کرد. برای کسب اطلاعات بیشتر در این مورد می توانید به مقاله اندرکنش قاب و دیوار برشی در سایت سبزسازه مراجعه کنید.
از آن جایی که امروزه ما از نرم افزار قدرتمند ایتبس استفاده می کنیم نیازی نداریم که از این روش تقریبی و محافظه کارانه پروژه خود را کنترل کنیم. پیشنهاد می شود که از همان ضابطه 25% و 50% استفاده کنید تا به نتایج بهینه تری دست پیدا کنید.

مطالبی که مطالعه کردید بخشی از فیلم آموزش مفهومی و گام به گام کنترل های سازه ای برای ساختمان های بتنی بود.

منابع:

1. استاندار 2800 ویرایش 4
2. FEMA_P751
3. سایت سبز سازه sabzsaze.com