دریفت در سازه

دسته بندی : مقاله ها 16 / 09 / 1400 نویسنده : East Omran 4.28k بازدید

1- تعریف دریفت

در سازه شکل زیر Δ_t نشان دهنده تغییر مکان جانبی کلی در طبقه هستش این تغییر مکان برای هر طبقه نسبت به تراز پایه سنجیده می شود. همچنین Δ_eu در شکل زیر تغییر مکان جانبی نسبی تحت زلزله طرح در طبقه می باشد این تغییر مکان در هر طبقه نسبت به طبقه زیرین خود که جابجایی داشته است اندازه گیری می شود. به این تغییر مکان اصطلاحاً دریفت هم گفته می شود واحد این تغییر مکان همان واحد طول میباشد.

$\fn_cm \small \Delta _{eu1}=\Delta _{t1}$

$\fn_cm \small \fn_cm \small \Delta _{eu2}=\Delta _{t2}-\Delta _{t1}$

$\fn_cm \small \fn_cm \small \Delta _{eu3}=\Delta _{t3}-\Delta _{t2}$

نکته:

مهندسینی که در نرم افزارهای محاسباتی دریفت را کنترل می کند در اکثر مواقع نسبت $\fn_cm \tiny \frac{\Delta _{eu}}{h}$ را کنترل می کنند . این عبارت را با عنوان نسبت دریفت یا چرخش طبقه می شناسیم اما در عرف بازاری به آن دریفت گفته می شود و این عبارت بی بعد است . در پایان مقاله بیشتر در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

عبارات Δ_euو Δ_t تغییر مکان های خطی هستند یعنی جابجایی های جانبی سازه نسبت به تراز پایه به صورت خطی تغییر می کند اما ما می‌دانیم که در واقعیت به دلیل وجود برخی از عوامل تغییر مکان ها واقعی سازه خطی نمی باشد و وارد فاز غیر خطی می شود.

از جمله عواملی که در تغییر مکان های سازه تاثیر دارند ۱- رفتار غیرخطی مصالح مصرفی در سازه ۲- ترک خوردگی مقاطع بتن آرمه ۳- رفتار غیر خطی هندسی در سازه می باشد و هر کدام از این عوامل به نوعی باید وارد محاسبات کنترل تغییر مکان شوند تا نتیجه محاسبات به واقعیت نزدیک شود.

۲- عوامل موثر بر تغییر مکانهای جانبی سازه

2-1 اثر رفتار غیر خطی مصالح مصرفی

پارامتر Δ_M تغییر مکان جانبی واقعی تحت زلزله طرح در طبقه می باشد این پارامتر به صورت $\fn_cm \tiny \Delta _{M}=C_{d}\times \Delta _{eu}$ محاسبه می شود .عبارت C_d (ضریب بزرگنمایی جابجایی) جهت لحاظ نمودن اثرات رفتار غیرخطی مصالح استفاده می شود. مقدار این ضریب در جدول ۳-۴ استاندارد ۲۸۰۰ برای انواع سیستم های مقاوم در برابر نیروی جانبی ارائه شده است. [بررسی دقیق و موشکافانه این ضریب در مقاله‌ای تحت عنوان ضریب بزرگنمایی جابجایی تالیف گروه آموزشی ایست انجام شده است که توصیه می شود آن را مطالعه نمایید] . بنابراین تغییر مکان Δ_M یک تغییر مکان غیر خطی است.

توجه نمایید پارامتر C_dاگر در مقدار تغییر مکان جانبی کلی طبقه Δ_t ضرب شود تغییر مکان کلی طبقه در فاز غیر خطی به دست می آید.

۲-۲ اثر ترک خوردگی مقاطع بتن آرمه

ما می‌دانیم که مقاطع بتن آرمه تحت نیروهای وارده دچار ترک خوردگی می شوند و این ترک خوردگی روی مقاومت آنها تاثیر گذار است همین موضوع یعنی ترک خوردگی مقاطع بتنی روی جابجایی های سازه نیز تاثیر گذار است و لازم است که اثرات این ترک خوردگی در کنترل های دریفت و جابجایی لحاظ شود.

مطابق ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰ برای در نظر گرفتن تاثیر ترک خوردگی در سازه های بتن مسلح در هنگام محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی طرح، ممان اینرسی مقطع ترک خورده قطعات را می‌توان برای تیرها 0.35I_g و برای ستونها 0.7I_g و برای دیوارها 0.35I_g یا 0.75I_g بسته به میزان ترک خوردگی در نظر گرفت.چارت زیر برگرفته از فلوچارت استاندارد 2800 گروه ایست می باشد.

در نظر گرفتن این موضوع در مدل های نرم افزاری به سادگی قابل انجام می باشد به این صورت که ضرایب ترک خوردگی را در ممان اینرسی ترک نخورده مقاطع ضرب کرده و نرم افزار این ترک خوردگی ها را در محاسبات تغییر مکان ها لحاظ می کند.

2-3 اثر رفتار غیر خطی هندسی سازه

قبل از ارائه مطالب در این بخش توصیه می کنیم مقاله ای تحت عنوان [اثر PΔ و تاثیر آن بر سازه] تالیف مجموعه آموزشی ایست عمران را مطالعه بفرمایید چرا که مفاهیم گفته شده در آن به درک بهتر این بخش کمک می‌کند‌.

به طور خلاصه اثر PΔ یا همان لنگر ثانویه به لنگری گفته می شود که بعد از جابجایی سازه تحت نیروی جانبی به وجود می‌آید و لنگر بیشتری نسبت به لنگر اولیه بر مقطع عضو وارد می‌کند.

مثلاً در ستون (شکل الف) ستون تحت بار ثقلی P و نیروهای جانبی V قرار دارد . لنگری که در پای این ستون ایجاد می‌شود حاصل از نیروی V می باشد و برابر $\fn_cm \tiny M_{B_{1}}=V\times L$ می باشد. حال اگر تغییر شکل ستون که بر اثر اعمال نیروی جانبی V می باشد را وارد محاسبات نماییم (شکل ب) علاوه بر لنگری که حاصل از نیروی V بود یک لنگر دیگری حاصل از نیروی P در پای ستون ایجاد میشود . مقدار این لنگر برابر P×Δ می باشد این لنگر ثانویه به لنگر PΔ معروف است.

بنابراین اگر تحلیل سازه را بدون در نظر گرفتن اثر P-Δ انجام دهیم لنگر در ستون ها کمتر از مقدار واقعی بدست می آید. از طرفی با توجه به اینکه لنگر در یک ستون باعث چرخش آن شده و عاملی برای ایجاد تغییرمکانهای جانبی است می توان گفت که تغییرمکان های جانبی بدون در نظر P-Δ گرفتن اثر کمتر از مقدار واقعی بدست می آید و لازم است تا اصلاحاتی روی نتایج تحلیل سازه برای در نظر گرفتن اثر P-Δ انجام شود.

باید توجه شود که گاهی اوقات لازم نیست اثرات P-Δ در کنترل تغییر مکان ها لحاظ شود و آن زمانی است که مقدار لنگر های ثانویه نسبت به لنگر های اولیه کمتر از ۱۰ درصد باشد در این شرایط مطابق استاندارد ۲۸۰۰ می توان از اثرات P-Δ صرف نظر نمود ‌. اما برای بررسی این موضوع استاندارد ۲۸۰۰ عبارتی تحت عنوان شاخص پایداری ( φ_i ) ارائه کرده است که توضیحات کامل این پارامتر در مقاله [اثر P-Δ و تاثیر آن بر سازه] ارائه شده است.

در چارت زیر نحوه محاسبه شاخص پایداری ( φ_i ) و تاثیر آن در تغییر مکان ها و لزوم اعمال آن را مشاهده می فرمایید.

برای لحاظ نمودن اثر P-Δ در تغییر مکان های سازه لازم است که شاخص پایداری ( φ_i ) محاسبه شود و با ضرب نمودن تغییر مکان سازه در عبارت $\fn_cm \tiny \frac{1}{1-\varphi _{i}}$ عملاً تاثیر P-Δ در افزایش تغییرمکان های خطی سازه و تبدیل آنها به تغییر مکان های غیر خطی در نظر گرفته می شود.

بنابراین سه تعریفی که در ابتدای این مقاله از تغییر مکان سازه داشتیم Δ_eu، Δ_M ، Δ_t در صورت لحاظ نمودن اثرات P-Δ تعریف جدیدی از تغییر مکان ها به وجود می آید:

تغییرمکان جانبی نسبی زلزله طرح در طبقه با اثر P-Δ : $\fn_cm \small \overline{\Delta }_{eu}=\frac{1}{1-\varphi _{i}} \times \Delta _{eu}$

تغییر مکان جانبی کلی در طبقه با اثر P-Δ: $\fn_cm \small \overline{\Delta }_{t}=\frac{1}{1-\varphi _{i}}\times \Delta _{t}$

تغییرمکان جانبی واقعی زلزله طرح در طبقه با اثر P-Δ: $\fn_cm \small \overline{\Delta }_{M}=\frac{1}{1-\varphi _{i}}\times \Delta _{M}$

3- محاسبه دریفت و نسبت دریفت

تا اینجای بحث متوجه شدیم سه عامل بر دریفت سازه یا همان تغییر مکان جانبی نسبی طبقه تاثیرگذار است. ۱- رفتار غیرخطی مصالح مصرفی که با ضرب نمودن C_d در تغییر مکان نسبی سازه اثرات آن لحاظ می شود ۲- ترک خوردگی مقاطع بتنی که با ضرب نمودن ضرایب ترک خوردگی در ممان اینرسی ترک نخورده مقطع ، اثرات آن لحاظ می شود ۳- رفتار غیرخطی هندسی سازه (P-Δ) که با ضرب نمودن عبارت $\fn_cm \tiny \frac{1}{1-\varphi _{i}}$ اثرات آن در تغییر مکان های سازه لحاظ میشود. بنابراین در یک سازه اگر بخواهیم هر سه عامل را در کنترل دریفت رعایت کنیم داریم:

$\fn_cm \small Drift=\Delta _{eu}=\frac{1}{1-\varphi _{i}}\times C_{d}\times \Delta _{eu}$

در ابتدای صحبت عرض کردیم که در عرف بازاری و پروژه های بازاری، وقتی مهندسین عمران از دریفت صحبت می کنند عملا نسبت دریفت را مد نظر دارند. بر همین اساس و با توجه به مطالبی که تا اینجا ارائه شده است نسبت دریفت بصورت زیر محاسبه می شود (برگرفته از فلوچارت استاندارد 2800 گروه ایست) :

نکاتی در ارتباط با نحوه تعیین و محاسبه دریفت طبقه وجود دارد:

۱-پارامتر Δ_eu تغییر مکان جانبی نسبی طبقه، حاصل از تحلیل خطی سازه است و به صورت اختلاف تغییر مکان های جانبی در مراکز جرم کف های بالا و پایین یک طبقه تعریف می شود.

۲-زمان تناوب برای محاسبه Δ_eu بر اساس بند ۳-۵-۳ استاندارد ۲۸۰۰ به صورت چارت زیر تعریف می شود.

۳-برای تعیین Δ_eu در ساختمان های نامنظم مطابق بند۴-۵-۳ استاندارد ۲۸۰۰ از چارت زیر استفاده می کنیم.

۴-در محاسبه Δ_eu نامعینی سازه برابر یک در نظر گرفته میشود.(ρ=1)

۵-در تعیین نیروی زلزله برای کنترل تغییر مکان جانبی نسبی Δ_eu باید محدودیت حداقل برش پایه در محاسبات لحاظ شود. $\fn_cm \tiny \left ( V_{min}=AIW \right )$

این نکته از این بابت مهم است که آیین نامه در نکته ی شماره ۲ به ما اجازه داد که در برخی از سازه ها از برش پایه کوچکتری برای کنترل تغییر مکان های جانبی نسبی استفاده کنیم از طرفی در نکته ۵ عملاً بیان می کند که این کاهش در مقدار برش پایه، تا زمانی مجاز است که برش پایه کاهش یافته کمتر از برش پایه حداقل نشود.

۶- پارامتر Δ_eu در بحث کنترل تغییر مکان جانبی نسبی، مربوط به حالتی است که تعیین ضریب رفتار سازه و محاسبات نیروی زلزله در تراز نهایی انجام می گیرد که متناسب با روشهای طراحی مقاومت است،اما در صورتی که بخواهیم در روند طراحی از روش تنش مجاز استفاده کنیم ، تغییر مکان جانبی نسبی بدست آمده برای طبقه را ابتدا در ضریب 4/1 ضرب کرده و سپس تغییر مکان راکنترل می کنیم. این موضوع از آنجا ناشی می شود که در روند محاسبات نیروی زلزله برای طراحی به روش تنش مجاز، نیروی برش پایه را بر 4/1 تقسیم کرده ایم.

۴-کنترل دریفت سازه

مطابق ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰ برای کنترل تغییر مکان های جانبی نسبی یک طبقه ابتدا پارامتر $\fn_cm \tiny \overline{\Delta }_{M}$ را برای طبقه مورد نظر محاسبه کرده و سپس آن را با مقدار مجاز برای تغییر مکان جانبی نسبی طبقه در حالت غیر خطی $\fn_cm \tiny \left ( \Delta _{M} \right )_{all}$ مقایسه می کند. فرآیند این موضوع را می توانید در چارت زیر برگرفته از فلوچارت ۲۸۰۰ گروه ایست مشاهده کنید.

از طرفی جهت سهولت در کنترل دریفت در نرم افزارهای محاسباتی بهتر است به جای دریفت از نسبت دریفت برای کنترل دریفت سازه استفاده کنیم. این موضوع از آنجایی پیشنهاد می شود که محاسبه نسبت دریفت در نرم افزار بسیار ساده بوده و مقدار آن در خروجی های نرم افزار به سادگی قابل دسترس است همچنین استفاده از نسبت دریفت، محاسبات دستی را کاهش می دهد. برای مثال برای یک ساختمان با تعداد طبقات کمتر از 5 طبقه و قاب خمشی متوسط بتنی نسبت دریفت و کنترل آن بصورت زیر می باشد:

$\fn_cm C_{d}\times\overline{\Delta }_{eu}\leq 0.025h_{s}\rightarrow \frac{\overline{\Delta }_{eu}}{h_{s}}\leq \frac{0.025}{C_{d}}\rightarrow \frac{\overline{\Delta }_{eu}}{h_{s}}\leq \frac{0.025}{4.5}=0.0056$

بنابراین اگر نسبت دریفت (در سازه مثال فوق) که از خروجی های نرم افزار می باشد کمتر از 0.0056 باشد تغییر مکان جانبی سازه در بازه مجاز قرار دارد. در پایان، برای تفهیم بهتر موضوع و ارائه ی توضیحات تکمیلی، کلیپی را برای شما عزیزان در این مقاله قرار می دهیم.

اطلاعات بیشتر

برای دیدن کلیپ دریفت، اینجا کلیک کنید.

East Omran

159 مطلب منتشر شده

درباره این مطلب نظر دهید !

دریفت در سازه

اطلاعات بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

مطالب زیر را حتما بخوانید ...

اثر پی دلتا (P-Δ) و تاثیر آن بر سازه

مقاله ها

ضریب بزرگ نمایی چیست و چه کاربردی دارد؟

محصولات پرفروش

پک بتن فولاد استاندارد بارگذاری بنایی پی

فلوچارت طراحی سازه های بتنی ویرایش 1399

مجموعه سوالات آزمون محاسبات

ما کی هستیم و چیکار میکنیم؟

چطور با ما در ارتباط باشید ؟

آخرین مطالب سایت