شاید همیشه تصورمون این بوده که برای احداث یک ساختمان با یک زمین مربع و یا مستطیل شکل روبرو خواهیم بود و به سلیقه خودمون اون رو طراحی می‌کنیم. اما باید قبول کنیم که شرایط واقعی این چنین نیست و در بیشتر مواقع این حالت ایده‌آل وجود نداره. به همین دلیل آیین نامه‌ها نیز با توجه به درک این مسأله، محدودیت و ضوابطی رو تعیین میکنن تا با رعایت اون محدودیت‌ها، بتونیم همچنان مثل یک حالت ایده‌آل از نظر هندسی با سازه رفتار کنیم و در سمت مقابل در صورتی که از این ضوابط تخطی کردیم باید با جریمه‌هایی روبرو بشیم. آیین نامه‌ها بر اساس همین شرایط سازه‌ها رو به دو دسته کلی منظم و نامنظم تقسیم بندی میکنن.
در این مقاله به معرفی بخشی از این نامنظمی‌هایِ در پلان، مطابق استاندارد 2800 پرداخته شده و سپس در خصوص راهکارهای چگونگی اصلاح این نامنظمی‌ها و یا در غیراینصورت، جریمه‌های اون‌ها بحث شده است.
سرفصل‌های مقاله
انواع نامنظمی و تعریف آن
به طور کلی هرگونه تغییرات غیرمتعارف در پلان و یا در ارتفاع ساختمان که باعث عملکرد نامطلوب سازه در برابر بارهای ثقلی یا نیروی زلزله بشه رو بهش نامنظمی میگیم.
مطابق استاندارد 2800 نامنظمی‌های یک سازه در حالت کلی به دو دسته زیر تقسیم بندی میشن:
- نامنظمی در پلان
- نامنظمی در ارتفاع
در این مقاله قصد داریم در خصوص انواع نامنظمی‌های در پلان (به غیر از نامنظمی پیچشی) و نحوه کنترل اون‌ها بپردازیم. در مقالات بعدی نیز در خصوص سایر نامنظمی‌ها بحث خواهیم کرد.
بیشتر بخوانید: نامنظمی سازه در ارتفاع چیست؟
تعریف استاندارد 2800 از نامنظمی
همانطور که اشاره شد، استاندارد 2800 (ویرایش چهارم) در بند 1-7، با توجه به شکل هندسی، توزیع جرم و سختی اعضای سازه در پلان و ارتفاع، دو دسته کلی از نامنظمی رو برای سازه‌ها تعیین میکنه. (مطابق تصویر زیر)
انواع نامنظمی در پلان مطابق استاندارد 2800
نامنظمی هندسی
در صورتی که در پلان یک سازه، بیش از 20 درصد طولِ پلان در هر راستا، پس رفتگی داشته باشیم، اون سازه رو از نظر هندسی نامنظم میگیم. لازمه به این نکته توجه کنید که طبق تعریف میزان پس رفتگی باید به صورت همزمان در هر دو راستا بیش از 20 درصد باشه، تا بتونیم بگیم سازه دارای نامنظمی هندسی هست.
در تصویر زیر تعریف استاندارد 2800 و مقایسه دو پلان رو از نظرنامنظمی هندسی مشاهده می‌کنید.
علت نامطلوب بودن نامنظمی هندسی
در صورتی که میزان پس رفتگی در اضلاع پلان یک سازه بیش از حد مجاز (20 درصد) باشه، پلان یکپارچه در سازه، تبدیل میشه به دو ناحیه با جرم‌ها و سختی‌های متفاوت و البته قابل توجه؛ همچنین این دو ناحیه یک گوشه داخلی نیز در پلان ایجاد میکنن.
همانطور که در تصویر زیر مشاهده میشه، در جریان زلزله، گوشه داخلی ایجاد شده در پلان سازه، به شدت مستعد خرابی هست. چرا؟
با توجه به این که پس رفتگی در این پلان، بیش از 20 درصد طول در هردو راستاست، بنابراین قسمت 1 و 2 جرم‌های قابل توجهی خواهند داشت و لذا با توجه به جرم و سختیِ متفاوت این دو ناحیه، زمان تناوب آن‌ها نیز متفاوت خواهد بود. درنتیجه در جریان زلزله حرکت این دو ناحیه نیز با توجه به دوره تناوب‌شان متفاوت بوده و پلان سازه از قسمت گوشه داخلی دچار پارگی و تخریب خواهد شد.
راه‌کار برطرف نمودن نامنظمی هندسی
دو راه‌کار کلی برای برطرف نمودن نامنظمی هندسی وجود داره:
- استفاده از تیرهای متصل کننده (تیرهای رابطِ اکسپوز یا نمایان)
در صورتی که با توجه به محدودیت‌های معماری نیاز به ایجاد چنین بازشوهایی در گوشه‌ها و یا مرکز پلان داشتیم، بهترین کار اینه که با اتصال تیرهایی، این دو قسمت مجزا شدهِ سازه را بهم متصل کنیم و مانع از حرکت مستقل این دوناحیه بشیم. (مانند تصاویر زیر)
از اونجایی که این تیرهای متصل کننده به صورت نمایان اجرا میشن و پس از پایان کار می‌تونید اون‌ها رو مشاهده کنید، بهش تیرهای اکسپوز (Expose) نیز میگن.
2. ایجاد درز انقطاع در محل گوشه‌های داخلی
به جهت جلوگیری از ایجاد گوشه داخلی که باعث تمرکز تنش و احتمال پارگی در اون قسمت میشه، بهتره با ایجاد درز انقطاع، پلان‌ها رو از هم جدا کرده تا در جریان زلزله، آزادی حرکت نسبی به پلان‌ها داده بشه. با این کار در صورتی که حرکت پلان‌ها مخالف هم باشه، این اختلاف حرکت باعث تخریب ساختمان و پارگی در قسمت گوشه‌های داخلی نخواهد شد.
نامنظمی در دیافراگم
دیافراگم‌ها همان سقف‌های (کف‌های) یک سازه مانند سقف دال بتنی، سقف کامپوزیت و … هستند که مطابق ضوابط لرزه‌ای به عنوان اجزای افقیِ منتقل کننده نیروهای جانبی درنظرگرفته میشن. در واقع دیافراگم‌ها، نیروهای جانبی زلزله و یا باد رو به اجزای قائم باربرجانبی (مانند قاب خمشی، دیوابرشی و مهاربند) منتقل می‌کنند.
دیافراگم‌ها (یا همون کف‌های سازه‌ای) با توجه به میزان سختی‌شون به سه دسته صلب، نیمه صلب و انعطاف پذیر دسته بندی میشن.
مطابق ضوابط استاندارد 2800 درصورتی که مجموع مساحت بازشوهای یک طبقه بیش از 50 درصد مساحت اون طبقه باشه و یا تغییرناگهانی بیش از 50 درصدی در سختی دیافراگم یک طبقه نسبت به طبقات مجاور داشته باشیم، آنگاه سازه رو نامنظم می‌نامیم. (نوع این نامنظمی، نامنظمی در دیافراگم هست)
در تصویر زیر نمونه‌ای از یک بازشو بزرگ که به عنوان نورگیر طبقه، مورد استفاده قرارمی‌گیرد رو مشاهده می‌کنید.
نامنظمی سیستم‌های غیرموازی
مطابق استاندارد 2800 درصورتی که اجزای قائم بابرجانبی (که قبلاً معرفی شد) به موازات یکی از محورهای اصلی (X یا Y) نباشد، آنگاه نامنظمی از نوع سیستم‌های غیرموازی رخ می‌دهد.
مطابق تصویر زیر در صورتی که یکی از دیوار‌های برشی یا مهاربند فولادی به صورت مایل اجرا شوند و یا اینکه تیر به صورت زاویه‌دار (کج) و با اتصال گیردار به ستون (قاب خمشی) متصل باشد، سازه نامنظم و از نوع نامنظمی سیستم‌های غیرموازی محسوب میشه.
- سوال: آیا تنها حضور یک تیر زاویه دار (کج) کافی است تا سازه نامنظم محسوب شود؟
با توجه به متن استاندارد همین‌طور است، یعنی حضور حتی یک تیرمایل که با ستون‌ها تشکیل قاب خمشی دهد، کل سازه رو مشمول این نوع نامنظمی میکنه. اما طبق عرفی که بین مهندسین در کشورمون رایج شده، تیرهایی که تا زاویه 15 درجه نسبت به یکی از راستاهای اصلی انحراف دارند رو جزو این نامنظمی به حساب نمیارن. (علت این امر هم تصویر افقیِ مؤلفه نیرویِ اون تیرکج هست که برحسب کسینوس زاویه بدست میاد و می‌دونیم که در بیشترین انحراف که تا زاویه 15 درجه باشه و این عدد بسیار به عدد یک نزدیک هست)
بنابراین مطابق عرف رایج در بین مهندسین، شرط نامنظمی در این حالت، داشتن تیرهایی با زاویه انحراف بیش از 15 درجه است.
نامنظمی خارج از صفحه
در صورتی که حداقل در یکی از اجزای باربرجانبی مانند دیوار برشی یا مهاربند انقطاعی در مسیر انتقال نیرو اتفاق بیافته، اون سازه شامل نامنظمی از نوع نامنظمی خارج از صفحه می‌باشد. به بیان ساده‌تر در صورتی که دیواربرشی یا مهاربند به عنوان اجزای باربرجانبی در یک طبقه، از صفحه قبلی خود خارج بشن و در یک صفحه دیگر (به موازات صفحه قبلی) امتداد یابند، آنگاه در مسیر انتقال نیرو به سمت قسمت‌های تحتانی سازه، با اختلال جدی روبرو خواهیم شد.
- نکته:
همانطور که اشاره شد نامنظمی خارج از صفحه زمانی رخ می‌ده که اجزای باربرجانبی مانند دیواربرشی در امتداد صفحه قبلی خود (در امتداد یک قاب) قرار نگیرن، اما در صورتی که این دیوار در همان صفحه و در دهانه مجاور ادامه پیدا کنه چی؟
در این صورت سازه همچنان پتانسیل نامنظمی رو داشته و فقط نوع اون نامنظمی تغییرمیکنه، در این حالت در صورت احراز شرایط، نامنظمی از نوع نامنظمی قطع سیستم باربرجانبی خواهد بود که یکی از نامنظمی‌های در ارتفاع محسوب میشه. (در مقالات بعدی به انواع نامنظمی‌های در ارتفاع نیز خواهیم پرداخت).
جرائم نامنظمی‌های در پلان
در صورت وجود هر یک از نامنظمی‌های اشاره شده در این مقاله (شامل نامنظمی هندسی، نامنظمی در دیافراگم، نامنظمی سیستم‌های غیرموازی، نامنظمی خارج از صفحه) جریمه‌هایی شامل این نوع سازه‌ها میشه که در این بخش بهش می‌پردازیم.
استفاده از قاعده 30-100 در ترکیبات بارطراحی
مطابق بند 3-1-4 استاندارد 2800، در سازه‌هایی که در پلان نامنظم هستند، به جای اِعمال نیروی زلزله در هر راستا و به طور مجزا، بایستی 100 نیروی زلزله در هر راستا به علاوه 30 درصد نیروی زلزله عمود بر اون راستا در ترکیب بارهای طراحی درنظرگرفته بشه. این کار با توجه به افزایش نیروی زلزله و به تبع اون افزایش نیاز سازه به مقاطع قوی‌تر، عملاً یک جریمه برای سازه‌های نامنظم محسوب میشه.
همپایه سازی 90 درصد
با توجه به بند 3-4-1-4 استاندارد 2800 در صورتی که سازه دارای نامنظمی هندسی باشه، نمی‌تونیم از همپایه سازی 85 درصد (که مربوط به سازه‌های منظم هست) استفاده کنیم و مجبوریم برش پایه دینامیکی رو در بهترین حالت (که نامنظمی دیگه‌ای مثل طبقه خیلی ضعیف، خیلی نرم و پیچشی شدید وجود نداشته باشه) با 90 درصد برش پایه استاتیکی همپایه کنیم. (افزایش 5 درصدی نیروی زلزله دینامیکی نسبت به حالتی که پلان منظم هست)
کنترل ضریب نامعینی با استفاده از حالت (ب)
در شرایطی که سازه از نظر هندسی نامنظم و همچنین ارتفاع اون کمتر از 3 طبقه و یا 10 مترباشه ، 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 بشه. برای مطالعه بیشتر در این خصوص می‌تونید به مقاله مفهوم ضریب نامعینی سازه مراجعه کنید.
جمع‌بندی:
- با توجه به شرایط واقعی موجود در شهرها، وجود پلان‌هایی با اشکال مختلف (غیرنامنظم) بدیهی است و بایستی تا حد امکان با روش‌ها و راهکارهای مناسب از این گونه نامنظمی‌ها فرار کنیم.
- در طراحی سازه، نحوه مناسب چینش اعضای اصلی سازه یکی از مهم‌ترین عوامل ایجاد و یا جلوگیری از نامنظمی می‌باشد. (هنر مهندسی)
- آیین نامه‌ها با توجه به درک شرایط واقعی، محدودیت‌هایی رو تعیین میکنن که اگر این محدودیت‌ها برآورده بشه، میتونیم سازه رو منظم فرض کنیم.
- با توجه به رفتارهای عمدتاً غیرقابل پیش بینی در سازه‌های نامنظم، آیین نامه‌ها جرائمی رو برای این دسته از سازه‌ها تعیین میکنن تا بتونن از این طریق با افزایش ضریب اطمینان در طراحی، از تخریب اون‌ها جلوگیری کنن.
منابع
- آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله – استاندارد 2800- ویرایش چهارم
- پک آموزش جامع طراحی سازه، پاراپلاس. امیرطه نوروزی
سبد خرید
