طبقه نرم چیست و چگونه در نرم افزار ایتبس کنترل می شود؟

احتمالاً در عکس‌های برخی از زلزله ها دیده‌اید که در تعدادی از ساختمان‌ها، یک طبقه کاملاً ویران شده، در حالی که طبقات بالاتر، کاملاً سالم مانده و فقط روی طبقة پایین‌تر خود آوار شده‌اند. به عبارتی طبقه پایین‌ تر کاملاً له شده است. این خرابی که به علّت حذف مهاربند، دیوار برشی بتنی، یا هرگونه المان باربر جانبی در طبقه است، در برخی از زلزله‌ها مشهود است. در واقع با حذف مهاربند یا دیوار برشی، سختی یک طبقه نسبت به طبقات دیگر، اختلاف قابل توجّهی پیدا کرده و در نتیجه، طبقه‌ای که سختی کم‌تری دارد، تغییرمکان بیش‌تری خواهد داشت و در نهایت، آن طبقه خراب می‌شود؛ امّا طبقات دیگر که سختی بیش‌تری دارند، کاملاً سالم مانده و روی طبقه پایین آوار می‌شوند. به این پدیده، طبقه نرم می‌گویند، که در این مقاله به بررسی فلسفه و کنترل این پدیده در نرم افزار ETABS می پردازیم.

سرفصل های مقاله

طبقه نرم چیست؟

طبقه نرم در ویرایش چهارم استاندارد 2800

چه زمانی طبقه نرم ایجاد می‌شود؟

چگونه از وقوع پدیده طبقه نرم جلوگیری کنیم؟

نکاتی در مورد طراحی سازه‌های دارای طبقه نرم یا خیلی نرم

نحوه کنترل طبقه نرم در نرم‌افزار ایتبس

طبقه نرم چیست؟

گاهی اوقات ممکن است به علت ملاحظات معماری، در یک طبقه از یک سازه، دیوار برشی بتنی  یا مهاربند فولادی موجود در یک یا چند دهانه را حذف نموده، و یا در دیوار برشی یک طبقه بازشو ایجاد کنند، یا در سیستم قاب خمشی و دهانه مهاربندی واگرا، تیرها را ضعیف‌تر از طبقات بالاتر قرار می‌دهند و… که این مسأله سبب کاهش سختی قابل توجه آن طبقه نسبت به طبقات دیگر می‌شود. می‌دانیم که بین سختی و تغییرمکان رابطه معکوس برقرار است؛ بدین معنا که هرچه سختی یک طبقه کم‌ تر باشد، تغییرمکان آن بیش‌تر خواهد بود. در نتیجه، در هنگام زلزله، در ساختمان‌هایی که سختی یک طبقه با حذف مهاربند یا دیوار برشی نسبت به طبقات دیگر کاهش چشمگیری پیدا کرده است، شاهد خرابی آن طبقه هستیم.

اگر سختی طبقات ساختمان در ارتفاع به صورت مناسبی توزیع نشود (یعنی اختلاف سختی طبقات در ارتفاع قابل توجّه باشد) آن‌گاه، تغییرمکان نیز در ارتفاع به صورت نامتناسب توزیع شده و بنابراین، طبقه‌ای که سختی کم‌تری دارد، به علّت تغییرمکان زیاد، دچار خرابی شده و طبقات دیگر روی آن آوار می‌شوند.

طبقه نرم در ویرایش چهارم استاندارد 2800

در استاندارد 2800، طبقه نرم، به عنوان “نامنظمی سختی جانبی” شناخته می‌شود. نامنظمی سختی جانبی، یکی از موارد نامنظمی ساختمان در ارتفاع است. اصولاً هر چه یک سازه منظم‌ تر باشد، راحت‌تر می‌توان رفتار آن سازه را هنگام زلزله پیش‌بینی کرد. به همین علت، مهندس طراح سازه می‌کوشد تا حتی‌المقدور به سازه‌ای منظم دست‌ یابد. البته این امر با همکاری مهندسین معمار عزیز، میسر خواهد بود. بنابراین، در سازه‌های نامنظم، رفتار سازه در برابر زلزله، پیچیده‌ تر بوده و نمی‌توان به راحتی رفتار ساختمان را هنگام زلزله پیش‌بینی کرد.

نامنظمی سازه را از دو منظر می‌توان بررسی نمود:

• نامنظّمی در پلان
• نامنظّمی در ارتفاع

پیشنهاد مطالعاتی: نامنظمی در پلان چیست؟

نامنظمی ساختمان در ارتفاع را می‌توان به موارد زیر تقسیم نمود:

• نامنظّمی هندسی
• نامنظّمی جرمی
• نامنظّمی قطع سیستم باربر جانبی
• نامنظّمی در سختی جانبی
• نامنظّمی در مقاومت جانبی

ما در این مقاله، یکی از موارد نامنظمی در ارتفاع، یعنی نامنظمی سختی جانبی (طبقه نرم) را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

در بخش 1-7-2 در ویرایش چهارم استاندارد 2800، در تعریف نامنظمی سختی جانبی آمده است:

در مواردی که سختی جانبی هر طبقه، کم‌تر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کم‌تر از 80 درصد متوسّط سختی‌های جانبی سه طبقه روی خود باشد، چنین طبقه‌ای اصطلاحاً “طبقه نرم” نامیده می‌شود.

در مواردی که مقادیر فوق به ترتیب به 60 درصد و 70 درصد کاهش پیدا کنند، طبقه اصطلاحاً “خیلی نرم” توصیف می‌شود.

طبق بخش 1-7-3 از استاندارد 2800، احداث ساختمان‌های با نامنظّمی از نوع “طبقه خیلی نرم” و “شدید پیچشی” در مناطق با خطر نسبی متوسّط و بالاتر، تنها بر روی زمین‌های نوع I، II، و III مجاز است.

طبقه نرم چه زمانی ایجاد می شود؟

همان‌طور که اشاره شد، زمانی که به هر علتی سختی یک طبقه نسبت به طبقه بالایی خود، از یک مقدار معینی کم‌تر شود، طبقه نرم ایجاد می‌شود. این امر می‌تواند با حذف چند دهانه مهاربندی در یک طبقه، یا حذف دیوار برشی در یک طبقه، یا ایجاد بازشو فقط در یک دیوار برشی در یک طبقه، حذف یا تضعیف تیرها در قاب خمشی یا دهانه مهاربندی واگرا، و … محقّق شود.

اگر قرار است در یک دیوار برشی بتنی در یک طبقه، بازشو ایجاد شود، باید این بازشو را در آن دهانه دیوار برشی در تمام طبقات مجددا ایجاد کنیم تا بدین ترتیب، سختی در تمام طبقات به صورت متناسبی توزیع شود و در نتیجه، تغییرمکان ناشی از زلزله، از توازن و تناسب برخوردار باشد.

در برخی از موارد ممکن است زمانی که سیستم سازه‌ای قاب خمشی باشد، دیوارهای پیرامونی و میانقابی، در طبقات بالایی به سازه متصل بوده ولی در طبقات پایین به علت ملاحظات معماری حذف شوند، و در نتیجه، با ممانعت از تغییرمکان آن طبقه از سیستم قاب خمشی، هنگام زلزله، سختی آن طبقه را نسبت به طبقه پایین به میزان قابل توجّهی افزایش داده و بنابراین، شاهد کاهش سختی ناگهانی در طبقه پایین و خرابی آن خواهیم بود.

بدیهی است که اگر نحوه استفاده از میانقاب در تمام طبقات یکسان باشد (یعنی در تمام طبقات جداسازی میانقاب انجام شده باشد، یا در تمام طبقات میانقاب به قاب اصلی سازه متّصل باشد) آن‌گاه توزیع سختی در ارتفاع به طور متناسب صورت گرفته است.

هم‌چنین گاهی اوقات، در صورت وجود کاربری تجاری و یا نیاز به وجود ارتفاع زیاد در یک طبقه (معمولاً طبقه همکف) نسبت به طبقات بالاتر، چون سختی طبقه‌ای که ارتفاع بیش‌تری دارد کم‌تر است، بنابراین، این طبقه مستعد پدیده طبقه نرم بوده و ممکن است در زلزله، به خاطر سختی کم و تغییرمکان زیاد، خراب شود؛ مگر این که با تمهیداتی سختی آن طبقه در روال طراحی سازه به خوبی تأمین شود.

می‌دانیم که طول یک عضو با سختی آن رابطه عکس دارد. مثلا برای یک ستون قاب خمشی، سختی جانبی آن به صورت زیر به دست می‌آید:

که در رابطه فوق:

K: سختی جانبی، E: مدول الاستیسیته مصالح، I: ممان اینرسی مقطع ستون و L: طول ستون می‌باشند.

از رابطه فوق، مشخص است که بین طول و سختی جانبی رابطه معکوس وجود دارد. یعنی هر چه طول یک عضو بیش‌تر باشد، سختی آن کم‌تر است. همین موضوع را می‌توان به یک طبقه نیز تعمیم داد. هر چه ارتفاع یک طبقه بیش‌تر باشد، سختی آن به میزان زیادی کاهش می‌یابد، چون سختی ستون‌های آن کاهش یافته است. حال اگر ارتفاع یک طبقه نسبت به طبقه مجاور خود به میزان قابل توجّهی بیش‌تر باشد، سختی جانبی آن کم‌تر بوده، و مستعد پدیده طبقه نرم خواهد بود.

علّت مورد فوق این است که سختی کلّ طبقه برابر است با مجموع سختی المان‌های آن طبقه؛ بنابراین، در صورت کاهش سختی اعضای طبقه، سختی کل طبقه کاهش خواهد یافت.

جلوگیری از ایجاد طبقه نرم

همان‌طور که اشاره شد، طبقه نرم زمانی ایجاد می‌شود که سختی یک طبقه نسبت به طبقه مجاور، به میزان قابل توجهی کم‌تر باشد. هم‌چنین گفته شد که زمانی که ارتفاع یک طبقه، نسبت به ارتفاع طبقه مجاور، به طور قابل توجهی بیش‌تر باشد، طبق رابطه ذکر شده در بالا، سختی آن طبقه کاهش قابل ملاحظه‌ای پیدا می‌کند. بنابراین، در صورتی که ارتفاع یک طبقه نسبت به طبقات دیگر خیلی زیاد باشد می توان آن طبقه رو مستعد ایجاد طبقه نرم دانست. در این حالت باید از وقوع طبقه نرم جلوگیری کرد که یکی از روش های آن استفاده از تیر کمرکش در سازه است. برای آشنایی بیشتر ویدیو زیر را ببنید:

به طور کلی، راه جلوگیری از پدیده طبقه نرم، افزایش سختی آن طبقه می‌باشد. این امر، با قوی کردن مقاطع، افزایش دهانه‌های مهاربندی یا دیوار برشی می‌باشد.حتی‌الامکان از ایجاد بازشو در دیوار برشی پرهیز نمایید، چون طراحی و اجرای آن، نیاز به دقّت و جزئیات زیادی داشته و دشواری‌های خاص خود را داراست. در صورت ایجاد بازشو در دیوار برشی در یک دهانه و در یک طبقه، این بازشو بهتر است در آن دهانه دیوار برشی در تمام طبقات به طور مشابه ایجاد گردد تا در نتیجه سختی به صورت متناسبی در ارتفاع توزیع شود.

در استفاده از تیر کمرکش، محتاط باشید. زیرا این تیر همانطور که می‌تواند مفید باشد، می‌تواند به سازه آسیب نیز وارد کند. همان‌طور که اشاره شد، سختی با طول عضو رابطه عکس دارد. بنابراین، اگر در ساختمانی که ارتفاع طبقات آن تقریباً با هم برابر هستند، از تیر کمرکش استفاده شود، با توجه به رابطه، ارتفاع آزاد ستون‌ها کم‌تر شده و در نتیجه، با افزایش سختی، پتانسیل جذب نیروی آن ستون‌ها افزایش یافته و بنابراین، ممکن است در این حالت، شاهد پدیده ستون کوتاه باشیم. بنابراین، زمانی از تیر کمرکش استفاده نمایید که ارتفاع یک طبقه نسبت به طبقه دیگر به طور قابل توجّهی بیش‌تر باشد.

یکی از عللی که گفته می‌شود در ارتفاع ساختمان، از طبقات پایین به بالا، مقاطع از قوی به ضعیف چیده شوند، دقیقا همین موضوع طبقه نرم است. یعنی مهندسین طراح سازه با رعایت این قاعده، تلاش می‌کنند تا از توزیع متناسب سختی در ارتفاع اطمینان حاصل کرده و مطمئن شوند که سختی هر طبقه، از سختی طبقه بالایی خود بیشتر می‌باشد.

با توجه به این موضوع، در سیستم قاب خمشی و دهانه مهاربند واگرا، تلاش می‌شود تا ابعاد مقاطع تیرها و ستون‌های طبقه پایین، مساوی یا بیشتر از طبقه بالایی باشند. هم‌چنین به دلیل مشابه، در قاب‌های مهاربندی نیز سعی می‌شود که مقاطع دهانه مهاربندی، از طبقات پایین به بالا، از قوی به ضعیف چیده شوند.

طراحی سازه‌های دارای طبقه نرم یا خیلی نرم

هنگامی که سازه مورد نظر، دارای نامنظمی سختی جانبی باشد، منجر به تغییرشکل زیاد طبقه و هم‌چنین تخریب ناشی از اثر پی دلتا خواهد شد.در این صورت برای تحلیل و بررسی دقیق‌تر رفتار سازه، در صورت تمایل به استفاده از روش‌های تحلیل خطی، باید از روش تحلیل دینامیکی طیفی استفاده گردد.

طبق بخش 3-2-2 از استاندارد 2800؛ روش‌های تحلیل خطی را می‌توان در کلیه ساختمان‌ها با هر تعداد طبقه به کار برد. تنها، روش استاتیکی معادل را می‌توان در ساختمان‌های سه طبقه و کوتاه‌تر، از تراز پایه و یا ساختمان‌های زیر به کار گرفت:

1) ساختمان‌های منظّم با ارتفاع کم‌تر از 50 متر از تراز پایه

2) ساختمان‌های نامنظّم با ارتفاع کم‌تر از 50 متر از تراز پایه که دارای:

• نامنظّمی زیاد و شدید پیچشی در پلان نباشد.
• نامنظّمی جرمی، نرم، و خیلی نرم در ارتفاع نباشد.

پیشنهاد مطالعاتی: نامنظمی پیچشی چیست؟

 

بنابراین، در صورت وجود طبقه نرم یا خیلی نرم در سازه، مجاز به استفاده از روش تحلیل استاتیکی معادل نخواهیم بود.

طبق بند 3-4-1-4 از استاندارد 2800، در سازه‌های نامنظم، که نامنظمی در آن‌ها از نوع “طبقه خیلی ضعیف” یا “طبقه خیلی نرم” یا “پیچشی شدید” نباشد، مقادیر بازتاب‌ها باید در 90 درصد نسبت برش پایه استاتیکی معادل به برش پایه به دست آمده از تحلیل طیفی ضرب شوند (یعنی ضریب همپایگی برابر با 0.9). ولی در سازه‌های نامنظمی که نامنظمی آن‌ها مشمول موارد ذکر شده باشد (یعنی دارای نامنظمی از نوع “طبقه خیلی ضعیف” یا “طبقه خیلی نرم” یا “پیچشی شدید” باشند) مقادیر بازتاب‌ها باید در نسبت برش پایه استاتیکی معادل به برش به دست آمده از تحلیل طیفی ضرب شود (یعنی ضریب همپایگی برابر با یک).

طبق بخش3-9 از استاندارد 2800، در صورتی که سازه دارای نامنظّمی در پلان از نوع “نامنظمی خارج از صفحه” یا نامنظمی در ارتفاع از نوع “نامنظمی در سختی جانبی” باشد، و دیوار یا ستون تا روی شالوده ادامه پیدا نکند، آن‌گاه ستون‌ها، تیرها، خرپاها و یا کف‌هایی که این اعضا را تحمل می‌کنند، باید برای بارهای محوری اعضای ادامه نیافته، تحت اثر زلزله تشدید یافته  طراحی شوند. اتصالات اعضای ادامه نیافته به سازه نگهدارنده باید قادر به تحمل بارهایی که این اعضا باید منتقل نمایند، باشند.

کنترل طبقه نرم در نرم افزار ETABS

برای کنترل طبقه نرم، طبق تعریف باید سختی جانبی طبقات را محاسبه کنیم. برای این کار از نرم‌ افزار ایتبس استفاده می‌نماییم. نکته حائز توجه این است که برای این کنترل، باید مقاطع اعضا نهایی و قطعی شده باشند. حال برای محاسبه سختی طبقه در دو راستای متعامد، و کنترل طبقه نرم در نرم افزار ETABS لطفا از روند زیر پیروی نمایید:

1) ابتدا از فایل پروژه، یک Save as بگیرید.

2) پای ستون‌های طبقه‌ای را که می‌خواهید سختی آن را محاسبه کنید، گیردار نمایید. برای این کار، حالت One story را فعّال نمایید. سپس، پای تمام ستون‌ها (و پای دیوارهای برشی در صورت وجود) در طبقه مورد نظر را انتخاب نموده و از مسیر زیر، آن‌ها را گیردار کنید.

Assign → Joint → Restraints

در پنجره باز شده، تمام گزینه‌های موجود را مطابق شکل زیر، فعال نمایید. و یا از قسمت Fast Restraints روی آیکون مربوط به اتصال گیردار کلیک نمایید. در نهایت روی دکمه OK کلیک کنید.

3) از منوی Define روی Load Patterns کلیک کنید.

4) شما باید سختی جانبی را برای طبقه مورد نظر و طبقه مجاور آن، در هر دو راستای متعامد به دست آورید. بر این اساس، باید در طبقه‌ای که می‌خواهید سختی آن را حساب کنید، یک بار افقی اعمال کنید. برای تعریف این الگوی بار، از منوی Define روی Load Patterns کلیک کرده و مطابق با شکل زیر، چند الگوی بار تعریف‌کنید. به این صورت که در قسمت Load یک نام برای بار ذکر شده تعیین‌کنید؛ مثلاً ST i X. سپس در قسمت Type نوع بار را روی Seismic قرار داده و در قسمت Auto Lateral Load گزینه User Loads را انتخاب میکنیم. در نهایت روی Add New Load کلیک کنید. حال طبق شکل زیر، یک بار دیگر همین روال را برای راستای Y تکرار نمایید.

توجّه داشته باشید که حرف i در اسم بار، مثل i در ST i X، نشان دهنده شماره طبقه مورد نظر است. مثلا اگر می‌خواهید سختی طبقه اوّل را در راستای X بررسی کنید، این الگوی بار را به صورت ST 1 X تعریف نمایید.

5) حال برای بار ST i X، روی Modify Lateral Load کلیک کنید. در پنجره باز شده، برای طبقه موردنظر، یک بار افقی دلخواه (مثلاً 1000 تن نیرو) وارد ‌کنید. به این صورت که از ستون Story طبقه مورد نظر را بیابید. در این مثال فرض کنید که می‌خواهیم سختی طبقه اوّل را کنترل کنیم. پس در ستون Story طبقه اوّل را بیابید. حال از آن‌جا که الگوی بار تعریفی فعلی، مربوط به راستای X در طبقه اوّل است، لذا نیروی دلخواه 1000 تن را برای طبقه اول و در ستون Fx وارد کنید. حتماً گزینه Apply Load at Diaphragm Center of Mass را فعّال نمایید تا این بار به مرکز جرم طبقه اعمال گردد. یک بار هم این روال را برای راستای متعامد همین طبقه، در این مثال یعنی راستای Y طبقه اوّل، تکرار ‌کنید. به این صورت که، برای الگوی بار STi Y روی Modify Lateral Load کلیک کنید. حال از ستون Story طبقه اوّل را یافته و در ستون Fy نیروی دلخواه 1000 تن را برای طبقه اوّل وارد نمایید. مجدّدا متذکر می‌گردد که حتماً گزینه Apply Load at Diaphragm Center of Mass فعال باشد. در نهایت روی گزینه OK کلیک نمایید.

⇐ نکته مهم: طبق تصویر زیر، حتماً مقدار Additional Eccentricity Ratio (all Diaphragms) روی مقدار 0 تنظیم گردد.

چنان‌چه با کلیک روی Modıfy Lateral Load برای بارهای تعریف شده، سلول‌های مربوط به نام طبقات و نیروهای افقی متناظر با هر طبقه وجود نداشت، ابتدا بررّرسی کنید که دیافراگم به درستی به سقف‌های سازه اعمال شده باشد. اگر با برّرسی و اعمال مجدّد دیافراگم روی سقف‌های سازه، نمایش طبقات در پنجره شکل فوق انجام نشد، کافی است روی Add Row کلیک کرده و سپس با کلیک روی اسم هر طبقه، از کشوی باز شده، اسم طبقه را انتخاب کنید. در نهایت، می‌توانید با کلیک روی Sort Rows ترتیب چیدمان طبقات را اصلاح نمایید.

در صورت ایجاد طبقه اضافی، می‌توانید با کلیک روی Delete Row(s) ردیف مربوط به طبقه اضافه را پاک نمایید.

6) لطفاً تا این جای کار، مدل را ذخیره نموده و با فشردن دکمه F5 کیبورد، سازه را تحلیل نمایید.

7) حال از منوی Display روی Show Table کلیک نمایید. در پنجره باز شده، روی Select Load Cases کلیک کرده و دو الگوی باری را که در مراحل قبل تعریف کردید، برگزینید. سپس از مسیر زیر، طبق شکل نشان داده شده، گزینه Table: Diaphragm Center Of Mass Displacement را برگزینید و روی گزینه OK کلیک نمایید.

ANALYSIS RESULTS → Joint Output → Displacements → Table: Diaphragm Center of Mass Displacements

8) در این مرحله، بعد از کلیک بر روی OK، یک جدول به شما نشان داده می‌شود. روی عنوان ستون Story کلیک راست کرده و طبقه موردنظر (در این مثال طبقه اول) را انتخاب نمایید.

9) جابه‌جایی طبقه موردنظر (در این مثال طبقه اوّل) را تحت نیروی افقی راستای X (ST 1 X) از ستون Ux قرائت نمایید.

10) می‌دانیم که رابطه فنر به صورت زیر است:

F=KΔ

که در آن؛

F نیروی وارده، K سختی، و Δ تغییرمکان می‌باشند. برای محاسبه سختی، می‌توان رابطه فوق را به صورت زیر تبدیل کرد:

K=F/Δ

بنابراین، با توجه به این که نیروی دلخواه 1000 تن را به طبقه مورد نظر وارد کردیم، و با توجه به رابطه فوق، و با برداشت تغییرمکان از جدول فوق، به راحتی سختی طبقه مورد نظر را در دو راستای متعامد X و Y می‌یابیم (K_i X و K_i Y).

تا این جا سختی طبقه اول را در دو راستای X و Y یافتیم. اما طبق تعریف استاندارد 2800، برای کنترل طبقه نرم، باید سختی طبقه مجاور را نیز داشته باشیم تا بتوانیم با مقایسه این دو سختی، وجود یا عدم وجود طبقه نرم را تعیین کنیم.

11) بنابراین، این فایل Save as را ببندید.

12) فایل اصلی پروژه‌تان را مجددا باز نموده، و یک بار دیگر از آن Save as بگیرید.

13) می‌خواهیم دقیقا همان روالی که برای طبقه مورد نظر انجام دادیم (در این مثال طبقه اول) برای طبقه مجاور (یعنی طبقه دوم) نیز انجام دهیم. تا به این ترتیب، سختی طبقه دوم را یافته و با سختی طبقه اول مقایسه کنیم. بنابراین، این بار پای ستون‌های طبقه مجاور (طبقه دوم) را انتخاب و گیردار کنید (روال دقیقا مثل طبقه اول است).

14) حال از منوی Define روی Load Patterns کلیک کرده و مانند شکل زیر دو الگوی بار دیگر تعریف می‌کنیم. به این صورت که در قسمت Load یک نام برای بار ذکر شده تعیین‌کنید؛ مثلاً ST i+1 X (در این مثال ST 2 X). سپس در قسمت Type نوع بار را روی Seismic قرار داده و در قسمت Auto Lateral Load گزینه User Loads را انتخاب میکنیم.در نهایت روی Add New Load کلیک کنید.

15) حال برای بار ST i+1 X، روی Modify Lateral Load کلیک کنید. در پنجره باز شده، برای طبقه مجاور، یک بار افقی دلخواه (مثلاً 1000 تن نیرو) وارد ‌کنید. به این صورت که از ستون Story طبقه مجاور را بیابید. در این مثال منظور از طبقه مجاور، طبقه دوم است. پس در ستون Story طبقه دوم را بیابید. حال از آن‌جا که الگوی بار تعریفی فعلی، مربوط به راستای X در طبقه دوم است، لذا نیروی دلخواه 1000 تن را برای طبقه دوّم و در ستون Fx وارد کنید. حتماً گزینه Apply Load at Diaphragm Center of Mass را فعال نمایید تا این بار به مرکز جرم طبقه اعمال گردد. یک بار هم این روال را برای راستای متعامد همین طبقه، در این مثال یعنی راستای Y طبقه دوم، تکرار ‌کنید. به این صورت که، برای الگوی بار ST i+1 Y روی Modify Lateral Load کلیک کنید. حال از ستون Story طبقه دوّم را یافته و در ستون Fy نیروی دلخواه 1000 تن را برای طبقه دوّم وارد نمایید. مجدّدا متذکّر می‌گردد که حتماً گزینه Apply Load at Diaphragm Center of Mass فعّال باشد، و حتماً مقدار Additional Eccentricity Ratio (all Diaphragms) روی مقدار 0 تنظیم گردد.

16) در نهایت روی گزینه OK کلیک نمایید.

17) لطفاً تا این جای کار، مدل را ذخیره نموده و با فشردن دکمه F5 کیبورد، سازه را تحلیل نمایید.

18) حال از منوی Display روی Show Tables… کلیک نمایید. در پنجره باز شده، روی Select Load Cases کلیک کرده و دو الگوی باری را که در مراحل قبل تعریف کردید، برگزینید. سپس از مسیر زیر، طبق شکل نشان داده شده، گزینه Table: Diaphragm Center Of Mass Displacement را برگزینید و روی گزینه OK کلیک نمایید. (مجدّدا متذکّر می‌شود که روال مشابه مراحل قبل است)

ANALYSIS RESULTS → Joint Output → Displacements → Table: Diaphragm Center of Mass Displacements

19) حال دقیقاً مشابه با مراحل قبل، در جدول نشان داده شده، برای طبقه مجاور (در این مثال طبقه دوم) جابه‌جایی راستای X و Y (تحت نیروهای افقی همان راستا) را برداشت می‌کنیم.

20) در نهایت، طبق قانون فنر، به راحتی سختی طبقه مجاور (در این مثال طبقه دوم) را می‌‎یابیم. (K_i+1X و K_i+1Y).

21) حال لازم است مجددا به تعریف “طبقه نرم” و “خیلی نرم” در استاندارد 2800 توجّه کنیم:

در مواردی که سختی جانبی هر طبقه، کم‌تر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کم‌تر از 80 درصد متوسط سختی‌های جانبی سه طبقه روی خود باشد، چنین طبقه‌ای اصطلاحاً “طبقه نرم” نامیده می‌شود.

در مواردی که مقادیر فوق به ترتیب به 60 درصد و 70 درصد کاهش پیدا کنند، طبقه اصطلاحاً “خیلی نرم” توصیف می‌شود.

عبارات فوق را می‌توان به شکل زیر به صورت ریاضی بیان کرد:

با توجّه به روابط داده شده در فوق، باید سختی طبقه موردنظر و سختی طبقه مجاور آن با هم مقایسه شوند. اگر حتی یکی از شرایط فوق برقرار باشند، ساختمان ما دارای نامنظمی در ارتفاع از نوع نامنظمی سختی جانبی می‌باشد. اما تشخیص این که این نامنظمی سختی جانبی از نوع “طبقه نرم” است یا “خیلی نرم” با مقایسه سختی طبقه مورد نظر و سختی طبقه مجاور میسر خواهد بود.

نامنظمی سختی جانبی، یکی از خطرناک‌ترین و مخرب‌ترین نامنظمی‌های ساختمان شناخته می‌شود و شایسته است که مهندسین طراح سازه حتی‌الامکان از بروز این نامنظمی در ساختمان جلوگیری به عمل‌ آورند. این نامنظمی در اثر عدم توزیع مناسب سختی (و درنتیجه توزیع نامتناسب تغییرمکان ناشی از زلزله) در ارتفاع ساختمان رخ می‌دهد. همان‌طور که در این مقاله اشاره شد، تنها راه پیشگیری از این نامنظمی، افزایش سختی طبقه مستعد است. این امر با افزایش تعداد دهانه مهاربندی یا دیوار برشی، و رعایت قاعده ضعیف کردن مقاطع تیر‌ها (در قاب خمشی و تیر پیوند در سیستم مهاربند واگرا) و ستون‌ها از طبقات پایین به بالا امکان‌پذیر خواهد بود.

منابع

1. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال 1396.
2. آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله – استاندارد 2800- ویرایش چهارم
3. دوره آموزش طراحی سازه پاراپلاس – مهندس امیرطه نوروزی

• 15 آوریل, 2024