در این مقاله، کنترل دریفت سازه در نرم افزار ایتبس، به طور کامل آموزش داده می‌شود. نحوه محاسبه مقدار مجاز دریفت سازه با استفاده از استاندارد 2800، عوامل موثر در کنترل دریفت و تبصره‌های موجود نیز شرح داده خواهد شد.
آموزش کنترل دریفت سازه در نرم افزار ایتبس
کنترل دریفت سازه یکی از کنترل‌های مهم آیین نامه 2800 می‌باشد. دریفت در واقع همان جابجایی نسبی مرکز جرم دیافراگم یک طبقه نسبت به مرکز جرم دیافراگم طبقه زیرین خود می‌باشد که آیین‌نامه به وسیله کنترل آن، جابجایی کل سازه را نیز کنترل می‌نماید.
برای کنترل دریفت سازه در نرم افزار ایتبس، ابتدا سازه را آنالیز کرده و سپس از منوی Display گزینه Show Tables را انتخاب کرده و همانند تصویر زیر، گزینه‌های مربوطه را تیک زده و سپس دکمه OK را کلیک می‌نماییم.
سپس از بین بارهای موجود، بارهای لرزهای (بدون برون مرکزی اتفاقی) را انتخاب کرده و سپس مطابق تصویر زیر گزینه Export to Excel را انتخاب می‌نماییم:
سپس در اکسل با مرتب سازی هر راستای زلزله و با استفاده از فرمول استاندارد 2800، که در زیر نشان داده شده است، دریفت را برای هر راستا و برای تمام طبقات بدست می‌آوریم که در نهایت مطابق جدول زیر خواهد شد.
|
TABLE: Diaphragm Center of Mass Displacements |
|||||||
| Story | Load Case/Combo | UX | UY | h,Story | Cd | Drift,X | Drift,Allowable |
| m | m | m | |||||
| Roof | EX | 0.0984 | -0.0004 | 3.2 | 5 | 0.0042 | 0.005 |
| St4 | EX | 0.0849 | -0.0003 | 3.2 | 0.0070 | ||
| St3 | EX | 0.0626 | -0.0002 | 3.2 | 0.0088 | ||
| St2 | EX | 0.0345 | -0.0001 | 3.2 | 0.0075 | ||
| St1 | EX | 0.0106 | 0.0000 | 3.2 | 0.0033 | ||
|
TABLE: Diaphragm Center of Mass Displacements |
|||||||
| Story | Load Case/Combo | UX | UY | h,Story | Cd | Drift,X | Drift,Allowable |
| m | m | m | |||||
| Roof | EY | -0.0004 | 0.0095 | 3.2 | 5 | 0.0007 | 0.005 |
| St4 | EY | -0.0003 | 0.0072 | 3.2 | 0.0008 | ||
| St3 | EY | -0.0002 | 0.0047 | 3.2 | 0.0007 | ||
| St2 | EY | -0.0001 | 0.0024 | 3.2 | 0.0005 | ||
| St1 | EY | 0.0000 | 0.0007 | 3.2 | 0.0002 | ||
لازم به ذکر است که سیستم سازه‌ای این ساختمان در راستای X قاب خمشی متوسط و در راستای Y قاب خمشی متوسط به همراه دیوار برشی ویژه می‌باشد.
(1) ΔM=Cd.Δeu
(2) Δα<ΔM
برای ساختمان‌های تا 5 طبقه: Δα=0.025h
برای سایر ساختمان‌ها: Δα=0.02h
با قرار دادن مقدار Δα در رابطه 2 و با توجه به اینکه تعداد طبقات برابر 5 طبقه می‌باشد، خواهیم خواهیم داشت:
0.02h<Cd.Δeu
که در رابطه فوق Δeu برابر تغییرمکان جانبی نسبی طبقه و ضریب Cd ضریب تبدیل تغییرمکان خطی سازه به غیرخطی می‌باشد که از جدول سیستم‌های سازه‌ای که در مقالات گذشته به آن اشاره شده‌است بدست می‌آید، در نتیجه رابطه فوق را می‌توان بصورت زیر بازنویسی کرد:
0.02h<Cd.(Δtop-Δbott)
حال باتوجه به اینکه در خروجی که نرم‌افزار در اختیار ما قرار می‌دهد در واقع (Δtop-Δbott) می‌باشد و ممکن است ارتفاع هر طبقه متفاوت باشد ما از فرمول فوق بخش ثابت برای یک سازه را جدا کرده و مابقی را بوسیله اکسل، که جدول آن را در بالا مشاهده کردید، محاسبه کرده و با مقدار مجاز که در زیر نیز قابل مشاهده است کنترل می‌نماییم.
0.02/Cd<(Δtop-Δbott)/h
تبصره استاندارد 2800 برای کنترل دریفت سازه
همانظور که در جدول فوق مشاهده می‌فرمایید، در طبقاتی که رنگ آن‌ها قرمز شده است، مقدار دریفت از حد مجاز بیشتر شده است و می‌بایست سازه تقویت گردد تا دریفت سازه کنترل گردد؛ اما با توجه به تبصره زیر در آیین نامه 2800 می‌توان برای کنترل دریفت، محدودیت افزایش زمان تناوب تا 1.25 برابر زمان تناوب تجربی را نادیده گرفت و زمان تناوب را برابر با زمان تناوب واقعی در نظر گرفت.
3-5-3 در محاسبه تغيير مكان نسبي هر طبقه Δeu، برای رعایت محدودیت‌های فوق، مقدار برش پايه در رابطه (3-1) را می‌توان بدون منظور كردن محدوديت مربوط به زمان تناوب اصلی ساختمان T در تبصره بند (3-3-3-1) تعيين كرد. ولي در ساختمان‌هاي با اهميت خيلي زياد محدوديت آن بند در مورد زمان تناوب اصلي بايد رعايت شود. در هر حال، رعايت رابطه (3-3) از بند (3-3-1-1) در خصوص حداقل برش پايه در محاسبات تغييرمكان نسبي ضروري است.
به دست آوردن زمان تناوب واقعی سازه
برای بدست آوردن زمان تناوب واقعی سازه (برای هر راستا به صورت جداگانه) با استفاده از نتایج مودال، مسیر زیر را طی می‌نماییم:
| TABLE: Modal Periods and Frequencies | |||||
| Case | Mode | Period | Frequency | Circular Frequency | Eigenvalue |
| sec | cyc/sec | rad/sec | rad²/sec² | ||
| Modal | 1 | 1.321 | 0.757 | 4.7564 | 22.6231 |
| Modal | 2 | 0.498 | 2.007 | 12.6111 | 159.0398 |
| Modal | 3 | 0.406 | 2.461 | 15.4605 | 239.0285 |
| Modal | 4 | 0.388 | 2.575 | 16.1807 | 261.8135 |
| Modal | 5 | 0.22 | 4.551 | 28.5931 | 817.5667 |
| Modal | 6 | 0.162 | 6.188 | 38.8801 | 1511.6659 |
| Modal | 7 | 0.158 | 6.316 | 39.6847 | 1574.8773 |
| Modal | 8 | 0.137 | 7.281 | 45.7492 | 2092.9934 |
| Modal | 9 | 0.121 | 8.288 | 52.0767 | 2711.9812 |
| Modal | 10 | 0.103 | 9.751 | 61.265 | 3753.3991 |
| Modal | 11 | 0.087 | 11.472 | 72.0804 | 5195.5812 |
| Modal | 12 | 0.076 | 13.088 | 82.236 | 6762.7579 |
با استفاده از رابط گرافیکی نرم افزار و گزینه start animation می‌بایست از اینکه مودهای انتخابی به طور خالص در راستای X و Y باشند، اطمینان حاصل نمود، که در این پروژه مود 1 در راستای X و مود 4 در راستای Y می‌باشد. پس از مشخص شدن مقدار زمان تناوب سازه می‌بایست برای کنترل دریفت مجددا یک ضریب C و K تعریف کرده و در فایل جداگانه مقدار دریفت را مجدد کنترل نمود که برای این پروژه پس از انجام این مراحل مقدار دریفت بصورت زیر تغییر پیدا کرد:
| TABLE: Diaphragm Center of Mass Displacements | |||||||
| Story | Load Case/Combo | UX | UY | h,Story | Cd | Drift,X | Drift,Allowable |
| m | m | m | |||||
| Roof | EX | 0.04709 | -0.0002 | 3.2 | 5 | 0.0021 | 0.005 |
| St4 | EX | 0.04026 | -0.0001 | 3.2 | 0.0034 | ||
| St3 | EX | 0.02927 | -7E-05 | 3.2 | 0.0042 | ||
| St2 | EX | 0.0159 | -4E-05 | 3.2 | 0.0035 | ||
| St1 | EX | 0.00482 | -9E-06 | 3.2 | 0.0015 | ||
| TABLE: Diaphragm Center of Mass Displacements | |||||||
| Story | Load Case/Combo | UX | UY | h,Story | Cd | Drift,X | Drift,Allowable |
| m | m | m | |||||
| Roof | EY | -0.0004 | 0.00952 | 3.2 | 5 | 0.0007 | 0.005 |
| St4 | EY | -0.0003 | 0.00719 | 3.2 | 0.0008 | ||
| St3 | EY | -0.0002 | 0.00471 | 3.2 | 0.0007 | ||
| St2 | EY | -7E-05 | 0.00244 | 3.2 | 0.0005 | ||
| St1 | EY | -2E-05 | 0.0007 | 3.2 | 0.0002 | ||
همانطور که مشاهده می‌شود، بدون تغییر مقاطع سازه و تنها با استفاده از تبصره مذکور توانستیم مقدار دریفت‌ها را به حد مجاز برسانیم. البته لازم به ذکر است که نیازی به اعمال این بند در راستای Y نبود زیرا در این راستا از ابتدا نیز دریفت‌ها در حد مجاز بودند و همانطور که مشاهده می‌کنید در راستایی که دیوار برشی وجود دارد، مقدار دریفت به شدت کنترل شده و با مقدار مجاز فاصله زیادی دارد.
حال بهتر است با توجه به مطالب گفته شده در مقاله «تعیین ارتفاع لرزهای» علت اینکه با افزایش زمان تناوب مقدار دریفت کاهش می‌یابد را برای خود تفسیر نمایید.
اگر همچنان مقدار دریفت از حد مجاز بیشتر بود…
اگر پس از اینکه تغییر مربوط به این تبصره را اعمال نمودید، همچنان مقدار دریفت از حد مجاز بیشتر بود می‌بایست به ترتیب راه‌حل‌های زیر را در طراحی سازه اعمال کنید تا زمانی که مقدار دریفت به حد مجاز برسد.
- افزایش ارتفاع تیرها در راستایی که دریفت سازه در حد مجاز نبوده است.
- افزایش بعد ستون در راستایی که دریفت سازه در حد مجاز نبوده است.
- اگر با افزایش موارد 1 و 2 باز هم مقدار دریفت پاسخگو نبود و یا ابعاد تیرها و ستون‌ها به صورت غیر معمولی زیاد شده بودند، بهترین کار اضافه نمودن دیوار برشی در راستای مورد نظر می‌باشد. (توجه شود که بعد از اضافه کردن دیوار ابعاد تیر و ستون‌هایی که افزایش داده بوده‌اید را به مقدار اولیه برگردانید تا طراحی سازه، غیر اقتصادی نشود.)
در واقع در هر سه مورد فوق با افزایش سختی سازه، مقدار جابجایی‌ها را کاهش می‌دهیم. به طور کلی هر روشی که بتواند سختی سازه را افزایش دهد می‌تواند موجب کاهش دریفت‌های سازه گردد.
