تراز پایه (Base-Level) ساختمان
یکی از عوامل مهم در تعیین نیروی زلزله برای طراحی سازه‌ها، تراز پایه است. در محل این تراز، هنگام وقوع زلزله، اختلاف حرکتی بین زمین و سازه وجود ندارد. در واقع سازه از تراز پایه به پایین از خود رفتار صلب نشان داده و تغییر شکلی نسبت به زمین ندارد. به همین علت انتخاب محل درست این تراز در ایمنی، عملکرد و اقتصادی بودن سازه، تأثیر به‌سزایی دارد.
از جمله عواملی که در تعیین محل تراز پایه نقش دارند، می‌توان به موقعیت تراز زمین، خصوصیت خاک اطراف سازه، سختی المان‌های عمودی سیستم باربر جانبی، شیب زمین، طول درز انقطاع لرزه‌ای، نحوۀ مهار دیوار حائل و غیره اشاره کرد.
مطابق بند 3-3-1-2 ویرایش چهارم استاندارد 2800، برای در نظر گرفتن تراز پایه به موارد زیر اشاره شده است:
1: تراز پایه در سطح بالای شالوده در نظر گرفته می‌شود، اگر یکی از شرایط زیر برقرار باشد:
- ساختمان، دارای زیرزمین نباشد.
- در ساختمان دارای زیرزمین، دیوارهای نگهبان آن به سازه متصل نباشند (عدم اتصال دیوار حائل به سقف طبقات).
2: تراز پایه در نزدیک‌ترین سطح زیرزمین به زمین طبیعی اطراف در نظر گرفته می‌شود، اگر هر دو شرط زیر برقرار باشد:
- ساختمان دارای زیرزمینی باشد که دیوارهای نگهبان آن به سازه متصل باشند.
- فضای بین خاکبرداری و دیوار نگهبان زیرزمین با خاک متراکم پر شده باشد.
لازم به ذکر است که ارضاء مورد دوم، مشروط به برقراری موارد زیر است:
- خاک طبیعی موجود در اطراف ساختمان، متراکم باشد،
- دیوارهای نگهبان زیرزمین بتن‌آرمه باشد،
- آخرین سقف زیرزمین دارای صلبیت کافی باشد که در این راستا می‌توان از صلبیت تیرها یا مجموعۀ تیر و دال سقف‌ها برای افزایش صلبیت سقف استفاده کرد.
از دیدگاه استاندارد 2800، میزان تراکم خاک با توجه به سرعت موج برشی (Vs) تعیین می‌شود که با توجه به جدول 1 همین استاندارد، برای تأمین شرط خاک متراکم، خاک اطراف سازه باید حداقل از نوع III باشد.
جدول شمارۀ 1: طبقه‌بندی نوع زمین
تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل استاتیکی معادل:
تحلیل استاتیکی معادل، یکی از روش‌های تحلیل خطی است که مطابق بند 3-2-2 ویرایش چهارم استاندارد 2800، بنابر شرایطی، برای تحلیل ساختمان‌های سه طبقه و کوتاه‌تر به کار گرفته می‌شود.
لازمۀ محاسبه نیروی برش پایه در این تحلیل، به‌دست آوردن ضریب زلزله (C) و وزن مؤثر لرزه‌ای است که در بند 3-3-1-1 ویرایش چهارم استاندارد2800، آورده شده است.
Vu: نیروی برش پایه.
C: ضریب زلزله
W: وزن مؤثر لرزه‌ای.
A: نسبت شتاب مبنای طرح.
B: ضریب بازتاب ساختمان.
I: ضریب اهمیت ساختمان.
Ru: ضریب رفتار ساختمان.
وزن مؤثر لرزه‌ای، وزن تمامی اجزاء سازه می‌باشد که بالاتر از تراز پایه قرار گرفته‌اند. اگر محل تراز پایه روی فونداسیون و بالای دیوار حائل در نظر گرفته شود، وزن مؤثر لرزه‌ای به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد و باعث کاهش نیروی برش پایه می‌شود؛ اما این قاعده همیشه برقرار نیست؛ زیرا ضریب زلزله نیز عامل مؤثری در برش پایه ساختمان به حساب می‌آید که در ادامه به توضیح آن می‌پردازیم.
تعیین دورۀ تناوب سازه، منوط به ارتفاع سازه است؛ یعنی به محل قرارگیری تراز پایه بستگی دارد. طیف بازتاب استاندارد 2800، با توجه به شکل 1، از سه بخش اصلی تشکیل شده است:
- با افزایش دورۀ تناوب سازه، ضریب بازتاب نیز افزایش می‌یابد.
- با افزایش دورۀ تناوب، ضریب بازتاب ثابت است.
- با افزایش دورۀ تناوب، ضریب بازتاب کاهش می‌یابد (با توجه به شیب منفی نمودار).
شکل شمارۀ 1: ضریب شکل طیف طرح با خطر نسبی کم و متوسط
شکل شمارۀ 2: ضریب شکل طیف طرح با خطر نسبی زیاد و خیلی زیاد
B: ضریب بازتاب ساختمان.
B1: ضریب شکل طیف.
N: ضریب اصلاح طیف.
S0 و S و T0 و Ts: پارامترهایی هستند که به نوع زمین و میزان خطر لرزه‌خیزی منطقه بستگی دارند و مطابق جدول 2-2 و انواع زمین‌ها در بند 2-4 ویرایش چهارم استاندارد 2800 تعیین می‌شوند.
T: زمان تناوب اصلی نوسان ساختمان به ثانیه است که مطابق بند 3-3-3 ویرایش چهارم استاندارد 2800 تعیین می‌شود.
با توجه به نکتۀ گفته شده، برای تعیین محل تراز پایه می‌توان مطابق زیر عمل کرد:
1: در زیرزمین از دیوار حائل استفاده کرده و خاک پشت آن کوبیده شود:
- می‌توان تراز پایه را تراز سقف زیرزمین در نظر گرفت.
با اجرای دیوار در حالتی که سازه در محدودۀ بالارونده طیف طرح قرار دارد، برش طبقه به‌صورت چشمگیری کاهش می‌یابد که در نتیجه، نیروی طرح کاهش یافته و سازه سبک‌تر طراحی می‌شود.
2: در زیرزمین از دیوار حائل استفاده نشود. بسته به میزان اندرکنش بین خاک و دیوار زیرزمین می‌توان حالات زیر را در نظر گرفت:
- سازه در محدودۀ بالا روندۀ طیف باشد. در نتیجه تراز پایه بر روی فونداسیون در نظر گرفته می‌شود.
- سازه در محدودۀ افقی یا منحنی طیف باشد. در نتیجه تراز پایه کمی پایین‌تر از سقف زیرزمین در نظر گرفته می‌شود؛ به نحوی که در این تراز، سقف اول نوسان کرده و در محاسبۀ نیروی زلزله دخیل است.
تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل دینامیکی خطی:
در این روش، فرض بر آن است که سازه دارای رفتاری خطی (ارتجاعی) است؛ سپس مودهای ارتعاشی و بیشینۀ بازتاب با توجه به زمان تناوب در هر مود بدست آمده و با روش جذر مجموع مربعات (SRSS) یا ترکیب مربعی کامل (CQC)، بازتاب نهایی محاسبه می‌شود. در حقیقت، با محاسبۀ نیروی برش پایۀ حاصل از روش دینامیکی، نیروی برش پایۀ استاتیکی همپایه شده و مقادیر بازتاب اصلاح می‌شود.
به دلیل استفاده از فایل‌های متنی برای محاسبۀ ضریب بازتاب (B) در روش تحلیل دینامیکی خطی، تأثیر تراز پایه در این روش پنهان است.
محل تراز پایه با توجه به درز انقطاع لرزه‌ای:
بطور کلی می‌توان گفت که اگر درزهای انقطاع لرزه‌ای در بخش‌هایی از هر دو راستا از سازه باشند، تراز پایه روی فونداسیون قرار می‌گیرد.
اگر درز انقطاع لرزه‌ای در یک راستا باشد، به شرط آنکه موارد زیر رعایت شوند، می‌توان تراز پایه را بالاتر از روی فونداسیون در نظر گرفت.
- دیافراگم‌ها صلب باشند.
- خاک‌های اطراف زیرزمین، سفت و متراکم باشد؛ بطوری که نیروهای لرزه‌ای بین خاک و دیوار حائل زیرزمین در هر دو حالت باربری و اصطکاک جانبی منتقل شوند.
محل تراز پایه با توجه به تراز سطح زمین نسبت به تراز طبقات:
1: ساختمان بدون زیرزمین: در این سازه‌ها سطح زمین طبیعی تقریباً هم‌تراز با سطح روی فونداسیون است. اگر خاک اطراف ساختمان دارای تراکم و مقاومت کافی باشد، تراز پایه را می‌توان روی سطح فونداسیون در نظر گرفت.
2: ساختمان دارای زیرزمین: در این سازه‌ها با توجه به تراز سطح زمین طبیعی و سیستم باربر جانبی، تراز پایه می‌تواند در سطوح مختلفی قرار گیرد که در ادامه به شرح آن می‌پردازیم:
- سیستم باربر جانبی از نوع قاب خمشی و تراز سقف زیرزمین به تراز زمین طبیعی نزدیک باشد: اگر تراز سقف بالاترین طبقه زیرزمین با تراز زمین طبیعی، اختلاف کمی داشته باشد، بهتر است تراز پایه همان ترازی در نظر گرفته شود که به تراز زمین طبیعی نزدیک باشد. البته باید از متراکم بودن خاک اطراف سازه جهت جلوگیری از اختلاف حرکت بین زمین و سازه، اطمینان حاصل نمود.
- سیستم باربر جانبی از نوع قاب خمشی و تراز سقف زیرزمین دارای اختلاف نسبت به تراز زمین طبیعی باشد: در این شرایط تراز پایه همان تراز سقف زیرزمین در نظر گرفته می‌شود اگر، دیوار حائل بتنی در تمام عمق زیرزمین پیوسته اجرا شود، دیوار حائل با تیرها، ستون‌ها و سقف زیرزمین دارای اتصال یکپارچه باشد. همچنین از وجود خاک کوبیده شدۀ مرغوب یا بتن مگر در پشت دیوار حائل اطمینان حاصل شود.
- سیستم باربر جانبی دارای دیوار برشی باشد و تراز سقف زیرزمین دارای اختلاف نسبت به تراز زمین طبیعی باشد: در این حالت بهتر است محل تراز پایه، روی فونداسیون باشد؛ زیرا سختی دیوار برشی طبقات به سختی دیوار حائل زیرزمین نزدیک است و مطابق بند 12-2-3-1 آئین‌نامۀ ASCE07، شرط سختی حداقل 10 برابر دیوار حائل نسبت به قاب خمشی ارضاء نمی‌شود. پس باید از کنترل دریفت سازه در تراز بالای دیوار حائل صرف‌نظر نمود.
محل تراز پایه با توجه به جنس دیوار حائل زیر زمین:
اگر سازه‌ای دارای یک طبقۀ زیرزمین با ماکزیمم ارتفاع 3.5 متر باشد، برای دیوار حائل زیرزمین به منظور اقتصادی شدن پروژه، مصالحی از جنس آجر فشاری همراه با ملات ماسه و سیمان (دیوار بنایی) استفاده می‌شود. در چنین حالتی، دیوار حائل بنایی اتصال یکپارچه‌ای با تیرها، ستون‌ها و سقف زیرزمین ندارد و سختی آن بسیار کمتر از دیوار حائل بتن‌آرمه است؛ در نتیجه نمی‌توان تراز پایه را به بالای دیوار حائل بنایی انتقال داد.
محل تراز پایه در زمین شیب‌دار:
اگر دیوار حائل سازه به آن متصل نباشد یا فشار خاک توسط سازه و سیستم باربر جانبی تحمل شود، تراز پایه روی فونداسیون قرار می‌گیرد.
در مابقی موارد، ضوابطی که تا اینجا مورد بررسی قرار گرفت نیز حاکم است.
دیدگاهتان را بنویسید