یکی از اصولی که مهندسین محاسب و طراح سازه باید به آن توجه زیادی داشته باشند، تلاش برای طراحی سازه‌های منظم‌تر است؛ زیرا رفتار سازه منظم‌تر قابل پیش‌بینی‌تر است و با بسیاری از اصول تحلیل و طراحی سازگارتر است. با این حال بسیاری از نامنظمی‌ها از طرف ملاحظات معماری به سازه تحمیل شده و اجتناب ناپذیر است. بطور کلی، منظم یا نامنظم بودن، یکی از بزرگترین تفاوت‌های نگرش معماری و سازه است که در یک ساختمان باید همگرا شوند و به یک نقطۀ مشترک برسند.

گروه بندی ساختمان‌ها بر اساس نظم کالبدی:

بر اساس آخرین ویرایش استاندارد 2800 و آیین‌نامۀ ASCE 7-22، ساختمان‌هایی که به لحاظ خصوصیات کالبدی شامل: شکل هندسی – توزیع جرم و توزیع سختی در پلان دارای یکی از مشخصات نامنظمی باشد که در ادامه بیان می‌شود، نامنظم و در غیر این صورت منظم تلقی می‌شوند.

نامنظمی‌ها به دو دستۀ کلی تقسیم می‌شوند که هر کدام از آن‌ها شامل موارد مختلفی می‌باشند که در ادامه به‌صورت مفصل به آن‌ها خواهیم پرداخت:

نامنظمی در پلان (Horizontal Structural Irregularity).
نامنظمی در ارتفاع (Vertical Structural Irregularity).

نامنظمی در پلان (Horizontal Structural Irregularity):

1: نامنظمی هندسی (Geometric Irregularity): در مواردی که پس رفتگی همزمان در دو جهت در یکی از گوشه‌های ساختمان بیشتر از 20 درصد طول کل پلان باشد، نامنظمی از نوع هندسی خواهد بود.

این نامنظمی در آیین نامۀ ASCE 7-22 با عنوان Re-entrant Corner Irregularity شناخته می‌شود.

عواقب وجود نامنظمی هندسی در سازه:

در صورت انجام آنالیز دینامیکی، همپایه‌سازی باید با حداقل90 درصد زلزلۀ استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
اثر زلزله متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

2: نامنظمی پیچشی (Torsional Irregularity): در مواردی که حداکثر تغییر مکان نسبی یک انتهای ساختمان در هر طبقه با احتساب خروج از مرکزیت اتفاقی برابر با 0.05 و با منظور کردن Aj=1 بیشتر از 20 درصد تغییر مکان نسبی در دو انتهای ساختمان در آن طبقه باشد، در این موارد نامنظمی زیاد و در مواردی که این اختلاف بیشتر از 40 درصد باشد، نامنظمی شدید پیچشی به عنوان نامنظمی هندسی برای سازه منظور می‌شود.

نامنظمی پیچشی تنها در صورت صلب یا نیمه صلب بودن دیافراگم‌های کف، کاربرد دارد.

نسبت نامنظمی پیچشی (TIR = Torsional Irregularity Ratio)برای کنترل نامنظمی به‌صورت زیر تعریف می‌شود:

TIR = (∆_max) / ∆_avg

در کنترل نامنظمی پیچشی، باید همواره به نکات زیر، توجه نمود:

اگر حتی در یکی از طبقات و تنها در یک راستا نسبت TIR بیش از 1.2 باشد، کل سازه دارای نامنظمی پیچشی خواهد بود.
اگر هدف بررسی پیچش کل سازه باشد، تنها نقاط متصل به دیافراگم‌ها باید بررسی شوند و جابجایی نقاطی از سقف که به دیافراگم‌ها متصل نیستند، نباید منظور شوند.
در سازه‌هایی که دارای دیوارهای بتنی با سختی بالا هستند، تغییر مکان‌ها تحت بار جانبی صفر بوده و عملاً TIR عدد مناسبی جهت بررسی رفتار طبقه نخواهد بود.
باید تغییر مکان نسبی گره‌های کناری (پیرامونی) پلان، در نظر گرفته شوند.
نیازی به کنترل تغییر مکان انتهای طره‌ها (کنسول‌ها) نمی‌باشد.
در مواردی که در سازه نیم طبقه با پلان کوچک‌تر وجود دارد، باید به این نکته توجه داشت که اگر نظیر هر گره طبقه مورد نظر در طبقۀ زیرین وجود داشته باشد، باید آن را در محاسبات نامنظمی بکار برد؛ در غیر این صورت در روند محاسبات نباید لحاظ شود.

نکات مورد توجه کنترل در نرم‌افزار (ETABS):

مسیر کنترل در نرم‌افزار:

Display > Show Table > Analysis Results > Joint Output > Displacements > Diaphragm Max/Ave Drifts

از گزینۀ Story Max/Avg نیز می‌توان نتایج را مشاهده کرد؛ اما باید توجه داشت که این گزینه در نرم‌افزار به دیافراگم تعریف شده توجهی نمی‌کند و تمام نقاط را در محاسبات TIR به کار می‌برد.
خروجی نرم‌افزار تحت زلزلۀ دینامیکی اشتباه است؛ بنابراین نامنظمی پیچشی در نرم‌افزار باید تحت زلزلۀ استاتیکی بررسی شود.
نقاطی که به دیافراگم طبقه متصل نیستند (مثلاً ستون‌های کنار رمپ یا بازشوها) ممکن است جابجایی متفاوتی نسبت به دیگر نقاط داشته باشند. در مواردی که دیافراگم طبقات مشابه هم نیستند (به عنوان مثال در یک طبقۀ خاص بازشو داریم و در طبقه بعد نداریم) ممکن است نرم‌افزار در محاسبات دچار خطا شود. در این موارد باید TIR به‌صورت دستی محاسبه شود.
در مواردی که در سازه نیم طبقه با پلان کوچک‌تر وجود دارد (به عنوان مثال در یک ساختمان سه طبقه که طبقه دوم آن میان طبقه با پلان کوچکتر است)، برای کنترل نامنظمی پیچشی باید محاسبات به‌صورت دستی انجام شود در این حالت طبقۀ سوم، یک بار با طبقۀ دوم و بار دیگر با طبقۀ اول، فقط برای نقاطی که نظیر آن در طبقۀ زیرین است، کنترل انجام می‌شود (در این حالت دیافراگم حتماً باید صلب تعریف شود). لازم به ذکر است فقط نقاط گوشه، مهم بوده و نقاط میانی و لبۀ کنسول‌ها نیازی به بررسی ندارند.

سازه دارای نیم طبقه با پلان کوچکتر

عواقب وجود نامنظمی پیچشی در سازه:

در صورتی‌که سازه نامنظم پیچشی زیاد باشد (1.2<TIR و TIR<1.4) موارد زیر باید در نظر گرفته شوند:

آنالیز دینامیکی، الزامی است و همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزله استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
خروج از مرکزیت تصادفی باید با ضریب Aj طبق بند 3-3-7-3 استاندارد 2800 تشدید شود.
در محاسبۀ دریفت باید بجای کنترل جابجایی مرکز جرم طبقات، جابجایی لبه‌های کناری بررسی شوند.
اثر زلزله متعامد (قاعدۀ 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

در صورتی‌که سازه نامنظم پیچشی شدید باشد (TIR >= 1.4) موارد زیر باید در نظر گرفته شوند:

در صورت انجام آنالیز دینامیکی همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزلۀ استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) طبق استاندارد 2800، بدون محاسبه برابر 1.2 می‌باشد (ضریب نامعینی در آیین‌نامه ASCE 7-22 برابر با 1.3 است).
خروج از مرکزیت تصادفی باید با ضریب Aj طبق بند 3-3-7-3 استاندارد 2800 تشدید شود.
در محاسبۀ دریفت باید بجای کنترل جابجایی مرکز جرم طبقات، جابجایی لبه‌های کناری بررسی شوند.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

3: نامنظمی در دیافراگم (Diaphragm Discontinuity Irregularity): در مواردی که تغییر ناگهانی در دیافراگم به میزان مجموع سطوح بازشوی بیش از 50 درصد سطح طبقه و یا تغییر ناگهانی در سختی دیافراگم به اندازۀ بیشتر از 50 درصد سختی طبقات مجاور وجود داشته باشد، این نوع از نامنظمی به وجود می‌آید:

عواقب وجود نامنظمی در دیافراگم:

کنترل صلبیت دیافراگم، الزامی است.
در صورت انجام آنالیز دینامیکی همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزله استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

4: نامنظمی خارج از صفحه (Out-of-Plane Offset Irregularity): در صورتی‌که در سیستم باربر جانبی درز انقطاعی در مسیر انتقال نیروی جانبی، مانند تغییر صفحه، حداقل در یکی از اجزاء باربر جانبی وجود داشته باشد، نامنظمی موجود از نوع خارج از صفحه تلقی می‌شود.

عواقب وجود نامنظمی خارج از صفحه در سازه:

کنترل عملکرد دیافراگم، الزامی است.
در صورت انجام آنالیز دینامیکی همپایه‌سازی باید حداقل با 90 درصد زلزلۀ استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

5: نامنظمی سیستم‌های غیر موازی (Nonparallel System Irregularity): اگر در سازه بعضی اجزاء قائم باربر جانبی به موازات محورهای متعامد اصلی ساختمان قرار نگرفته باشد، سازۀ مذکور دارای نامنظمی سیستم‌های غیر موازی است.

سیستم‌های قاب خمشی که تیر مورب دارند و تیر مذکور به ستون‌ها متصل است (تشکیل قاب خمشی می‌دهد)، مشمول کنترل ضوابط نامنظمی سیستم‌های غیر موازی می‌شوند. لازم به ذکر است در این موارد حتی اگر یک تیر مورب باشد نیز این نامنظمی ایجاد می‌شود. در بین برخی مهندسین رایج است که زاویۀ کمتر از 15 درجه را نامنظم تلقی نمی‌کنند؛ این در حالی است که در استاندارد 2800 اشاره به زاویۀ بخصوصی نشده است.

عواقب وجود نامنظمی سیستم‌های غیر موازی در سازه:

در صورت انجام آنالیز دینامیکی همپایه‌سازی باید حداقل با 90 درصد زلزلۀ استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

نامنظمی در ارتفاع (Vertical Structural Irregularity):

1: نامنظمی هندسی (Geometric Irregularity): در مواردی که ابعاد افقی سیستم باربر جانبی در هر طبقه بیشتر از 130 درصد طبقات مجاور باشد، این نامنظمی در استاندارد 2800 و آیین‌نامۀ ASCE 7-22 با عنوان Vertical Geometric Irregularity شناخته می‌شود.

عواقب وجود نامنظمی هندسی در سازه:

در صورت انجام آنالیز دینامیکی همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزله استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.
کنترل عملکرد دیافراگم، الزامی است.

2. نامنظمی جرمی (Mass Irregularity): درصورتی که جرم هر طبقه بیشتر از 50 درصد با جرم‌های طبقات مجاور تفاوت داشته باشد، سازه دارای نامنظمی جرمی است (طبقات بام و خرپشته از این تعریف مستثناء هستند).

عواقب وجود نامنظمی جرمی در سازه:

آنالیز دینامیکی الزامی است و همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزله استاتیکی انجام شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعدۀ 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

3. نامنظمی عدم پیوستگی سیستم باربر جانبی (In-Plane Discontinuity irregularity): در حالتی‌که جزئی از سیستم باربر جانبی در ارتفاع ادامه نیافته باشد، به نحوی‌که اثر ناشی از واژگونی روی تیرها و دال‌ها و ستون‌ها و دیوارهای تکیه‌گاهی تغییرات ایجاد کند، سازه دچار نامنظمی عدم پیوستگی سیستم باربر جانبی می‌شود.

عواقب وجود نامنظمی عدم پیوستگی سیستم باربر جانبی در سازه:

در صورت انجام آنالیز دینامیکی همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزلۀ استاتیکی انجام شود.
اگر ارتفاع سازه از تراز پایه بیش از 10 متر و نیز بالای دو طبقه باشد، ضریب نامعینی (Redundancy) باید بر اساس روش “ب” بند 3-3-2-2 استاندارد 2800 تعیین شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.
کنترل عملکرد دیافراگم، الزامی است.
طراحی ستون‌های تکیه‌گاهی تحت زلزله تشدید یافته، باید انجام شود.

4. نامنظمی مقاومت جانبی (Lateral Strength Irregularity): در مواردی که مقاومت جانبی طبقه از 80 درصد مقاومت طبقه بالایی کمتر باشد، چنین طبقه‌ای به اصطلاح طبقۀ ضعیف و در مواردی که این مقدار به میزان 65 درصد کاهش یابد، طبقۀ خیلی ضعیف نامیده می‌شود.

عواقب وجود نامنظمی مقاومت جانبی در سازه:

انجام آنالیز دینامیکی الزامی است و همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزله استاتیکی انجام شود.
احداث ساختمان دارای طبقۀ خیلی ضعیف در مناطق با A > 0.2 مجاز نیست و در مناطق با A = 0.2 به طبقه یا ارتفاع 10 متر از تراز پایه محدود می‌شود.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

5. نامنظمی سختی جانبی (Lateral Stiffness Irregularity): در صورتی‌که سختی جانبی هر طبقه کمتر از 70 درصد سختی جانبی طبقۀ بالایی یا کمتر از 80 درصد متوسط سختی جانبی سه طبقه بالایی باشد، چنین طبقه‌ای اصطلاحاً طبقۀ نرم نامیده می‌شود. اگر مقادیر فوق به ترتیب به 60 و 70 درصد کاهش پیدا کند، طبقۀ مذکور طبقۀ خیلی نرم در نظر گرفته می‌شود.

عواقب وجود نامنظمی سختی جانبی در سازه:

اگر ساختمان بیش از سه طبقه باشد، انجام آنالیز دینامیکی الزامی است و همپایه‌سازی باید با حداقل 90 درصد زلزلۀ استاتیکی انجام شود در صورتی‌که ساختمان دارای طبقۀ خیلی نرم باشد، همپایه‌سازی باید با 100 درصد زلزلۀ استاتیکی صورت پذیرد.
اثر زلزلۀ متعامد (قاعده 30-100) باید در ترکیب بارها منظور شود.

جمع بندی:

راهکارهای زیر برای جلوگیری از لحاظ کردن اثر نامنظمی‌ها و عدم اعمال شرایط سخت‌گیرانه‌تر طبق استاندارد 2800 پیشنهاد می‌شود:

1. اگر نامنظمی پیچشی در سازه (TIR) در محدوده بین 1.2 تا 1.25 باشد، می‌توان با افزایش ارتفاع تیرها یا افزایش سختی (درصورت امکان) در قسمتی از پلان که سختی کمتری دارد، تا حدی از پیچش جلوگیری کرد و سازه را از لحاظ پیچشی در دستۀ منظم قرار داد.
2. تا حد امکان از ایجاد اختلاف ارتفاع بیش از حد در طبقات پرهیز شود (جلوگیری از رخداد نامنظمی سختی جانبی).
3. بطور کلی ستون‌گذاری در طبقات، تغییرات زیاد نداشته باشند و از کاهش ابعاد ستون در طبقات پایینی پرهیز شود

موارد فوق از رایج‌ترین رخدادهایی است که در ساختمان‌های متداول در خصوص نامنظمی‌ها وجود دارد که باید به آن‌ها توجه شود و با توجه به اینکه نامنظمی‌ها اثر منفی بر عملکرد سازه در برابر زلزله دارند، برای جلوگیری از این رخداد همواره باید بین معماران و طراحان سازه تعامل برقرار شود و تا حد امکان از ایجاد نامنظمی‌ها به خصوص موارد نامنظمی پیچشی، نامنظمی سختی و مقاومت جانبی جلوگیری شود.

بررسی انواع نامنظمی (Irregularity) در ساختمان‌ها

گروه بندی ساختمان‌ها بر اساس نظم کالبدی:

دیدگاهتان را بنویسید لغو پاسخ

برای دریافت جدیدترین مقالات رایگان، لطفاً ایمیل خود را وارد کنید: