9324  

انواع نامنظمی در سازه

انواع نامنظمی در سازه یکی از مسائل مهم در طراحی سازه می باشد که هر طراحی باید تسلط کاملی روی این موضوع داشته باشد. براساس ویرایش چهارم استاندارد 2800، در صورت وجود هر یک از موارد زیر در پلان سازه، ساختمان در پلان دارای نامنظمی است:
1- نامنظمی هندسی
2- نامنظمی پیچشی
3- نامنظمی در دیافراگم
4- نامنظمی خارج از صفحه
5- نامنظمی سیستم های غیر موازی

پلان یک ساختمان باید نسبت به قاب هایی که عناصر مقاوم در برابر زلزله در امتداد آنها قرار دارند، دارای شکل متقارن و یا تقریبا متقارن باشد. باتوجه به این موضوع، در صورت وجود فرورفتگی (پس رفتگی) در پلان ساختمان، اگر اندازه آن در یکی از گوشه های ساختمان در دو جهت به طور همزمان از 20 درصد طول پلان در آن امتداد بیشتر باشد، ساختمان نامنظمی هندسی دارد. وجود فرورفتگی یا بیرون زدگی بیش از حد در پلان یک ساختمان می تواند باعث آسیب پذیر شدن آن در هنگام زلزله شود، زیرا در هنگام ارتعاش ساختمان ممکن است قسمت های مختلف پلان تمایل داشته باشند تا به صورت ناهماهنگ با یکدیگر حرکت کنند. در حقیقت در این حالت به دلیل ایجاد شدن گوشه های فرورفته در پلان ساختمان، سازه ممکن است آسیب پذیر شود.

یکی دیگر از انواع نامنظمی در سازه ها، نامنظمی پیچشی می باشد که در صورت وجود فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی در طبقات ساختمان، نیروی جانبی زلزله باعث ایجاد لنگر پیچشی در طبقات شده و سازه می تواند از نوع نامنظم پیچشی محسوب شود. با توجه به ویرایش چهارم استاندارد 2800، در یک سازه ا نوع نامنظم زیاد پیچشی، حداکثر تغییر مکان نسبی در یک انتهای ساختمان (با احتساب پیچش تصادفی و با منظور کردن Aj=1)، از 20 درصد متوسط تغییر مکان نسبی در دو انتها ی ساختمان بزرگتر است. تغییر مکان نسبی یک طبقه در واقع تغییر مکان یک طبقه نسبت به طقه زیرین خود می باشد. در مواردی که این اختلاف بیشتر از 40 درصد باشد، ساختمان از نوع نامنظم شدید پیچشی محسوب می شود.

در استانداردهای لرزه ای، سقف سااختمان ها با واژه دیافراگم شناخته می شود. آیین نامه ها با کنترل ضوابطی دیافراگم ها را به سه دسته دیافراگم صلب، دیافراگم نیمه صلب و دیافراگم انعطاف پذیر دسته بندی می کنند. به طور کلی دیافراگم نقش توزیع کننده نیروهای جانبی وارد بر ساختمان بین المان های باربر جانبی سازه را بر عهده دارد و نامناسب بودن ویژگی های دیافراگم نظیر زیاد بودن مساحت بازشوها یا تغییرات زیاد در سختی دیافراگم، می تواند موجب نامنظمی در پلان ساختمان شود. براساس ویرایش چهارم استاندارد 2800، کنترل ویژگی های  دیافراگم در بحث نامنظمی به صورت زیر انجام می شود:
اگر مجموع سطح بازشو در یک طبقه بیشتر از 50 درصد مساحت کل دیافراگم باشد، سازه در پلان نامنظم می باشد. اگر تغییر ناگهانی در سختی دیافراگم هر طبقه، بیشتر از 50 درصد سختی دیافراگم در طبقات مجاور باشد، سازه در پلان نامنظم است. منظور از سختی دیافراگم در بحث نامنظمی، سختی درون صفحه ای دیافراگم می باشد که البته در حالت کلی روش صریحی برای تعیین آن وجود ندارد.

در مواردی که در سیستم باربر جانبی انقطاعی در مسیر انتقال نیروی جانبی وجود داشته باشد (مانند تغییر صفحه حداقل یکی از اجزای باربر جانبی طبقات)، نامنظمی خارج از صفحه در پلان رخ داده است. در این حالت دیافراگم آسیب پذیر شده و عملکرد نامطلوبی را در پی خواهد داشت.

یکی دیگر از انواع نامنظمی در سازه ها، نامنظمی سیستم های غیرموازی می باشد. درطراحی سازه حالت مطلوب اکس بندی، اکس های موازی می باشند چراکه باعث می شود نیروی زلزله توسط قابی که در همان راستا قرار دارد تحمل شود. چنانچه آکسی در سازه غیرموازی باشد به این معناست که نیروی زلزله را در هر دوجهت تحمل می کند که خوشایند نیست به همین دلیل سازه نامنظم می باشد. واحد کنترل نقشه نظام مهندسی تهران مرز بین این نامنظمی و منظمی را به 15 درجه محدود کرده است.

در یک ساختمان چند طبقه، طبقات پایین تر نیروی برشی بیشتری از زلزله را باید تحمل کنند و برای این منظور، معمولا اعضای سازه در طبقات پایین قوی تر از طبقات بالاتر خود هستند. مهندسین عمران گاهی اوقات به عنوان یک راهکار، تعداد دهانه های مهاربندی را در طبقات پایین افزایش می دهند که این موضوع خود می تواند عاملی برای ایجاد نامنظمی در ارتفاع سازه باشد. براساس  ویرایش چهارم استاندارد 2800 اگر ابعاد افقی باربر جانبی در هر طبقه بیشتر از 130 درصد آن در طبقات مجاور (بالا و پایین) باشد، ساختمان در ارتفاع نامنظمی هندسی دارد.

ویرایش چهارم استاندارد 2800 بیان می کند در مواردی که جرم هر طبقه بیشتر از 50 درصد با جرم طبقات مجاور (بالا و پایین) اختلاف داشته باشد، ساختمان نامنظم جرمی است. در این کنترل، طبقات بام و خرپشته مستثنی هستند.

نامنظمی قطع سیستم های باربر جانبی مفهومی است که در ویرایش چهارم استاندارد 2800 اضافه شده و در ویرایش سوم این استاندارد مورد توجه نبوده است. براساس مراجع مهندسی زلزله، در مواردی که در یک قاب از سازه اجزای باربر را در همان قاب از یک دهانه باشد، سازه عملکرد نامنظم در ارتفاع دارد.

گاهی اوقات در سازه ها به دلایل معماری یا فنی، در یک طبقه مشخص از چند مهاربند موجود در دهانه ها یکی را حذف کرده و یا دیوارهای برشی یک طبقه بازشویی ایجاد می کنند. این موضوع سبب می شود که سختی آن طبقه نسبت به طبقات بالای خود کاهش چشمگیری داشته باشد. آیین نامه ها نسبت به این موضوع حساس تر بوده و آن را یکی از دلایل ایجاد نامنظمی در ارتفاع سازه می دانند. عملا چنانچه سختی تمام طبقات یک ساختمان توزیع مناسبی داشته باشد، تغییرمکان ساختمان تحت اثر نیروی زلزله تقریبا به طور مساوی بین طبقات آن توزیع می شود و در صورت کاهش موضعی سختی جانبی در یک طبقه، تغییر مکان نسبتا زیادی در آن طبقه مشخص مشاهده می شود. در این حالت نیروهای نسبتا زیادی در اعضا و اتصالات مربوط به طبقه مذکور ایجاد می گردد که می تواند آثار مخربی داشته باشد. براساس ویرایش چهارم استاندارد 2800 باید کنترلی بر روی میزان تغییر سختی طبقات سازه انجام شود که مطابق با آن، اگر سختی جانبی هر طبقه کمتر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود کمتر از 80 درصد متوسط سختی های جانبی سه طبقه روی خود باشد، آن طبقه باعث ایجاد نامنظمی در ارتفاع شده و در نتیجه کل ساختمان در ارتفاع نامنظم می باشد. طبقه ای که باعث نامنظمی سختی در ارتفاع می شود، اصطلاحا طبقه نرم نام دارد. به طور کلی طبقه نرم یا خیلی نرم یکی از مواردی است که در هنگام زلزله، سازه را بسیار آسیب پذیر می کند. همچنین یکی دیگر از موارد رایجی که باعث می شود طبقه نرم در طبقه همکف ساختمان ایجاد شود آن است که دیوارهای پیرامونی ساختمان که در طبقات بالایی وجود داشته و به سازه تکیه کرده اند و باعث افزایش سختی آن طبقات می شوند، به دلایل معماری در طبقه همکف حذف شده و باعث کاهش ناگهانی سختی آن نسبت به طبقات بالایی شوند.

مقاومت یک طبقه بیانگر حداکثر نیرویی است که آن طبقه قبل از ناپایدار شدن تحمل کند. به طور کلی تعیین مقدار دقیق مقاومت یک طبقه نیازمند انجام تحلیل های غیر خطی است زیرا نحوه ناپایدار شدن طبقه از ابتدا قابل پیش بینی نمی باشد، با این حال بعضا روابطی تقریبی در کتب مرجع فولاد و بتن برای تعیین مقاومت یک طبقه ارائه می شود. نکته ای که باید به آن توجه داشته باشیم این است که عواملی مانند ایجاد بازشو در دیوارهای برشی و حذف مهاربند در طبقه که در بحث نامنظمی در سختی به آن اشاره کردیم، می تواند باعث کاهش مقاومت در سازه نیز بشود. البته توجه کنید که به دلیل تفاوت مفهوم سختی و مقاومت، به طور کلی میزان تغییر در سختی و مقاومت در این حالت ها با یکدیگر متفاوت است. آیین نامه ها نسبت به کاهش مقاومت در طبقات سازه نیز مشابه کاهش سختی، حساس بوده و آن را یکی از مصادیق ایجاد نامنظمی در ارتفاع سازه می دانند. براساس ویرایش چهارم استاندارد 2800 باید کاهش مقاومت در طبقات سازه کنترل شود که مطابق آن اگر مقاومت جانبی طبقه از 80 درصد مقاومت جانبی طبقه روی خود کمتر باشد، آن طبقه باعث ایجاد نامنظمی در ارتفاع شده و در نتیجه کل ساختمان در ارتفاع نا منظم می شود.