استاندارد ۲۸۰۰ ایران — ویرایش پنجم

راهنمای محاسبهٔ بار زلزله و کنترل دریفت

محاسبه‌گر زلزله و دریفت

ورودی‌ها مرحله‌بندی شده‌اند و نتایج هم‌زمان با هر تغییر به‌روزرسانی می‌شوند.

گروه لرزه‌ای—
وضعیت سیستم Xاطلاعات ناقص
وضعیت سیستم Yاطلاعات ناقص
وضعیت طیفناقص

خطر، ساختگاه و ساختمان

پارامترهای مشترک پروژه را وارد کنید.

مرحلهٔ ۱ از ۴
خطر، ساختگاه و ساختمان
از جدول ۲-۱ و با درون‌یابی خطی؛ توسط کاربر کنترل شود.
از جدول ۲-۲ و با درون‌یابی خطی؛ توسط کاربر کنترل شود.
امتداد X
ضرایب و گروه رابطهٔ دوره پس از انتخاب، خودکار تکمیل می‌شوند.
با انتخاب سیستم دقیق، از جدول ۳-۱ تکمیل می‌شود؛ توسط کاربر کنترل شود.
با انتخاب سیستم دقیق، از جدول ۳-۱ تکمیل می‌شود؛ توسط کاربر کنترل شود.
امتداد Y
ضرایب و گروه رابطهٔ دوره پس از انتخاب، خودکار تکمیل می‌شوند.
با انتخاب سیستم دقیق، از جدول ۳-۱ تکمیل می‌شود؛ توسط کاربر کنترل شود.
با انتخاب سیستم دقیق، از جدول ۳-۱ تکمیل می‌شود؛ توسط کاربر کنترل شود.
تنظیمات جدول طیف
  • نقاط شکست و دوره‌های X و Y، حتی اگر روی گام منظم نباشند، به جدول افزوده می‌شوند.
  • برای زمین نوع VI، طیف ویژهٔ ساختگاه لازم است و این طیف استاندارد معتبر نیست.
  • خروجی ETABS از همین بیشینهٔ دوره و گام استفاده می‌کند؛ ستون اول دوره برحسب ثانیه و ستون دوم Sₐ/g است.
ورودی کنترل دریفت طبقات

تغییرمکان‌ها از پایین به بالا

ارتفاع طبقه و تغییرمکان ارتجاعی باید هم‌واحد باشند.

ورودی دریفت جهت X

طبقهارتفاع طبقهجابجایی در جهت X ناشی از زلزله جهت Xجابجایی در جهت X ناشی از زلزله جهت Yحذف

ورودی دریفت جهت Y

طبقهارتفاع طبقهجابجایی در جهت Y ناشی از زلزله جهت Yجابجایی در جهت Y ناشی از زلزله جهت Xحذف
  • واحد جابجایی باید با واحد ارتفاع طبقه یکسان باشد.
  • در صورتی که ترکیب ۱۰۰–۳۰ در خود برنامه ETABS انجام شده است یا اعمال این اثر در نظر نیست، ستون دوم جابجایی را صفر وارد کنید.
  • جابجایی واردشده در ساختمان‌های منظم پیچشی در مرکز جرم و در ساختمان‌های نامنظم پیچشی در محور کناری سازه باشد.
  • برنامه فعلی ضریب Cd/Ie هر راستا را برحسب نوع سیستم همان راستا اعمال می‌کند و اثر ۱۰۰–۳۰ را نیز در نظر می‌گیرد.
  • جابجایی واردشده باید در ETABS به روش مناسب، اثر نیروی زلزله هم‌زمان با بارهای ثقلی و اثر P-Delta را منظور کرده باشد.

نتایج محاسبه

خلاصهٔ نتایج

امتداد X
بار طراحی: C—
بار طراحی: k—
بار دریفت: C—
بار دریفت: k—
امتداد Y
بار طراحی: C—
بار طراحی: k—
بار دریفت: C—
بار دریفت: k—

گروه‌بندی طراحی لرزه‌ای ساختمان

محاسبهٔ خودکار بر اساس جدول ۲-۶ و گروه اهمیت انتخاب‌شده

گروه حاکم —
Ie×S1 —
Ie×SD1 —
Ie×SDS —

برای تعیین گروه، مقادیر خطر، نوع زمین و گروه اهمیت را کامل کنید.

جدول ۲-۶ — گروه‌بندی طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها
شرایط اهمیت خیلی زیاد اهمیت زیاد اهمیت متوسط و کم
Ie×S1≤0.6 و Ie×SD1≤0.40 و Ie×SDS≤0.75 SDC-3 SDC-2 SDC-1
Ie×S1≤0.6 و ( Ie×SD1>0.40 یا Ie×SDS>0.75 ) SDC-3 SDC-2 SDC-2
Ie×S1>0.6 SDC-3 SDC-3 SDC-3

کنترل کاربر: گروه محاسبه‌شده باید با جدول ۲-۶ و اطلاعات نهایی پروژه تطبیق داده شود. برای زمین نوع VI، نتیجه تنها پس از تهیهٔ طیف ویژهٔ ساختگاه قابل تعیین است.

کنترل مجاز بودن سیستم سازه‌ای

کنترل بر اساس سیستم انتخابی، گروه طراحی لرزه‌ای و حداکثر ارتفاع مجاز جدول ۳-۱ انجام می‌شود.

امتداد X

اطلاعات ناقص

سیستم دقیق انتخاب نشده است.

گروه لرزه‌ای—
ارتفاع H—
حداکثر Hₘ—
Rᵤ—
Ω₀—
Cd—

خانواده و سیستم دقیق امتداد X را انتخاب کنید.

امتداد Y

اطلاعات ناقص

سیستم دقیق انتخاب نشده است.

گروه لرزه‌ای—
ارتفاع H—
حداکثر Hₘ—
Rᵤ—
Ω₀—
Cd—

خانواده و سیستم دقیق امتداد Y را انتخاب کنید.

دامنهٔ کنترل: نتیجهٔ «مجاز» فقط انطباق با ستون ارتفاع جدول ۳-۱ را نشان می‌دهد. تبصره‌های ارجاعی، محدودیت ترکیب سیستم‌ها در پلان یا ارتفاع و سایر ضوابط آیین‌نامه باید جداگانه کنترل شوند.

جدول و نمودار طیف طرح

مقادیر Sₐ(T) از روابط گام ۸ محاسبه می‌شوند. ردیف‌های رنگی، نقاط شکست یا دوره‌های سازه هستند.

دوره T (s)شتاب طیفی Sₐناحیهٔ طیفنقطهٔ ویژه
ابتدا پارامترهای طیف را وارد کنید.

کنترل دریفت طبقات

دریفت طرح هر امتداد با اعمال ضریب بزرگ‌نمایی تغییرمکان محاسبه و با حد مجاز همان امتداد مقایسه می‌شود.

طبقه نسبت دریفت X حد مجاز X وضعیت X نسبت دریفت Y حد مجاز Y وضعیت Y
برای کنترل دریفت، ورودی طبقات و ضرایب دو امتداد را کامل کنید.

مسیر کلی محاسبه

Ss,S1 ⟶ Fs,F1 ⟶ SMS,SM1 ⟶ SDS,SD1 ⟶ T0,Ts ⟶ Sa(T) ⟶ C

در مسیر موازی:

T ⟶ k
محاسبات باید برای دو امتداد X و Y جداگانه انجام شود؛ زیرا ممکن است T و Ru در دو امتداد متفاوت باشند.

۱تعیین زمان تناوب مورد استفاده T

زمان تناوب هم در محاسبهٔ Sa و C و هم در محاسبهٔ k استفاده می‌شود.

۱-۱. محاسبهٔ زمان تناوب تجربی

در روابط زیر، H برحسب متر وارد می‌شود.

سیستم سازه‌ایزمان تناوب تجربی
قاب خمشی فولادی یا مختلط، بدون اثر محدودکنندهٔ میانقاب Te=0.072H0.8
قاب خمشی بتن‌آرمه، بدون اثر محدودکنندهٔ میانقاب Te=0.047H0.9
قاب با مهاربند واگرا یا کمانش‌تاب در سیستم قاب ساختمانی یا دوگانه Te=0.073H0.75
سایر سیستم‌ها Te=0.049H0.75
اگر میانقاب‌ها مانع حرکت جانبی قاب شوند، ضوابط رابطهٔ Te=0.049H0.75 حاکم می‌شود.

۱-۲. تعیین زمان تناوب تحلیلی

زمان تناوب تحلیلی TD از مدل سازه استخراج می‌شود. در مسیر متداول محاسبه:

T=min(TD,1.4Te)

بنابراین نمی‌توان برای کاهش نیروی زلزله، زمان تناوب تحلیلی نامحدود را وارد طیف کرد. ضوابط کامل انتخاب T در بند ۳-۹-۲ آمده است.

صفحات ۹۷ تا ۹۹ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗

۲تعیین پارامترهای خطر Ss و S1

از نقشه‌های شتاب طیفی پیوست ۱ و برحسب موقعیت ساختگاه تعیین می‌کنیم:

  • Ss: شتاب طیفی MCE روی بستر سنگ در دوره‌های کوتاه، متناظر با T=0.2s
  • S1: شتاب طیفی MCE روی بستر سنگ در T=1s

هر دو مقدار برحسب g و بدون بعد در روابط وارد می‌شوند.

۳تعیین نوع زمین

نوع زمین، از I تا VI، باید بر اساس گزارش ژئوتکنیک و ضوابط جدول ۲-۵ مشخص شود. تعیین نوع زمین نباید صرفاً با حدس یا عنوان عمومی «خاک سخت/نرم» انجام شود.

زمین نوع VI: استفاده از طیف ویژهٔ ساختگاه لازم است و مسیر طیف استاندارد ارائه‌شده در ادامه مستقیماً قابل استفاده نیست.

۴تعیین ضرایب ساختگاه Fs و F1

  • Fs از جدول ۲-۱، برحسب نوع زمین و Ss
  • F1 از جدول ۲-۲، برحسب نوع زمین و S1

برای مقادیر میانی Ss یا S1، درون‌یابی خطی انجام می‌شود.

صفحات ۵۳ و ۵۴ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗

۵محاسبهٔ شتاب‌های طیفی MCE در سطح زمین

طبق روابط ۲-۱:

SMS=FsSs
SM1=F1S1

این دو مقدار هنوز مربوط به «زلزلهٔ بیشینهٔ موردنظر» هستند، نه زلزلهٔ طرح.

۶تبدیل به شتاب‌های طیفی زلزلهٔ طرح

طبق روابط ۲-۲:

SDS=23SMS
SD1=23SM1

۷محاسبهٔ نقاط شکست طیف

T0=0.2SD1SDS
Ts=SD1SDS
TL=6.0s

۸محاسبهٔ Sa در زمان تناوب T

با مقایسهٔ T به‌دست‌آمده در گام ۱ با T0، Ts و TL، یکی از روابط زیر انتخاب می‌شود:

Sa(T)= { SDS[0.4+0.6TT0] 0≤T<T0 SDS T0≤T≤Ts SD1T Ts<T≤TL SD1TLT2 T>TL

این همان شتاب طیفی طرح متناظر با زمان تناوب اصلی سازه است.

بند ۲-۵، صفحهٔ ۵۵ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗

۹تعیین Ie و Ru

ضریب اهمیت Ie از جدول ۱-۱ تعیین می‌شود:

گروه اهمیتIe
گروه ۱؛ اهمیت خیلی زیاد۱٫۴
گروه ۲؛ اهمیت زیاد۱٫۲
گروه ۳؛ اهمیت متوسط۱٫۰
گروه ۴؛ اهمیت کم۰٫۸

ضریب رفتار Ru برحسب سیستم باربر لرزه‌ای همان امتداد، از جدول ۳-۱ تعیین می‌شود.

۱۰محاسبهٔ ضریب زلزله C

طبق رابطهٔ ۳-۲:

C=SaRu/Ie=SaIeRu

سپس برش پایهٔ اولیه برابر است با:

Vu=CW

W وزن مؤثر لرزه‌ای بالای تراز پایه است.

بند ۳-۹-۱-۱، صفحهٔ ۹۴ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗

۱۱کنترل حداقل ضریب زلزله

ابتدا:

Cmin,1=max(0.044SDSIe,0.01)

اگر شرط زیر برقرار باشد:

S1≥0.6

کنترل اضافی زیر نیز لازم است:

Cmin,2=0.5S1Ru/Ie=0.5S1IeRu

پس ضریب حاکم برای برش پایه، به‌صورت عملی:

Cdesign=max(C,Cmin,1,Cmin,2)

Cmin,2 فقط وقتی وارد مقایسه می‌شود که S1≥0.6 باشد.

کنترل مهم: در کنترل دوم از S1 استفاده می‌شود، نه SD1.
Vu=CdesignW

تبصرهٔ بند ۳-۹-۱-۲ دربارهٔ اثر ضریب نامعینی ρ باید هنگام تشکیل بارهای نهایی جداگانه کنترل شود.

بند ۳-۹-۱-۲، صفحهٔ ۹۵ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗

۱۲محاسبهٔ ضریب k

k ضریب زلزله نیست؛ توان توزیع نیروی جانبی در ارتفاع است. برحسب همان T گام ۱:

k={ 1.0 T<0.5s 0.5T+0.75 0.5≤T≤2.5s 2.0 T>2.5s

کنترل مرزی

  • برای T=0.5s داریم k=1.0.
  • برای T=2.5s داریم k=2.0.

۱۳استفاده از C و k در توزیع نیرو

ابتدا ضریب توزیع تراز i:

Cvi=Wihik∑j=1nWjhjk

سپس:

Fui=CviVu

یا به‌صورت یک‌مرحله‌ای:

Fui=VuWihik∑j=1nWjhjk

در این رابطه:

  • Wi: سهم وزن مؤثر لرزه‌ای طبقهٔ i
  • hi: ارتفاع تراز طبقهٔ i از تراز پایه
  • n: تعداد طبقات بالای تراز پایه
  • k: توان توزیع ارتفاعی

کنترل تعادل نیروها:

∑i=1nFui=Vu
طبق تبصرهٔ بند، خرپشته نیز در این توزیع همواره یک طبقهٔ مستقل محسوب می‌شود.
بند ۳-۹-۳، صفحهٔ ۹۹ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗
بخش دوم

بار دریفت و کنترل تغییرمکان

تعریف الگوی بار مستقل دریفت، استخراج تغییرمکان ارتجاعی و کنترل دریفت طرح مطابق ضوابط فصل سوم

تفاوت بار طراحی مقاومت و بار کنترل دریفت

پارامتربار طراحی مقاومتبار کنترل دریفت
دورهٔ مورد استفاده Tforce=min(TD,1.4Te) Tdr=TD
ضریب زلزله Cforce Cdr
توان توزیع ارتفاعی kforce kdr
کنترل حداقل برش پایهالزامیالزامی

TD زمان تناوب تحلیلی مدل و Te زمان تناوب تجربی است.

بند ۳-۱۲-۵ اجازه می‌دهد برای محاسبهٔ تغییرمکان‌ها، دورهٔ تحلیلی مدل بدون محدودیت 1.4Te به کار رود؛ ولی طبق بند ۳-۱۲-۴، حداقل برش پایه همچنان باید رعایت شود.

صفحهٔ ۱۱۷ فایل، بندهای ۳-۱۲-۴ و ۳-۱۲-۵ ↗

۱۴تعیین دورهٔ بار دریفت

برای هر امتداد جداگانه:

Tdr,x=TDx
Tdr,y=TDy
در این مرحله محدودیت 1.4Te اعمال نمی‌شود.

برای سازهٔ بتن‌آرمه، TD باید از مدلی به دست آید که ضرایب سختی ترک‌خوردهٔ اعضا مطابق مبحث نهم در آن منظور شده باشد.

۱۵محاسبهٔ شتاب طیفی دریفت

پارامترهای SDS، SD1، T0، Ts و TL همان مقادیر مراحل قبلی هستند؛ فقط T با TD جایگزین می‌شود:

Sa,dr= { SDS[0.4+0.6TDT0] 0≤TD<T0 SDS T0≤TD≤Ts SD1TD Ts<TD≤TL SD1TLTD2 TD>TL

این محاسبه برای TDx و TDy جداگانه انجام می‌شود.

۱۶محاسبهٔ ضریب خام زلزلهٔ دریفت

Cdr,0=Sa,drRu/Ie=Sa,drIeRu

بنابراین، در دو امتداد:

Cdr,0,x=Sa(TDx)IeRux
Cdr,0,y=Sa(TDy)IeRuy

۱۷کنترل حداقل Cdr

حداقل ضریب زلزله‌ای که قبلاً محاسبه شد، برای بار دریفت نیز الزامی است:

Cmin,1=max(0.044SDSIe,0.01)

اگر S1≥0.6 باشد:

Cmin,2=0.5S1IeRu

بنابراین ضریب نهایی بار دریفت:

Cdr=max(Cdr,0,Cmin,1,Cmin,2)

Cmin,2 فقط در صورت S1≥0.6 وارد مقایسه می‌شود.

ممکن است استفاده از TD باعث کاهش Sa شود، اما کنترل حداقل برش پایه اجازه ندهد Cdr از مقدار مشخصی کمتر شود.

۱۸محاسبهٔ kdr

در الگوی بار مستقل دریفت، توان توزیع ارتفاعی نیز بر مبنای دورهٔ تحلیلی TD محاسبه می‌شود:

kdr={ 1.0TD<0.5s 0.5TD+0.750.5≤TD≤2.5s 2.0TD>2.5s
kdr,x=k(TDx)
kdr,y=k(TDy)

رابطهٔ اصلی k در بند ۳-۹-۳ آمده است.

صفحهٔ ۹۹ فایل آیین‌نامهٔ ۲۸۰۰ ↗

۱۹تشکیل بار جانبی دریفت

برش پایهٔ بار دریفت:

Vdr=CdrW

نیروی طبقهٔ i:

Fui,dr=VdrWihikdr∑j=1nWjhjkdr

کنترل جمع نیروها:

∑i=1nFui,dr=Vdr

الگوهای معمول بار در ETABS

نوع الگوی بارضریب واردشدهتوان توزیع
زلزلهٔ طراحی XCforce,xkforce,x
زلزلهٔ طراحی YCforce,ykforce,y
زلزلهٔ دریفت XCdr,xkdr,x
زلزلهٔ دریفت YCdr,ykdr,y

۲۰استخراج تغییرمکان ارتجاعی طبقات

از تحلیل خطی تحت بار دریفت، تغییرمکان جانبی ارتجاعی هر طبقه استخراج می‌شود:

Δeu,i=δe,i−δe,i−1
  • برای ساختمان‌های بدون نامنظمی پیچشی زیاد یا شدید، اختلاف تغییرمکان مراکز جرم دو کف مبنا قرار می‌گیرد.
  • در ساختمان دارای نامنظمی پیچشی زیاد یا شدید، باید بیشترین اختلاف تغییرمکان گره‌های هم‌راستا در کناره‌های ساختمان کنترل شود.

۲۱تبدیل دریفت ارتجاعی به دریفت طرح

ΔM,i=CdIeΔeu,i
  • Cd: ضریب بزرگ‌نمایی تغییرمکان از جدول ۳-۱
  • Ie: ضریب اهمیت ساختمان
  • Δeu: دریفت ارتجاعی حاصل از تحلیل
  • ΔM: دریفت غیرارتجاعی مورد انتظار در زلزلهٔ طرح
دو ضریب متفاوت:
Cdr≠Cd
Cdr ضریب بار زلزلهٔ دریفت است.
Cd ضریب بزرگ‌نمایی تغییرمکان سیستم سازه‌ای است.
صفحات ۱۱۵ و ۱۱۶ فایل، رابطهٔ ۳-۱۹ ↗

۲۲کنترل دریفت مجاز

طبق جدول ۳-۵:

گروه اهمیتدریفت مجاز Δa
گروه ۱؛ اهمیت خیلی زیاد0.010h
گروه ۲؛ اهمیت زیاد0.015h
گروه ۳؛ اهمیت متوسط0.020h
گروه ۴؛ اهمیت کم0.025h

شرط پذیرش:

ΔM,i≤Δa,i

یا به شکل نسبت دریفت:

ΔM,ihi≤Δa,ihi

دو اصلاح مهم

  • اگر سیستم آن امتداد فقط از قاب‌های خمشی تشکیل شده و مشمول ضریب نامعینی ρ باشد، دریفت مجاز اصلاح می‌شود:
Δa,modified=Δaρ
  • برای قاب خمشی معمولی یا متوسط در سیستم قاب ساختمانی، قاب خمشی یا سیستم دوگانه، حد مجاز گروه ۲ به 0.0125h و گروه‌های ۳ و ۴ به 0.015h محدود می‌شود.

۲۳الزامات تحلیل دریفت

دریفت ارتجاعی باید با لحاظ موارد زیر محاسبه شود:

  • اثرات P−Δ
  • سختی ترک‌خورده در سازه‌های بتن‌آرمه
  • پیچش ذاتی و اتفاقی
  • ضریب تشدید پیچش Aj، در صورت شمول
  • بارهای ثقلی مورد انتظار، نه کمتر از 1.0D+0.5L

خلاصهٔ نهایی محاسبات هر امتداد

Tforce=min(TD,1.4Te) Cforce=max[Sa(Tforce)IeRu,Cmin] kforce=k(Tforce) Tdr=TD Cdr=max[Sa(TD)IeRu,Cmin] kdr=k(TD) ΔM=CdIeΔeu

اطلاعات لازم برای بررسی عددی گام‌به‌گام

برای اجرای محاسبات در هر دو امتداد، داده‌های زیر باید در دسترس باشند:

  • Ss و S1
  • نوع زمین بر اساس گزارش ژئوتکنیک
  • گروه اهمیت ساختمان
  • سیستم سازه‌ای و Ru در هر امتداد
  • ارتفاع ساختمان H
  • زمان‌های تناوب تحلیلی TDx و TDy
  • وضعیت اثر محدودکنندهٔ میانقاب‌ها
  • ارتفاع طبقه و تغییرمکان‌های ارتجاعی برای کنترل دریفت