خانه - خدمات ایستاسازه - ابنیه و ساختمان - تغییرمکان جانبی نسبی طبقات چیست؟ (Drift)

دریفت سازه (تغییرمکان جانبی نسبی طبقات) چیست؟

طبق آیین نامه ASCE 7 به اختلاف جابجایی مراکز جرم بالایی و پایینی کف های یک طبقه دریفت گفته می شود. برخی دریفت را با نسبت دریفت اشتباه می گیرند در صورتی که هر کدام از اینها کاملا با هم فرق می کنند. تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در بین مهندسان به دریفت سازه شناخته می شود.

کنترل دریفت سازه یکی از کنترل های تعیین کننده و مهم در طراحی سازه های فلزی و بتنی است که در بسیاری از مواقع تاثیر گذار خواهد بود و نباید از مقادیر مشخصی که در آیین نامه 2800 تعیین شده تجاوز نماید. در عرف مهندسی کشور ما، از عبارت  Drift (رانش یا همان جابجایی) به عنوان جابجایی نسبی ایجاد شده تقسیم بر ارتفاع (بدون بعد) یاد می‌شود ولی در ادبیات فنی  Drift به معنی جابجایی است که دارای بعد طول است.

تغییر مکان جانبی نسبی طبقات در سازه های بتنی و فولادی بطور واقعی، تنها با استفاده از تحلیل غیر خطی سازه قابل محاسبه است، ولی می توان آن را با تقریب خوبی از رابطه زیر به دست آورد:

Δ_M = C_d . Δ_eu

C_d : ضریب بزرگ نمایی مطابق جدول 3-4 استاندارد 2800

Δ_eu : تغییر مکان جانبی نسبی طبقه در اثر زلزله طرح

Δ_M  : تغییر مکان جانبی نسبی غیر خطی طبقه و یا تغییر مکان جانبی نسبی واقعی طبقه. در ساختمان های تا پنج طبقه به 0.025h و در سایر ساختمان‌ ها به 0.02h محدود می ‌شود، که h ارتفاع طبقه می ‌باشد.

به طور کلی پارامترهای زیر را می‌توان بصورت زیر تعریف نمود:

• جابجایی کلی (𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡): برابر است با جابجایی کلی سازه در بالاترین تراز. یکی از مواردی که در جابجایی کلی سازه می تواند موثر باشد، مناسب بودن خاک زیر پی می باشد. گاهی اوقات خاک زیر شالوده نیاز به بهسازی دارد که با روش های مختلفی مانند اختلاط عمیق خاک (DSM)، تزریق پر فشار (جت گروتینگ)، شمع، ستون شنی ارتعاشی، تراکم دینامیکی، ریزشمع (میکروپایل)، خاک مسلح (ژئوسنتتیک) انجام می گردد. ضمناً گودبرداری با روش های مختلفی نظیر مهارگذاری (انکراژ)، سپر کوبی، مهار متقابل (استرات)، میخ کوبی (نیلینگ)، سازه نگهبان خرپایی، ساخت از بالا به پایین (تاپ دان)، دیوار برلنی و دیوار دیافراگمی به همراه طراحی مناسب سازه، می تواند محاسبات برش پایه و تغییر مکان را به روی زمین منتقل کند.

• جابجایی نسبی بین طبقه (𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟-𝑆𝑡𝑜𝑟𝑦 𝐷𝑟𝑖𝑓t) : برابر است با جابجایی کلی یک طبقه منهای جابجایی کلی طبقه پایین
• شاخص جابجایی کلی (𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡 𝐼𝑛𝑑𝑒𝑥) : برابر است با جابجایی بالای سازه تقسیم بر ارتفاع سازه.
• شاخص جابجایی بین طبقه (𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟-𝑆𝑡𝑜𝑟𝑦 𝐷𝑟𝑖𝑓𝑡 𝐼𝑛𝑑𝑒𝑥) : از تقسیم جابجایی نسبی هر طبقه بر ارتفاع آن طبقه حاصل می‌شود (رانش یا همان جابجایی) به عنوان جابجایی نسبی ایجاد شده تقسیم بر ارتفاع

ماهیت دریفت

به طور کلی دریفت طبقه ناشی از دو مد خمشی و برشی است، تغییر شکل خمشی تمام تیرها و ستون ها بعلاوه تغییر شکل محوری ستون ها، مد خمشی دریفت را به وجود می آورند. از طرف دیگر تغییر شکل برشی تمامی تیرها و ستون ها به علاوه تغییر شکل برشی چشمه اتصال منجر به ایجاد مد برشی می گردد.

مشارکت در مد برشی دریفت با تغییر پیکر بندی سازه عوض می شود اما در کل خمش تیرها بیشترین سهم را در آن دارد در حالی که خمش ستون ها دارای کمترین میزان مشارکت خواهند بود. چشمه اتصال نیز سهم ۱۵ تا ۳۰ درصدی از مد برشی کل را به خود اختصاص می دهد که مطابق آیین نامه ASCE7 می بایست اثر آن در تعیین دریفت لحاظ گردد. در قاب های خمشی لاغر که دارای نسبت ارتفاع به دهانه بزرگتر از ۱.۵ یا بزرگتر هستند، مد خمشی قابل ملاحظه ای وجود دارد. برای قاب های متقارن، میزان دریفت کل طبقه را تقریبا می توان برابر با چرخش یک ستون فولادی متقارن در نظر گرفت که دارای ممان اینرسی معادل۲I=Ac.D است که در آن Ac سطح مقطح ستون های انتهایی بوده وD فاصله ما بین آنها است. در صورتی که مد خمشی دریفت به صورت قابل توجهی در دریفت طبقه مشارکت نماید می توان ابعاد ستون های انتهایی قاب خمشی ویژه را افزایش داد و یا اینکه مد برشی دریفت را محدودتر نمود که در نتیجه مجموع مد خمشی و مد برشی که دریفت کلی را تشکیل می دهند از مقدار مجاز دریفت طبقه تجاور نکند. برای قاب های خمشی فولادی ویژه لاغر استفاده از مقاطع بهینه که الزامات دریفت را رعایت نمایند منجر به استفاده از مقاطع تیر بزرگتر در نزدیکی میانه ارتفاع ساختمان نسبت به پایین آن می گردد.

تفاوت دریفت با نسبت دریفت

اگر سازه از لحاظ پیچشی منظم باشد کنترل دریفت بر اساس تغییر مکان های مراکز جرم صورت می گیرد اما اگر نامنظمی پیچشی داشته باشیم این کنترل بر اساس لبه های کناری ساختمان (مطابق تصویر ذیل) صورت می گیرد.

طراحی بر اساس مقاومت یا سختی؟

در بسیاری از مواقع طراحان سازه، ساختمان های دارای سیستم قاب خمشی فولادی را بر اساس دریفت (یعنی بر اساس سختی سازه) طراحی می نمایند و نه بر اساس مقاومت. در خصوص قاب های خمشی فولادی ویژه در صورت حاکم شدن طراحی بر اساس دریفت، در ابتدا ابعاد تیرها را به دست آورده و با توجه به اینکه می بایست ضابطه ستون قوی، تیر ضعیف را رعایت نماییم ابعاد ستون ها نیز به دنبال اندازه تیرها تغییر می نماید و در واقع ابعاد تمامی اعضای اصلی سازه بر اساس دریفت تعیین می شود، البته در مورد ستون های طبقات پایین تر، به دلیل بار محوری بسیار زیادی که به آنها وارد می شود، معیار طراحی می تواند بر اساس مقاومت باشد. در مورد تعیین دریفت طبقات می بایست به نکات زیر دقت نمود:

• نیروهای جانبی که برای تعیین دریفت در طبقات به کار می روند می بایست تحت نیروهای زلزله در حالت حدی باشند ( در این حالت ضریب زلزله ۱ خواهد بود)
• صرف نظر از نوع طراحی (براساس تنش های مجاز و یا روشLRFD )، می بایست دریفت های غیر خطی را محاسبه نموده و با مقادیر مجاز مقایسه کرد، که مقادیر مزبور حاصل ضرب مقادیر به دست آمده از حالت الاستیک در Cd/I می باشد.
• در محاسبه دریفت، حد بالای پریود Ta که برای نیروها اعمال می شود وجود ندارد و می بایست از پریود تحلیلی سازه در محاسبه آنها استفاده نمود. (البته این حد برای سازه های با اهمیت زیاد در ویرایش چهارم آیین نامه ۲۸۰۰ تعیین شده است).
• در محاسبه دریفت طبقات حد پایین پریود وجود دارد، مقصود از حد پایین پریود همان پریود نظیر نیروی برشی حداقل است. در برخی از مراجع ذکر شده که آیین نامه ASCE نیز می بایست این حد پایین پریود را مانند حد بالای آن در مورد محاسبه دریفت حذف نماید.
• در مورد سازه هایی که نامتقارنی پیچشی دارند و یا در آنها احتمال ناپایداری تحت اثر بار P-Delta وجود دارد مقدار دریفت به دست آمده را می بایست با استفاده از ضرایب توصیه شده در آیین نامه بزرگ نمود.
• مقیاس کردن پاسخ های حاصل از روش طیفی به ۸۰ درصد پاسخ روش استاتیکی معادل که در مورد نیروها و لنگرها به کار می رود در مورد دریفت اعمال نمی شود، بنابراین چنانچه ابعاد اعضای سازه ای بر اساس سختی به دست آمده است و از روش طیفی برای به دست آوردن نیروها استفاده شده است، ساختمانی اقتصادی تر نسبت به روش استاتیکی معادل طراحی خواهد شد.

نکته

طراحی بر اساس دریفت یک روش تکراری و سعی و خطایی است به این دلیل که بعد از تعیین ابعاد اعضا بر اساس دریفت به دست آمده، پریود سازه تغییر کرده و منجر به تغییر نیروهای جانبی وارد به آن می شود که دوباره می بایست مراحل قبلی را برای سازه مورد نظر تکرار نمود تا جایی که دریفت منجر به تغییر سختی و ابعاد مقاطع سازه ای نگردد.

تفاوت Drift با Displacement

همان طور که در ابتدای مقاله ذکر شد، دریفت تغییر مکان نسبی طبقه تقسیم بر ارتفاع طبقه است. در واقع دریفت بدون واحد است اما Displacement تغیر مکان جانبی است که دیگر بر ارتفاع طبقه تقسیم نشده است. از طرف دیگر تغییر مکان مطلق هر طبقه به تغییر مکان مرکز جرم طبقه نسبت به تراز پایه گفته می شود. تغییر مکان نسبی به تغییر مکان مرکز جرم طبقه نسبت به مرکز جرم طبقه زیرین گفته می شود.

Displacement  همان تغییر مکان مطلق و Drift همان تغییر مکان نسبی طبقه است.

مراحل محاسبه دریفت در ایتبس به صورت گام به گام

1. ساخت الگوهای بار زلزله دریفت
2. محاسبه دریفت مجاز
3. محاسبه دریفت طبقات
4. مقایسه دریفت مجاز با دریفت طبقات و نتیجه گیری

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
• قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
• نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
• مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
• مدیریت پیمان (Management Contracting)
• مدیریت طرح (Construction Management)
• انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
• مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
• آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
• سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
• سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
• نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
• انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
• مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
• سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

• تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
• اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)

در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید : 

• معرفی نرم‌ افزار ETABS
• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار AutoCAD
• معرفی نرم افزار Plaxis
• معرفی نرم افزار ABAQUS

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)

مطالب مرتبط :

• مقررات ملی ساختمان
• استاندارد 2800