زمان تناوب سازه : بررسی مکان تراز پایه ساختمان و تاثیر آن در زمان تناوب سازه

زمان تناوب سازه چیست

یک سازه ۱ درجه آزادی دقیقا مانند یک آونگ عمل میکند و موقع زلزله نوسان خواهد کرد . سازه نیز مانند یک آونگ حول یک مکان ثابت نوسان می کند . مکانی که موقع زلزله نسبت به سازه ثابت است. در مهندسی عمران به این مکان تراز پایه می گوییم.

طبق تعریف استاندارد ۲۸۰۰ تراز پایه به مکانی اطلاق می شود که در هنگام زلزله از آن تراز به پایین اختلاف حرکتی بین ساختمان و زمین وجود نداشته باشد.

شاید در ابتدا بگویید که مکان تراز پایه بالای تراز فونداسیون است. بله درست است. اما در شرایط زیر مکان تراز پایه را چطور تعیین می کنید؟

اگر ساختمان دارای طبقاتی زیر زمین باشد؟!

اگر دیوار نگهبان وجود داشته باشد؟!

تراز پایه ساختمان

تصویر زیر تعیین مکان ترازپایه را در ۳ حالت خاص نشان می دهد.

در حالت اول یک ساختمان بدون زیرزمین نشان داده شده است. در اینجا مکان تراز پایه قاعدتا بالای تراز فونداسیون خواهد بود.

در حالت دوم یک ساختمانی را نشان می دهد که دارای زیرزمین است. در این حالت به دلیل اینکه بین دیوار و خاک فاصله وجود دارد مکان تراز پایه را نمیتوانیم بالای فونداسیون در نظر بگیریم. در اینجا مکان تراز پایه پایین ترین تراز ساختمان می باشد. (خط زرد رنگ)

در حالت سوم تراز پایه را نزدیکترین سقف زیرزمین به زمین طبیعی در نظر میگیریم.

البته بایستی ۳ شرط زیر رعایت شود. در غیر این صورت مکان ترازپایه مانند حالت دوم خواهد بود.

۱- خاک اطراف متراکم باشد
۲- جنس دیوارها بتن آرمه باشد
۳- آخرین سقف از صلبیت کافی برخوردار باشد.

زمان تناوب سازه دقیقا چیست؟

به مدت زمان یک رفت و برگشت کامل سازه موقع زلزله زمان تناوب میگوییم.

حال چطور میتوان زمان تناوب یک سازه را به دست آورد؟

زمان تناوب اصلی سازه با توجه به روابطی که قبلا در علم فیزیک آموختیم به دست می آید. طبق تصویر بالا زمان تناوب سازه به جرم سازه و سختی سازه وابسته است. پس کافی است جرم و سختی سازه را محاسبه کرده تا زمان تناوب سازه را به دست آوریم.

اما آیا محاسبه جرم و سختی یک سازه به همین راحتی است که میگوییم؟! برای محاسبه زمان تناوب سازه با ۲ مشکل اساسی روبرو هستیم.

۱- مشکل اول این است که به سادگی نمیتوان جرم یک سازه و سختی آن را به طور دقیق به دست آورد. حتی با استفاده از نرم افزارهای قدرتمندی همچون etabs و sap
۲- مشکل دوم در نظر نگرفتن سختی اجزای غیرسازه ای توسط نرم افزار است. چیزی که ما در نرم افزار مدلسازی می کنیم فقط اسکلت ساختمان است. در صورتیکه اجزاء غیرسازه ای نیز سختی سازه را افزایش می دهند.
برای حل این مشکلات آیین نامه زمان تناوب تجربی را معرفی کرده است. همانطور که از نامش پیداست این زمان تناوب تجربی بوده و با استفاده از عملکردی که سازه ها در زلزله های پیشین از خود نشان داده اند به دست آمده است. استاندارد ۲۸۰۰ با توجه به سیستم سازه ای و ارتفاع محاسباتی هر ساختمان فرمول هایی برای تعیین زمان تناوب تجربی ارائه نموده است.

در فرمول های زیر H فاصله تراز پایه تا بام ساختمان می باشد.

زمان تناوب تجربی

برای سیستم های قاب خمشی در صورتیکه جداگرهای میاقابی مانعی برای حرکت قاب شوند زمان تناوب تجربی را در عدد ۰٫۸ ضرب می کنیم.

سوالی که اینجا پیش می آید بحث تاثیر جداگرهای میان قابی است. طبق فرمول های استاندارد۲۸۰۰ در صورتیکه جداگرهای میانقابی مانعی برای حرکت قاب ایجاد کنند زمان تناوب تجربی را باید ۲۰ درصد کاهش داد. یا همانطور که گفتیم زمان تناوب تجربی را باید در عدد ۰٫۸ ضرب کرد.

دلیل این موضوع چیست؟

دلیل این موضوع این است که در صورتیکه این جداگرها به قاب چسبیده باشند باعث افزایش سختی سازه می شوند. به فرمول محاسبه زمان تناوب مجددا مراجعه کنید. T=2π√ m/k

همانطور که میبینید T با K نسبت عکس دارد. بنابراین متوجه میشویم که استاندارد۲۸۰۰ با کاهش زمان تناوب تجربی این موضوع را درنظر گرفته است.

البته میتوان با نبشی کشی مناسب و ایجاد فاصله به کمک مصالح نرم مانند یونولیت از اتصال بین قاب و میانقاب جلوگیری کرد. در این صورت نیازی به کاهش ۲۰ درصدی زمان تناوب تجربی نیست.

از طرفی از آنجایی که زمان تناوب تحلیلی با توجه به مشخصات سازه مورد نظر ما به دست می آید آن را نیز مورد توجه قرار میدهیم. بر اساس تبصره بند ۳-۳-۳-۱ استاندارد۲۸۰۰ زمان تناوب اصلی نوسان برای ساختمان های متداول طبق رابطه کلی زیر به دست می آید.

فرمول بالا یکی از مهمترین کنترل های سازه ای است که مهندسین محاسب با آن روبرو هستند.


منبع: سبز سازه