4-1- بررسی اولیه ی نامنظمی (Irregular) سازه

بعد از انتخاب سیستم باربر ثقلی و جانبی و همچنین جانمایی المان های باربر هر سیستم باید بررسی نمود که آیا بر اساس استاندارد 2800 سازه دارای نامنظمی هست یا نه؟

به عبارت دیگر در این مرحله اگر در کالبد سازه از نظر شکل هندسی،توزیع جرم و توزیع سختی نامنظمی وجود داشته باشد، یا باید نامنظمی را رفع نمود یا در صورت عدم امکان رفع نامنظمی محدودیت ها و جرائم آن را پذیرفت.

در این قسمت انواع نامنظمی ها و روش های تشخیص آن شرح داده خواهد شد، سپس محدودیت ها و جرائمی که در صورت وجود نامنظمی ایجاد می گردد ارائه می شود.

در ایران مرجع تشخیص نامنظمی سازه ها استاندارد 2800 و در کشور آمریکا استاندارد ASCE7 -22  می باشد.

در استاندارد 2800 نامنظمی های سازه به دو دسته ی نامنطمی در پلان و نامنظمی در ارتفاع تقسیم می شود، که هر کدام از این دو دسته دارای انواع مختلفی می باشد.

الف) انواع نامنظمی در پلان (Horizontal Irregularity)

در استاندارد 2800 انواع نامنظمی در پلان به شرح جدول زیر در بند 1-7-1 تقسیم بندی می شود:

در استاندارد  ASCE7-22 انواع نامنظمی در پلان به شرح جدول زیر طی جدول 1-3-12 تقسیم بندی می شود:

1- نامنظمی هندسی (Reentrant Corner Irregularity)

اگر در پلان سازه گوشه ای وجود داشته باشد که مقدار تورفتگی این گوشه در هر دوجهت به صورت همزمان بیشتر از 20 بعد کل پلان در همان جهت باشد، آن گاه سازه دارای نامنظمی هندسی در پلان خواهد بود.

برای توضیح بیشتر به مثال های زیر دقت کنید:

-مثال اول : آیا پلان سازه ی زیر دارای نامنظمی هندسی است؟

پاسخ:

خیر ، زیرا هیچ گونه گوشه ای در پلان وجود ندارد.

-مثال دوم : آیا پلان سازه ی زیر دارای نامنظمی هندسی است؟

پاسخ:

بله، چون که گوشه ی موجود در پلان طبق محاسبات زیر در هر دو جهت بیشتر از 20 درصد تورفتگی دارد،پلان دارای نامنظمی هندسی است.

-مثال سوم : آیا پلان سازه ی زیر دارای نامنظمی هندسی است؟

پاسخ:

خیر ، زیرا با وجود اینکه در جهت Y  مقدار تورفتگی بیشتر از 20 درصد کل بعد جهت Y است ولی در جهت X این مقدار کمتر از 20 درصد می باشد.

-مثال چهارم : آیا پلان سازه ی زیر دارای نامنظمی هندسی است؟

پاسخ:

بله ، زیرا در هر دوجهت مقدار تو رفتگی بیشتر از 20 درصد بعد پلان می باشد.

– مثال پنجم: آیا پلان سازه ی زیر دارای نامنظمی هندسی است؟

در پلان های به این شکل باید بحرانی ترین حالت را بررسی نمود، در این پلان اگر دو نقطه ی  A و B را گوشه های داخلی در نظر بگیریم، و فاصله ی نقطه ی A را از محور A محاسبه کنیم ، بحرانی ترین حالت رخ خواهد داد.

در هر دوجهت مقدار تو رفتگی بیشتر از 20 درصد بعد پلان می باشد.

– مثال ششم: آیا پلان سازه ی زیر دارای نامنظمی هندسی است؟

هر چند در این پلان قسمتی از سقف به دلایل معماری اجرا نشده است ، ولی

برخلاف مثال قبلی دارای تیر می باشد که از ایجاد گوشه ی داخلی و در نتیجه نامنظمی هندسی در پلان جلوگیری می کند.

باید به این نکته توجه نمود که حتی اگر در یک طبقه از یک سازه ی چند طبقه، پلان دارای نامنظمی  هندسی باشد کل سازه نامنظم  هندسی در پلان خواهد بود و مشمول محدودیت ها و جرائم این نامنظمی می شود.

در استاندارد ASCE 7-22 نامنظمی هندسی در پلان دقیقا مطابق استاندارد 2800 می باشد.

2- نامنظمی پیچشی (Torsional Irregularity)

همانطور که در قسمت جانمایی دیوارهای سازه ای و مهاربندها توضیح داده شد بهتر است این المان ها نسبت به پلان متقارن، توزیع شوند، قابل ذکر است این مورد برای قاب های خمشی هم صدق می کند، یعنی اگر قرار است برای باربری جانبی یک سازه اتصال تیر به ستون را گیردار کنیم تا سیستم باربر جانبی، قاب خمشی باشد باید تیرهای با اتصال گیردار را به نحوی انتخاب نمود که نسب به پلان قرینه باشند.

برای درک بهتر نامنظمی پیچشی بهتر است توضیحاتی راجع مرکز جرم و مرکز سختی سازه ارائه گردد.

منظور از مرکز جرم یک طبقه، نقطه ای است که می توان تمام جرم سازه را به صورت بار نقطه ای در آن متمرکز نمود،برای توضیح بیشتر فرض کنید می خواهیم یک طبقه را فقط با یک ستون نگه داریم، به نقطه ای که می توان آن ستون را قرار داد بدون اینکه طبقه ناپایدار شود مرکز جرم می گویند.

در پروژه های واقعی که دارای بارگذاری و پلان نا متقارن هستند برای پیدا کردن مرکز جرم از نرم افزار استفاده خواهیم کرد.

برای تعریف مرکز سختی می توان گفت نقطه ای است که اگر قرار باشد المان های باربر جانبی (مهاربند،دیواربرشی و قاب خمشی) در برابر نیروی زلزله ای که به طبقه وارد شده، نیرویی معادل و در خلاف جهت وارد کنند تا سازه را پایدار نگه دارند محل برآیند این نیروهای مقاوم را مرکز سختی می گویند.دقت داشته باشد تعریف فوق صرفا برای درک مفهوم مرکز سختی است و در واقعیت چنین اتفاقی رخ نمی دهد.

به این نکته دقت کنید که در یک سازه ی چند طبقه، هر طبقه مرکز سختی و مرکز جرم خود را دارد.

حال فرض می کنیم در یک سیکل زلزله، نیرویی در جهت X به طبقه ی مورد نظر وارد می شود،و به صورت ساده شده می توان این نیرو را نیرویی متمرکز در مرکز جرم طبقه تصور نمود.

اگر مقاومت طبقه در برابر این نیرو را به صورت نیرویی در خلاف جهت زلزله تصور کنیم، این نیروی معادل به مرکز سختی وارد می شود، محل مرکز سختی در پلان به چینش المان های باربر جانبی وابسته می باشد.

بنابر این هرچه المان های باربر جانبی نسبت به مرکز جرم قرینه تر باشند، فاصله ی مرکز جرم و مرکز سختی از یکدیگر کم تر می شود و این کم شدن فاصله به معنی کاهش بازوی یک کوپل نیرو است که در نهایت منجر به کاهش لنگر پیچشی طبقه خواهد شد.

بدیهی است هر چه فاصله دو نقطه ی مرکز جرم و مرکز سختی بیشتر باشد، لنگر پیچشی پلان بیشتر بوده و در نتیجه منجر به افزایش تغییر شکل نسبی دو گوشه پلان می گردد.برای درک بیشتر دو تصویر زیر را با یکدیگر مقایسه می کنیم.

در تصویر اول که معمولا چنین حالتی هرگز اتفاق رخ نخواهد داد فرض می کنیم دو نقطه کاملا بر هم منطبق هستند، در این حالت لنگر پیچشی پلان صفر بوده و دو گوشه نسبت به هم تغییر مکانی نخواهند داشت.

به عبارت دیگر داریم :

ولی در تصویر زیر که مرکز جرم و سختی با یکدیگر فاصله دارند تغییر مکان دو نقطه نسبت به یک دیگر متفاوت خواهد بود.

استاندارد های لرزه ای مانند 2800 و ASCE 7 از ماهیت تغییر مکان نسبی دو گوشه پلان که در صفحه قبل مطرح شد برای تشخیص فاصله ی مرکز جرم و سختی و در نتیجه کنترل نظم پیچشی پلان استفاده می کنند.

*نکته ی بسیار مهم: دقت داشته باشید که در استاندارد های مذکور تغییر مکان نسبی هر گوشه مد نظر است نه تغییرمکان مطلق!

برای درک جمله ی بالا لازم است ابتدا با انواع تغییر مکان ها آشنایی پیدا کنید:

به تصویر زیر دقت کنید،خطی که با رنگ قرمز مشخص شده است حالت اولیه ی ستون و خط آبی رنگ حالت تغییر شکل یافته ی ستون می باشد. مقدار تغییر مکان نقطه ی A از حالت اولیه را تغییر مکان مطلق نقطه A (X1) می گویند.

به همین ترتیب مقدار X1-X2 نیز تغییر مکان مطلق نقطه ی B خواهد بود.

به خط سبز رنگ توجه کنید، این خط امتداد نقطه ی B بعد از تغییر مکان می باشد،حال حد فاصل نقطه ی  A تا نقطه ی B را تغییر مکان نسبی نقطه A

گویند،به عبارت دیگر X2 تغییر مکان نقطه A نسبت به تغییر مکان نقطه B می باشد. به تغییر مکان نسبی دریفت (drift) نیز گفته می شود.

به حاصل تقسیم تغییر مکان نسبی به ارتفاع طبقه نسبت دریفت (drift ratio) گفته می شود.

در اکثر موارد، کنترل های آیین نامه ای بر اساس تغییر مکان نسبی می باشد.

در بحث کنترل نامنظمی پیچشی مقدار تغییر مکان های دو گوشه پلان نسبی هستند، به عبارت دیگر وقتی در حال کنترل نظم پیچشی طبقه n ام هستیم ، تغییر مکان مطلق گوشه A را منهای تغییر مکان متناظرش در طبقه ی پایین تر می کنیم، سپس این عملیات برای نقطه ی A* نیز تکرار می شود، حال تغییر مکان های نسبی(دریفت)  دو نقطه A و A*  را در اختیار داریم و می توان آن ها را به منظور کنترل نظم پیچشی طبقه n ام با هم مقاسیه کنیم.

طبق استاندارد 2800 برای کنترل نظم پیچشی یک طبقه باید به شرح زیر عمل نمود:

تغییر مکان های نسبی دو گوشه ی انتهایی پلان را محاسبه می کنیم، سپس بین این دو مقدار،عدد بزرگ تر را D max و میانگین دو مقدار را D avg می نامیم.

دقت شود که نامنظمی پیچشی باید برای هر دو راستای پلان انجام شود.

حتی اگر یک طبقه از یک سازه ی چند طبقه نامنظم پیچشی زیاد یا پیچشی شدید باشد ، کل سازه نامنظم پیچشی زیاد یا پیچشی شدید خواهد بود.

همانطور که قبلا گفته شد در تمام روابط بحث نامنظمی پیچشی، با تغییر مکان های نسبی نقاط سرو کار داریم.

به این نکته توجه کنید که تا قبل از تحلیل نرم افزاری سازه به راحتی نمی توان مقادیر لازم برای کنترل نامنظمی پیچشی را محاسبه نمود و عموما در کارهای عملی ابتدا فرض بر این گذاشته می شود که سازه فاقد نامنظمی پیچشی است و بعد از تحلیل دقیق سازه این فرض کنترل می شود.

در قسمت کنترل های آیین نامه ای به طور مفصل توضیح داده خواهد شد که اگر سازه نامنظم پیچشی باشد یا باید با فرض جدید مراحل طراحی سازه تکرار شود یا نامنظمی پیچشی را با روش هایی رفع نمود.

در استاندارد ASCE 7-22 کلیات نامنظمی پیچشی مطابق استاندارد 2800 می باشد،البته تفاوت هایی نیز دارد،در این استاندارد علاوه بر کنترل با اعداد 1.2 و 1.4 عدد 1.6 نیز وجود دارد.

همچنین معیار دیگری برای تشخیص نامنظمی پیچشی در این استاندارد ارائه می گردد:

اگر المان های باربر جانبی به شکلی در پلان قرار گرفته باشند که بیشتر از 75% مقاومت جانبی طبقه در یک طرف مرکز جرم جمع شده باشد،باعث نامنظمی پیچشی خواهد شد.قابل ذکر است در تحلیل های خطی متداول امکان کنترل این معیار به صورت دقیق وجود ندارد.

3– نامنظمی در دیافراگم (Diaphragm Discontinuity Irregularity )

نامنظمی در دیافراگم به دو دلیل ممکن است ایجاد شود:

*دلیل اول وجود بازشوی بزرگ در سقف: اگر مساحت بازشوی موجود در سقف، بیشتر از 50% کل مساحت سقف باشد.

همانطور که ملاحظه می کنید در شکل های a و b و c به دلیل اینکه مساحت بازشوی سقف (دیافراگم) کمتر از 50% کل مساحت سقف می باشد،پلان از نظر بازشوی دیافراگم منظم به حساب می آید، در حالی که در شکل d، این نامنظمی وجود دارد.دقت داشته باشید که در استاندارد ASCE 7-22 به جای معیار 50% از عدد 25% استفاده می شود.

*دلیل دوم تفاوت سختی درون صفحه:به طور مثال اگر ضخامت دال بتنی سقف یک طبقه را20 سانتی متر فرض کنیم و طبقه ی بالای آن را 50 سانتی متر،اگر این اختلاف ضخامت باعث شود که سختی درون صفحه ی این دو دیافراگم بیشتر از 50% با یکدیگر فرق داشته باشد، آن گاه کل سازه دارای نامنظمی در دیافراگم خواهد بود.تعیین سختی درون صفحه ی دیافراگم با محاسبات دستی وقت گیر می باشد.

نحوه ی کنترل دقیق این نوع از نامنظمی به کمک نرم افزار در قسمت کنترل های آیین نامه ای شرح داده می شود،قبل از تحیل مانند بحث نامنظمی پیچشی می توان فرض نمود که نامنظمی در دیافراگم ناشی از سختی در سازه وجود ندارد،سپس بعد از تحلیل این فرض را کنترل خواهیم کرد.

حتی اگر یک طبقه از سازه دارای نامنظمی در دیافراگم باشد باعث نامنظمی در دیافراگم کل سازه خواهد شد.

در این قسمت قبل از ادامه ی بحث بهتر است توضیحاتی راجع به مفهوم سختی داده شود.

با فرمول معروف سختی فنر همه ی مهندسان گرامی آشنایی دارند:  F = k D

در واقع سختی فنر میزان مقاومت آن در برابر تغییر شکل است،به طور مثال اگر بخواهیم سر یک ستون را 5 سانتی متر جابه جا کنیم میزان نیروی لازم برای ایجاد این جابه جایی را سختی ستون در برابر 5 سانتی متر جابه جایی می گویند،اگر نیروی لازم را با واحد کیلوگرم اندازه گیری کنیم سختی ستون را با واحد kg/cm  نشان خواهیم داد.

در بحث سختی درون صفحه ی دیافراگم نیز، منظور میزان نیرویی لازم برای جابه جایی درون صفحه ی دیافراگم است که صرفا به ضخامت سقف (دیافراگم) بستگی نداشته بلکه به چینش المان های باربر نیز وابسته است.

4- نامنظمی خارج از صفحه (Out-of-Plane Offset Irregularity)

تصویر زیر را ببینید، در این سازه  بنابر دلایل معماری دیوار A از صفحه ی دیوار های طبقات بالاتر خود خارج و باعث ایجاد نامنظمی خارج صفحه گردیده است.دقت داشت باشید این اتفاق برای المان ها ی مهاربند نیز ممکن است رخ دهد.

در استاندارد ASCE 7-22  تفاوتی نسبت به استاندارد 2800 در بحث نامنظمی خارج از صفحه وجود ندارد.

5- نامنظمی سیستم های غیر موازی(Nonparallel System Irregularity)

همانطور که قبلا نیز گفته شد در بحث طراحی لرزه ای سازه ها ما هر پلان را به دو جهت X و  Y تقسیم می کنیم و سازه را به صورت جداگانه برای هر دو راستا مورد بررسی قرار می دهیم، حال اگر المان باربر جانبی (دیوار،مهاربند و قاب خمشی) در پلان موجود باشد و با راستاهای اصلی فرض شده موازی نباشد باعث نامنظمی غیر موازی خواهد شد.

به تصور زیر دقت کنید، دهانه هایی که با رنگ قرمز مشخص شده اند دارای المان باربر جانبی( دیوار،مهاربند و قاب خمشی) می باشند. با توجه به مختصات X و  Y در نظر گرفته شده برای پلان که در حقیقت جهت های اعمال نیروی زلزله به سازه هستند و از آنجا که المان های باربر جانبی در راستای X با محور X و المان های باربر جانبی جهت Y با محور Y موازی هستند، بنابر این در این پلان نامنظمی سیستم های غیر موازی وجود ندارد.

حال تصویر زیر را در نظر بگیرید: همانطور که مشخص است المان بابر جانبی A با محور های اصلی سازه دارای زاویه می باشد، بنابر این پلان این طبقه از سازه و در نتیجه کل سازه دارای نامنظمی سیستم های غیر موازی می باشد.

برای تکمیل بحث نامنظمی سیستم های غیر موازی به تصویر زیر توجه کنید، با وجود اینکه در پلان زاویه وجود دارد ولی چون در محل این زاویه المان بابر جانبی اعم از دیوار ، مهاربند یا قاب خمشی قرار نگرفته است، بنابر این مشمول نامنظمی غیر موازی نمی شود.

در بحث نامنظمی سیستم های غیر موازی مرسوم است که اگر زاویه بین المان باربر جانبی با محور های اصلی در نظر گرفته شده کمتر از 15 درجه باشد، از آن صرف نظر کرده و سیستم را منظم به حساب می آورند،ولی این عدد مبنای آیین نامه ای نداشته و عرف جامعه مهندسی است.

در استاندارد ASCE 7-22  تفاوتی نسبت به استاندارد 2800 در بحث نامنظمی سیستم های غیر موازی وجود ندارد.

ب) انواع نامنظمی در ارتفاع (Vertical Irregularity)

در استاندارد 2800 انواع نامنظمی در ارتفاع به شرح جدول زیر در بند 1-7-2 تقسیم بندی می شود:

در استاندارد  ASCE 7-22 انواع نامنظمی در ارتفاع به شرح جدول زیر طی جدول 2-3-12 تقسیم بندی می شود:

همانطور که مشخص است در ویرایش22 استاندارد ASCE 7 نامنظمی جرمی حذف گردیده است.

در ادامه انواع نامنظمی در ارتفاع شرح داده خواهد شد:

1- نامنظمی هندسی در ارتفاع (Vertical Geometric Irregularity)

اگر بعد سیستم باربر جانبی در ارتفاع سازه دچار تغییرات شود و میزان این تغییرات بیشتر از 30% باشد،آن گاه این شرایط باعث ایجاد نامنظمی هندسی در ارتفاع خواهد شد.

برای توضیح بیشتر به مثال های زیر توجه کنید:

-مثال اول: آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

همانطور که مشخص است طول دیوار برشی در طبقه ی آخر نسبت به طبقه ی پایین خود کوتاه تر شده است و چون این مقدار تغییر(نسبت طول دیوار طبقه 4 به طول دیوار طبقه 5) بیشتر از 30 درصد می باشد، پس سازه مشمول نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد.

-مثال دوم: آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

در این سازه بنا بر دلایل معماری در طبقه ی 3 قسمتی از دیوار برشی حذف گردیده است، و اگر طول المان باربر جانبی این طبقه را با طبقه ی دوم مقایسه کنیم، حاصل نسبت عدد 10 بر 5 میباشد که از 30 درصد بیشتر بوده،پس سازه نامنظم هندسی در ارتفاع می باشد.

-مثال سوم: آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

در این سازه بنا بر دلایل معماری در  تراز همکف قسمتی از دیوار برشی حذف گردیده است، و اگر طول المان باربر جانبی این طبقه را با طبقه ی اول مقایسه کنیم، حاصل نسبت عدد 10 بر 8 می باشد که از 30 درصد کمتر بوده،پس سازه نامنظم هندسی در ارتفاع نیست.

-مثال چهارم: آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

تمامی موارد مطرح شده در مورد دیوار های برشی برای مهاربند ها نیز صدق می کند.

-مثال پنجم : اگر تمام دهانه های نشان داده شده در تصویر زیر قاب خمشی باشند آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

دقت داشته باشید که چون دهانه های قاب خمشی سیستم باربر جانبی به حساب می آیند بنابر این در این سازه مقدار عقب نشینی سازه به منزله ی کاهش سیستم باربر جانبی خواهد بودو چون میزان کاهش بیشتر از 30 درصد است پی سازه نامنظم هندسی در ارتفاع می باشد.

-مثال ششم: اگر تیرهای با رنگ سبز در تصویر زیر قاب خمشی(دارای اتصال گیردار) باشند آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

به جهت اینکه در طول المان های باربر جانبی(قابهای با تیر سبز رنگ)در هیچ طبقه ای تغییری ایجاد نشده است،پس این سازه از نظر هندسی در  ارتفاع منظم می باشد.

– مثال هفتم : اگر در تصویر زیر فقط مهاربند ها سیستم باربر جانبی باشند، آیا سازه ی زیر داراری نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

به جهت اینکه در طول المان های باربر جانبی در هیچ طبقه ای تغییری ایجاد نشده است،پس این سازه از نظر هندسی در ارتفاع منظم می باشد.

-مثال هشتم: اگر تیرهای با رنگ سبز در تصویر زیر قاب خمشی(دارای اتصال گیردار) باشند آیا سازه زیر دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد؟

سیستم سازه ای زیر تا طبقه ی 3 دوگانه می باشد و در طبقه ی 4 و5 سیستم باربر جانبی قاب خمشی می باشد، با وجود این که در طول مهاربند ها  تغییری ایجاد نشده است ولی بر اساس قضاوت مهندسی می توان گفت طول سیستم باربر جانبی در طبقه 4 نسبت به طبقه 3 کاهش پیدا کرده است، و چون این اختلاف بیشتر از 30 درصد است، پس سازه دارای نامنظمی هندسی در ارتفاع می باشد.

استانداردASCE 7  در مورد تعریف این نامنظمی با 2800 مطابقت کامل دارد.

2- نامنظمی جرمی

همانطور که ذکر شد در ویرایش جدید استاندارد ASCE 7 این نامنظمی حذف گریده است و احتمالا در ویرایش آتی 2800 نیز حذف شود،ولی بنابر آشنایی خوانندگان محترم توضیحات آن ارائه میگردد.

اگر جرم لرزه ای یک طبقه با جرم لرزه ای طبقه ی بالاتر یا پایین تر خود بیش از  50% تفاوت داشته باشد، سازه مشمول نامنظمی جرمی می شود.

برای توضیح بیشتر لازم است ابتدا با مفهوم جرم لرزه ای آشنا شوید.

جرم لرزه ای به جرمی گفته می شود که در هنگام وارد شدن انرژی زلزله به سازه و به تبع آن ایجاد شتاب در سازه،جرمی که به همراه این شتاب دچار نوسان می شود را جرم لرزه ای می گویند.

برای یک سازه چند طبقه می توان جرم لرزه ای هر طبقه را جداگانه محاسبه نمود،سپس مجموع جرم لرزه ای تمام طبقات را جرم لرزه ای کل سازه می نامیم.

از نظر استاندارد 2800 بند 3-3-1-1  جرم موثر لرزه ای عبارت است از کل جرم حاصل از اجزای سازه ای،دیوارهای جداکننده،سقف ها،تاسیسات ثابت و درصدی از بار زنده یا برف بام.

علت این که برای بار زنده درصدی را در جرم موثر لرزه ای موثر می دانیم وتمام بار زنده را مشارکت نمی دهیم به این خاطر است که در هنگام زلزله بار های زنده ماهیت شناوری دارند و ثابت به سقف ها متصل نیستند و تاثیر خیلی کمی در جذب شتاب زلزله خواهند داشت.(تعریف بار زنده در قسمت محاسبات بارگذاری ارائه خواهد شد)

در استاندارد ASCE 7-22 جرم موثر لرزه ای در بند 2-7-12  ارائه می گردد.

برای کنترل این نامنظمی بعد از مشخص شدن ابعاد المان های سازه ای و کامل شدن مدل نرم افزاری به کمک  خود نرم افزار وزن موثر لرزه ای را برای هر طبقه محاسبه می کنیم و آن را با وزن موثر لرزه ای طبقات بالا و پایین مقایسه خواهیم کرد.لذا در ابتدای شروع طراحی می توان فرض نمود سازه این نامنظمی را ندارد.

به طور مثال در تصویر زیر وزن لرزه ای طبقه ی سوم را با طبقات دوم و چهارم مقایسه می کنیم، اگر دو شرط زیر به صورت همزمان برقرار باشند، نامنظمی جرمی برای طبقه ی سوم وجود نخواهد داشت.

قابل توجه است که در استاندارد 2800 ذکر می گردد طبقات بام و خرپشته از کنترل این نامنظمی مستثنی هستند.

به عبارت دیگر در تصویر این مثال اگر طبقه ی 5 را بام در نظر بگیریم ، نیازی به مقایسه ی بین طبقه ی 4 و 5 نمی باشد.

عموما نامنظمی جرمی در ساختمان های پله ای ممکن است ایجاد شود.

3- نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی (In-Plane Discontinuity in Vertical Lateral Force-Resisting Element Irregularity)

این نامنظمی زمانی رخ می دهد که مانند تصویر زیر سیستم باربر جانبی در یک قاب نسبت به طبقات پایین خود جابه جا شود.

در استاندارد 2800 ذکر می گردد اگر میزان جابه جایی بزرگتر باشد از طول المان باربر جانبی (min (La , Lb آن گاه سازه مشمول نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی خواهد بود. در استاندارد ASCE 7 صحبتی از حداکثر جابه جایی نشده است و  جابه جا شدن را نامنظمی تلقی می کند.

مثال : آیا سازه ی زیر دارای نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی است؟

میزان جابه جایی = 10

طول المان باربر جانبی کمتر = 4

به دلیل آن که میزان جابه جایی از طول المان باربر جانبی کوچکتر،بیشتر است،پس سازه دارای نامنظمی قطع سیستم باربر جانبی می باشد.

4- نامنظمی مقاومت جانبی (Discontinuity in Lateral Strength–Weak Story Irregularity)

اگر المان های باربر جانبی یک طبقه به نحوی طراحی یا اجرا شوند که مقاومت جانبی کمتری از طبقه ی بالای خود داشته باشند به آن طبقه،طبقه ی ضعیف می گویند،وجود طبقه ی ضعیف نیز باعث ایجاد نامنظمی مقاومت جانبی می شود.

در استاندارد 2800 به طبقه ای که مقاومت جانبی آن کمتر از 80 درصد مقاومت جانبی طبقه ی روی خود باشد طبقه ی ضعیف گفته می شود.

در استاندارد 2800 اگر مقاومت جانبی طبقه ای کمتر از 65 درصد مقاومت جانبی طبقه ی بالای خود باشد، آن طبقه را طبقه ی خیلی ضعیف می نامد.

به طور مثال در تصویر زیر به دلایل معماری مجبور به ایجاد بازشو در دیوار برشی بوده ایم که این امر باعث کاهش مقاومت جانبی طبقه سوم نسبت به طبقه ای چهارم می گردد.

در استاندارد ASCE 7 هر دو تعریف طبقه ی ضعیف و خیلی ضعیف وجود دارد با این تفاوت که در این استاندارد برای تشخیص طبقه ی ضعیف عدد 80% وجود ندارد، به این معنی که هر گاه مقاومت جانبی طبقه ای کمتر از مقاومت جانبی طبقه ی روی خود باشد(حتی 1%( آن طبقه را ضعیف می داند، ولی معیار 65 درصد برای تشخیص طبقه ی خیلی ضعیف در  هر دو استاندارد مشابه می باشد.

عموما محاسبه و مقایسه ی مقاومت جانبی طبقات کار ساده ای نسیت و نیاز به تحلیل های پیشرفته ای دارد، اما با ساده سازی هایی میتوان برای کنترل این نامنظمی اقدام نمود که لازمه ی آن نهایی شدن ابعاد و مشخصات المان های باربر جانبی می باشد،لذا در مرحله کنترل های آیین نامه ای به نحوه ی کنترل این نامنظمی می پردازیم و در ابتدای امر می توان فرض نمود سازه این نامنظمی را ندارد ،سپس بعد از طراحی نهایی این فرض را کنترل می کنیم.

5- نامنظمی سختی جانبی (Stiffness–Soft Story Irregularity)

اگر المان های باربر جانبی یک طبقه به نحوی طراحی یا اجرا شوند که سختی جانبی کمتری از طبقه ی بالای خود داشته باشند به آن طبقه،طبقه ی نرم می گویند،وجود طبقه ی نرم نیز باعث ایجاد نامنظمی سختی جانبی می شود.

همانطور که قبلا راجع به مفهوم سختی صحبت شد،معیار برای مقایسه ی سختی دو طبقه ،میزان جابه جایی آن ها می باشد،در حالی که راجع به نامنظمی مقاومت جانبی معیار میزان مقاومت نیرویی المان های باربر خواهد بود،به بیان دیگر وقتی می خواهیم مقاومت جانبی یک طبقه را محاسبه کنیم ، باید میزان نیرویی که المان های باربر جانبی لازم دارند تا تسلیم شوند یا کمانش کنند(کمانش مهاربندها) را محاسبه کنیم و وقتی می خواهیم سختی یک طبقه را محاسبه کنیم ، باید میزان جابه جایی آن طبقه تحت نیروی جانبی را به دست آوریم.

در استاندارد 2800 اگر سختی جانبی یک طبقه کمتر از 70% سختی جانبی طبقه ی روی خود باشد، به آن طبقه طبقه ی نرم می گوید و اگر سختی آن کمتر از 60% طبقه ی روی خود باشد به آن طبقه طبقه ی خیلی نرم گفته می شود.البته معیار دیگری نیز برای تشخیص طبقه ی نرم وخیلی نرم وجود دارد و آن میانگین گیری از سختی های سه طبقه ی بالایی طبقه ی مورد نظر می باشد، به طوری که اگر سختی جانبی یک طبقه کمتر باشد از 80% میانگین سختی جانبی سه طبقه بالای خود طبقه نرم بوده و اگر کمتر باشد از 70% میانگین سختی های سه طبقه ی بالای خود،طبقه ی خیلی نرم به حساب می آید.

عوامل مختلفی می تواند باعث ایجاد طبقه ی نرم یا خیلی نرم شود،مثل ارتفاع بیشتر طبقه،ایجاد بازشو در دیوار برشی،حذف ستون یا مهاربندو…

همان طور که برای کنترل مقاومت جانبی گفته شد برای کنترل نامنظمی سختی جانبی ابتدا لازم است که ابعاد المان های باربر جانبی مشخص گردد،سپس به محاسبه و مقایسه ی سختی های جانبی طبقات پرداخته شود،لذا در ابتدا می توان فرض نمود که سازه از نظر سختی جانبی منظم است،سپس بعد از پایان طراحی نهایی سازه به کنترل این فرض خواهیم پرداخت.

در قسمت کنترل های آیین نامه ای نحوه ی کنترل سختی جانبی طبقات کامل شرح داده خواهد شد.

در استاندارد ASCE 7 نحوه ی کنترل نامنظمی سختی جانبی کاملا مطابق با استاندارد2800 می باشد با این تفاوت که استاندارد ASCE 7 یک تخفیف به شرح زیر در نظر می گیرد:

اگر نسبت دریفت (drift ratio) تمام طبقات کمتر باشد از 1.3 برابر نسبت دریفت طبقه ی بالای خود، آنگاه نیازی به کنترل و مقایسه ی سختی طبقات نبوده و سازه از نظر سختی جانبی منظم فرض می شود.

به عبارت دیگر در تصویر زیر اگر تمام موارد گفته شده برقرار باشد سازه منظم خواهد بود،همچنین این استاندارد ذکر می کند نیازی به کنترل این بند برای دو طبقه ی آخر نمی باشد.

نحوه ی کنترل نسبت دریفت در مراحل کنترل های آیین نامه ای توضیح داده خواهد شد.

ساختمان های دارای نامنظمی مشمول یک سری محدودیت و جریمه می گردند، محدودیت در احداث ساختمان های نامنظم طبق بند 1-7-3 استاندارد 2800 به شرح زیر می باشد:

1- احداث ساختمان های دارای طبقه ی خیلی ضعیف در مناطق با خطر نسبی متوسط و بالاتر مجاز نبوده و در مناطق با خطر نسبی کم ارتفاع آن ها به 10 متر و کم تر از سه طبقه محدود می گردد.(تعریف مناطق با خطر نسبی در بخش محاسبات بار زلزله ارائه می گردد.)

2- احداث ساختمان های دارای طبقه ی خیلی نرم و نامنظمی شدید پیچشی در مناطق با خطر نسبی متوسط و بالاتر بر روی خاک نوع 4 ممنوع می باشد.

همچنین وجود نامنظمی علاوه بر محدودیت های فوق،جریمه هایی را برای سازه در پی خواهد داشت که در مراحل مختلف طراحی سازه به این جریمه ها پرداخته خواهد شد.