در سالهای اخیر، استفاده از سازههای بتنی در سطح کشور گسترش یافته است. در میان سیستمهای سازهای مختلف، سیستم قاب خمشی بتن آرمه با شکلپذیری متوسط بیش از سایر سیستمها متداول است. با این حال، ویرایش پنجم آییننامه ۲۸۰۰ محدودیتهای بیشتری برای استفاده از این سیستم نسبت به ویرایش چهارم اعمال کرده است. در این مقاله، به طور کامل بررسی میشود که این سیستم برای کدام سازهها مجاز است و در چه شرایطی میتوان از محدودیت ارتفاعی آن عبور کرد.
۱. قوانین کلی و محدودیتهای ارتفاعی
استفاده از سیستم قاب خمشی بتن آرمه با شکلپذیری متوسط بر اساس گروه طراحی لرزهای (SDC) به شرح زیر محدود شده است:
-
گروه لرزهای ۳ (SDC-3): استفاده از این سیستم کلاً غیرمجاز است.
-
گروه لرزهای ۲ (SDC-2): استفاده تا حداکثر ۱۸ متر مجاز است. همچنین در این گروه، رعایت ضابطه «ستون قوی – تیر ضعیف» که بهطور معمول فقط برای سیستم قاب خمشی ویژه اجباری است، برای شکلپذیری متوسط نیز الزامی میباشد.
-
گروه لرزهای ۱ (SDC-1): استفاده تا حداکثر ۲۱ متر مجاز است و نیازی به رعایت ضابطه اضافی (ستون قوی – تیر ضعیف) نمیباشد.
۲. دستهبندی سازهها بر اساس سطح اهمیت
برای تشخیص گروه لرزهای هر سازه، باید سطح اهمیت آن را در نظر گرفت:
سازههای با سطح اهمیت «خیلی زیاد»
-
کلیه این سازهها در گروه لرزهای ۳ (SDC-3) قرار میگیرند.
-
در نتیجه، استفاده از سیستم قاب خمشی بتن آرمه متوسط برای آنها مجاز نیست.
سازههای با سطح اهمیت «زیاد»
-
اگر پارامتر شتاب طیفی S1 > 0.5 ثانیه باشد، سازه در گروه لرزهای ۳ قرار میگیرد و استفاده از این سیستم مجاز نیست.
شهرهای مشمول این شرایط (S1>0.5) عبارتند از:
تهران، کرج، قزوین، همدان، قم، مشهد، تبریز، رشت، شیراز -
در غیر این صورت (یعنی مناطقی که حداکثر S1 برابر ۰.۵ است)، سازه در گروه لرزهای ۲ قرار میگیرد. برای این دسته، استفاده از سیستم تا ارتفاع ۱۸ متر مجاز بوده و رعایت ضابطه «ستون قوی – تیر ضعیف» الزامی است.
شهرهای مشمول این شرایط (S1≤0.5) عبارتند از:
اصفهان، یزد، اراک، اهواز
سازههای با سطح اهمیت «متوسط یا کم»
این سازهها در یکی از دو گروه لرزهای ۱ یا ۲ قرار میگیرند. ارتفاع مجاز برای آنها به ترتیب ۲۱ متر (گروه ۱) و ۱۸ متر (گروه ۲) خواهد بود.
نکته مهم: با توجه به اینکه هیچ منطقهای در ایران دارای پارامتر S1 > 0.6 نیست، عملاً هیچ سازه با اهمیت متوسط یا کم در گروه لرزهای ۳ قرار نمیگیرد.
نحوه تشخیص گروه لرزهای ۱ یا ۲ برای سازههای با اهمیت متوسط:
-
برای قرار گرفتن در گروه لرزهای ۱، سازه باید همزمان دو شرط زیر را داشته باشد:
-
SD1 < 0.4
-
SDS < 0.75
-
-
در بقیه موارد (غیر از شرایط فوق)، سازه در گروه لرزهای ۲ قرار میگیرد.
شرایطی که باعث قرار گرفتن سازه با اهمیت متوسط در گروه لرزهای ۲ میشود (و در نتیجه ارتفاع به ۱۸ متر محدود میگردد):
-
خاک تیپ III، IV و V (همه نقاط)
-
خاک تیپ II در مناطقی که S1 > 0.46 یا Ss > 1.04 باشد.
شهرهای مهم مشمول این بند:
تهران، مشهد، تبریز، شیراز، همدان، شهرکرد، یاسوج، کرمان، زاهدان، سمنان، کرج، قزوین، رشت، زنجان، اردبیل و … -
خاک تیپ I در مناطقی که Ss > 1.125 باشد.
شهرهای مشمول این بند:
تهران، کرج، قزوین، سمنان، مشهد، گرگان، ساری، رشت، تبریز، یاسوج، شیراز، کرمان، بندرعباس
تبصره ویژه خاک تیپ I: در صورتی که سرعت موج برشی با استفاده از آزمایشهای ژئوفیزیکی درونچاهی مطمئن (حداقل ۳ اندازهگیری) تعیین شده باشد، میتوان شرط Ss را به Ss > 1.25 افزایش داد و برای مقادیر کمتر از آن، سازه را در گروه لرزهای ۱ در نظر گرفت.
نتیجهگیری نهایی برای اهمیت متوسط:
-
مواردی که ذکر نشده (یعنی خارج از سه بند فوق)، سازه مشمول گروه طراحی لرزهای ۱ شده و ارتفاع مجاز آن ۲۱ متر خواهد بود.
-
تذکر: در گروه لرزهای ۲، حتماً باید ضابطه «ستون قوی – تیر ضعیف» به صورت اضافه کنترل و رعایت گردد.
۳. روشهای افزایش ارتفاع مجاز (عبور از محدودیت ۱۸ و ۲۱ متر)
اگر ارتفاع سازه شما در گروه لرزهای ۱ یا ۲ از محدوده مجاز (به ترتیب ۲۱ و ۱۸ متر) بیشتر باشد، آییننامه ۲۸۰۰ تحت شرایط خاصی اجازه میدهد با استفاده از ترکیب سیستمها در ارتفاع (بند ۳-۱۱-۲)، این محدودیت را مدیریت کنید. در ادامه سه روش عملی ارائه میشود:
روش اول: استفاده از سیستم ویژه در طبقات پایین
-
چند طبقه پایین را با سیستم قاب خمشی بتن آرمه با شکلپذیری ویژه یا دیوار برشی بتن آرمه ویژه طراحی کنید.
-
مابقی طبقات تا ارتفاع حداکثر ۲۱ متر (گروه ۱) یا ۱۸ متر (گروه ۲) با سیستم قاب خمشی متوسط طراحی میشوند.
-
نکته کلیدی: آنالیز و طراحی کل ساختمان باید بر اساس ضریب رفتار سیستم قاب خمشی متوسط (۴.۵) انجام گیرد، اما ضوابط لرزهای سیستم ویژه در قسمت تحتانی رعایت شود.
-
محدودیت اقتصادی: این روش عملاً زمانی مقرونبهصرفه است که تنها یک یا دو طبقه پایین از سیستم ویژه استفاده کنند؛ در غیر این صورت، طراحی دستبالا در طبقات پایین باعث غیراقتصادی شدن پروژه میشود.
روش دوم: استفاده از دیوار برشی معمولی در پایین + قاب متوسط در بالا (استثنا ۱ بند ۳-۱۱-۲-۱)
-
در طبقات پایین از سیستم دیوار برشی بتن آرمه با شکلپذیری معمولی و در طبقات بالا از قاب خمشی متوسط استفاده میشود.
-
شرایط الزامی:
۱. سختی جانبی طبقات پایین حداقل ۱۰ برابر سختی جانبی طبقات فوقانی باشد.
۲. برای گروه لرزهای ۲، دیوارها باید بدون بازشو بوده و طول آنها حداقل برابر ارتفاع طبقه باشد.
۳. تنش قائم در دیوارها ناشی از بارهای ثقلی از ۱۵ درصد مقاومت فشاری بتن بیشتر نشود. -
ارتفاع مجاز قسمت تحتانی در این روش:
-
گروه لرزهای ۱: حداکثر ۱۵ متر
-
گروه لرزهای ۲: حداکثر ۱۰.۵ متر
-
-
مزیت: الزامی به رعایت ضوابط ویژه لرزهای برای دیوار برشی نیست. همچنین ضریب رفتار سیستم دیوار برشی معمولی (۴) یا قاب خمشی متوسط (۴.۵) اختلاف چندانی با هم ندارند، بنابراین طراحی کل سازه از نظر اقتصادی بهینه میماند.
-
چالش اصلی: تأمین سختی حداقل ۱۰ برابری در طبقات پایین نیازمند دیوارهای متعدد با ضخامت و طول کافی است (و احتمالاً افزایش رده بتن). البته این موضوع مزیت کاهش دریفت و درز انقطاع محاسباتی را نیز به همراه دارد.
-
کاربرد ویژه: برای ساختمانهای دارای طبقات منفی که نیاز به دیوار حائل پیرامونی دارند، این روش بسیار مناسب است.
جمعبندی نهایی:
استفاده از سیستم قاب خمشی بتن آرمه با شکلپذیری متوسط در ویرایش پنجم آییننامه ۲۸۰۰ کاملاً وابسته به گروه لرزهای و سطح اهمیت سازه است. برای ارتفاعهای بیشتر، ترکیب سیستمها در ارتفاع با رعایت دقیق ضوابط بند ۳-۱۱-۲، راهحلهای فنی و اجرایی قابل قبولی ارائه میدهد که بسته به شرایط پروژه (تعداد طبقات، نوع خاک، و ملاحظات اقتصادی) میتوان یکی از 2روش فوق را انتخاب کرد.
منبع: بر اساس ویرایش پنجم آییننامه ۲۸۰۰ (زلزله) و بندهای ۳-۱۱-۲ و ضوابط مربوط به گروههای طراحی لرزهای.
