درز انقطاع چیست و چگونه محاسبه میشود؟ مطابق با ویرایش پنجم استاندارد 2800
هنگامی که دو ساختمان در مجاورت یکدیگر قرار دارند، در زمان وقوع زلزله هر ساختمان متناسب با مشخصات دینامیکی خود دچار تغییرمکان جانبی میشود. از آنجا که ساختمانهای مجاور ممکن است دارای جرم، سختی، ارتفاع، سیستم باربر جانبی و مشخصات دینامیکی متفاوتی باشند، حرکت آنها در هنگام زلزله الزاماً یکسان نخواهد بود.
اگر فاصله بین دو ساختمان برای تأمین این تغییرمکانها کافی نباشد، ممکن است دو ساختمان در هنگام زلزله با یکدیگر برخورد کنند. این پدیده در منابع مهندسی با عنوان Pounding شناخته میشود و میتواند موجب ایجاد آسیب در اعضای سازهای و غیرسازهای شود.
برای جلوگیری از این پدیده، باید بین ساختمانهای مجاور فاصله مناسبی در نظر گرفته شود. این فاصله که به درز انقطاع یا Separation Gap معروف است، یکی از الزامات مهم در طراحی و اجرای ساختمانها در مناطق لرزهخیز محسوب میشود.
در این مقاله، مفهوم درز انقطاع و نحوه محاسبه آن را بر اساس ضوابط استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش پنجم بررسی میکنیم.
درز انقطاع چیست؟
در یک تعریف ساده، درز انقطاع فاصلهای است که بین ساختمان و ساختمان یا زمین مجاور در نظر گرفته میشود تا در هنگام وقوع زلزله، تغییرمکان جانبی ساختمان بدون برخورد با ساختمان مجاور امکانپذیر باشد.
اهمیت این موضوع زمانی بیشتر میشود که دو ساختمان مجاور از نظر مشخصات دینامیکی با یکدیگر تفاوت داشته باشند.
چرا ساختمانهای مجاور تغییرمکان متفاوتی دارند؟
هر ساختمان دارای ویژگیهایی مانند جرم، سختی و سیستم باربر جانبی مشخصی است. این ویژگیها بر رفتار دینامیکی سازه تأثیر میگذارند.
یکی از پارامترهای مهم در این زمینه، پریود طبیعی سازه است. به طور کلی، مشخصات جرم و سختی سازه بر پریود آن تأثیر میگذارند و بنابراین ساختمانهای مجاور ممکن است پریودهای متفاوتی داشته باشند.
اگر پریود دو ساختمان متفاوت باشد، پاسخ آنها در برابر حرکت زمین نیز الزاماً یکسان نخواهد بود. در نتیجه، ممکن است در هنگام زلزله یکی از ساختمانها به سمت ساختمان دیگر حرکت کند و ساختمان دیگر نیز در همان لحظه در موقعیت متفاوتی قرار داشته باشد.
بنابراین، اگر فاصله کافی بین دو ساختمان وجود نداشته باشد، احتمال برخورد آنها وجود خواهد داشت.
همچنین برای فرکانس زاویهای روابط زیر را داریم:
در این روابط ƒ فرکانس و T پریود سازه است. با توجه به دو تا رابطه فرکانس زاویهای نتیجه میشود:
اگر سختی و جرم سازه متفاوت باشد آنگاه پریود آن دو سازه با هم متفاوت است.
اگر با مفهوم پریو سازه آشنا نیستید به مقاله مربوط به پریود سازه مراجعه نمایید.
پدیده ضربه ساختمانهای مجاور؛ Pounding
برخورد دو ساختمان مجاور در هنگام زلزله با عنوان Pounding شناخته میشود.
این پدیده زمانی رخ میدهد که تغییرمکان نسبی دو ساختمان به اندازهای باشد که فاصله موجود بین آنها برای جلوگیری از تماس کافی نباشد.
تأمین یک فاصله مناسب بین ساختمانهای مجاور، یکی از راهکارهای جلوگیری یا کاهش احتمال وقوع این پدیده است. این فاصله همان درز انقطاع است.
محاسبه درز انقطاع براساس ویرایش پنجم استاندارد 2800
استاندارد ۲۸۰۰ برای تأمین فاصله لازم بین ساختمانها، ساختمانها را بر اساس ارتفاع و اهمیت آنها در دو حالت کلی بررسی میکند.
حالت اول: ساختمانهای پنج طبقه و کمتر و حداکثر 18 متر
در ساختمانهای پنج طبقه و کمتر که ارتفاع آنها از تراز پایه حداکثر ۱۸ متر است، فاصله هر طبقه از مرز زمین مجاور باید حداقل برابر با پنج هزارم ارتفاع آن طبقه از روی تراز پایه باشد.
بنابراین:
d=0.005h
که در این رابطه d حداقل فاصله ساختمان از مرز زمین مجاور و h ارتفاع طبقه مورد نظر از تراز پایه است.
برای مثال، اگر ارتفاع یک ساختمان از تراز پایه تا طبقه موردنظر برابر با ۱۸ متر باشد:
d=0.005*18=0.09 m=9 cm
در عمل، مقدار درز انقطاع معمولاً به یک مقدار اجرایی مناسب گرد میشود؛ برای مثال، مقدار محاسباتی ۹ سانتیمتر میتواند در نقشهها به صورت ۱۰ سانتیمتر در نظر گرفته شود.
حالت دوم: ساختمانهای مشمول بند 7-12-3 ویرایش پنجم استاندارد 2800
در ساختمانهای با اهمیت زیاد و خیلی زیاد با هر تعداد طبقه و همچنین در سایر ساختمانها در صورتی که ساختمان بیش از پنج طبقه یا بلندتر از ۱۸ متر از تراز پایه باشد، حداقل عرض درز انقطاع باید بر اساس تغییرمکان جانبی ساختمان محاسبه شود.
در این حالت، حداقل عرض درز انقطاع بین دو ساختمان مجاور در هر طبقه برابر با جذر مجموع مربعات δM دو ساختمان است:
که در این رابطه :
δM1: حداکثر تغییرمکان جانبی کلی غیرارتجاعی ساختمان اول در محل بحرانی طبقه موردنظر
δM2: حداکثر تغییرمکان جانبی کلی غیرارتجاعی ساختمان دوم در محل بحرانی طبقه موردنظر
بنابراین برای محاسبه درز انقطاع بین دو ساختمان، ابتدا باید δM هر یک از ساختمانها تعیین شود.
محاسبه تغییرمکان جانبی غیرارتجاعی
بر اساس رابطه ارائهشده در استاندارد ۲۸۰۰ ویرایش پنجم:
در این رابطه:
δM: حداکثر تغییرمکان جانبی کلی غیرارتجاعی در محل بحرانی طبقه موردنظر تحت اثر زلزله طرح
Cd:ضریب بزرگنمایی تغییرمکان جانبی
δeu: حداکثر تغییرمکان جانبی کلی ارتجاعی در محل بحرانی طبقه موردنظر تحت اثر زلزله طرح، با احتساب آثار (P-Δ)
Ie: ضریب اهمیت ساختمان
در صورتی که سازه در امتداد موردنظر دارای نامنظمی پیچشی باشد، اثر ضریب تشدید پیچش اتفاقی (A_j) نیز باید در تعیین تغییرمکان جانبی لحاظ شود.
حداقل مقدار تغییرمکان جانبی
استاندارد ۲۸۰۰ یک حداقل برای (δM) نیز در نظر گرفته است. مقدار محاسبهشده (δM) نباید کمتر از پنج هزارم ارتفاع طبقه موردنظر از تراز پایه باشد.
نکات مهم در محاسبه درز انقطاع
برای محاسبه صحیح درز انقطاع بر اساس ویرایش پنجم استاندارد ۲۸۰۰، نکات زیر را باید در نظر داشت:
- برای ساختمانهای پنج طبقه و کمتر و حداکثر ۱۸ متر، حداقل فاصله برابر (0.005h) است.
- ساختمانهای با اهمیت زیاد و خیلی زیاد، صرفنظر از تعداد طبقات، مشمول ضوابط مربوط به تغییرمکان جانبی هستند.
- ساختمانهای بیش از پنج طبقه یا بلندتر از ۱۸ متر نیز باید بر اساس تغییرمکان جانبی بررسی شوند.
- در ساختمانهای مشمول بند ۷-۱۲-۳، ابتدا باید (δM) هر ساختمان تعیین شود.
- مقدار (δM) نباید از (0.005h) کمتر باشد.
- برای دو ساختمان مجاور، درز انقطاع از جذر مجموع مربعات (δM) دو ساختمان تعیین میشود.
- در تعیین (δeu)، آثار (P-Δ) باید لحاظ شود.
- در صورت وجود نامنظمی پیچشی در امتداد موردنظر، اثر (Aj) نیز باید در تعیین تغییرمکان لحاظ شود.
- در طراحی نهایی، علاوه بر مقدار محاسباتی، شرایط اجرایی و امکان اجرای صحیح درز انقطاع نیز باید مورد توجه قرار گیرد.
جمع بندی
درز انقطاع یکی از تمهیدات مهم برای جلوگیری از برخورد ساختمانهای مجاور در هنگام وقوع زلزله است. ساختمانهای مجاور به دلیل تفاوت در جرم، سختی، ارتفاع و سایر مشخصات دینامیکی، ممکن است در هنگام زلزله تغییرمکانهای متفاوتی داشته باشند و در صورت کافی نبودن فاصله بین آنها، پدیده Pounding رخ دهد.
بر اساس ویرایش پنجم استاندارد ۲۸۰۰، در ساختمانهای پنج طبقه و کمتر و حداکثر ۱۸ متر، حداقل فاصله هر طبقه از مرز زمین مجاور برابر (0.005h) است. برای ساختمانهای با اهمیت زیاد و خیلی زیاد با هر تعداد طبقه و همچنین ساختمانهای بیش از پنج طبقه یا بلندتر از ۱۸ متر، فاصله درز انقطاع بر اساس تغییرمکان جانبی ساختمان تعیین میشود.
