محاسبه درز انقطاع

درز انقطاع چیست؟

 

 

درز انقطاع (separation joints) به فاصله میان دو ساختمان میگویند که برای جلوگیری از خسارت ناشی از برخورد ساختمان ها در نظر گرفته میشود. در ادامه این مقاله مقداری بیشتر در مورد اصطلاحات تخصصی این پارامتر با هم صحبت میکنیم!

اجازه بدهید با ذکر چند سوال ذهن خود را مقداری بیشتر درگیر این ماجرا کنیم!

• اهمیت وجود درز انقطاع در ساختمان ها چیست؟
• چگونه ساختمان‌های ثابت حرکت میکنند؟
• اگر حرکت میکنند ، این حرکت چه دلیلی دارد؟
• این حرکت ها را چه اثراتی در هنگام زلزله دارند و چگونه میتوانیم آن هارا کنترل کنیم ؟

 

 

شروع داستانی به نام درز انقطاع :

در سال ۱۹۶۴ میلادی بر اثر نیروهای جانبی ناشی از زلزله آلاسکا ، مشاهده شد که هتل ۱۴ طبقه وستوارد و ساختمان ۶ طبقه مجاور آن با یکدیگر برخورد کرده اند.نکته جالب این ماجرا از آن جایی بود که بین این دو ساختمان در حدود ۴ اینچ(۱۰ سانتیمتر) فاصله بود.اما تغییر شکل این ساختمان ها به گونه ای بود که ۱۰ سانتیمتر کافی نبود. مشاهده بعدی ما منجر به کشته شدن ۳ انسان بود. در سال ۱۹۷۲ میلادی بر اثر زلزله ماناگوا هتل بزرگ پنج طبقه ای به وسیله برخورد با ساختمان دو طبقه مجاورش ، طبقه سوم بطور کامل گسیخته شد و در اثر این گسیختگی ۳ نفر فوت کردند.

تاریخ ادامه پیدا کرد تا به سال ۱۹۸۵ رسیدیم و واقعه ای بسیار هولناک را مشاهده کردیم. در زلزله ۱۹۸۵ مکزیکوسیتی ، بیش تر از ۲۰ درصد ساختمان ها به علت ضربه زدن به یکدیگر و عدم رعایت فاصله مناسب  در میان ساختمان های مجاور هم ( درز انقطاع ) دچارآسیب شدند.در طول این زلزله بر اثر سقوط ساختمان ۶ طبقه مالیات بر روی  مهدکودک مجاور آن ۹۳ کودک کشته شدند.

پس از مشاهده جان باختن ۹۳ کودک مهندسان عمران در پژوهش های خود دست به اقدامی علمی زدند و رعایت درز انقطاع را امری بسیار ضروری دانستند و در صورت مشاهده تخلف در آن جریمه های سنگینی را لحاظ نمودند.

 

 

درز انقطاع آیین نامه ۲۸۰۰ :

زمانی که نیروی لرزه ای به ساختمان ها وارد میشود ، این نیروی لرزه ای موجب به حرکت در آمدن ساختمان ها و ایجاد ارتعاش در درون هر سازه میشود. حال زمانی را در نظر بگیرید که دو ساختمان در کنار همدیگر باشند و ارتعاش یکسانی نیز نداشته باشند. بدیهی است که ساختمان ها با یکدیگر برخورد میکنند و تلفات و خساراتی را برای ما به جای میگذارند. برای جلوگیری از خسارت ناشی از برخورد ساختمان ها با یکدیگر ما فاصله ای را در میان آن ها ایجاد میکنیم که به این فاصله درزانقطاع میگویند!

در این رابطه استاندارد ۲۸۰۰ در بند ۱-۴ اینگونه بیان میکند :

۱-۴-۱ براي حذف و يا كاهش خسارت و خرابي ناشي از ضربه ساختمان هاي مجاور به يكديگر، ساختمان ها بايد با پيش بيني درز انقطاع از يكديگر جدا شده و يا با فاصله اي حداقل از مرز مشترك با زمين هاي مجاور ساخته شوند .

 

 

اگر به درز انقطاع توجه نکنیم چه اتفاقی میافتد؟

مفهوم ساده درز انقطاع فاصله بین دو ساختمان مجاور هم میباشد که اگر این فاصله ها رعایت نشوند حوادث خطرناکی ممکن است رخ بدهد و بر اثر ضربه ساختمان ها با یکدیگر، نیروی بسیار زیادی ایجاد شود که این نیروی کشنده ممکن است جان بسیاری را به خطر بیندازد.در سال ۲۰۰۳ در دانشگاه فنی استرالیا آزمایشی صورت گرفت که در این آزمایش قصد داشتند نیروی ایجاد شده در اثر ضربه دوساختمان را بدست آورند.

پس از ثبت وقایع  و محاسبه نیروها مهندسان عمران ، نتایج را اینگونه بیان کردند: قدرت تخریب نیروی ایجاد شده در این آزمایش (که در این آزمایش دو ساختمان ۳ طبقه با فاصله ۲ اینچ ساخته شده بودند) برابر این میباشد که یک پتک ۷۵ کیلوگرمی با سرعت ۴۶۹ کیلومتر بر ساعت به یک برگه کاغذ برخورد کند.

برخی از این خرابی ها را در شکل های زیر مشاهده میکنیم:

 

 

 

آسیب هایی که ساختمان ها به هنگام ضربه زدن به یگدیگر تجربه می کنند به دو دسته تقسیم می شوند که عبارتند از :

• آسیب کلی : آسیب کلی می تواند در سرتاسر یک ساختمان رخ دهد و توسط ممنتم یا اندازه حرکت و انرژی منتقل شده ما بین ساختمان ها به واسطه برخورد به وجود می آید ودر نتیجه آن، سرعت هر دو ساختمان تغییر می کند . بنابراین آسیب کلی می تواند ماکزیمم تغییر شکل های یک ساختمان را در مقایسه با حالت بدون نیروی برخورد و اثر ضربه افزایش دهد .تنه زدگی موجب هر دو نوع آسیب سازه ای و معماری می شود .
•  آسیب موضعی:  آسیب موضعی مستقیماً توسط برخورد فیزیکی دو ساختمان در ناحیه ای مجاور نقطه برخورد آن ها رخ می دهد و مستقیماً با نیروی برخورد در ارتباط است .

آؤمایشات بسییاری در این باره انجام شده است که نتایجاین آزمایش ها نشان می دهد برخورد سازه ها به یکدیگر به هنگام زلزله بر پاسخ ساختمان ها تأثیر زیادی دارد. نتایج بدست آمده حاکی از آن است که تغییرمکان نسبی طبقات در ساختمان به شدت از ضربه بین ساختمان ها تأثیر می پذیرد و در برخی موارد باعث افزایش تغییر مکان و در برخی موارد کاهش در پاسخ را به دنبال دارد پس این رو لحاظ نمودن درز انقطاع مناسب بین ساختمانهای مجاورهم  کاری بسیار ضروری میباشد.همچنین این فاصله راحت ترین روش جهت جلوگیری از ضربه ساختمانهای مجاور به یکدیگر می باشد.

 

 

 چرا دو سازه به هم برخورد میکنند؟

زمانی که به ساختمان ها نیروی جانبی زلزله وارد میشود ، این نیروی لرزه ای باعت ایجاد تغییر شکل و ارتعاش در سازه ها میشود. به تصویر مقابل دقت کنید که یک جسم سخت بر روی میله یا فنری قرار گرفته است.در این حالت با وارد کردن نیروی دست ، سازه به سمتی حرکت میکند و به دلیل اینکه این جسم در نظر دارد تا پایداری ابتدایی خود را حفظ کند، هر چه سریعتر به حالت اولیه خود برمیگردد.به چنین رفتاری ما ارتعاش سازه میگوییم و به مدت زمانی که طول میکشد تا سازه رفتار رفت و برگشتی از خود نشان دهد زمان تناوب سازه یا پریود سازه میگوییم!

حال در نظر بگیرید دو ساختمانی که در کنار هم قرار دارند یکی در ۳۰ ثانیه و دیگری در ۱۰ ثانیه این حرکت رفت و برگشتی را انجام دهد.در این حالت ساختمان ها در نقطه ای به هم برخورد میکنند.(اعدادی مثل ۳۰ ثانیه و ۱۰ ثانیه کاملا فرضی میباشند و برای درک بهتر از اعداد اغراق آمیز استفاده شده است)!

پس تفاوت در زمان تناوب سازه ها باعث ایجاد تفاوت در حرکت رفت و برگشتی آن ها در هنگام زلزله میشود و این تفاوت خود باعث ایجاد برخورد دو سازه میگردد و خود این برخورد و خسارات ناشی از این برخورد ها دلیل وجود درز انقطاع در ساختمان ها میباشد. قبل از اینکه به سراغ محاسبه فاصله میان ساختمان ها برویم اجازه دهید تا مقداری در مورد عوامل تاثیر گذار روی زمان تناوب با یکدیگر صحبت کنیم!

 

 

زمان تناوب چیست؟

به مدت زمانی که طول میکشد تا یک سازه بر اثر نیروی زلزله حرکت رفت و برگشتی از خود نشان دهد زمان تناوب سازه میگویند. اختلاف زمان تناوب در بین سازه ها باعث اختلاف در رفتار هر ساختمان میشود و این اختلاف رفتار باعث ایجاد ضربه ساختمان ها میشوند. اگر مقداری دقیق تر به زمان تناوب ساختمان ها دفت کنیم متوجه میشویم که ، زمان تناوب در هر ساختمان به ۲پارمتر وابسته است :

• توزیع جرم (m)
• سختی سازه (k)

که هر کدام از این پارامترها خود به عوامل زیادی وابسته هستند.مثلا سختی یک سازه به عواملی مثل ، سیستم باربر سازه ای ، تعداد طبقه ، ابعاد تیر و ستون ، پلان معماری ، بازشوها و … وابسته است.پس میتوانیم این نتیجه را بگیریم که سختی  و جرم تمامی سازه ها با یکدیگر متفاوت میباشد.

فرمول محاسبه درز انقطاع ساختمان :

به طور کلی برای محاسبه این موضوع ۴ حالت در پیش روی ما میباشد.

• • 1. محاسبه درز انقطاع در ساختمان های ۸ طبقه و کمتر
    2. محاسبه درزانقطاع در ساختمان های بیش از ۸ طبقه 
    3. محاسبه درزانقطاع در ساختمان هایی با اهمیت زیاد و خیلی زیاد
    4. درزانقطاع برای موارد قبل در حالتی که مشخصات ساختمان مجاور معلوم نباشد.

پس در گام اول شما باید به این موضوع دقت بکنید که سازه ی مورد نظر شما در کدام یک از این ۴ دسته قرار دارد و در گام دوم به نکات هر کدام از این ۴ دسته دقت بکنید که در زیر برای شما تمامی نکات را مو به مو توضیح داده ایم.

 

• محاسبه درز انقطاع در ساختمان های ۸ طبقه و کمتر :

در ابتدای گام دوم به استاندارد۲۸۰۰ مراجعه میکنیم.طبق بند ۱-۴-۱ استاندارد۲۸۰۰ برای حذف و یا کاهش خسارت و خرابی ناشی از ضربه ساختمان های مجاور به یکدیگر، ساختمان ها باید با پیش بینی درزانقطاع از یکدیگر جدا شده و یا با فاصله ای حداقل از مرز مشترک با زمین های مجاور ساخته شوند. برای تامین این منظور، در ساختمان های تا هشت طبقه و کمتر، فاصله هر طبقه از مرز زمین مجاور حداقل باید برابر پنج هزارم ارتفاع آن طبقه از روی تراز پایه باشد.

فاصله بین دو ساختمان را مي توان با مصالح كم مقاومت، كه در هنگام وقوع زلزله بر اثر برخورد دو ساختمان به آساني خرد، به نحو مناسبي پر نمود به طوري كه پس از زلزله به سادگي قابل جايگزين كردن و بهسازي باشد.

 

در محاسبه روابط بالا باید دقت داشته باشیم که h ارتفاع سازه از روی تراز پایه میباشد.در برخی از سازه ها ارتفاع کل ساختمان با ارتفاع ساختمان از روی تراز پایه متفاوت است!

 

تراز پایه چیست؟

زمانی که داشتیم دسته  بالا راتوضیح میدادیم به طور پیوسته به یک واژه تحت نام تراز پایه اشاره میکردیم.حال در این قسمت در نظر داریم تا با هم تراز پایه را بررسی کنیم.

تراز پایه ترازیست که حرکت زمین به سازه منتقل می شود.(به بیان ساده تر ارتفاع هر طبقه از فنداسیون) به عبارت دیگربر اساس بند ۳-۳-۱-۲ از ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰، تراز پایه در یک سازه به ترازی گفته می‌شود که از آن تراز به بالا، بین زمین و سازه اختلاف حرکت جانبی وجود دارد و در زیر این تراز، سازه همراه با زمین حرکت کرده و هیچ اختلاف حرکتی با آن ندارد.تراز پایه سازه اولین عامل مؤثر در تعیین نیروی زلزله وارد بر سازه است و در تعیین و اندازه گیری بسیاری از ویژگی های ساختمان تاثیر گذار است و اگر به درستی محل تراز پابه تعیین نشود محاسبات ما دچار مشکل می شود. عوامل مؤثر بر تعیین محل تراز پایه و همچنین تصمیم‌گیری در هر حالت، همیشه مورد ابهام بوده است.

 

 

• محاسبه درز انقطاع در ساختمان های بیش از ۸ طبقه :

برای این حالت نیز به استاندارد ۲۸۰۰ مراجعه میکنیم در بند ۳-۵-۶ استاندارد ۲۸۰۰ برای ما طراحان نوشته شده است که در ساختمان های با هر تعداد طبقه و یا در ساختمان های بیشتر از هشت طبقه، عرض درزانقطاع بین ساختمان و ساختمان مجاور باید با استفاده از تغییر مکان جانبی غیرخطی طرح در طبقه (با درنظر گرفتن “اثر پی دلتا“) تعیین شود. برای این منظور پس از محاسبه این تغییر مکان برای هر دو ساختمان می توان از جذر مجموع مربعات دو عدد برای تعیین درز انقطاع استفاده نمود.

 

 

• محاسبه درز انقطاع در ساختمان هایی با اهمیت زیاد و خیلی زیاد :

این مورد هم دقیقا شبیه به دسته ی ساختمان های بیشتر از ۸ طبقه میباشد.در این حالت نیز پس از مراجعه به استاندارد ۲۸۰۰ و مطالعه ی بند ۳-۵-۶ میخوانیم که که در ساختمان های با اهمیت زیاد و خیلی زیاد ، برای محاسبه درز انقطاع بین ساختمان و ساختمان مجاور باید با استفاده از تغییر مکان جانبی غیرخطی طرح در طبقه (با درنظر گرفتن “اثر پی دلتا“) تعیین شود. برای این منظور پس از محاسبه این تغییر مکان برای هر دو ساختمان می توان از جذر مجموع مربعات دو عدد برای تعیین درز انقطاع استفاده نمود.

 

• محاسبه درز انقطاع برای موارد قبل در حالتی که مشخصات ساختمان مجاور معلوم نباشد.

در ادامه بند ۳-۵-۶ استاندارد ۲۸۰۰ می خوانیم در صورتیکه مشخصات ساختمان مجاور در دسترس نباشد، حداقل فاصله هر طبقه ساختمان از زمین مجاور باید برابر ۷۰% مقدار تغییر مکان جانبی غیرخطی طرح در آن طبقه ساختمان درنظر گرفته شود. یعنی به عبارتی ۰٫۷Dm

 

حال سوال اصلی در این قسمت پیش میآید که تغییر مکان جانبی غیر خطی  چیست و چگونه محاسبه میشود؟ 

به طور کلی میتوانیم بگوییم که تغییر مکان جانبی غیر خطی و تاثیر آن بر محاسبه درز انقطاع سازی نلاشی از نوع تحلیل به کار رفته میباشد.همانطور که همه ی ما میدانیم ما یا از تحلیل خطی استفاده میکنیم و یا از تحلیل غیر خطی. حال اگر از تحلیل های غیرخطی نظیر تحلیل پوش آور و تحلیل تاریخچه زمانی برای حل سازه استفاده کردیم نرم افزار این مقدار را به ماا گزارش خواهد داد. اما اگر از تحلیل های خطی نظیر تحلیل استاتیکی معادل و تحلیل طیفی استفاده می کنیم نرم افزار مستقیما قادر نیست که این تغییر مکان را به ما گزارش کند.

در اینجا مسئله ای اساسی پیش میاید و آن هم این است که اگر از غیر خطی استفاده کنیم که هیچ ولی اکثر ما طراحان همگی از تحلیل های خطی (استاتیکی معادل یا طیفی) استفاده می کنیم. در این صورت چطور می توان تغییر مکان جانبی غیرخطی طرح را به دست آوریم؟

برای این منظوراستاندارد ۲۸۰۰ راهی را به ما طراحان پیشنهاد می کند :اگر تغییر مکان جانبی خطی را در “ضریب بزرگنمایی تغییر مکان Cd “ضرب کنید مقدار به دست آمده تقریبا همان تغییرمکان جانبی غیرخطی خواهد شد یعنی کافی است که جابجایی طبقه بام نسبت با تراز پایه را در ضریب بزرگنمایی تغییر مکان ضرب کنیم و پس از محاسبه ی تغییر مکان جانبی غیر خطی مقدار آن را برای محاسبه درز انقطلع به کار بگیریم.

 

 

 

 

در آیین‌نامه های متفاوت درز انقطاع را چگونه محاسبه میکنند؟

به طور کلی در کشورهای متفاوت بر اساس نتایج بدست آمده از آزمایش های عملی مقادیر متفاوتی بیان میشود  اما بد نیست که در ابتدا با هم در مورد بازخورد کشور های متفاوت در مورد درز انقطاع صحبت کنیم.به جدول زیر دقت کنید.در این جدول مقایسه کلی بین کشورهای استرالیا ، کانادا ،مصر ، اتیوپی ، یونان ، هند ، پرو ،صربستان ، تایوان و ترکیه صورت گرفته است!

 

 

همچنین در جدول پایین، مقایسه‌ای بینمقدار درز انقطاع در کشورهای مهم انجام شده است و تفاوت‌ بین آن‌ها نشان داده شده است. کشور های مربوط به این جدول دقیقا همان کشور های میباشند که در جدول بالا بیان شد.

 

 

همچنین شاید بد نباشد که مقدار درز انقطاع را در با توجه به آیین نامه های متفوات مقایسه کنیم.در جدول زیر آیین نامه هایی مثل IS مربوط به کشور هندوستان ،  IBC , UBC , FEMA , NBC , ASCER  مورد بررسی قرار گرفته است. همان‌طور که مشاهده می‌شود، درز انقطاع در آیین نامه IBC و آیین نامه ASCE با روش مشابه محاسبه می‌شوند و باید تغییرمکان‌های جانبی غیرخطی با فرمول ارائه شده برآورد شوند. این روش، تقریبا مشابه با روشیست که در آیین‌نامه‌های ایران برای محاسبه درز انقطاع در سازه‌های بلندتر از ۸ طبقه و یا با اهمیت زیاد و خیلی‌زیاد استفاده می‌شود، با مراجعه به بند ۱۲٫۱۲٫۳ از آیین‌نامه‌ی ASCE7-10 مشاهده می‌شود که برای محاسبه مقدار نهایی درز انقطاع از جمع مجذور مربعات تغییرمکان غیرالاستیک دو سازه مجاور استفاده می‌شود.

همچنین درز انقطاع بین دو سازه در آیین نامه FEMA بر حسب درصدی از ارتفاع ساختمان محاسبه می‌شود.

 

 

نحوه نمایش درز انقطاع در پلان :

پس از محاسبه ی درز انقطاع ما باید در پلان های معماری این درز انقطاع محاسبه شده را نمابش بدهیم.به شکل زیر دقت کنید.همانطور که مشاهده میکنید با خطوطی که فاصله از خطوط گرید لاین اصلی وجود دارند درز انقطاع نمایش داده میشود.

 

نکات کاربردی پس از محاسبه درز انقطاع :

 

• دادگاه درز انقطاع

در اکثر پروزه ها ما دو حالت متفاوت را داریم.پروژه هایی که تعداد یک مهندس ناظر دارد و پروژه هایی که چهار مهندس ناظر دارد.در پروژه های تک ناظر که مسئولیت رعایت جزئیات فنی مربوط به محاسبه درز انقطاع یا با مهندس عمران و یا معماری می باشد.
در پروژه های چهار ناظره اساسا با توجه به کنترل های مشترکی که در بخش سازه و معماری ساختمان در مراحل آکس بندی اجرای اسکلت و سفت کاری ساختمان وجود دارد لازم است هر دو ناظر نسبت به بررسی و مطابقت درز انقطاع با نقشه های مصوب پیگیری ها و کنترل های لازم را انجام دهند.
بنابراین هر دو مهندس ناظر رشته های معماری و عمران در ارتباط با عدم رعایت درز انقطاع ساختمان مسولیت دارند و میزان قصور آن ها با انجام کارشناسی پروژه و بررسی اسناد و مدارک و گزارش های ارایه شده تعیین می گردد.
پس مهندس ناظر موظف است عدم رعایت محاسبه درز انقطاع را طی گزارش مرحله ای و به موقع به مرجع صدور پروانه اعلام نماید.

 

• آیا درز انقطاع جز زیربنای خالص واحد مسکونی محاسبه می گردد؟

در کشور عزیزمان ایران منطقه های مسکونی بسیاری را داریم که ارزش هر مترمربع از این زمین ها مبالغ هنگفتی را دارا هستند.معمولا به تجربه بسیار مشاهده کرده ایم که پس از محاسبه درز انقطاع تنش هایی به وجود میآید.براساس قانون شورای مسکن و شهرسازی جمهوری اسلامی ایران درز انقطاع جز زیربنای ناخالص واحد مسکونی یا تجاری یا هر کاربری دیگر که در مجاورت آن قرار گرفته است محاسبه می گردد.

 

• پس از محاسبه ، نحوه ی نگهداری چگونه است؟

مطابق با بند ۲۲-۳-۳-۴مقررات ملی ساختمان در سازه های بتن ارمه و فولادی وضعیت مناسب درزهای انقطاع باید مورد بازرسی قرار گیرد تا از خسارت و خرابی ناشی از ضربه ساختمان های مجاور به یکدیگر بخصوص در زمان وقوع زلزله کاسته شود.

 

آیا کنش و اندر کنش خاک و سازه در برخورد سازه ها تاثیر گذار است؟

مدت ها بود که دانشمندان روی این مسئله تحقیق میکردند تا اینکه در نهایت در مورد اثر اندر کنش خاک و سازه بر روی درز انقطاع به نتایج جالبی رسیدند. این مساله به اثبات رسیده است که پاسخ دینامیکی سیستم های سازه ای مجاور هم در اثر برخورد، تحت تأثیر هم قرار میگیرد. حتی‌ پاسخ دینامیکی پی‌های مستقل یا پی‌های متصل مجاور در یک سازه به تنهایی نیز از طریق خاک بین این پیها به صورت همبسته در می آید و در واقع پاسخ‌ها متأثر از یکدیگر هستند.

جانکوسکی مهندس عمران فرانسوی در سال ۲۰۰۵ اثرات انعطاف پذیری خاک را روی عملکرد ضربه بررسی کرد . او نه تنها اندرکنش خاک و سازه را در نظرگرفت بلکه اندرکنش دو ساختمان مجاور را نیز در داخل خاک در نظر گرفت. نتایج آزمایش های ایشان نشان داد که اثرات انعطاف پذیری خاک به طور قابل ملاحظهای منجر به نیروی ضربه بزرگتر میشود و طبقهای که بیشترین تأثیر را از ضربه‌ی لرزه‌ای میگیرد، همیشه طبقه‌ای نیست که در آن برخورد اتفاق میافتد.

 

 

در این باره تنها کافی میباشد که به نکات زیر دقت کنیم:

1. عدم وجود درز کافی با فاصله مناسب سبب ایجاد ضربه بین ساختمان های مجاور می شود.
2. اثر ضربه سبب توزیع موج انرژی در سیستم دو ساختمان هم می شود.
3. در اثر ضربه یک ساختمان به ساختمان دیگر، تنش در المان های سازه پخش شده و این پخش تنش از محل ضربه یک ساختمان به ساختمان دیگر، تنش در المان های سازه توزیع گشته و این نوع پخش از پایین و بالای ساختمان می باشد.
4. همچنین توزیع تنش در ساختمان بلند سبب بازگشت ساختمان به حالت اولیه شده که این بازگشت با یک سرعت مشخص انجام میگردد و در نتیجه ضربات مجددی را به ساختمان کوتاه وارد می کند.

اگر به دنبال مشاهده ی مطالب اصلی میباشید بر روی اینجا کلیک کنید.