بخش چهارم از ضابطه ۷۱۴ بارهای وارده بر اجزاء نما و معیارهای پذیرش( قسمت اول)

بخش چهارم از ضابطه ۷۱۴
بارهای وارده بر اجزاء نما و معیارهای پذیرش( قسمت اول)

 

در این شماره به بررسی بارهای وارده بر اجزاء نما و معیارهای پذیرش بر اساس (ضابطه ۷۱۴) دستورالعمل اجرایی می پردازیم .

این ضابطه توسط سازمان برنامه به ارگانهای اجرایی از مورخه ۱۰/۱/۹۰ ابلاغ شده و لازم الاجرا می باشد.

توجه به این بخش را به خوانندگان عزیز توصیه نموده و پس از بررسی این قسمت در شماره های آتی نسبت به جمع بندی و نتایج مثبت و منفی این ضابطه خواهیم پرداخت.

۳-۱- مقدمه:

در این فصل انواع بارهای وارده بر نمای ساختمان شامل بار ثقلی، زلزله، باد و اثرات ضربه تعریف و ضوابط موجود در تعیین بار، نحوه ترکیب و معیارهای ارزیابی و پذیرش آن ارائه می شود.

۳-۱-۱- سطوح کاربردی ساختمان

سطوح عملکردی ساختمان و نمای ساختمان را می توان از روی سطح کاربری ساختمان تعیین کرد. سازه ها به لحاظ سطوح کاربری در ۴ سطح I و IV طبقه بندی می گردند. سطوح کاربری سطح I، ساختمان هایی را در بر می گیرد که خرابی آنها، خطر کمی برای جان انسان ها ایجاد می کند. بالاترین سطح کاربری، یا سطح IV، ساختمان هایی را در بر می گیرد که ضروری و حیاتی هستند .
جدول ۳-۱

۱
۳-۲- بار ثقلی

بارهای ثقلی وارد بر نما شامل وزن قطعه نما، اتصالات آن یا مواد چسباننده نما به سازه است که بر اساس مبحث ششم مقررات ملی باد محاسبه شوند. این بار بسته به نوع سیستم نما و نحوه اتصال نما به سازه اصلی منتقل می شود.

در نماهای پرده ای این بار توسط قاب نگهدارنده نما به تیرها و ستون های سازه منتقل می شود.درحالی که در دیوارهای نما(veneer) یا میان قابی، بار ثقلی از طریق ماده چسباننده (درنماهای چسبانده شده) یا اتصالات مکانیکی (در نماهای مهارشده) به دیوار پشتیبان نما منتقل شده و از طریق دیوار پشتیبان به سازه منتقل می شود.بسته به نوع سیستم نما و مسیر انتقال بار ثقلی، اجزای تحمل کننده و انتقال دهنده بار ثقلی باید برای تحمل مجموع بارهای ثقلی و شتاب قائم زلزله طراحی شوند.

۳-۳- بارها و اثرات ناشی از زلزله

اجزاء نما علاوه بر اینکه باید برای نیروهای اینرسی ناشی از شتاب وارده بر خود قطعه، پایدار بمانند، در حین حال، حساس به جابجایی های نسبی نیز می باشند. این اجزاء باید علاوه بر نیروهای طراحی لرزه ای برای تغییر شکل ناشی از جابجایی نسبی جانبی طبقات در زلزله نیز کنترل شوند.

نیاز به ارزیابی لرزه ای انواع مختلف نما بسته به جنس آن و میزان وزن آن در واحد سطح در جدول ۱-۲  ارایه شده است .لازم به ذکر است ترازهای لرزه خیزی کم، متوسط، زیاد و خیلی زیاد مورد استفاده در جدول ۱-۲ مطابق تقسیم بندی استاندارد ۲۸۰۰ ایران می باشد. در صورتیکه نما نیاز به ارزیابی لرزه ای داشته باشد باید خود و اتصالاتش برای نیروهای محاسبه شده و جابجایی نسبی محاسبه شده کنترل شود.

 

جدول ۳-۲

۲
۳-۳-۱- محاسبه نیروها و تغییر شکل های وارده به اجزاء نما

۳-۳-۱-۱- نیروهای وارد به اجزاء نما

۳-۳-۱-۱-۱- نیروهای افقی طراحی در زلزله

نیروهای  افقی زلزله وارده به جزء نما مطابق رابطه زیر محاسبه می شود.

۳
نیروهای افقی زلزله وارد بر جزء نما لازم نیست بزرگتر از مقدار زیر در اختیار گردد:

۴

 

همین طور نیروی افقی زلزله وارد بر جزء نما نباید کمتر از مقدار زیر شود:
۵

که در این روابط:

: نیروی لرزه ای افقی طراحی وارده بر جزء نما که در مرکز ثقل آن وارد می شود و یا به صورت گسترده متناسب با توزیع جرم اعمال می شود.

: ضریب عملکرد بر اساس ضوابط بند ۱-۱ می باشد.

A: شتاب مبنای طرح ( استاندارد ۲۸۰۰)

: ضریب بازتاب برای پریودهای کوتاه ( در محدوده ۲/۰ ثانیه) که با توجه به نوع خاک سایت طبق استاندارد ۲۸۰۰ ایران تعیین می شود.

: ضریب تشدید اجزاء این ضریب معیاری است برای سنجش مقدار نزدیک بودن پریود طبیعی ساختمان و جزء نما. هرچه پریود طبیعی ساختمان و جزء نما به هم نزدیک تر باشند،   بزرگتر خواهد بود. بر عکس، هر اندازه پریود طبیعی نما و سازه از هم فاصله داشته باشند.  کوچکتر خواهد بود. مقادیر این ضریب برای انواع مختلف نما در جدول (۳-۳ ) ارائه شده است .

: وزن بهره برداری عضو نما است که برای کنترل نما و اتصالات آن برابر وزن خود نما و برای کنترل اتصالات دیوار پشتیبان به سازه برابر با مجموع وزن نما و دیوار نکهدارنده و اتصالات می باشد.

: ضریب اصلاح پاسخ ( ضریب رفتار) که بین ۵/۱ تا ۵/۲ بوده و بر اساس نوع نما متغیر است. این ضریب معیاری برای سنجش میزان شکل پذیری و شکنندگی نما و متعلقات آن است . مقادیر  برای نماهای مختلف درجدول پیوست ارائه شده است .

X: ارتفاع نصب اتصالات نما در ساختمان نسبت به تراز پایه ساختمان.

h : ارتفاع بام ساختمان که از تراز پایه ساختمان اندازه گیری می شود.

ضریب   نمایانگر این است که پاسخ کف و طبقه ای که جزء نما در آن قرار دارد با افزایش ارتفاع از سطح تراز پایه تشدید شده و افزایش می یابد.

نیروی افقی زلزله باید به صورت مستقل به اجزاء نما، اعمال شود. این نیرو باید همراه با بارهای مرده و سرویس مورد انتظار به جزء نما اعمال شده و به صورتی باشد که بیشترین تنش را در تکیه گاه ها و مهارهای آنها ایجاد کندبه جای محاسبه نیرو از رابطه ۱  می توان شتاب را در هر تراز با روش تحلیل طیفی مذکور در استاندارد ۲۸۰۰ بدست آورد . نیروهای زلزله در این حالت از رابطه زیر بدست می آید .

۶

که در آن  مقدار شتاب در تراز i بدست آمده از تحلیل طیفی و  فاکتور بزرگنمایی پیچشی حاصل از رابطه زیر می باشد.

۷

که در آن:

: بیشترین تغییر مکان در تراز X که با فرض۱ =   محاسبه شده است.

: متوسط مقادیر تغییر مکان در نقاط انتهایی سازه در تراز X که با فرض ۱ =   محاسبه شده است.

لازم به یادآوری است که فاکتور بزرگنمایی پیچش نباید کمتر از ۱ منظور شده و در ضمن لازم نیست بیش از ۳ در نظر گرفته شود. در محاسبه  به این روش نیز، حد بالا و پایین حاصل از روابط ۳-۲و ۳-۳ برقرار است.

۳-۳-۱-۱-۲- نیروی قائم زلزله

اجزاء نما، تکیه گاه ها و مهارهای آنها باید برای نیروی قائم زلزله که همزمان با نیروهای افقی زلزله اثر می کند، کنترل گردد. جهت اعمال این نیروی قائم باید به گونه ای باشد که بیش ترین تنش را در تکیه گاه و مهارهای آن ایجاد کند و در نتیجه محافظه کارانه ترین نتایج را ارائه دهد. نیروی قائم طراحی زلزله از رابطه زیر تعیین می شود:

۸

مقدار  محاسبه شده از رابطه بالا لازم نیست از رابطه۳-۷ بیشتر و از رابطه ۳-۸ کمتر باشد.

۹
۱۰

محاسبه تغییر مکان

مقادیر مکان نسبی ناشی از زلزله ( ) باید بر اساس روابط این بند محاسبه گردند. اگر نما، دونقطه واقع در ترازهای x و y در یک ساختمان یا سیستم سازه ای را به هم متصل نماید، باید از رابطه ۳-۹ استفاده شود.

۱۱

در محاسبه تفاوت تغییر مکان طبقه در رابطه بالا می توان با استفاده از روش طیفی معرفی شده در استاندارد ۲۸۰۰ تغییر مکان هر طبقه برای هر مورد را محاسبه و ترکیب نمود.

در این حالت نیاز نیست  از مقدار محاسبه شده از رابطه ۳-۱۰ بیشتر اختیار شود:

۱۲

اگر نما، دو نقطه هم تراز در دو بلوک ( مجزا از نظر سازه ای) از یک ساختمان را به هم وصل نماید( این حالت فقط در صورتی اتفاق می افتد که نما در محل درز انقطاع قطع نشده باشد) باید از رابطه ۳-۱۱ استفاده شود.

۱۳

در این حالت نیاز نیست  از مقدار محاسبه شده در رابطه ۳-۱۲ بیشتر اختیار شود:

۱۴
در این روابط:

= تغییر مکان نسبی جانبی که قطعه نما باید برای تطابق با آن طرح شود

=   ضریب عملکرد

=   ارتفاع اتصال تکیه گاه فوقانی ( تراز x) نسبت به تراز پایه.

=   ارتفاع اتصال تکیه گاه تحتانی ( ترازy ) نسبت به تراز پایه.

= تغییر مکان جانبی قسمت A ساختمان در تراز x ، تعیین شده بر اساس روش های تحلیلی ارائه شده در استاندارد ۲۸۰۰٫

= تغییر مکان جانبی قسمت A ساختمان در تراز y ، تعیین شده بر اساس روش های تحلیلی ارائه شده در استاندارد ۲۸۰۰٫

= تغییر مکان جانبی قسمت B ساختمان در تراز x ، تعیین شده بر اساس روش های تحلیلی ارائه شده در استاندارد ۲۸۰۰٫

= دریفت مجاز در قسمت A ساختمان مطابق استاندارد ۲۸۰۰

= دریفت مجاز در قسمت B ساختمان مطابق استاندارد ۲۸۰۰

=  ارتفاع طبقه که در محاسبه دریفت مجاز (   و  ) مورد استفاده قرار گرفته است.

اثر تغییر مکان های نسبی لرزه ای باید در ترکیب با تغییر مکانهای ناشی از دیگر بارها در نظر گرفته شوند.

۳-۳-۱-۳-۱ ضرایب  و

جزء نما و تکیه گاه های آن یک سیستم ارتعاشی را تشکیل می دهد که پریود طبیعی ارتعاش آن به جرم آن جزء و سختی تکیه گاه ها وابسته است . ضریب تشدید جزء نما ( ) معیاری برای سنجش میزان نزدیک بودن پریود جزء غیرسازه ای به پریود طبیعی ساختمان است . مقدار  برای نماهای صلب یا با اتصالات صلب است ، در حالیکه  برای نماهای شکل پذیر یا با اتصالات شکل پذیر است.(جدول۳-۳)

ضریب اصلاح پاسخ جزء نما ( ضریب رفتار)  معیاری است برای سنجش اینکه چه مقدار انرژی توسط جزء نما و تکیه گاه و اتصالات آن بدون آسیب دیدگی قابل ملاحظه جذب می گردد. این ضریب با شکل پذیری مجموعه جزء و اتصالات آن ارتباط دارد. برای نماهای ترد   است و برای نماهای شکل پذیر می باشد.

جدول۳-۳

۱۵

۳-۳-۲- معیارهای پذیرش ، ضوابط و الزامات لرزه ای اجزاء نما

در این بخش رفتار لرزه ای انواع نما و معیارهای پذیرش آن ارائه شده است . چنانچه طبق جدول ۳-۲ کنترل لرزه ای برای نما مورد نظر ضرورت داشته باشد، نما و اتصالات آن باید تحت اثر نیروهای اینرسی کنترل شود. علاوه بر این با توجه به حساس بودن نما به جابجایی، بررسی جابجایی نسبی سیستم سازه ای در بردارنده نما و اثر آن در رفتار نما نیز ضروری می باشد.

اتصلات نما باید با روش های مناسب که در این دستورالعمل ارائه شده است، طراحی و اجرا گردند. در صورتیکه نما و اتصالات آن معیار جابجایی نسبی را برآورد نکند باید نسبت به جایگزینی آن با نما یا اتصالات نوع دیگر یا کاهش دریفت طراحی طبقات به منظور کاهش جابجایی ها تا حدی که نما و اتصالات آن قابلیت تحمل آن را داشته باشند و یا جداسازی نما از سازه به گونه ای که دریفت طبقات بر آن اثر نگذارد اقدام نمود.

در این بخش، معیارهای پذیرش لرزه ای نماهایی که طبق جدول ۳-۲کنترل لرزه ای آنها ضرورت دارد، ارائه شده است. علاوه بر مقایسه عملکرد جزء با معیارهای پذیرش، ارزیابی چشمی و ظاهری نیز باید طبق ضوابط انجام شود. وضعیت تکیه گاه ها و مهارهای جزء به دقت مورد ارزیابی قرار گرفته و در صورت نیاز تعمیر گردد.

همچنین کنترل پایداری دیوارهای نگهدارنده نما نیر باید انجام پذیرد.

۳-۳-۲-۱- نماهای چسپانده شده

این نوع نما شامل نماهای سنگی، آجری و سرامیکی چسپانده شده، نمای اتیکس، نمای آستر سیمانی STUCCO و نمای EIFS می باشد.

در نماهای چسپانده شده، اتصال و مهار پشت بندی باید قادر به تحمل نیروهای طراحی لرزه ای افقی محاسبه شده در بند ۳-۳-۲ باشند.

با توجه به اینکه نماهای چسپانده شده حساس به جابجایی محسوب می شوند، ممکن است در اثر تغییر شکل لایه زیرین ترک خورده یا از جای خود بیرون رانده شوند. در صورتیکه این اجزاء به طور مستقیم روی دیوارهای برشی یا اعضای سازه ای که تحت جابجایی بزرگ قرار گیرند، نصب شوند، در زلزله آسیب پذیر خواهند بود. در نماهای چسبانده شده در صورتیکه اتصال نما ضعیف باشد( خوب چسبانده باشد) ، ممکن است در اثر شتاب مستقیم، اتصال از بین برود و قطعه آزاد گردد. این امر می تواند به دلیل نفوذ آب در طول زمان یا خرابی لایه زیرین رخ دهد.

در نماهای چسبانده شده خرابی داخل صفحه نما معمولا بر اثر تغییر شکل سازه دربرگیرنده دیواری که نما بر روی آن چسبانده شده است رخ می دهد که باعث به وجود آمدن ترک و گسترش آن می شود. خرابی خارج از صفحه که به صورت بیرون افتادن نما رخ می دهد، مستقیما به دلیل شتاب می باشد. چنانچه تغییر شکل نما و دیوار پشتیبان آن، معیارهای پذیرش را برآورده نسازد، باید تغییر مکان جانبی نسبی طبقات را محدود کرد یا با ارائه جزئیات ویژه، اتصال دیوار پشتیبان به سازه محیطی را جدا نمود. در محاسبه تغییر مکان جانبی نسبی طبقات، اثر رفتار دیوارهای پشتیبان بر روی سازه باید در نظر گرفته شود.

در سطح عملکرد کاربری بی وقفه با توجه به هدف کاربردی نماها، سازه باید به گونه ای طراحی شود که حداکثر تغییر مکان نسبی داخل و خارج از صفحه آن به ۰۱/۰ ارتفاع طبقه محدود گردد. در سطح عملکرد ایمنی جانی برای نماهای چسبانده شده، سازه باد به گونه ای طراحی شود که حداکثر تغییر مکان نسبی داخل و خارج از صفحه آن به ۰۲/۰ ارتفاع طبقه محدود گردد.

۳-۳-۲-۲- نماهای مهار شده

نماهای مهار شده شامل نماهای آجری و سنگی مهارشده، نماهای سرامیکی مدولار، تخته های سیمانی می شود. این نماها به دیوار پشتیبان فولادی ( دیوار غیر باربر LSF) ، دیوار بتنی یا دیوار بلوکی متصل می گردند. در نمای مهارشده اتصالات باید بارهای ثقلی ناشی از وزن نما به همراه بارهای لرزه ای ناشی از شتاب افقی داخل صفحه، خارج صفحه و قائم زلزله را تحمل نمایند.

در سطح عملکرد کاربری بی وقفه با توجه به هدف کاربردی نماهای مهار شده، سازه باید به گونه ای طراحی شود که حداکثر تغییر مکان نسبی داخل و خارج از صفحه آن به ۰۱/۰ ارتفاع طبقه محدود گردد. در سطح عملکرد ایمنی جانی برای نماهای مهار شده، سازه باید به گونه ای طراحی شود که حداکثر  تغییر مکان نسبی داخل و خارج از صفحه آن به ۰۲/۰ ارتفاع طبقه محدود گردد.

۳-۳-۲-۳- پانل های پیش ساخته بتنی

پانل پیش ساخته بتنی نیز حساس به پارامترهای تغییر شکل و شتاب می باشند. این اجزاء معمولا توسط اتصالات مکانیکی در فاصله های مشخص به سازه محیطی (تیرهای طبقات) وصل می شوند. اتصالات این نماها نیز باید برای بارهای ثقلی ناشی از وزن و شتاب های داخل صفحه و خارج صفحه زلزله به همراه شتاب قائم زلزله طراحی گردند.

۳-۳-۲-۴- نماهای کامپوزیت

با توجه به وزن واحد سطح پایین این نماها و جنس شکل پذیر آنها نیازی به کنتترل لرزه ای این نماها نیست . این نماها باید برای سایر انواع بار وارده شامل بار باد و ضربه طراحی شوند.

۳-۳-۲-۵-نماها و دیوارهای شیشه ای

دیوارهای شیشه های در اصل حساس به جابجایی محسوب می شوند ، ولی ممکن است بر اثر نیروهای بزرگ حاصل از شتاب، دچار تغییر شکل و از هم گسیختگی گردند. عملکرد شیشه در طول زلزله سیستم دیوار و شیشه بستگی دارد و به صورت یکی از موارد زیر می تواند رخ دهد:

شیشه بدون شکستن در قاب یا تکیه گاه خود باقی بماند.

شیشه خرد شود ولی هم چنان در قاب یا تکیه گاه خود باقی بماند و به عنوان مانعی برای ورود و خروج هوا عمل کند. در این شرایط شیشه هنوز قادر به سرویس دهی می باشد.

شیشه خرد شود ولی در شرایطی پر مخاطره در قاب یا تکیه گاه خود باقی بماند. به طوریکه امکان فروریزی آن در هر لحظه وجود داشته باشد.

شیشه به صورت خرد شده و یا کامل از قاب خود بیرون بریزد.

چنانچه تغییر شکل دیواره های شیشه ای معیارهای پذیرش را برآورده نسازد، باید تغییر مکان جانبی نسبی طبقات سازه را محدود کرد یا با ارائه جزئیات ویژه ، اتصال سیستم دیواره شیشه ای به سازه را جدا نمود. همچنین می توان از شیشه ای استفاده کرد که هنگام خرد شدن ایمنی بالایی داشته باشد یا پس از خرد شدن در قاب خود باقی بماند.

سطح عملکرد ایمنی جانی

نماهای شیشه ای و سازه نگهدارنده آنها باید قادر به تحمل نیروهای لرزه ای طراحی محاسبه شده طبق بند ۳-۲-۲ باشند.اجزای شیشه ای که یکی از ضوابط زیر را برآورده سازند، سطح عملکرد ایمنی جانی را برآورده می کنند:

    • هر جزء شیشه ای که دارای فاصله کافی از قاب نگهدارنده خود باشد به طوری که در تغییر مکان نسبی لرزه ای که جزء باید بر اساس آن طراحی شود تماس فیزیکی بین شیشه و قاب رخ ندهد. این فاصله از رابطه زیر به دست می آید:

 

۱۶

در این رابطه :

۱۷

که در آن:

: ارتفاع شیشه                                           :  فاصله بین لبه های قائم شیشه و قاب

: عرض شیشه                                             : فاصله بین لبه های افقی شیشه و قاب

: تغییر مکان نسبی لرزه ای که نما بر مبنای آن طراحی شده است و از رابطه ۹ و ۱۰ به دست می آید.

  • شیشه های یکپارچه کاملا بازپخت شده که در ارتفاعی کمتر از ۳ متر از سطح پیاده رو قرار گرفته اند.
  • شیشه های لمینیت کاملا بازپخت شده با آنیل با ضخامت بیشتر از ۵/۷ میلیمتر که به صورت مکانیکی در قاب نگهدارنده خود محصور شده اند. لبه های این شیشه ها توسط زبانه های wet-glazed که دارای حداقل عرض تماس ۱۲ میلی متر می باشند و یا توسط سایر سیستم های مهاری تائید شده به قاب نگهدارنده خود محکم می شوند.
  • هر جزء شیشه ای که شرایط تغییر مکان نسبی رابطه زیر را برآورده سازد.

۱۸

که در این رابطه:

:   تغییر مکان نسبی لرزه ای

:  تغییر مکان نسبی لرزه ای که موجب بیرون افتادن شیشه از قاب نگهدارنده خود می شود و باید روش تحلیلی تائید شده ای به دست آمده باشد.

۲- سطح عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه

نماهای شیشه ای و سازه نگهدارنده آنها باید قادر به تحمل نیروهای لرزه ای طراحی محاسبه شده باشد.اجزای شیشه ای که یکی از ضوابط زیر را برآورده سازند، سطح عملکرد کاربری بی وقفه برا برآورده می کنند:

  • هر جزء شیشه ای که دارای فاصله کافی از قاب نگهدارنده خود باشد به طوری که در تغییر مکان نسبی لرزه ای که جزء باید بر اساس آن طراحی شود تماس فیزیکی بین شیشه و قاب رخ ندهد. این فاصله از رابطه ۳-۹ یا  ۳ -۱۰به دست می آید.
  • هر جزء شیشه های یکپارچه کاملا بازپخت شده که دارای فاصله کافی از قاب نگهدارنده خود باشد به طوری که در تغییر مکان نسبی لرزه ای که جزء باید بر اساس آن طراحی شود تماس فیزیکی بین شیشه و قاب رخ ندهد. این فاصله از رابطه ۳-۱۰ به دست می آید.
  • هر جزء شیشه ای که شرایط تغییر مکان نسبی رابطه زیر را برآورده سازد.

۱۹

پارامترهای مختلف این رابطه قبلا تعریف شده اند.