تراز پایه یکی از مفاهیم کلیدی در مهندسی سازه است که نقش بسیار مهمی در تعیین رفتار ساختمان‌ها هنگام وقوع زلزله و همچنین انتقال بارهای سازه به زمین دارد. این سطح مرجع، نقطه‌ای است که از آن به بالا، سازه نسبت به زمین حرکت متفاوتی خواهد داشت، در حالی که بخش‌های زیر آن به‌صورت تقریباً یکپارچه با زمین عمل می‌کنند. انتخاب صحیح تراز پایه نه تنها بر ارتفاع محاسباتی ساختمان، بلکه بر نیروی برش پایه، دریفت طبقات و حتی تعیین درز انقطاع تأثیرگذار است. در این مقاله به بررسی دقیق مفهوم تراز پایه، روش تعیین آن و نکات اجرایی مهم می‌پردازیم تا مهندسین، دشجوها و علاقه‌مندان به مباحث سازه‌ای، درک جامع‌تری از این موضوع حیاتی پیدا کنند.
تراز پایه چیست؟
اگر بخواهیم زمین را به‌صورت سطح ثابت در زمان زلزله در نظر بگیریم و ساختمان را به‌عنوان یک المان متصل (کنسول) به آن، تراز پایه به ترازی اطلاق می‌گردد که ساختمان از آن تراز به بالا نسبت به زمین دارای اختلاف حرکت باشد.استاندارد 2800 در بند 3-3-1-2 – این‌گونه تراز پایه را تعریف می‌کند: تراز پایه به ترازی در ساختمان اطلاق می‌شود که در هنگام زلزله، از آن تراز به پایین اختلاف حرکتی بین ساختمان و زمین وجود نداشته باشد.
اهمیت تراز پایه در ساختمان
اولین مؤلفه‌ای که برای تحلیل لرزه‌ای هر سازه‌ای لازم است، تعیین محل تراز پایه میباشد. المان‌های تأثیرگذار بر روی محل تراز پایه ساختمان از دید آیین‌نامه ASCE07-16 عبارت‌اند از:
- محل سطح زمین طبیعی نسبت به طبقات ساختمان
- شرایط خاک اطراف سازه (ازلحاظ تراکم)
- عمق زیرزمین
- محل و محدوده درز انقطاع در سیستم
- بازشوهای موجود در دیوارهای زیرزمین
- روش اجرای دیوارهای نگهبان یا دیوار حائل
- محل و سختی المان‌های قائم سیستم باربر جانبی
- مجاورت با سازه‌های اطراف
- شیب زمین طبیعی اطراف پروژه
مکان تراز پایه کجاست؟
محل تراز پایه ساختمان مطابق با استاندارد 2800 به دو شکل زیر مشخص می‌گردد:
- روی فونداسیون
- در نزدیک‌ترین سقف زیرزمین به زمین طبیعی اطراف پروژه
در ادامه به بررسی محل تراز پایه بر اساس المان‌های تأثیرگذار از دید استاندارد ASCE07 می‌پردازیم:
محل سطح زمین طبیعی نسبت به طبقات ساختمان: این گزینه را از 2 منظر بررسی می‌کنیم که در استاندارد 2800 به آن اشاره شده است:
الف) برای ساختمان‌های بدون زیرزمین یا ساختمان‌های دارای زیرزمینی که دیوارهای نگهبان آن به سازه متصل نباشند، تراز پایه باید در سطح بالای شالوده در نظر گرفته شود.
• ساختمان‌های اسکلت فلزی یا بتنی که دارای حداکثر یک طبقه زیرزمین با ارتفاع 3.5 متر بوده و دیوارهای زیرزمین اتصال سازه‌ای با اسکلت ندارند نیز در این دسته قرار می‌گیرند. بعضاً پیش می‌آید که مهندسین طراح در ساختمان‌هایی که یک طبقه زیرزمین دارند به جهت کاهش هزینه‌های اجرایی و تجربه خودشان، دیوارهای حائل را از جنس آجر فشاری با ملاط ماسه سیمان طراحی می‌کنند و ازآنجاکه نمی‌توان این دیوارها را جزو دیوارهای متصل به سازه قلمداد کرد، درنتیجه تراز پایه ساختمان را روی فونداسیون در نظر می‌گیریم.
در ساختمان‌هایی که دیوار حائل آن‌ها به‌صورت مستقل از سازه اجرا می‌شود نیز تراز پایه ساختمان را در روی فونداسیون در نظر می‌گیریم.
در این ساختمان با توجه به اینکه سطح زمین طبیعی به حدی شیب‌دار است که ازیک‌طرف با سطح فونداسیون هم‌تراز میباشد و نمی‌توان در این ساختمان‌ها تراز پایه را به روی دیوار حائل منتقل کرد، درنتیجه دیوارها به‌صورت مستقل طراحی و اجرا گردیده‌اند و وظیفه آن‌ها مقاومت در برابر فشار خاک میباشد.
ب) برای ساختمان‌های دارای زیرزمینی که دیوارهای نگهبان آن به سازه متصل باشند و فضای بین خاک‌برداری و دیوار نگهبان زیرزمین با خاک متراکم پرشده باشد، تراز پایه می‌تواند در نزدیک‌ترین سقف زیرزمین به زمین طبیعی اطراف در نظر گرفته شود، منوط به آنکه اولاً خاک طبیعی موجود در اطراف ساختمان متراکم باشد و ثانیاً دیوارهای نگهبان زیرزمین بتن آرمه بوده و آخرین سقف زیرزمین نیز دارای صلبیت کافی باشد.
• اختلاف سطح زیاد بین زمین طبیعی و روی دیوار حائل وجود دارد و سیستم سازه‌ای ساختمان دارای دیوار برشی میباشد.در نگاه اول ممکن است مشابه ساختمان با سیستم قاب خمشی رفتار کرده و تراز پایه را روی دیوار حائل در نظر بگیریم. اما با توجه به بند 12-2-3-1 آیین‌نامه ASCE07 که یکی از شروط انتقال تراز پایه به تراز بالاتر از فونداسیون را، وجود سختی اعضای پایینِ تراز پایه به میزان 10 برابر نسبت به اعضای بالای تراز پایه قلمداد می‌کند، نمی‌توان این‌چنین رفتار کرد.
خوب شاید این نسبت در ساختمان‌های قاب خمشی با توجه اختلاف سختی زیاد بین اعضا بالا و پایین تراز پایه، تأمین شود اما اگر بیشتر دقت کنیم، درمی‌یابیم که در ساختمان‌هایی با سیستم دیوار برشی، سختی طبقات بالای تراز پایه که دارای دیوار برشی هستند و پایین تراز پایه که دیوار حائل میباشد، شرط فوق را تأمین نکرده و بهتر است که این تراز، روی فونداسیون در نظر گرفته شود.
وجود بازشوهایی در دیوارهای حائل
در برخی موارد نیاز داریم که برای تأمین نظر کارفرما یا ضوابط موجود، بازشوهایی در دیوار حائل ایجاد کنیم. در این صورت محل تراز پایه ساختمان به شکل زیر تعیین می‌شود. در برخی پروژه‌ها ممکن است با توجه به درخواست مالک و نیاز پروژه، بازشوهایی در دیوارهای حائل تعبیه شود که این موضوع می‌تواند در تعیین محل تراز پایه تأثیرگذار باشد.
اگر سطح این بازشوها اندک باشد، طوری که نسبت 10 برابری سختی طبقات بالا و پایین تراز پایه را به هم نزند، می‌توان تراز پایه را در پایین‌ترین تراز بازشوها در نظر گرفت. اما اگر سطح این بازشوها در حدی باشد که نسبت فوق را برهم بزند، تراز پایه حتماً باید پایین‌تر از سطح زمین در نظر گرفته شود.
مجاورت با سازه‌های اطراف: در کل اگر در مجاورت ساختمان در حال احداث، ملکی موجود باشد که زیرزمین داشته یا احتمال اجرای زیرزمین باشد، نمی‌توان تراز پایه را ساختمان را بالاتر از فونداسیون در نظر گرفت.
تعیین محل تراز پایه ساختمان به چه عواملی بستگی دارد؟
انتخاب محل دقیق تراز پایه به چندین عامل مهم بستگی دارد که مهندس طراح باید همه آن‌ها را به دقت ارزیابی کند:
- توپوگرافی و وضعیت زمین اطراف: در زمین‌های مسطح، معمولاً تراز روی فونداسیون به عنوان تراز پایه انتخاب می‌شود. اما در زمین‌های شیب‌دار، انتخاب این تراز پیچیده‌تر بوده و به نحوه تماس ساختمان با خاک در جبهه‌های مختلف بستگی دارد.
- وجود یا عدم وجود زیرزمین: اگر ساختمان زیرزمین نداشته باشد، تراز پایه همان تراز روی پی است. در صورت وجود زیرزمین، وضعیت دیوارهای آن تعیین‌کننده است.
- سختی دیوارهای زیرزمین: اگر زیرزمین دارای دیوارهای حائل بتنی باشد که از هر چهار طرف، سازه را دربر گرفته و به اسکلت متصل هستند، این دیوارها سختی فوق‌العاده زیادی ایجاد می‌کنند. در این حالت، می‌توان تراز پایه را به سقف طبقه زیرزمین (تراز صفر معماری) منتقل کرد. اما اگر دیوارهای زیرزمین به صورت تیغه‌های بنایی ضعیف باشند یا تنها از یک یا دو سمت، سازه را احاطه کرده باشند، باید اثر آن‌ها در مدل‌سازی لحاظ شده و معمولاً تراز پایه همچنان در سطح فونداسیون باقی می‌ماند.
- خاکریزی پشت دیوارهای طبقه منفی : استاندارد 2800 به عنوان یکی از شروط اصلی انتقال تراز پایه به طبقه همکف الزام کرده که خاکریزی پشت دیوارها می بایست توسط خاک متراکم شده انجام شود وو این خاک نباید جابجا شود.
- ضوابط آیین‌نامه (استاندارد ۲۸۰۰): ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰ ایران، معیارهای دقیقی برای انتخاب تراز پایه، به‌ویژه در ساختمان‌های دارای زیرزمین ارائه می‌دهد که طراح ملزم به رعایت آن‌هاست.
تأثیر تراز پایه در تعیین اندازه درز انقطاع
با توجه به اینکه ساختمان‌های مجاور اگر به هم چسبیده باشند در زمان وقوع زلزله ضرباتی را به یکدیگر وارد می‌کنند. استاندارد 2800 در بند 1-4-1 – برای جلوگیری یا کم کردن خسارت وارده تحت تأثیر زلزله، درز انقطاع را تعبیه کرده است.
1-4-1 – برای حذف و یا کاهش خسارت و خرابی ناشی از ضربه ساختمان‌های مجاور به یکدیگر، ساختمان‌ها باید با پیش‌بینی درز انقطاع از یکدیگر جداشده و یا بافاصله‌ای حداقل از مرز مشترک با زمین‌های مجاور ساخته شوند.
برای تأمین این منظور در ساختمان‌های 8 طبقه و کمتر، فاصله هر طبقه از مرز زمین مجاور حداقل باید برابر پنج‌هزارم ارتفاع آن طبقه از روی تراز پایه باشد. لذا با توجه به بند فوق می‌توان دریافت که تعیین صحیح تراز پایه، چقدر می‌تواند بر اندازه درز انقطاع تأثیرگذار باشد.
مثال: 2 ساختمان 8 طبقه را در نظر بگیرید که یکی دارای 2 طبقه منفی و دیوارهای حائل متصل به سازه بوده و شرایط انتقال تراز پایه را به روی دیوار حائل فراهم کرده است و ساختمان دوم هم دارای 2 طبقه منفی بوده ولی شرایط اینکه تراز پایه به روی دیوار حائل و نزدیی زمین طبیعی را فراهم نکرده است و تراز پایه آن بر روی فونداسیون تعیین گردیده است.حال با توجه به پنج‌هزارم ارتفاع ساختمان از روی تراز پایه می‌توان دریافت که چقدر، تعیین صحیح تراز پایه در اندازه درز انقطاع تأثیرگذار خواهد بود.
تأثیر محل تراز پایه بر عوامل مختلف
محل تعریف تراز پایه، مانند یک دومینو، بر مجموعه‌ای از پارامترهای کلیدی در طراحی لرزه‌ای سازه تأثیر مستقیم می‌گذارد.
تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل استاتیکی معادل
در روش تحلیل استاتیکی معادل، که برای ساختمان‌های منظم و کوتاه‌تر استفاده می‌شود، نیروی برش پایه () از رابطه محاسبه می‌گردد. در این رابطه، وزن مؤثر لرزه‌ای سازه است که شامل بارهای مرده و بخشی از بار زنده تمام طبقات بالای تراز پایه میباشد. بنابراین، اگر تراز پایه را از روی فونداسیون به تراز همکف منتقل کنیم (در یک ساختمان دارای زیرزمین)، وزن طبقه زیرزمین از حذف شده و مقدار نیروی برش پایه کاهش می‌یابد. این امر به معنای محاسبه نیروی زلزله کمتر برای سازه است که اگر به درستی انجام شود منطقی است، اما در صورت انتخاب اشتباه تراز پایه، می‌تواند منجر به طراحی یک سازه ضعیف و غیرایمن شود.
تأثیر محل تراز پایه بر تحلیل دینامیکی خطی
در تحلیل دینامیکی، تأثیر تراز پایه حتی پیچیده‌تر است. تغییر محل تراز پایه، ماتریس‌های جرم و سختی سازه را تغییر می‌دهد. با بالا آوردن تراز پایه، تعداد درجات آزادی مدل کاهش یافته و مهم‌تر از آن، زمان تناوب اصلی سازه (T) کوتاه‌تر می‌شود. کوتاه‌تر شدن زمان تناوب (به معنی سخت‌تر شدن سازه) می‌تواند بسته به موقعیت آن بر روی طیف بازتاب استاندارد، منجر به افزایش یا کاهش نیروی زلزله شود. علاوه بر این، شکل مدهای ارتعاشی سازه و درصد مشارکت جرمی هر مد نیز با تغییر تراز پایه دگرگون می‌شود که این امر بر توزیع نیروها در طبقات و در نهایت بر طراحی تمام اعضای سازه‌ای تأثیرگذار است.
تأثیر تراز پایه در تعیین اندازه درز انقطاع
اندازه درز انقطاع برای جلوگیری از برخورد دو ساختمان مجاور در هنگام زلزله، به حداکثر تغییرمکان جانبی غیرخطی آن ساختمان بستگی دارد. این تغییرمکان، از تراز پایه به سمت بالای ساختمان محاسبه می‌شود. مطابق ضوابط استاندارد ۲۸۰۰، مقدار درز انقطاع در هر تراز، معادل حاصل‌ضرب ضریبی از ارتفاع آن تراز نسبت به تراز پایه است. بنابراین، اگر تراز پایه بالاتر در نظر گرفته شود، ارتفاع مؤثر طبقات کاهش یافته و در نتیجه، مقدار تغییرمی کند و اندازه درز انقطاع مورد نیاز نیز کاهش می‌یابد. این موضوع می‌تواند در زمین‌های با محدودیت ابعاد، یک مزیت مهم تلقی شود، اما تنها در صورتی مجاز است که شرایط فنی برای بالا بردن تراز پایه فراهم باشد.
فیلم تراز پایه در ساختمان به بیان ساده
توجه:ممکن است به خاطر سرعت پایین اینترنت شما، نمایش آنلاین با کیفیت پایین تر از کیفیت HD ویدئوی اصلی نمایش داده شوند.
جمع‌بندی
تراز پایه ساختمان یکی از مهمترین اصول در اجرای سازه است که نقش اساسی در استحکام و هم‌راستایی کلی ساختمان دارد. این تراز به سطحی اشاره دارد که سایر بخش‌های سازه بر اساس آن تنظیم می‌شوند. در اجرای تراز پایه، رعایت دقت در اندازه‌گیری، استفاده از تجهیزات نقشه‌برداری دقیق، کنترل اختلاف ارتفاع در نقاط مختلف و اطمینان از هم‌سطح بودن فونداسیون اهمیت بالایی دارد. عدم رعایت این موارد می‌تواند منجر به کجی ستون‌ها، توزیع نامتعادل بار و مشکلات اجرایی در مراحل بعدی ساخت شود.
در دوره اجرای ساختمان فنون عمران، شما با نحوه صحیح اجرای تراز پایه و کنترل‌های فنی موردنیاز به‌صورت گام‌به‌گام آشنا می‌شوید تا بتوانید از بروز مشکلات اساسی در پروژه‌های ساختمانی جلوگیری کنید.
عالی بود خدا قوت
با سلام و خسته نباشد و تشکر و سپاس فراوان
سلاممهندس بهرامیان عالی بود.. خدا قوت