1-1 روش مقاومت در طرح لرزه ای:
نخستین گام ها درمنظور نمودن اثرات بار جانبی ناشی از زمین لرزه در اواخر اولین دهه قرن حاضر برداشته شد. تجربیات كسب شده از رفتار سازه ها درزمین لرزه ای درایتالیا منجربه استخراج رابطه ای  تقریبی برای  نیروی معادل استاتیكی زمین لرزه شد. این نیروی جانبی برابر با 12/1 وزن كل بنا تخمین زده شد. درسالهای 1930 براساس قانون دوم نیوتن وبافرض برابری شتاب ایجاد شده درسازه صلب با شتاب زمین رابطه ای استخراج گشت كه تاكنون نیز اساس طراحی دربرابر زمین لرزه است

C   ضریب زلزله ( لرزه ای ) نام گرفت . باتوجه به احتمال رخداد زمین لرزه ، شكل پذیری ، رفتار غیرارتجاعی سازه ها وظرفیت جذب انرژی در آنها ، ضریب C برای سازه های مهم 1/0 وبرای سازه های معمولی 08/0 پیشنهاد شد. 10 سال بعد با پیشرفت علم دینامیك سازه ها ودرك تاثیر دوره تناوب برمیزان نیروی وارد بر سازه ها ضریب لرزه ای C برحسب تعداد طبقات ساختمان (N)كه رابطه مستقیم با دوره تناوب سازه دارد ، تعریف شد:

  معرفی شد كه برحسب نوع سیستم سازه ای مقدار آن بین می باشد .
V=K C W                                                                                         

  درسال 1975 با درك بهتر رفتار واقعی سازه ها برابر نیروهای زمین لرزه ، مقدار نیروی برشی  پایه بصورت زیر تعریف شد.

 V=ZIKCW                                                               

Z   ضریب احتمال وقوع زلزله ،I ضریب اهمیت بنا ، K ضریب شكل پذیری ، C  ضریب زلزله كه درصدی از شتاب اوج زمین لرزه برحسب شتاب ثقل است و S ضریب تشدید بنا وزمین كه به فركانس سازه وخاك وابسته است. از اعمال پالایش ها وبازنگری ها ضریب زلزله بصورت زیر تعریف می شود:                                                                                                              

روش مقاومت معمول ترین روش طراحی لرزه ای است كه تاكنون  بكار رفته است. این روش برمبنای تامین یك حداقل مقاومت جانبی برای سازه دربرابر بارهای لرزه ای است. بارهای لرزه ای همراه یك روش تحلیل مانند بار استاتیكی معادل یا روش جمع آثار مودها بكار می روند. وقتی كه نیروهای لرزه ای داخلی محاسبه شد وبا سایر بارها نظیر بارهای ثقلی تركیب شدند‌، ابعاد اجزاء سازه ای بوسیله روش طراحی  تنش های مجاز یاروش طراحی مقاومت نهایی تعیین می شود. درروش طراحی تنش های مجاز اعضا طوری طراحی می شوند كه تنش بوجود آمده درآنها ازتنش مجاز مصالح كمتر باشد. درروش مقاومت نهایی محتمل ترین بار وارد بر المان تعیین می شود. سپس مقطع بحرانی كه برای یك مقاومت حدی اسمی كاهش یافته طراحی شده است، نباید از بارهای ضریبدار بیشتر باشد.

 
1ـ1ـ2ـ نواقص طرح برمبنای مقاومت

    رابطه V=CW بعنوان اساس طراحی لرزه ای بسیاری از آیین نامه ها ، بیانگر برش پایه ناشی ا ز تحریك زمین لرزه است وازطریق الگوهای بارگذاری دركل ارتفاع ساختمان توزیع می شود. با تحلیل سازه برابر این بار جانبی مقاومت مورد نیاز اجزای آن بدست می آید . اما روند استخراج برش پایه خود مورد تردیداست . در ضریب C، ضرایب AB طیف پاسخ طرح را نشان می دهند. شكل این طیف كه بیشتر كاربرد آیین نامه ای دارد بسیار ساده است ودربسیاری موارد با طیف زمین لرزه های واقعی هم خوانی ندارد. زمین لرزه های اخیر ( مانند نور تریج ) انحراف قابل توجهی راازحدود متعارف طیف نشان می دهند. به این ترتیب میزان خواسته تخمین زده شده ازاین روابط مورد تردید است.

   ضریب R كه ضریب رفتار نام دارد ، برای بیان قابلیت تغییر شكل غیرارتجاعی سیستم وشكل پذیری آن معرفی می شود. محاسبه R برپایه « قانون تساوی جابجایی ها »  صورت می پذیرد. اما این قانون بویژه در سیستم هایی بادوره تناوب پایین صادق نیست ومطالعات گسترده ارتباط تنگاتنگ آن را بادوره تناوب ،میران شكل پذیری وضریب اضافه مقاومت نشان داده است. درحالی كه درآیین نامه ها R  تنها بصورت تابعی ازسیستم سازه ای انتخاب می گردد.این نقصان دردرك عملكرد ورفتار سازه نیز تاثیر بسزایی دارد.

اشكال عمده درفرمول برش پایه این است كه مسئله مهم غیرخطی راكه درآن تغییر شكل های غیر الاستیك حاكم است می خواهد بایك ضریب رفتار ( كاهش مقاومت ) R  به صورت یك مسئله ساده الاستیك كه در آن « نیروها » حاكم است ارائه نماید.

  چهار عامل موثر در

۱ ـ كاهش تاثیر زلزله به علت افزایش پریود سازه

2ـ كاهش تاثیر زلزله به علت افزایش اتلاف انرژی ( میرایی بیشتر ازمقدار عادی كه معمولا ً 5% درنظرگرفته می شود.)

3ـ افزایش مقاومت ازجاری شدن اسمی مقاطع تاحدنهایی آنها ( افزایش مقاومت )

4ـ افزایش مقاومت ازنیروهای طراحی تا تسلیم مصالح ( ضرایب بار )

تركیب سه عامل اول مربوط به توانایی سازه می باشد كه برپایه شكل پذیری استوار است.

   ضریب چهارم كه مربوط به ضرایب بار می باشد فقط برای ساختمان هایی كه با روش تنش مجاز طراحی می شوند منظور می گردد. ظرفیت سازه با یك منحنی نشان داده می شود كه از پریود اولیه سازه  شروع می شود وبااین پریود باقی می ماند تا تعدادی از اعضای سازه به حد تسلیم برسند، پس ازاین وضعیت ، پریود ارتعاش سازه درسطح پاسخ افزایش می یابد.

 پریود اولیه سازه ، پریود واقعی آن را نشان می دهد ، كه مقداری بزرگتر از پریود سازه محاسبه شده براساس ضوابط آیین نامه ها می باشد.

   طیف برش پایه الاستیك نتیجه حاصلضرب ضرایب زلزله بدون اثر R است. این طیف در پریودهای كوتاه مقدار ثابتی است ودر پریودهای بلند كاهش می یابد. مقادیر این طیف تقریبا ً معادل با طیفطرح آیین نامه با 5% میرایی می باشد.

   طیف نیاز زلزله همان طیف « برش پایه الاستیك » می باشد كه برای پریودهای بالاتر از  كاهش یافته است.

     مقدار ضریب رفتار به عوامل بسیاری همچون بی نظمی درارتفاع ، میرایی ، مدت دوام زلزله ،‌شتاب نگاشت های مختلف ،PGA، تعداد طبقات ، پریود سازه و…بستگی دارد. بنابراین  نسبت دادن عددی ثابت مانند R به سازه برای تبیین عملكرد غیرخطی آن سبب می شود كه اثرات عوامل فوق منظور نشده واز قابلیت های گسترده عملكرد سیستم های سازه ای چشم پوشی شود. بنابراین اگرچه یك روش تحلیل خطی درك خوبی از ظرفیت خطی سازه واولین جاری شدن می دهداما نمی تواند ساز وكارهای خرابی وباز توزیع نیروها پس از جاری شدن نقاط دیگر را تشریح كند.

    نكته دیگر لحاظ كردن اثر ساختگاه ازطریق ضرایب خاك درآیین نامه ها ست. واقعیت این است كه چنین ضرایبی هرگز نمی تواند اندركنش خاك ـ سازه رادریك زمین لرزه بیان نماید. بدین ترتیب تخمین واقعی خواسته به كمك روند حاضر كاملا ً امكان پذیر نیست . هرچند به نظر می رسد این روش ساده ترین راه موجود درمحاسبه خواسته لرزه ای سازه هاست. رفتار غیرالاستیك ، سطح نیروهای مربوط به مود اول را كاهش می دهد، درحالی كه اثر آن برمودهای بالاتر نسبتا ً كم است. بنابراین یك روش طراحی براساس نیرو كه یك ضریب كاهش نیروی ثابت رابرای همه مودها بكار می برد، احتمالا ً اهمیت مودهای بالاتررا بیش از حد دست پائین برآورد می كند.درروش طراحی فعلی ، عموما‌ً ازسختی اولیه سازه ها واجزاء‌آن برای تحلیل وهمچنین برآورد تقاضای لرزه ای استفاده می شود ولی از آن طرف با كاهش سطح نیروهای الاستیك به وسیله ضریب كاهش نیرو واعمال نیروهای بدست آمده به سازه ، تغییرمكان هائی حاصل می شود كه هیچگونه ارتباط منطقی باتغییر شكل های غیرالاستیك سازه ندارند، هرچند در آئین نامه ها ضرائبی برای اصلاح تغییرمكان های حاصل بكار می رود ولی درنهایت نمی توان اعتبار چندانی برای تغییر مكان های حاصل شده ، قائل بود.

علاوه برنكات ذكرشده ، تعیین ظرفیت سازه ها به روش مقاومت دربسیاری موارد منطقی به نظر نمی رسد. بیان رفتار اجزای سازه ای ازطریق تك پارامتر مقاومت ( مقاومت تسلیم یا مقاومت نهایی بسته به روش طراحی ) به هیچ وجه قانع كننده نیست.

درواقع چنین برخوردی بامساله تعیین ظرفیت ها ،‌كوچكترین دیدی ازرفتار واقعی سازه دراختیار طراح قرارنمی دهد.

این پارامترها همچون شكل پذیری ، رانش ( دریفت ) كل ، رانش بین طبقه ای وانرژی، درتعیین قابلیت اعتماد سازه ها وتبیین عملكرد مورد انتظار آنها درزمین لرزه بكار می رود.

 

1ـ2ـ لزوم طراحی لرزه ای براساس عملكرد

    مهندسی زلزله به دلایل مختلفی تحت تغییرات اساسی قرارگرفته است . ارتقاء‌، دانش دربارة وقوع زلزله ، حركت زمین ومشخصات پاسخ سازه ، همچنین نتایج به دست آمده اززلزله های اخیر آمریكا وژاپن كه خسارت مالی كثیری رادربرداشت دراین تغییرات نقش مهمی را ایفا نموده است . ازمهمترین دلایل آن است كه درروشهای طراحی آیین نامه های فعلی به صورت كافی ومنطقی به موارد ذیل پرداخته نشده است:

1ـ منظور طراح برای توضیح منطقی قوانینی كه از آنها جهت تصمیم گیری استفاده كرده است .

2ـ خواسته مالك ساختمان جهت قضاوت درباره هزینه ها وفواید مقاوم سازی دربرابر زلزله .

3ـ نیازهای جامعه ،‌جهت اتخاذ تصمیمات آگاهانه براساس تقاضای لرزه ای تصادفی  اعمالی توسط تكانهای زمین وظرفیتهای لرزه ای نامشخص ساختمانهای موجود وجدید.

دراثر وقوع زلزله های شدید ، خسارات قابل ملاحظه ای به سبب رفتار غیرالاستیك سازه ها به آنها واردمی شود چرا كه باتوجه به منحنی نیرو ـ تغییر مكان ، سازه دراثر وقوع زلزله های شدید ، پس از گذراز محدوده الاستیك وارد محدوده غیرالاستیك می شود ودراین ناحیه تغییرات مقاومت ناچیز بوده وتغییر شكلهای خمیری كه ارتباط نزدیكتری باخسارت دارند، حاكم می شوند.] الف [

   درروش طراحی براساس عملكرد (Performance Based Design) ، عملكرد غیرخطی اجزای سازه مورد بررسی قرارمی گیرد به همین علت می توان رفتار واقعی تری از سازه ها ، نسبت  به   قبل ،‌درصورت  وقوع یك زمین لرزه مشخص ، به دست آورد.

شایدمهمترین دلیل اهمیت بحث روی طرح لرزه ای براساس عملكرد ، به نوع تشویق بكارگیری ابتكار درتوسعه روشهایی برای ارتقاء عملكرد باشد. درآیین نامه های فعلی ، این رویه یا تشویق به ابتكار وجود ندارد ،‌دلیل این امرآن است كه مفاهیم جدید ، قابل انطباق باچارچوب خشك و بسته چنین آیین نامه هایی نمی باشند. تاریخچه جداسازی پایه 1، كه حدود 20سال طول كشید تااز مرحله فكر به اجرا درآید، مثال خوبی برای نشان دادن این موضوع است كه تكنولوژی جدید به آهستگی وبه تدریج  درچارچوب آیین نامه های ساختمانی فعلی پذیرفته می شود.

 1. Base Isolation

    عملكرد انواع مختلف بناها درطول زلزله های بزرگی كه درجهان به وقوع پیوسته است وخصوصا ً درزلزله سال 1989، لوما پریتا ودر پنج زلزله قابل توجهی كه دركالیفرینا بعداز زلزله لوما پریتا ، رخ داده است وهمچنین درزلزله سا ل1995 كوبه ، نه تنها نیاز به طرح ایمن تر لرزه ای بناها را به وضوح روشن ساخت ، بلكه مشخص كرد كه بكارگیری روشهای طراحی مهندسی زلزله ، لازم است منجربه ساخت بناهایی شود كه عملكرد قابل پیش بینی تری نسبت به آیین نامه های  فعلی داشته باشند. این یك نیاز اساسی جهت طراحی ، ساخت ونگهداری بناهایی باكنترل خسارت بهتر ، نسبت به آنچه كه هم اكنون انجام می شود، می باشد.

 
1ـ3ـ مبانی ومفاهیم در  طراحی لرزه ای براساس عملكرد

    جامعه مهندسی زلزله ، تلاشی را جهت توسعه روشهای مهندسی زلزله براساس عملكرد ، آغازكرده    است . همانطور كه توسط انجمن مهندسی سازه كالیفرنیا (SEAOC درگزارش Vision 2000 (SEAOC ,1998) ) تعریف شده است ، منظور مهندسی زلزله براساس عملكرد ،‌تهیه روشهایی برای جانمایی 1، طراحی ، ساخت ونگهداری ساختمان می باشد، به طوریكه این روشها بتوانند عملكرد سازه را زمانیكه تحت اثر زلزله قرارمی گیرد ، پیش بینی كنند.  دراین جا ، عملكرد به صورت مقدار خسارت وارده به یك ساختمان ، هنگامیكه تحت زلزله قرارمی گیرد وهمچنین اثرات این خسارت دروضعیت ساختمان پس از زلزله ، تخمین زده می شود.

   بنابراین ، مهندسی زلزله براساس عملكرد ، مستلزم انتخاب معیارهای طراحی صحیح ، سیستم های سازه ای مناسب، تعیین محل قرارگیری ساختمان ، تعیین هندسه اعضاء 2 وارائه جزئیات برای سازه و اعضای غیرسازه ای ومحتویات ساختمان و اطمینان وكنترل كیفیت ساخت ونگهداری دراز مدت  می باشد ، به طوریكه سازه دربرابر سطوح مشخص حركت زمین با قابلیت اطمینان مشخص ، رفتار كند.براساس این تعریف ، واضح است كه مهندسی زلزله براساس عملكرد ، روشی است كه با تعریف پروژه شروع می شود ودرمدت عمر ساختمان ادامه می یابد .

1. Sitting      2.Proportioning

    مفهوم طراحی براساس عملكرد ، تنها به ساختمان محدود نمی شود بلكه به صورت كلی ، برای همه    سازه ها واجزای الحاقی غیرسازه ای متصل به آنها ومحتویات ساختمان ، قابل استفاده می باشد. درچارچوب پیشنهاد شده توسط SEAOCدر Vision 2000 به صورت مقتضی همه جنبه های مهندسی براساس عملكرد ، شامل طراحی سازه ای وغیرسازه ای ، اطمینان ازكیفیت اجرا ونگهداری مجموعه ساختمان درمدت عمر مفید آن دربرگرفته می شود.

   هرچند توسعه اصول طراحی براساس عملكرد در مراحل ابتدایی كارقراردارد،مدارك واسنادی كه    آیین نامه های آتی ساختمانی براساس آنها خواهند بود به سرعت بررهیافت طراحی براساس عملكرد متمركز شده اند. بیشتر تلاشهای اخیر دراین زمینه ، در آماده سازی راهنمای NEHRP جهت  مقاوم سازی لرزه ای ساختمانها (ATC 1996) بوده است كه به عنوان یك مدرك مرجع برای    استفاده ، جهت ارتقاء عملكرد لرزه ای ساختمانهای موجود ،‌درنظرگرفته شده است. اصول به كاررفته دراین مدرك درابتدابرای سازه های موجود ،‌منظورشده بود كه به سرعت توسط كمیته (SEAOC) Vision 2000 جهت كاربرد درطراحی سازه های جدید توسعه وپیشنهاد داده شد  .

 

   اگر چه عنوان مهندسی زلزله براساس عملكرد جدیداست ،‌مفهوم پایه ای ایجاد ساختمانها و سازه هایی كه تحت زلزله های مختلف به سطوح عملكرد مورد نظر برسند مسلما ً جدید نیست . بیشتر از 20 سال است كه SEAOC نشان داده است كه سازه های طرح شده برطبق نیازهای نیروی جانبی توصیه شده توسط آن (SEAOC 1996) ، قادرند دربرگیرنده تعدادی از اهداف عملكرد معین باشند، به عنوان مثال :

 ــ مقامت دربرابر زلزله های خفیف ، بدون خسارت .

ــ مقاومت دربرابر زلزله های متوسط باخسارت سازه ای وغیرسازه ای جزئی .

ــمقاومت دربرابر زلزله های بزرگ باخسارت قابل ملاحظه به اعضای سازه ای وغیرسازه ای  اما با احتمال اندك برای به خطر افتادن ایمنی جانی .

ــ مقاومت دربرابر سطوح شدید زلزله ، كه احتمال وقوع آن  وجوددارد،‌بدون فروریزش .

   اهداف عملكرد پایه ای به این شكل كه امروزه به صورت جامع تر وكمی تری تعریف شده اند،‌توسط بیشتر راهنماهای  طراحی مهندسی براساس عملكرد ، درنظرگرفته شده اند. درحقیقت طبیعت كمی این اهداف است كه اخیراً پذیرفته شده است وهمچنین ، كوشش دردقت وقابلیت اعتماد است كه نتایج جدید رادرمهندسی براساس عملكرد ، صرفنظر از روش پیشین قرارمی دهد.

  همانگونه كه دربخش  پیش عنوان شد درروش سنتی ، طراحی لرزه ای تنها برای یك سطح زلزله انجام می شده است كه درآن عموما ً یك سطح عملكرد ، تحت عنوان ایمنی جانی هدف قرارداده شده است.

تلاشهای جدید در مهندسی براساس عملكرد به دنبال تهیه روشهای قابل اعتماد جهت دستیابی به اهداف چندمنظوره ازمیان روشهای صریح طراحی می باشد.



طبقه بندی:
برچسب ها: مقایسه روشهای طراحی لرزه ای براساس عملکرد،

تاریخ : دوشنبه 24 فروردین 1394 | 05:59 ق.ظ | نویسنده : ad min | نظرات

  • paper | بک لینک | خرید بک لینک
  • شبکه اجتماعی فارسی کلوب | Buy Website Traffic | Buy Targeted Website Traffic