پارامترهای اساسی محاسبه زلزله

برای براورد بارگذاری جانبی ناشی از نیروی زلزله وارد بر سازه طرح  برش پایه سازه یکی از مفاهیم اصلی به شمار می‌آید، هنگام وقوع زلزله شتابی به سازه وارد می‌شود، حال اگر جرم سازه را m و شتاب سازه را a در نظر بگیریم با توجه به قانون نیوتن دوم یعنی F= m.a واضح است که نیروی وارد بر سازه وابسته به جرم آن می‌باشد، حال اگر سازه طراحی شده چند طبقه‌ای باشد، باید نیروری زلزله را به جرم هر کدام از این طبقه‌ها وارد کنیم، مجموع نیروهایی که به طبقات سازه وارد می‌شوند مساوی با برش پایه خواهند بود که با معادله زیر قابل محاسبه می‌باشد:

V = (A.B.I) / R

حال باید به تک تک پارامتر‌های این معادله بپردازیم:

A یا نسبت شتاب مبنای طرح:

واضح است که برای براورد نیروی زلزله محلی که در آن سازه واقع است از اهمیت بالای برخوردار است، نزدیکی به محل گسل‌ها می‌تواند یکی از معیارهای موثر بر شدت نیروی زلزله وارده باشد، و برای همین استاندارد 2800 ایران را از لحاظ زلزله خیزی مناطق را به چهار منطقه تقسیم بندی می‌کند:

• 1) منطقه با خطر نسبی بسیار زیاد A = 0.35
• 2) منطقه با خطر نسبی زیاد A = 0.3
• 3) منطقه با خطر نسبی متوسط A = 0.25
• 4) منطقه با خطر نسبی کم A = 0.2

می توان با مراجعه به استاندارد 2800  با توجه به استانی که سازه در آن اجرا خواهد شد خطر لزه خیزی آن را استخراج کرد و استفاده نمود.

B یا ضریب بازتاب ساختمان:

ضریب B بیانگر واکنش سازه به  ارتعاشات زمین بر اثر زلزله می‌باشد، و لذا می‌توان گفت که B تابعی از دو فاکتور:

• زمان تناوب سازه (T).
• نوع خاک بستر.

 زمان تناوب سازه (T): از آنجا که که نیروی زلزله که یک نیروی رفت و برکشتی است که به سازه وارد می‌شود، سازه دچار نوساناتی می‌شود، زمان لازم برای اینکه سازه یک نوسان کامل انجام دهد را زمان تناوب سازه یا T می‌نامیم، اما مشکل از آن جایی مشخص می‌شود که در رابطه مربوط به محاسبه زمان تناوب که رابطه زیر است:

رابطه K که بیانگر سختی سازه است و به پارامتر‌های کلی E و I و L بستگی دارد که در آن به ممان اینرسی مقاطع و مدول الاستیسیته مصالح مصرفی و ارتفاع سازه نیاز است، حال آنکه ما در زمان مدل سازی و تحلیل سازه و انجام باگذاری برای براورد نیروی وارد بر سازه هستیم تا بعد از آن مقاطع مناسبی با توجه به نیروهای وارده انتخاب کنیم و عملا نمی‌توان زمان تناوب سازه را با رابطه اصلی آن محاسبه کنیم و در رابطه کلی برش پایه سازه از آن استفاده کنیم، و لذا استاندارد 2800 دو روش کلی برای ما ارائه می‌دهد:

• روش تجربی: در این روش استاندارد 2800 با ارائه روابط تجربی برای انواع مختلف سیستم‌های باربری جانبی از جمله سیستم قاب‌های خمشی فولادی و بتنی، سیستم‌های با قاب سازه‌ای ساده با مهاربند‌های همگرا، واگرا، سیستم‌های ساختمانی با قاب برشی، سیستم‌های دوگانه و...، که در صورت اینکه از دو گونه مختلف سیستم قاب بندی در دو راستای مختلف استفاده شده باشد باید برای هر راستا یک زمان تناوب سازه‌ای جداگانه‌ای تعریف کنیم.
• روش تحلیلی: در این روش از نرم افزار‌های SAP  و ETABS برای محاسبه زمان تناوب سازه بهره گرفته می‌شود:

اما دو شرط اساسی برای استفاده از این روش وجود دارد:

• مدل سازی دقیق باشد.
• در صورتی زمان تناوب تحلیلی به دست آمده از نرم افزارها بیشتر 1.25 برابر زمان به دست آمده از روش تجربی باشد باید، همان مقدار 1.25 برابر زمان تناوب تجربی به عنوان زمان تناوب سازه‌ای معرفی شود.

حال باید به موضوع اصلی یعنی محاسبه ضریب بازتاب ساختمان یا همان B بازگردیم، رابطه کلی محاسبه این ضریب به صورت زیر آمده است:

B = B₁.N

که در آن:

• B1 یا ضریب شکل طیف: این ضریب توسط رابطه‌هایی که متشکل از پارمتر‌های مرتبط به نوع زمین (,II,III,IVI)، میزان لزه خیزی منطقه (خطر  نسبی کم و متوسط، خطر نسبی زیاد و خیلی زیاد) و زمان تناوب سازه هستند، که اعداد مرتبط با آن‌ها در جدولی در استاندارد 2800 آمده است.
• N یا ضریب اصلاح طیف: اثبات شده است که نزدیکی و دوری محل احداث سازه از کسل‌ها مخصوصا در سازه‌ها با ارتفاع زیاد در زمان تناوب سازه تاثیر گذار بوده است، به طوریکه هر چه ساختمان بلندتر باشد و فاصله آن به گسل نزدیکتر باشد تخریب در آن بیشتر می‌شود، رابطه‌هایی که در استاندارد 2800 آمده است که بر حسب خطرهای زلزله مناطق مختلف ارائه شده است.

I یا ضریب اهمیت ساختمان: با توجه به کاربری و عملکردی که از سازه توقع می‌رود ساختمان‌ها بر اساس استاندارد 2800 به چهار گروه کلی تقسیم می‌شوند:

1) ساختمان با اهمیت خیلی زیاد (گروه 1): ساختمان‌های که باید هنگام وقوع زلزله بی وقفه سرویس دهند و ایجاد وقفه در سرویس دهی آن‌ها موجب افزایش تلفات می‌شود، از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• بیمارستان‌ها و مراکز درمانی.
• مراکز آتش نشانی.
• مراکز و تاسیسات آب رسانی.
• نیروگاه‌ها و تاسیسات برق رسانی.
• برج‌های مراقبت فرودگاه.
• مراکز مخابرات.
• تاسیسات نظامی و انتظامی.
• صدا و سیما.
• تاسیسات هسته‌ای و کارخانجات تولید کننده مواد شیمیای خاص که خرابی آن‌ها موجب انتشار مواد ضرر زا می‌شود.

2) ساختمان‌ها با اهمیت زیاد (گروه 2):

• مدارس، مساجد، استادیوم ها، ترمینال مسافربری، سینما و..، تخریب این سازه موجب افزایش تلفات جانی می‌شود.
• موزه ها، کتابخانه‌ها و...، که موجب هدر رفتن ثروت یا مدارک ملی می‌شود.
• پالایشگاه ها، مراکز گاز رسانی و..، که موجب آتش سوزی و یا آلودکی محیط زیست شود.

3) ساختمان‌ها با اهمیت متوسط (گروه 3): ساختمان‌های مسکونی، هتل ها،ساختمان‌های اداری، و...

4) ساختمان‌های با اهمیت کم ( گروه 4): مثل مرغداری و سازه‌های موقت با مدت بهربرداری زیر دو سال و...

• گروه 1 که I = 1.4
• گروه 2 که I = 1.2
• گروه 3 که I = 1
• گروه 4 که I = 0.8

R یا ضریب رفتار ساختمان:

از آنجا که طراحی الاستیک یا ارتجاعی ساختمان غیر اقتصادی است، و از سویی دیگر طراحی غیر الاستیک سازه باید به گونه‌ای انجام پذیرد که تغییر شکل‌های ایجاد شده در سازه باید به گونه‌ای باشد که عملکرد سازه همچنان مناسب باشد و به حد فروریزش نرسد، کاربرد ضریب رفتار ساختمان در حقیقت کاهش دادن نیروی وارد بر سازه بر اثر زلزله با در نظر گرفتن رفتار غیر ارتجاعی آن است، عواملی مثل شکل پذیری،درجه نامعینی و اضافه مقاومت که سازه از خود نشان می‌دهد، نوع مصالح و سیستم باربری جانبی سازه در تعیین مقدار این ضریب دخیل هستند، برای محاسبه این ضریب باید به استندارد 2800 مراجعه نمود.