تعیین مقدار نیروهای جانبی وارد بر سازه، یکی از گام های اساسی در طراحی سازه ها می باشد. برای این کار لازم است سطحی از زلزله را به عنوان زلزله مبنای طراحی در نظر بگیریم. استاندارد 2800 زلزله ایران برای کلیه ساختمان های با اهمیت زیاد و خیلی زیاد و نیز ساختمان های بلندتر از 50 متر و بیش از 15 طبقه، کنترل زلزله بهره برداری را الزامی دانسته است. این کنترل خصوصاً در سازه های با شکل پذیری ویژه و Ru های بزرگ تعیین کننده می باشد.(چرا؟پاسخ را با خواندن کامل متن خواهید یافت.)
موضوع زلزله بهره برداری را کمتر در بحث های عمومی طراحی دیده ایم. در این مقاله تلاش می کنیم که برای پرسش های زیر پاسخ مناسبی را پیدا کنیم:
سطح خطر به معنی درصد احتمال وقوع زلزله در یک بازه زمانی مورد نظر میباشد. این بازه زمانی عمدتاً طول عمر مفید سازه خواهدبود.
معادل سطحی از حرکتهای زمین است که احتمال فراگذشت از آن 10% در 50 سال می باشد. این سطح خطر معادل دوره بازگشت 475 سال است. این سطح خطر را در استاندارد2800، تحت عنوان زلزله طرح می شناسیم.
به همین شکل سطح خطر نظیر زلزله بهره برداری تعریف می شود. این زلزله معادل سطحی از حرکتهای زمین خواهد بود که احتمال فراگذشت از آن 99.5% در 50 سال می باشد. یعنی دوره بازگشت این زلزله حدود 10 سال است.
با مطالعه متن فوق متوجه می شویم:
استاندارد 2800 در بخش اهداف طراحی لرزه ای، بند زیر را بیان می کند:
کلیه ساختمان های بلندتر از 50 متر و یا بیشتر از 15 طبقه و نیز کلیه ساختمان های با اهمیت زیاد و خیلی زیاد در اثر زلزله بهره برداری آسیبی نبینند و قابلیت بهره برداری خود را حفظ کنند.
برای اینکه سازه در اثر زلزله بهره برداری آسیبی نبیند و در واقع قابلیت بهره برداری خود را حفظ کند؛ آیین نامه الزاماتی را بیان کرده است. برای این منظور ترکیب بارهای سطح بهره برداری را که بدون ضریب بار هستند تعریف می کنیم.
در ترکیب بارهای سطح بهره برداری نیروی زلزله چگونه محاسبه می شود؟
در بند 3-11-3 استاندارد 2800، گفته شده که مشخصات حرکت زمین در زلزله سطح بهره برداری باید مشابه زلزله طرح، در نظر گرفته شود. پس فرمول کلی ضریب زلزله بهره برداری نیز C=ABI/Ru خواهدبود.
اما زلزله بهره برداری نسبت به زلزله طرح قدرت کمتری دارد. در علم مهندسی زلزله قدرت کمتر یعنی شتاب کمتر، پس در محاسبه زلزله بهره برداری شتاب مبنای طرح را به یک ششم مقدار خود کاهش می دهیم.
همچنین چون قرار است در زلزله بهره برداری سازه کاملاً قابل استفاده بماند در نتیجه تغییرشکلها بسیار محدود بوده و مفاصل پلاستیک نیز نباید تشکیل شوند. لذا ضریب رفتار (Ru) در محاسبه ضریب زلزله بهره برداری برابر با یک منظور می گردد.
به این ترتیب در روش استاتیکی معادل مقدار برش پایه در سطح بهره برداری از رابطه زیر محاسبه می شود.
Vser = ABIW/6
در استاندارد 2800، دو سطح زلزله برای محاسبه نیروی زلزله وارد بر سازه در نظر گرفته شده است. همانطور که در بخش قبل خواندیم:
زلزله شدید یا زلزله طرح، زلزله ایست که احتمال وقوع آن در ۵۰ سال عمر مفید سازه ۱۰% باشد.
زلزله خفیف یا زلزله بهره برداری ، زلزله ایست که احتمال وقوع آن در ۵۰ سال عمر مفید سازه ۹۹٫۵% باشد.
دیگر تفاوتهای اساسی زلزله بهره برداری و زلزله طرح را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
آیا به غیر از زلزله طرح و بهره برداری سطح زلزله دیگری هم وجود دارد؟
قطعاً سطوح دیگری از خطر نیز وجود دارند؛ بطور مثال در کشوری همچون ژاپن که احتمال رخداد زلزله های قوی در بازه های زمانی کم وجود دارد می توان سطح دیگری از خطر را به صورت زیر معرفی نمود:
سطح خطر2. معادل سطحی از حرکتهای زمین است که احتمال فراگذشت از آن 2% در 50 سال می باشد. این سطح خطر معادل دوره بازگشت 2475 سال خواهد بود. سطح خطر 2 بیشینه زلزله محتمل MPE) Maximum Probable Earthquake) نامیده می شود.
لازم به ذکر است سطوح خطر دیگری نیز قابل تعریف هستند که به علت اهمیت کم به آنها نمی پردازیم.
مفهوم طراحی لرزه ای ساختمانها با دو تعریف مهم قابل بررسی است. تعریف اول را که سطح خطر می باشد پیشتر بررسی نمودیم؛ تعریف دیگر سطح عملکرد سازه است. در واقع همواره تلاش می کنیم در ازای یک سطح خطر مشخص بسته به کاربری سطح عملکرد مناسبی را ایجاد کنیم. مثلاً برای یک بیمارستان که در کشوری همچون ژاپن واقع شده، اولاً باید سطح خطر بالایی را برای ساختمان در نظر بگیریم، ثانیاً به علت کاربری بیمارستان، سطح عملکرد بصورت قابلیت استفاده بی وقفه باشد تا بتوان امداد و نجات را انجام داد. سطوح عملکرد اجزای سازه ای به شرح زیر می باشد:
دال ماندگار طراح، مجری و بزرگترین تولید کننده یوبوت