ضریب زلزله؛ بررسی پارامتر های فرمول ضریب زلزله با یک ویدئو کاربردی

 

قطعا می دانید که یکی از قسمت های محاسبات دستی طراحی سازه، محاسبه ضریب زلزله می باشد اما ضریب زلزله چیست؟ پارامتر شتاب مبنای طرح به چه نحوی محاسبه می شود؟ تفسیر جدول ضریب رفتار ساختمان در آیین نامه 2800 به چه صورتی است؟

در این مقاله جامع به بررسی جزء به جزء ضریب زلزله خواهیم پرداخت و برای درک بهتر شما ویدئو رایگان و کاربردی را در ابتدای همین صفحه قرار داده ایم که حتما آن را مشاهده کنید.

شتاب مبنای طرح

جدول 2-1 در آیین نامه 2800 نسبت شتاب مبنای طرح در مناطق با لرزه خیزی مختلف را نشان می دهد.

 

منطقه	توصیف	نسبت شتاب مبنای طرح به شتاب ثقل زمین
1	پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد	0.35
2	پهنه با خطر نسبی زیاد	0.3
3	پهنه با خطر نسبی متوسط	0.25
4	پهنه با خطر نسبی کم	0.2

 

 

اما این شتاب دقیقا کجاست؟

به عنوان مثال وقتی می گوییم برای تهران A=0.35g این شتاب مربوط به کجاست ؟ شتاب گسل ، شتاب خاک زیر سازه و یا شتاب خود سازه؟

بله درسته قطعا این شتاب، شتاب گسل است.

 

 

 

 

این شتاب نمی تواند شتاب خاک زیر سازه باشد. چون ما این شتاب را برای تمام مناطق یک شهر یکسان در نظر می گیریم این در حالی است که مناطق مختلف یک شهر می توانند خاک یکسانی نداشته باشند.

این شتاب خود سازه هم نمی تواند باشد. چون ما این شتاب را برای همه انواع سازه ها یکسان در نظر میگیریم. مثلا برای طراحی تمام ساختمان های شهر تهران از A=0.35g استفاده می کنیم. این در حالی است که در یک شهر ساختمان های مختلفی از نظر تعداد طبقات، سیستم سازه ای ، وزن و… وجود دارد.

 

 

 

 

اما مفهوم شتاب مبنای طرح چیست؟

وقتی میگوییم برای تهران A=0.35g است در واقع این معنی را می دهد که در تهران حداکثر شتاب گسل محتمل  0.35g می باشد یا به عبارتی PGA=0.35g) Pick Ground Acceleration).

خب تا اینجای کار با A آشنا شدیم و فهمیدیم که مقدار آن به شتاب گسل وابسته است. برای اینکه ضریب زلزله را برای هر سازه به دست آوریم قائدتا باید مشخصات خود سازه از قبیل خاک سازه، ارتفاع سازه، نوع سیستم سازه ای و … را نیز در نظر بگیریم. سایر پارامتر های محاسبه ضریب زلزله یعنی ضریب بازتاب سازه، ضریب اهمیت سازه و ضریب رفتار سازه این موارد را در نظر گرفته اند.

ضریب بازتاب ساختمان

ضریب بازتاب ساختمان بیانگر نحوه پاسخ سازه به حرکت زمین است. که در بند 3-2 استاندارد 2800 در این مورد به تفصیل صحبت شده است. اما به طور ساده می توان این طور گفت که ضریب بازتاب ساختمان ضریبی است که شتاب گسل (A) را به شتاب سازه ما تبدیل می کند.

 

 

ضریب بازتاب از 2 ضریب تشکیل شده است. ضریب اول ضریبی است که شتاب گسل را به شتاب زیر سازه تبدیل می کند و ضریب دوم، شتاب خاک زیر سازه را به شتاب سازه تبدیل می کند. بنابراین شتابی که ما برای آن ساختمان را طراحی می کنیم تا اینجا برابر شد با A*B

 

 

ضریب بازتاب برابر است با حاصل ضرب ضریب شکل طیف (B1) در ضریب اصلاح طیف (N) به عبارتی B = B1*N می باشد. در تصویر بالا این روابط نشان داده شده است. فقط توجه داشته باشید که روابط نوشته شده در تصویر بالا مربوط به سازه هایی در مناطق با خطر نسبی زیاد و خیلی زیاد می باشد. برای سازه هایی که در مناطقی با خطر نسبی کم و متوسط قرار دارند کافی است اعداد 0.4 و 1.4 را جایگزین کنید. این اعداد در تصویر بالا با رنگ قرمز نشان داده شده است. همان طور که از روابط مشخص است پارامترهایی که در محاسبه ضریب بازتاب ساختمان دخالت دارند T , T0 , Ts , S , S0 هستند. T که زمان تناوب سازه است. سایر پارامترها طبق جدول 2-2 استاندارد 2800 تعیین می شوند.

 

نوع زمین	T0	Ts	خطر نسبی کم و متوسط		خطر نسبی زیاد و خیلی زیاد
			S	S0	S	S0
I	0.1	0.4	0.1	0.4	1.5	1
II	0.1	0.5	1.5	1	1.5	1
III	0.15	0.7	1.75	1.1	1.75	1.1
IV	0.15	1	2.25	1.3	1.75	1.1

 

 

راه دیگری که می توان ضریب بازتاب ساختمان را محاسبه نمود استفاده از نمودارهای آیین نامه است.

 

 

 

B یک طیف شتاب بی بعد شده است. یعنی طیفی است که برای یک زلزله با شتاب g داده شده است. به عبارتی 2800 یک طیف شتاب بی بعد شده در اختیار ما قرار داده است. برای اینکه این طیف را بتوانیم برای یک منطقه خاص به دست آوریم کافی است در نسبت شتاب مبنای طرح یعنی A ضرب کنیم.

ضریب اهمیت سازه

پارامتر دیگری که در محاسبه ضریب زلزله دخالت دارد ضریب اهمیت سازه می باشد. قائدتا اهمیت همه ساختمان ها برای ما یکسان نیست. به عنوان مثال اهمیت یک بیمارستان غیرقابل مقایسه با اهمیت یک دامداری است! اگر اولین بند استاندارد 2800 مراجعه کنید این آیین نامه هدف خود را این طور بیان کرده است.

 

 

همان طور که در این بند مطالعه کردید آیین نامه برای یک ساختمان مسکونی (اهمیت متوسط) بیان کرده که در اثر زلزله طرح، سازه نباید آسیب عمده سازه ای و غیر سازه ای ببیند. این به این معنی است که آسیب های جزئی از نظر 2800 برای ساختمان های مسکونی مانعی ندارد. همچنین در جمله آخر گفته شده که تلفات جانبی در آنها حداقل باشد. این یعنی اگر چند نفر دست و سر و پایشان دچار شکستی شد عیبی ندارد!

اما در ساختمان های با اهمیت خیلی زیاد و سازه های بلند مرتبه، سازه اجازه ندارد که هیچ گونه آسیبی ببیند و بایستی حتما بتواند قابلیت بهره برداری و سرویس دهی خود را حفظ کند. به این دلیل ما این گونه سازه ها را علاوه بر زلزله طرح برای زلزله بهره برداری نیز طراحی می کنیم.

بنا بر دلایل گفته شده آیین نامه 2800 برای این که بین سازه های مختلف از نظر اهمیت تفاوت قائل شود ضریبی به نام ضریب اهمیت سازه معرفی کرده است.

 

طبقه بندی ساختمان	ضریب اهمیت
اهمیت خیلی زیاد	1.4
اهمیت زیاد	1.2
اهمیت متوسط	1
اهمیت کم	0.8

 

ضریب رفتار سازه

ضریب رفتار سازه پارامتری است که به شکل پذیری سازه وابسته است. اگر ما شکل پذیری سازه را در نظر نگیریم چه اتفاقی خواهد افتاد؟

اگر ما نخواهیم از ظرفیت شکل پذیری سازه استفاده کنیم، یعنی به سازه اجازه نداده ایم که وارد محدوده فرا ارتجاعی یا پلاستیک شود. این در حالی است که بخش قابل توجهی از ظرفیت سازه مربوط به فاز فرا ارتجاعی سازه است.

در این حال مجبوریم فقط از ظرفیت سازه در محدوده ارتجاعی استفاده کنیم. در این صورت ضریب زلزله C=ABI خواهد شد. این مقدار نیروی زلزله بسیار بزرگی است که سازه را بسیار غیر اقتصادی می کند. البته در ساختمان های بلند مرتبه ما مجبوریم که سازه را برای این نیروی زلزله نیز طراحی کنیم.

 

 

خلاصه اینکه ضریب رفتار Ru ضریبی است که طیف ارتجاعی را به طیف غیر ارتجاعی تبدیل می کند.

در جدول 3-4 استاندارد 2800 ضریب رفتار سیستم های سازه ای مختلف آورده شده است. طبق این جدول به عنوان مثال ضریب رفتار سیستم سازه ای قاب خمشی متوسط 5 می باشد. این بدین معنی است که ضریب رفتار، نیروی زلزله را 80% برای ما کاهش داد! این موضوع نشان می دهد که بخش اعظمی از ظرفیت یک ساختمان در محدوده فرا ارتجاعی می باشد.

در این جدول علاوه بر ضریب رفتار هر سیستم سازه ای، ضریب اضافه مقاومت Ω0 و ضریب بزرگنمایی تغییرمکان Cd نیز ارائه شده است.

 

 

منابع:

ویرایش چهارم استاندارد 2800

 

 

• مطلبی میخواهید که نیست ؟ از ما بپرسید تا برایتان محتوا رایگان تولید کنیم!

• ارسال سوال برای تولید محتوا