سطوح عملکرد سازه ای؛ معرفی انواع سطح عملکرد سازه ای و سطح خطر لرزه ای

سطوح عملکرد سازه ای چیست؟

بخشی از فرضیات طراح در طراحی عملکردی سازه، برپایه زلزله ایست که انتظار می رود سازه در آینده تحت تاثیر آن قرار گیرد؛ در واقع در طراحی بر اساس عملکرد ساختمان، اعضای سازه ای و غیر سازه ای باید به گونه ای باشند که تحت زلزله ی مذکور رفتارشان مطابق میل ما باشد.

در این مقاله جامع و رایگان با کمک فلوچارت، جداول و آیین نامه ها به معرفی سطوح خطر لرزه ای، سطوح عملکرد سازه ای و هدف از بهسازی لرزه ای ساختمان خواهیم پرداخت.

 

 

 

1. تعریف طراحی بر اساس عملکرد

رویکرد طراحی سازه‌ها به صورت سنتی این شکل می‌باشد که نیروهای ایجاد شده در هر عضو محاسبه شده و با توجه به سیستم سازه‌ای و میزان شکل‌پذیری آن، برای کل سازه یک ضریب رفتار در نظر گرفته می‌شود تا از ظرفیت شکل‌پذیری سازه استفاده شود؛ در ادامه هم اعضای سازه طوری طراحی می‌شوند تا اطمینان حاصل شود که تحت نیروهای محاسبه شده، در اعضای حیاتی مانند ستون‌ها، بجز در نقاطی که از پیش تعیین می‌شوند، رفتاری خارج از ناحیه الاستیک نداشته باشیم.

در روش‌های فعلی طراحی سازه که به اصطلاح به آن‌ها روش‌های طراحی تجویزی می گوییم، ایراداتی وجود دارد؛ به عنوان مثال برای کل یک سازه با یک سیستم باربر جانبی بخصوص یک ضریب رفتار با توجه به میزان شکل‌پذیری سیستم سازه‌ای، برای کاهش نیروهای محاسبه شده در نظر گرفته می‌شود، درحالی که هر عضو با توجه به مشخصاتش یک رفتار مجزا و یک میزان شکل‌پذیری از خود نشان می‌دهد. برای رفع این ایرادات، روش جدیدی از طراحی سازه به نام طراحی عملکردی معرفی شده که در ادامه توضیحاتی در رابطه با آن ارائه خواهد شد.

در روش طراحی عملکردی سازه، رفتار یا عملکرد یک سازه و همچنین عملکرد تک تک اعضای آن را تحت یک زلزله یا طیف پاسخ آیین‌نامه‌های موجود، بررسی می‌کنیم و اعضایی را که مطابق انتظار ما رفتار نمی‌کنند را به گونه‌ای تغییر می‌دهیم تا رفتار و خرابی‌ها یا سطح عملکرد مورد نظر ما را برآورده کنند.

آیین‌نامه‌های بهسازی موجود در دنیا، از جمله دستور العمل بهسازی لرزه ای ایران (نشریه 360 ایران)، بر پایه تئوری‌های عملکردی تنظیم شده‌اند و از این رو مبنای طراحی عملکردی می‌باشند. در ادامه به معرفی دو عامل تأثیرگذار در طراحی عملکردی، یعنی سطوح خطر زلزله و سطوح عملکرد سازه ای پرداخته شده؛ سپس در انتها اهداف بهسازی لرزه ای معرفی شده است.

2. سطوح خطر زلزله

برای طراحی عملکردی یا بهسازی لرزه ای یک سازه، بخشی از فرضیات طراح، بر پایه‌ی زلزله‌ایست که انتظار می‌رود سازه در آینده تحت تأثیر آن قرار گیرد؛ در نتیجه، طراحیِ اعضای سازه‌ به گونه‌ای صورت می‌گیرد که تحت زلزله‌ی مذکور، رفتار آنها مطابق خواسته‌ی ما (عملکرد مورد انتظاری که در بخش بعد در رابطه با آن صحبت خواهد شد) باشد. سطح خطر لرزه ای به معنای زلزله انتخابی می‌باشد که بر اساس نیروی ناشی از آن، سازه‌ی مورد نظر مورد تحلیل و طراحی قرار می‌گیرد. در نشریه شماره 360 بخش (1-7-2)، روش‌های برآورد طیف طرح شتاب بر اساس سطوح خطر مورد نظر، معرفی شده است. همانطور که در این نشریه ذکر شده برای محاسبه نیروی حاصل از زمین لرزه در هر یک از سطوح خطرِ مورد نظر، می‌توان از دو فرآیند شکل طیف ثابت و یا طیف طرح ویژه ساختگاه استفاده کرد که طیف شکل ثابت می‌تواند طیف استاندارد 2800 و یا طیف نشریه شماره 360 باشد.

 

 

بر اساس بند (1-7-2-1-1) در صورت استفاده از طیف شکل ثابت استاندارد 2800، زلزله سطح خطر 1 توضیح داده شده در نشریه 360، همان زلزله‌ایست که در استاندارد 2800 محاسبه می‌کنیم (زلزله طرح استاندارد 2800، زلزله‌ای که احتمال فراگذشت آن در 50 سال ده درصد و دوره بازگشت آن 475 سال می‌باشد) و زلزله سطح خطر 2، 1/5 برابر این زلزله می‌باشد. شتاب مبنای طرح زلزله سطح خطر 2 را همچنین می‌توان از انجام تحلیل خطر ویژه ساختگاه برای دوره بازگشت 2475 سال بدست آورد.

 

 

لازم به ذکر است که مفهوم “هدف بهسازی مطلوب” در ادامه و در بخش‌های بعدی توضیح داده خواهد شد.

از طیف نشریه 360، طبق توضیحات بند (1-7-2-1-2) می‌توان استفاده نمود. براساس این بند، برای استفاده از طیف این نشریه باید مقادیر شتاب طیفی در زمان تناوب کوتاه و بلند مربوط به منطقه مورد نظر خود را یا از طریق نقشه‌هایی که به همین منظور برای منطقه مورد نظرمان آماده شده‌اند استفاده کرد و یا از طریق انجام تحلیل خطر برای آن منطقه بدست آورد.

 

 

نکته: باید توجه شود که در محاسبه ضریب زلزله با رویکرد طراحی بر اساس عملکرد، ضریب اهمیت و ضریب رفتار ساختمان اعمال نمی‌شود و تأثیر آن‌ها در انتخاب سطوح عملکرد دیده می‌شود. بطوریکه هرچه اهمیت سازه بیشتر باشد، سطح عملکرد بالاتر با تغییر شکل‌ها و خرابی‌های کمتری برای آن در نظر می‌گیریم و ضریب رفتار نیز با توجه به مشخصات هر عضو و تنش مربوط به آن، به صورت منحصر به فرد اعمال می‌شود، که این رویکرد با توجه به متفاوت بودن اعضا با یکدیگر منطقی‌تر از اعمال یک ضریب برای کل سازه می‌باشد.

3. سطوح عملکرد سازه ای

پس از انتخاب سطح خطر لرزه ای مورد نظر، باید میزان آسیب مطلوب درصورت وقوع زلزله سطح خطر انتخاب شود. سطح عملکرد سازه همان میزان آسیب مورد نظر است که از مجموعه‌ی تغییرشکل‌ها و خرابی‌های تک تک اعضا حاصل می‌شود؛ پس با انتخاب یک سطح عملکردسازه ای ، محدودیتی برای میزان خرابی هر عضو تحت نیروهای لرزه‌ای حاصل از زلزله سطح خطر تعیین می‌کنیم و اعضا باید بگونه ای طراحی شوند که این محدودیت‌ها را با توجه به سطح عملکرد ساختمان و سطح خطر انتخابی ما ارضا کنند.

حال قصد داریم به طور کامل در مورد انواع سطح عملکرد سازه ای بحث نماییم. عملکرد اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای، سطح عملکرد کلی ساختمان را تعیین می‌کنند. میزان و نوع آسیب‌های به وجود آمده در اجزای سازه‌ای و غیر سازه‌ای مشخص کننده سطح عملکرد هر جزء است.

برای درک بهتر؛ اجزای سازه‌ای به اجزایی از ساختمان که در تحمل نیروهای ثقلی و جانبی و انتقال آن‌ها به پی سازه و در نهایت زمین، نقش دارند، مانند تیرها، ستون‌ها و دیوارهای برشی گفته می‌شود. اجزای دیگر سازه که ویژگی مذکور را ندارند مانند دیوارهای جدا کننده و سقف‌های کاذب، از اجزای غیرسازه‌ای ساختمان می‌باشند.

به طور کلی اجزا می‌توانند متحمل طیف وسیعی از انواع آسیب‌ها در جریان وقوع زلزله‌های مختلف شوند. سطوح عملکردی سازه به گونه‌ای تعریف شده‌اند که آسیب‌های این طیف در هر سطح کاملاً از هم مجزا و قابل تشخیص باشند.
طبق دستور العمل بهسازی ساختمانهای موجود برای تعیین سطح عملکرد سازه ای هر عضو از ساختمان و میزان مجاز تغییر شکل و خرابی آن باید به دو عامل نوع رفتار عضو از نظر میزان شکل‌پذیری و نقش داشتن یا نداشتن آن در تحمل نیروی جانبی توجه داشت که در این حالت اجزای سازه‌ای به دو دسته‌ی اصلی و غیراصلی تقسیم می‌شوند، حال می‌خواهیم کمی ریزبینانه‌ تر به موضوع نگاه کنیم و ببینیم دستورالعمل‌ها و آیین‌‌نامه‌های معتبر بهسازی لرزه‌ای چه نظری در مورد میزان آسیب و خرابی مجاز در هر سطح عملکرد دارند. همانطور که گفته شد، با توجه به متفاوت بودن این الزامات برای هر عضو و هر نوع آسیب، معیارهای جداگانه‌ای از طرف دستورالعمل‌‌ها تعیین می‌گردد.

3. 1 دستور العمل بهسازی لرزه ای سازه

در تجدید نظر اول نشریه 360 ویرایش 1392 که دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود در کشور ماست، برای اجزای سازه‌ای چهار سطح عملکرد اصلی و دو سطح عملکرد سازه ای میانی تعریف شده است. در واقع در طراحی عملکردی و بهسازی‌ ها بیشتر سطوح عملکرد سازه ای اصلی مورد استفاده می‌باشد و سطوح عملکرد سازه ای میانی به صورت خیلی محدود و در موارد خاص که در ادامه خواهیم دید کاربرد دارند؛ همچنین برای اجزای غیرسازه‌ای پنج سطح عملکرد ارائه گردیده است.
سطح عملکرد کلی ساختمان نیز که ترکیبی از سطوح عملکرد اجزای سازه‌ای و اجزای غیرسازه‌‌ ایست، حالت‌های متنوعی دارد که محتمل‌ترینِ آن‌ها مدنظر استانداردهای بهسازی لرزه‌ای جهت تعریف اهداف بهسازی قرار گرفته است.

 

 

 

3. 1. 1 سطوح عملکرد اجزای سازه‌ای

همانطور که گفته شد، سطوح عملکرد اجزای سازه‌ای، به دو دسته‌ی اصلی و میانی تقسیم بندی می‌شود که در ادامه خصوصیات هر یک از این سطوح توضیح داده شده است.

سطوح عملکرد سازه ای اصلی

الف) سطح عملکرد 1، قابلیت استفاده بی وقفه: عدم تغییر مقاومت و سختی اعضا

ب) سطح عملکرد 3، ایمنی جانی: بدون خسارت جانی

پ) سطح عملکرد 5، آستانه فرو ریزش: خرابی گسترده، عدم فرو ریزش ساختمان، ایمنی جانی محدود

ت) سطح عملکرد 6، لحاظ نشده: عملکرد خاصی برای اجزای سازه‌ای پیش بینی نشده

سطوح عملکرد سازه ای میانی

ث) سطح عملکرد 2، خرابی محدود: آسیب‌های جزیی با قابلیت تعمیر آسان

ج) سطح عملکرد 4، ایمنی جانی محدود: وقوع خرابی در حد خسارت جانی حداقل

3. 1. 2 سطوح عملکرد اجزای غیرسازه‌ای

سطوح عملکرد در نظر گرفته شده برای اجزای غیرسازه‌ای هم به پنج دسته تقسیم‌بندی می‌شود که در ادامه خصوصیات هر یک از این سطوح توضیح داده شده است.

 

 

 

الف) سطح عملکرد A، خدمت رسانی بی وقفه: خرابی بسیار جزیی اجزای غیرسازه‌ای

ب) سطح عملکرد B، قابلیت استفاده بی وقفه: مختل نشدن راه‌های دسترسی و فرار و روشنایی

ج) سطح عملکرد C، ایمنی جانی: عدم وجود خطر جدی برای ساکنین در اثر خرابی اجزای غیرسازه‌ای

ت) سطح عملکرد D، ایمنی جانی محدود: خسارت جانی حداقل

ث) سطح عملکرد E، لحاظ نشده: عملکرد خاصی برای اجزای غیرسازه‌ای پیش بینی نشده

3. 2 سطوح عملکرد کلی سازه

سطوح عملکرد کلی ساختمان متشکل از سطح عملکرد اجزای سازه‌ای و سطح عملکرد اجزای غیرسازه‌‌ای است و برای معرفی آن از ترکیبی از نمادهای معرف اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای استفاده می‌شود.

سطوح عملکرد کلی ساختمان به شرح زیر است:

 

 

 

 

الف) سطح عملکرد خدمت‌رسانی بی‌وقفه (A-1) یا (OPerational): اجزای سازه‌ای سطح عملکرد 1 و اجزای غیرسازه‌ای سطح عملکرد A

ب) سطح عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه (B-1) یا (Immediate Occupancy) : اجزای سازه‌ای سطح عملکرد 1 و اجزای غیرسازه‌ای سطح عملکرد B

پ) سطح عملکرد ایمنی جانی (C-3) یا (Life Safety) : اجزای سازه‌ای سطح عملکرد 3 و اجزای غیرسازه‌ای سطح عملکرد C

ت) سطح عملکرد آستانه فرو ریزش (E-5) یا (Collapse Prevention) : اجزای سازه‌ای سطح عملکرد 5 و اجزای غیرسازه‌ای سطح عملکرد E

 

3. 3 حالات ترکیبی عملکرد اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای

 

 

 

جدول بالا که عیناً از نشریه 360 برگرفته شده است تمامی حالات ترکیبی عملکرد اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای را نمایش می‌ دهد. خانه‌ های ستاره دار، بیان‌گر حالات نامحتمل ترکیبی عملکرد اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌‌ای است.
در جدول بالا S، حرف اختصاری معرف اجزای سازه‌ای (structural) و N حرف اختصاری معرف اجزای غیرسازه‌ ای است (non-structural).  ضمناً هریک از سطوح عملکرد سازه ای و سطوح عملکرد غیرسازه‌ ای از دو کاراکتر تشکیل شده‌اند که کاراکتر اول برای هر یک از اجزا ثابت است. برای مثال S-3 بیانگر سطح عملکرد ایمنی جانی برای اجزای سازه‌‌ایست که حرف S برای همه سطوح عملکرد اجزای سازه‌ای ثابت است. همچنین حرف N کاراکتر مشترک در تمامی سطوح عملکرد مربوط به اجزای غیر سازه‌‌ ایست. در جدول بالا کاراکترهای دوم سطوح عملکرد این اجزا با هم ترکیب شده و سطوح عملکرد کلی ساختمان را تشکیل می‌دهند.
به این ترتیب که کاراکتر اول از اجزای غیرسازه‌ای و کاراکتر دوم از اجزای سازه‌ای انتخاب می‌گردد. از بین تمامی عملکردهایی که احتمال پیش آمدن آنها وجود دارد، حالات منطقی که امکان دارد در اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای همزمان اتفاق بیفتد در خانه‌های غیر‌ستاره‌ دار جدول نمایش داده شده است.

3. 4 ارزیابی سطوح عملکرد سازه ای در یک نگاه

شکل پایین به خوبی سطوح عملکرد مورد کاربرد در بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها را نمایش می‌دهد. مشاهده می‌شود که از چپ به راست، میزان آسیب و خرابی در کل ساختمان افزایش و کیفیت عملکرد ساختمان افت پیدا می‌کند.
میزان خسارت ایجاد شده در ساختمان از چپ به راست، به ترتیب بسیار کم، کم، متوسط و شدید برآورد می‌گردد.

 

 

3. 5 ارزیابی سطح عملکرد بر اساس استاندارد بهسازی لرزه‌ای آمریکا

در این بخش، چهار حالت نمایش داده شده در بالا به تفصیل با توجه جزییات کیفی ذکر شده در استاندارد ارزیابی و بهسازی لرزه‌ای سازه‌های موجود آمریکا (ASCE41) توضیح داده خواهد شد

3. 5. 1  خدمت رسانی بی وقفه (Operational performance)

در حالت عملکردی خدمت‌ رسانی بی وقفه (Operational) که بالاترین سطح عملکردی یک سازه است، تغییر شکل‌ها در محدوده الاستیک بوده و پس از پابان زلزله اجزا به حالت قبلی خود بر می‌گردند. سختی و مقاومت اعضای سازه‌ای اساساً تغییری نمی‌کند. ترک‌های بسیار جزیی در اعضای سازه‌ای، نما، تیغه‌ها و سقف‌ها ایجاد می‌شود. تمام سیستم‌های لازم برای عملکرد ساختمان فعال باقی می‌مانند. خرابی‌های ناچیز ایجاد شده و سیستم تاسیسات و برق‌ رسانی فعال باقی می‌مانند.
ساختمان در این سطح عملکرد، آسیب‌ های بسیار کمتری نسبت به ساختمان‌های طراحی‌ شده بر مبنای روش‌های تجویزی متحمل می‌شوند و احتمال وقوع تلفات انسانی نزدیک به صفر است. این سطح عملکرد، بهترین سطح عملکرد ممکن می‌باشد که مطابقِ انتظار، اجرای سازه‌ای با این سطح عملکردی هزینه زیادی نیز در بر خواهد داشت؛ بنابراین این سطح عملکرد برای سازه‌ هایی با کاربری‌های ویژه، مانند بیمارستان ها و ایستگاه‌های آتش‌نشانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

3. 5. 2 قابلیت استفاده بی وقفه (Immidiate Occupancy performance)

در حالت قابلیت استفاده بی‌وقفه (Immediate Occupancy)، اعضا سازه‌ ای عملکردی همچون سطح عملکرد قابلیت خدمت‌‌ رسانی بی‌وقفه دارند و خبری از تغییر شکل‌های نسبی ماندگار نخواهد بود اما در مورد اجزای غیرسازه‌ای، تاسیسات ساختمان دچار خرابی‌ های ناچیز مکانیکی می‌شوند و ممکن است درست کار نکنند به گونه‌ای که نیاز به تعمیر جزیی خواهند داشت.
ترک‌های بسیار جزیی بر روی نما، تیغه‌ها و سقف‌ها قابل مشاهده خواهد بود. آسانسور در صورت وجود قابلیت استفاده دوباره خواهد داشت. تجهیزات اطفاء حریق نیز می‌توانند به درستی مورد استفاده قرار گیرند. سازه در این حالت عملکردی نیز از سازه‌های متعارف طراحی شده بر مبنای روش‌های تجویزی به مراتب دچار آسیب کمتری خواهد شد.

3. 5. 3 ایمنی جانی (Life Safety Performance)

در حالت سوم یعنی ایمنی جانی (Life Safety)،  مقداری از سختی و مقاومت در تمام طبقات از دست خواهد رفت. گسیختگی خارج از صفحه دیوار رخ نخواهد داد اما تغییرشکل نسبی ناشی از رفتار خمیری در سازه مشاهده خواهد شد.
ادامه بهره‌ برداری از ساختمان به احتمال زیاد بدون انجام یک سری تعمیرات ممکن نخواهد بود و تعمیرات لازم هزینه‌بر خواهند بود. سقوط اشیا محتمل نخواهد بود اما بسیاری از تاسیسات مکانیکی و الکتریکی و عناصر معماری دچار آسیب خواهند شد. سازه در این سطح عملکرد آسیب بیشتری از سازه‌های طراحی شده بر مبنای روش‌های تجویزی می‌بیند و خطر تلفات جانی اندکی بیشتر خواهد بود.

3. 5. 4 آستانه فروریزش (Collapse Prevention Performance)

در سطح عملکرد چهارم یعنی آستانه فرو ریزش (Collapse Prevention)، در اعضای سازه‌ای سختی و مقاومت ناچیزی برای تحمل بارهای جانبی باقی می‌ماند اما ستون‌ها و دیوارهای باربر ثقلی عملکرد خود را حفظ می‌کنند. تغییر شکل‌های نسبی ماندگار زیاد است. برخی از خروجی‌ها مسدود خواهد شد و احتمال این‌ که سازه در اثر پس‌ لرزه‌ها فرو بریزد وجود دارد بنابراین تحت هر شرایطی می‌بایست از سکنه خالی شود.
دیوارهای مهار نشده گسیخته شده یا حداقل دچار شکست اولیه می‌شود. همچنین خرابی گسترده‌ای در اعضای غیر سازه‌ای ایجاد می‌شود. آسیب‌های به وجود آمده و خطر تلفات جانی به طور قابل توجهی بیشتر از سازه‌های طرح از ابتدا خواهد بود.

6.3 تعیین سطوح عملکرد سازه ای با sap و etabs

نرم افزارهای مورد استفاده برای انجام تحلیل‌های غیرخطی به مانند Sap2000 و Etabs، منحنی تلاش-  تغییرشکل مربوط به تلاش‌های تغییرشکل-کنترل مختلف و همچنین معیار‌های پذیرش آن را (با توجه به سطوح عملکرد انتخابی) از کاربر می‌گیرد و پس از انجام تحلیل آن‌ها را با هم مقایسه می‌نماید.

به صورت خلاصه اگر بخواهیم برای درک بهتر، تعریف مختصری از مفهوم تلاش‌های تغییرشکل کنترل و نیرو کنترل داشته باشیم، می‌توان گفت به تلاش‌هایی که تحت اثر آن عضو مورد نظر رفتاری شکل پذیر از خود نشان دهد، تلاشِ تغییر‌شکل کنترل گفته می‌شود، مانند خمش در تیر که یک تلاش تغییرشکل کنترل محسوب می‌گردد.

به تلاش‌هایی هم که تحت اثر آن، عضوِ مورد نظر رفتاری ترد شکن داشته باشد، تلاش نیرو کنترل گفته می‌شود، مانند برش در ستون بتنی.
در صورتی که المان در مقاطع آسیب‌ پذیر خود (محل تعریف مفاصل پلاستیک) از هریک از سطوح عملکرد عبور نماید، نرم‌ افزار با تغییر رنگ مفصل پلاستیک، کاربر را از وضعیت موجود المان آگاه می‌سازد.

 

 

در رابطه با بخش‌های مختلف شکل فوق می‌توان گفت:

• ناحیه A_B نشان‌ دهنده رفتار خطی مقطع است و هنوز ترک‌ خوردگی در مقطع المان به وجود نیامده است.
• نقطه B، نقطه ایست که تارهای کششی و فشاری مقطع جاری شده‌اند.
• از B تا C شاهد یک رفتار خمیری (پلاستیک) از مقطع عضو خواهیم بود.
• از نقطه C تا D نیز افت مقاومت ناگهانی در المان اتفاق خواهد افتاد.

در محدوده B-C که رفتار خمیری عضو را شاهد هستیم، همان محدوده‌‌ایست که المان­­­­ غالباً با اتلاف انرژی زلزله به کمک تغییر شکل پلاستیک با اثر زلزله مقابله می‌نماید. حدود مجاز هریک از سطوح عملکرد برای المان، عمدتاً در همین محدوده قرار گرفته و تغییر شکل‌های به وجود آمده در المان در اثر نیروی زلزله، با این حدود مجاز مقایسه می‌گردد.
نرم‌افزار نیز با انجام همین کار و با نمایش هریک از محدوده‌های عملکردی المان با یک رنگ مشخص، وضعیت مفاصل پلاستیک و میزان تغییرشکل به وجود آمده در هریک از اعضای سازه را به خوبی مشخص می‌نماید.

نرم‌افزار مفصل قرار گرفته در محدوه  A تا B (محدوده‌ای که هنوز مفصل تشکیل نشده و رفتار عضو خطی است) را به صورت بی‌‌رنگ نمایش می‌دهد. همچنین پس از تشکیل مفصل پلاستیک و جاری شدن تارهای مقطع، یعنی از نقطه B تا سطح عملکرد  IO رنگ صورتی متمایل به بنفش، از IO تا LS رنگ آبی، از LS تا CP رنگ فیروزه‌ای و از CP تا نقطه C رنگ سبز نمایش داده خواهد شد.
همچنین ناحیه C تا D (ناحیه افت مقاومت ناگهانی) به رنگ زرد و ناحیه D تا E (ناحیه مقاومت پسماند) به رنگ نارنجی خواهد بود. به این ترتیب این امکان در نرم‌افزارهای تحلیل غیرخطی فراهم است که با یک نمایش بصری جذاب و با رنگ‌های مختلف یک دید بسیار خوب از عملکرد کلی سازه حاصل شود.

 

 

 

نکته: توجه شود که در نرم‌افزارهای SAP و ETABS برای انجام تحلیل‌ پوش‌آور و تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، حتماً باید این موضوع مد نظر قرار گیرد که  هریک از نقاط A,B,C,D,E در نمودار تلاش-تغییرشکل و همچنین تمامیِ حدود مجاز تغییرشکل مربوط به سطوح عملکرد (IO،LS و CP) که تحت عنوان معیارهای پذیرش در استانداردها و نرم‌افزار شناخته می‌شوند (Acceptance Criteria)، رنگ مختص به خود را دارا می‌باشند.
رنگ هریک از نقاط مربوط به معیارهای پذیرش IO، LS و CP دقیقاً همان رنگی است که محدوده آن معیار پذیرش تا معیار پذیرش سطح عملکرد پایین‌تر از خود را مشخص می‌کند. یعنی رنگ حد مجاز تغییرشکل سطح عملکرد IO همان رنگ محدوده IO تا LS و به رنگ آبی است.
همچنین معیار پذیرش CP، دقیقاً به رنگ سبز که معرف محدوده CP تا نقطه C  است نمایش داده می‌شود. حال نکته بسیار مهم این است که نرم افزار رنگ نقاط A، B، C، D و E را بر رنگ معیارهای پذیرش IO،  LS،  CP، ارجح می‌داند.

برای مثال اگر نقطه مربوط به معیار پذیرش CP بر روی نقطه C قرار بگیرد، نرم‌افزار رنگ زرد را به جای سبز نمایش خواهد داد که البته این ترجیح نرم افزار همیشه در جهت اطمینان است و به این معنی است که مفصل پلاستیک از سطح عملکرد موردنظر تجاوز نموده است.

شکل زیر به خوبی رنگ بندی کلیه نقاط دیاگرام تلاش-تغییرشکل شامل نقاط شکستگی و نقاط مربوط به معیارهای پذیرش و همچنین محدوده‌های عملکردی سازه را به تصویر کشیده است.

 

 

 

 

4. هدف بهسازی لرزه ای ساختمان

برای مشخص شدن نقشه‌ی راه در بهسازی یک سازه موجود و یا طراحی عملکردی سازه، نیاز به تعیین هدف از بهسازی لرزه ای ساختمان داریم. منظور از هدفِ بهسازی، رسیدن به سطح عملکرد مورد نظر ما در سطح خطر انتخاب شده می‌باشد. این پیشنهاد براساس نوع ساختمان، شرایط و اهمیت آن و همچنین نظر کارفرما ارائه می‌شود.

 

 

در ادامه‌ی توضیحات ابتدای بحث، پس از آشنایی با مفاهیم سطوح خطر لرزه ای و سطوح عملکردسازه ای ، به تشریح و معرفی اهداف بهسازی می‌پردازیم.

 

 

سطوح مختلفی از بهسازی با توجه به نشریه 360 قابل انجام می‌باشد که در ادامه هر یک از آنها شرح داده خواهد شد.

4. 1  اهداف بهسازی لرزه ای در نشریه 360

بهسازی مبنا: ﺍﻧﺘﻈﺎﺭ می‌رود ﻣﯿﺰﺍﻥ ﺧﺮﺍﺑـﯽ و ﺧﺴﺎﺭﺕ ﺟﺎﻧﯽ ساختمان‌های بهسازی شده طبق این بند کمی بیشتر از ساختمان‌هایی باشد که بر اساس آیین نامه‌های زلزله جدید و با کیفیت خوب اجرا می‌شوند باشد.

 

 

بهسازی مطلوب: در بهسازی مطلوب دو سطح عملکرد برای ساختمان در نظر گرفته می‌شود. در سطح خطر 1 ایمنی جانی ساکنین تأمین شده و در سطح خطر 2 ساختمان فرو نریزد.

 

 

بهسازی ویژه: در واقع در بهسازی ویژه، برای ارتقاء کیفیت ساختمان نسبت به بهسازی مطلوب، یکی از سطوح خطر و یا عملکرد را ثابت نگه داشته و دیگری را یک درجه افزایش می‌دهیم.

 

 

بهسازی محدود: در صورتی که به دلیل محدودیت‌های مالی یا اجرایی امکان بهسازی مبنا میسر نباشد، ممکن است بهسازی در سطح عملکرد پایینتری در نظر گرفته شده و یا در سطح عملکرد مورد نظر زلزله ضعیف‌تری انتخاب شود.

 

 

بهسازی موضعی: بهسازی موضعی در هر مرحله ممکن است در سطح مبنا، مطلوب، ویژه و یا محدود انجام گیرد.

 

 

در ادامه راهنمای تعیین هدف بهسازی پیشنهاد شده توسط نشریه 360 برای طراحی انواع ساختمان آورده شده است.

 

جمع بندی

بنا بر آنچه گفته شد، برای تعیین مسیر طراحی سازه بر اساس عملکرد و یا بهسازی لرزه‌ای یک سازه موجود، در ابتدا باید سطح عملکرد مورد انتظار از سازه در زلزله‌ی مدنظر، با توجه به موارد زیر تعیین گردد:

• اهمیت سازه
• نظر کارفرما و میزان هزینه‌ای که برای هر پروژه در نظر گرفته شده،

بدیهیست که این هزینه‌ها با افزایش و بهبود سطح عملکرد مورد انتظار و یا قوی تر در نظر گرفتن زلزله محتمل، افزایش می‌یابد.

برای مثال سازه‌ای را فرض کنید که کاربری مسکونی داشته و در صورت وقوع زلزله‌ی طرح استاندارد 2800 (زلزله‌ای که احتمال فراگذشت آن در 50 سال، ده درصد باشد که دوره بازگشت آن 475 سال می‌باشد) انتظار داریم فقط سقف‌ها فرو نریزد تا کمترین تلفات جانی را داشته باشیم و ادامه کاربری ساختمان بعد از زلزله مورد اهمیت نمی‌باشد. در اینصورت سطح عملکرد مطلوب مورد نظر ما، ایمنی جانی در زلزله سطح خطر 1 می‌باشد. بنابراین هدف بهسازی مطلوب در این ساختمان بهسازی مبنا می‌باشد.

مثال فوق برای یک بیمارستان متفاوت می‌باشد، چرا که در یک بیمارستان در صورت وقوع زلزله، نه تنها وقوع تلفات غیرقابل قبول است، بلکه باید پس از حادثه قادر باشد به فعالیت خود ادامه داده و امداد رسانی کند، بنابراین در طراحی این سازه، هم سطح عملکرد مورد نظر ما از این ساختمان سختگیرانه‌تر بوده و هم زلزله محتمل باید قوی‌تر در نظر گرفته شود.

 

منابع

• American pre-standard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings. (FEMA 356)
• displacement-based seismic design of structures by Calvi, G. M., M. J. N. Priestley, and M. J. Kowalsky.
• دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان‌های موجود، نشریه شماره 360 (تجدیدنظر اول)،1392

 

 

 

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

• ارسال سوال برای تولید محتوا