کنترل زلزله تشدید یافته و محاسبه ضریب اضافه مقاومت در ایتبس

همانطور که قطعا شما هم می دانید در طراحی سازه دو نوع ترکیب بار داریم که یکی ترکیب بار عادی است و دیگری ترکیب بار زلزله تشدید یافته؛ اما زلزله تشدید یافته چیست؟ چه زمانی نیاز به کنترل زلزله تشدید یافته در ایتبس داریم؟ آیا در سازه های بتنی نیازی به اعمال ضریب اضافه مقاومت وجود دارد؟

ما در سبزسازه درصدد یافتن سوال‌های شما برآمدیم و طی این مقاله شما نه ‌تنها روال کار کنترل زلزله تشدیدیافته در طراحی را یاد خواهید گرفت، بلکه به‌صورت کاملاً مفهومی با این موضوعات آشنا خواهید شد.

⌛ آخرین به روز رسانی: 17 دی 1404

📕 تغییرات به روز رسانی: آپدیت براساس آخرین ویرایش مبحث 9 و 10 مقررات ملی ساختمان

زلزله تشدید یافته چیست؟

زلزله تشدیدیافته به نیروی زلزله‌ای گفته می‌شود که در طراحی سازه‌ها، قوی‌تر از نیروی زلزله معمول در نظر گرفته می‌شود. هدف از این کار، اطمینان از ایمنی سازه در برابر زلزله‌های شدیدتر و جلوگیری از خسارات جانی و مالی است.

لزوم استفاده از زلزله تشدیدیافته

وجود نامنظمی‌هایی مانند تفاوت در ارتفاع طبقات، اندازه بازشوها یا جنس مصالح، باعث می‌شود که برخی قسمت‌های سازه بیشتر از سایر قسمت‌ها تحت‌تأثیر زلزله قرار بگیرند.

عوامل دیگری مانند اتصالات نامناسب یا کیفیت پایین مصالح نیز می‌توانند در تشدید آسیب‌پذیری سازه نقش داشته باشند.

آیین‌نامه‌های ساختمانی برای اطمینان از ایمنی سازه‌ها، استفاده از زلزله تشدیدیافته را در طراحی سازه‌ها الزامی کرده‌اند. به این ترتیب، سازه‌ها می‌توانند در برابر زلزله‌های شدیدتر مقاومت کرده و از خسارات جانی و مالی جلوگیری شود.

کاربرد زلزله ی تشدید یافته در سازه های فولادی

با توجه به تغییرات گسترده‌ی مبحث دهم ویرایش 1401، از زلزله تشدیدیافته در چندین قسمت یاد شده و بایستی برای المان‌های مختلف کنترل گردد.

• بر اساس بند 10-3-2-5 مبحث دهم چنانچه از یک خرپا بعنوان دیافراگم کف استفاده شود، کلیه اعضا خرپا و اتصالات آن‌ها باید برای ترکیبات بار زلزله تشدیدیافته طراحی گردند.
• بر اساس بند 10-3-2-9-1 مبحث دهم در طراحی لرزه‌ای ستونها بایستی ترکیبات بار زلزله تشدیدیافته استفاده شود.
• بر اساس بند 10-3-2-12-2 مبحث دهم در طراحی لرزه‌ای بر اساس مقاومت خمشی و محوری مورد نیاز وصله ستونها بایستی از ترکیبات بار زلزله تشدیدیافته استفاده کرد.
• بر اساس بند 10-3-2-14 مبحث دهم در طراحی محوری، خمشی و برشی کف‌ستونها ( شامل ورق، میل‌مهارها، ورق‌های تقویتی و …)‌ از ترکیبات بار زلزله تشدیدیافته بایستی استفاده شود.
• بر اساس بند 10-3-4-1-4 مبحث دهم نیز در طراحی مهاربندهای کششی و تیرهای متصل به آنان و همچنین اتصالات در سیستم قاب مهاربندی‌شده همگرای معمولی باید از ترکیبات بار زلزله تشدیدیافته استفاده گردد.

به غیر از موارد بالا در چندین صفحه دیگر از مبحث دهم در خصوص کنترل زلزله تشدیدیافته تاکید وجود دارد. بعنوان مثال در ستون ها می بایست مقاومت محوری آنان در برابر زلزله تشدیدیافته بدون حضور خمش و برش بررسی گردد. زیرا ستونها تحت فشار خالص شکل‌پذیری کمتری داشته و در برابر ضربه زلزله آسیب‌پذیرتر خواهند بود.

همچنین طبق فلسفه تیرضعیف – ستون قوی و این اصل که فیوز‌های یک سازه می‌بایست ضعیف‌ترین جز آن باشند (ستون‌ها باید قویترین باشند تا دیرتر تسلیم شوند)، به جهت عدم تشکیل مفصل در ستون‌ها،‌ می‌بایست آن‌ها را نسبت به بقیه المان‌ها قویتر طراحی کرد.

لذا در روش LRFD برای اینکه مفصل در تیر قبل از ستون ایجاد شود، برش سطح V_(s) (برش نظیر تشکیل اولین مفصل پلاستیک) به برش نظیر سطح V_(y) (برش تسلیم در رفتار دوخطی)‌ که مقدار بیشتری دارد تبدیل می‌شود. بنابراین این موضوع منتج به استفاده از ترکیب بارهای تشدیدیافته بجای ترکیب‌ بارهای عادی می‌گردد.

کاربرد زلزله تشدید یافته در سازه‌های بتنی

در مبحث نهم ویرایش 1392 بصورت صریح از زلزله تشدیدیافته صحبت نشده بود و به همین علت مهندسین طبق آیین‌نامه ACI-318-14 که برای کنترل برش ستون‌ها زلزله تشدیدیافته را الزامی می‌دانست، عمل می‌کردند. اما با تغییراتی که در مبحث نهم ویرایش 1399 رخ داد، به زلزله تشدیدیافته نیز توجهی درخور شد. به صورتی که در چندین جای مبحث بصورت مستقیم از این مسئله صحبت شده که همانند آنچه برای مبحث دهم بیان شد در ذیل شرح داده می‌شود.

الف- بر اساس بند 9-20-3-2 مبحث نهم در ستون‌های موجود در قاب‌های با شکل‌پذیری کم مقدار مقاومت برشی ϕV_n حداقل برابر کمترین دو مقدار ذیل است:

1- برش متناظر با مقاومت خمشی اسمی در هر یک دو انتهای مقید طول آزاد با منظورنمودن انحنای خمشی دو جهته ستون
2- حداکثر برش بدست‌آمده از ترکیبات بارگذاری با اعمال ضریب اضافه مقاومت Ω₀ در مقدار E

ب- بر اساس بند 9-20-5-2-4 مبحث نهم مقدار مقاومت برشی تیرها در قاب‌های با شکل‌پذیری متوسط نباید از مقادیر زیر کمتر در نظر گرفته شود:

1- مجموع نیروی برشی ایجادشده در تیر در اثر بارهای ثقلی ضریب‌دار و مولفه قائم نیروی زلزله و نیروی برشی متناظر با ظرفیت خمشی اسمی موجود در دو انتهای مقید تیر با منظورنمودن انحنای خمش دوجهته در بر تکیه‌گاه‌ها
2- حداکثر برش بدست‌آمده از ترکیبات بارگذاری که با اعمال ضریب عدد 2 در مقدار E

✅ برای مطالعه ادامه توضیحات کاربرد زلزله تشدید یافته در سازه های بتنی به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

تفاوت زلزله تشدیدیافته و زلزله معمولی

با یک تعریف ساده می توان گفت که زلزله ی تشدید یافته همان زلزله عادی است که با یک ضریب بزرگنمایی(Ω0)، تشدید شده است. به عبارت علمی تر برای ساختن ترکیب بارهای ویژه لرزه ای به ضریبی نیاز است که در زلزله طرح ضرب شود.

✅ برای مطالعه توضیحات مفصل این بخش به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

مفهوم ضریب اضافه مقاومت

ضریب اضافه مقاومت، مفهومی کلیدی در مهندسی سازه، خصوصاً در طراحی سازه‌ها برای مقابله با زلزله است. این ضریب نشان می‌دهد که سازه‌ها در واقع مقاومت بیشتری نسبت به آنچه در محاسبات طراحی (Vs) پیش‌بینی شده، از خود نشان می‌دهند.

این مقاومت اضافی به دلایلی همچون خواص واقعی مصالح (که معمولاً از مقادیر استاندارد بالاتر است)، ابعاد بزرگ‌تر اعضای سازه‌ای نسبت به حداقل نیاز طراحی، رفتار غیرخطی مصالح در هنگام زلزله و سایر عوامل مانند نوع اتصالات و وجود اعضای غیرسازه‌ای، ایجاد می‌شود.

تحقیقات نشان می‌دهد که رویکرد ساده‌سازی محاسبات در آیین‌نامه‌ها، به همراه الزامات اجرایی برای کاهش هزینه‌ها و جلوگیری از خطا، منجر به این می‌شود که مقاومت واقعی اعضای سازه‌ای بیشتر از مقاومت طراحی شده (Vs) باشد.

به‌عبارت‌دیگر، سازه‌ها در مواجهه با زلزله، ظرفیت بیشتری از ظرفیت طراحی (Vs) از خود نشان می‌دهند و این همان مفهوم اضافه مقاومت است.

ضریب اضافه مقاومت

نحوه محاسبه ضریب اضافه مقاومت

مطالعات تحلیلی زیادی در ارتباط با اثر ضریب اضافه مقاومت بر عملکرد سازه‌های چند طبقه برای سازه‌های بتن‌آرمه و فولادی انجام شده است. نتایج حاصل از تحلیل برای سازه‌های بتن مسلح نشان می‌دهد که اولین تسلیم‌شدگی موضعی در تراز نیروی Vy رخ می‌دهد. این سطح به مقدار قابل توجهی بیشتر از مقاومت طراحی است.

منحنی نیرو – تغییرشکل الاستیک

✅ برای مطالعه توضیحات مفصل این بخش به متن اصلی ایبوک مراجعه کنید.

نحوه کنترل زلزله تشدید یافته سازه های بتن آرمه در ایتبس

بر اساس آنچه از مبحث نهم در خصوص زلزله تشدیدیافته بیان شد، مشخصاً برای مقاومت برشی ستون‌ها در قاب‌های با شکل‌پذیری کم و متوسط و تیرها در قاب‌های با شکل‌پذیری متوسط و همچنین دیوارهای برشی در قاب‌های با شکل‌پذیری زیاد بایستی زلزله تشدیدیافته کنترل گردد. لذا نحوه کار را در قالب تصاویر زیر مشاهده می‌نمایید.

مسیر اعمال ضریب اضافه مقاومت سازه فولادی در نرم‌افزار ایتبس

تنظیم ضریب اضافه مقاومت سازه فولادی در نرم‌افزار ایتبس

دو نکته بسیار مهم:

1-اگر سازه ما از نوع فولادی با سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی باشد. نیروهای محوری فشاری زیادی در ستون‌های اطراف مهاربندها به وجود خواهد آمد. به همین دلیل ضریب اضافه مقاومت در طراحی ستون‌های مجاور مهاربند بسیار تاثیر گذار خواهد بود. پس در جانمایی مهاربندها در پلان حتماً به این موضوع توجه داشته باشیم تا ستون های ما غیر اقتصادی نشوند.

2-در سازه‌های فولادی بسیار معمول است که در یک جهت پلان سیستم باربر جانبی قاب ساده توام با مهاربندی و جهت دیگر قاب خمشی باشد. دلیل این کار مزاحمتی است که مهاربندها برای معماری پروژه ایجاد می کنند.

سیستم دوگانه فولادی

❓مطابق تصویر بالا به علت متفاوت‌بودن سیستم در یک جهت از Ω₀=3  و در جهت دیگر  از Ω₀=2  استفاده خواهیم نمود. این در حالیست که در ایتبس تنها یک ضریب اضافه مقاومت اعمال می‌گردد. حال چاره چیست؟!

✅ پاسخ این سوال و ادامه توضیحات این بخش را مطابق فهرست مطالب در متن اصلی ایبوک مطالعه کنید.

نتیجه گیری

1- در بحث طراحی سازه‌ها، با دو نوع ترکیب بار مواجه هستیم. یک سری از ترکیب بارها عادی هستند. این ها همان ترکیب بارهایی می‌باشند که در طراحی تمامی اعضا و بخش‌های سازه باید کنترل شوند. دسته دوم ترکیب بارهای ویژه لرزه‌ای هستند.

2- با یک تعریف ساده می‌توان گفت که زلزله تشدیدیافته همان زلزله عادی است که با یک ضریب بزرگنمایی، تشدید شده است. این ضریب را ضریب اضافه مقاومت گویند.

3- اضافه مقاومت سازه میتواند ناشی از طراحی، مصالح مورد استفاده یا علل سازه‌ای باشد. مسائلی از قبیل بیشتربودن مقاومت فولاد و بتن در واقعیت نسبت به مقدار درنظرگرفته‌شده در طراحی، درنظرنگرفتن سختی اجزای غیرسازه‌ای نظیر دیوارهای پیرامونی و … میتوانند عوامل موثری در افزایش اضافه مقاومت باشند.

4- ضریب اضافه مقاومت میتواند بر پارامترهای دیگر سازه‌ای تاثیرگذار باشد. بعنوان مثال با افزایش آن ضریب رفتار نیز افزایش می‌یابد.

5- زلزله تشدیدیافته بر اساس مبحث دهم می‌بایست در برخی از اعضای فولادی مثل ستون‌ها، بیس‌پلیت ها و وصله‌ها درنظرگرفته شود. و همچنین مبحث نهم نیز در کنترل برش تیرها، ستون‌ها و دیوارهای برشی در قاب های با شکل‌پذیری کم، متوسط و زیاد در طراحی لرزه‌ای تاکیدات لازمه را داشته است.

6- زلزله تشدیافته نباید به نیروی قائم زلزله اعمال گردد.

7- در سازه‌های دارای دو سیستم متفاوت در دو جهت، به جهت احتیاط ضریب اضافه مقاومت بزرگتر برای هر دو جهت درنظر گرفته می‌شود. اما برای اقتصادی‌کردن طرح میتوان با بی‌نهایت‌ در نظرگرفتن مقاومت‌های برشی و خمشی ستون‌ها و اعمال زلزله با ضریب اضافه مقاومت هر جهت به سازه، کفایت محوری ستون‌ها را در برابر زلزله تشدیدیافته بررسی نمود.

منابع

1. آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش 4
2. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1401
3. مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش 1399
4. Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-19)
5. Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE7-22)

• زلزله تشدیدیافته چيست؟
  • لزوم استفاده از زلزله تشدیدیافته
  • كاربرد زلزله تشدیدیافته
  • نقش حیاتی ستون‌ها در مقاومت سازه‌ها در برابر زلزله‌های شدید
  • كاربرد در سازه‌هاي فولادي
  • كاربرد در سازه‌هاي بتني
  • كاربرد از نظر استاندارد 2800
• تفاوت زلزله تشديديافته و زلزله معمولي
• مفهوم ضريب اضافه مقاومت
  • علل بروز ضريب اضافه مقاومت
  • نحوه محاسبه ضريب اضافه مقاومت
  • رابطه ضریب اضافه مقاومت با دیگر پارامترها
• نقش ضریب اضافه مقاومت و زلزله تشدیدیافته در تحلیل‌های خطی سازه‌ها
  • تحلیل استاتیکی معادل
  • تحلیل دینامیکی طیفی
  • تحلیل تاریخچه زمانی خطی
• نقش ضریب اضافه مقاومت در تحلیل‌های غیرخطی سازه‌ها
  • تحلیل‌های غیرخطی: فراتر از ضرایب ثابت
  • مفهوم اضافه مقاومت در تحلیل‌های غیرخطی
  • روش‌های تعیین اضافه مقاومت
  • مزایای تحلیل‌های غیرخطی
• کنترل زلزله تشدیدیافته در سازه‌ها‌ی بتن‌آرمه در ایتبس
• کنترل زلزله تشدیدیافته در سازه‌ها‌ی فولادی در ایتبس
  • كنترل زلزله تشديديافته در سازه با دو سسيتم باربري متفاوت
• پرسش و پاسخ
• نتيجه‌گيري و جمع‌بندي
• منابع

• ثبت شده در
  وزارت ارشاد
• دانلود سریع
  پس از پرداخت
• ضمانت ارسال
  بروزترین نسخه کتاب