تبلیغات
مقاله عمران - مقایسه روشهای طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد
 
مقاله عمران

مقایسه روشهای طراحی لرزه ای براساس عملکرد  
 

1-1 روش مقاومت در طرح لرزه ای:
نخستین گام ها درمنظور نمودن اثرات بار جانبی ناشی از زمین لرزه در اواخر اولین دهه قرن حاضر برداشته شد. تجربیات کسب شده از رفتار سازه ها در زمین لرزه ای در ایتالیا منجر به استخراج رابطه ای  تقریبی برای  نیروی معادل استاتیکی زمین لرزه شد. این نیروی جانبی برابر با 12/1 وزن کل بنا تخمین زده شد. درسالهای 1930 براساس قانون دوم نیوتن و با فرض برابری شتاب ایجاد شده در سازه صلب با شتاب زمین رابطه ای استخراج گشت که تاکنون نیز اساس طراحی دربرابر زمین لرزه است.
C   ضریب زلزله ( لرزه ای ) نام گرفت . باتوجه به احتمال رخداد زمین لرزه ، شکل پذیری ، رفتار غیرارتجاعی سازه ها وظرفیت جذب انرژی در آنها ، ضریب C برای سازه های مهم 1/0 وبرای سازه های معمولی 08/0 پیشنهاد شد. 10 سال بعد با پیشرفت علم دینامیک سازه ها ودرک تاثیر دوره تناوب برمیزان نیروی وارد بر سازه ها ضریب لرزه ای C برحسب تعداد طبقات ساختمان (N) که رابطه مستقیم با دوره تناوب سازه دارد ، تعریف شد.
V=K C W 
  درسال 1975 با درک بهتر رفتار واقعی سازه ها برابر نیروهای زمین لرزه ، مقدار نیروی برشی  پایه بصورت زیر تعریف شد.
   V=ZIKCW 
Z   ضریب احتمال وقوع زلزله ، I ضریب اهمیت بنا ، K ضریب شکل پذیری ، C  ضریب زلزله که درصدی از شتاب اوج زمین لرزه برحسب شتاب ثقل است و S ضریب تشدید بنا و زمین که به فرکانس سازه و خاک وابسته است. از اعمال پالایش ها و بازنگری ها ضریب زلزله بصورت زیر تعریف می شود:
روش مقاومت معمول ترین روش طراحی لرزه ای است که تاکنون  بکار رفته است. این روش برمبنای تامین یک حداقل مقاومت جانبی برای سازه در برابر بارهای لرزه ای است. بارهای لرزه ای همراه یک روش تحلیل مانند بار استاتیکی معادل یا روش جمع آثار مودها بکار می روند. وقتی که نیروهای لرزه ای داخلی محاسبه شد و با سایر بارها نظیر بارهای ثقلی ترکیب شدند‌، ابعاد اجزاء سازه ای بوسیله روش طراحی  تنش های مجاز یا روش طراحی مقاومت نهایی تعیین می شود. در روش طراحی تنش های مجاز اعضا طوری طراحی می شوند که تنش بوجود آمده در آنها از تنش مجاز مصالح کمتر باشد. در روش مقاومت نهایی محتمل ترین بار وارد بر المان تعیین می شود. سپس مقطع بحرانی که برای یک مقاومت حدی اسمی کاهش یافته طراحی شده است، نباید از بارهای ضریبدار بیشتر باشد.
 
1ـ1ـ2ـ نواقص طرح بر مبنای مقاومت
    رابطه V=CW بعنوان اساس طراحی لرزه ای بسیاری از آیین نامه ها، بیانگر برش پایه ناشی از تحریک زمین لرزه است وازطریق الگوهای بارگذاری در کل ارتفاع ساختمان توزیع می شود. با تحلیل سازه برابر این بار جانبی مقاومت مورد نیاز اجزای آن بدست می آید . اما روند استخراج برش پایه خود مورد تردید است. در ضریب C، ضرایب AB طیف پاسخ طرح را نشان می دهند. شکل این طیف که بیشتر کاربرد آیین نامه ای دارد بسیار ساده است و در بسیاری موارد با طیف زمین لرزه های واقعی هم خوانی ندارد. زمین لرزه های اخیر ( مانند نور تریج ) انحراف قابل توجهی را از حدود متعارف طیف نشان می دهند. به این ترتیب میزان خواسته تخمین زده شده ازاین روابط مورد تردید است.
   ضریب R که ضریب رفتار نام دارد ، برای بیان قابلیت تغییر شکل غیرارتجاعی سیستم وشکل پذیری آن معرفی می شود. محاسبه R برپایه « قانون تساوی جابجایی ها »  صورت می پذیرد. اما این قانون بویژه در سیستم هایی با دوره تناوب پایین صادق نیست و مطالعات گسترده ارتباط تنگاتنگ آن را بادوره تناوب، میزان شکل پذیری و ضریب اضافه مقاومت نشان داده است. درحالی که در آیین نامه ها R  تنها بصورت تابعی ازسیستم سازه ای انتخاب می گردد. این نقصان در درک عملکرد و رفتار سازه نیز تاثیر بسزایی دارد.
اشکال عمده در فرمول برش پایه این است که مسئله مهم غیرخطی را که درآن تغییر شکل های غیرالاستیک حاکم است می خواهد بایک ضریب رفتار ( کاهش مقاومت ) R  به صورت یک مسئله ساده الاستیک که در آن « نیروها » حاکم است ارائه نماید.
  چهار عامل موثر
۱ ـ کاهش تاثیر زلزله به علت افزایش پریود سازه
2ـ کاهش تاثیر زلزله به علت افزایش اتلاف انرژی ( میرایی بیشتر ازمقدار عادی که معمولا ً 5% درنظرگرفته می شود.)
3ـ افزایش مقاومت ازجاری شدن اسمی مقاطع تاحد نهایی آنها ( افزایش مقاومت )
4ـ افزایش مقاومت از نیروهای طراحی تا تسلیم مصالح ( ضرایب بار )
ترکیب سه عامل اول مربوط به توانایی سازه می باشد که برپایه شکل پذیری استوار است.
   ضریب چهارم که مربوط به ضرایب بار می باشد فقط برای ساختمان هایی که با روش تنش مجاز طراحی می شوند منظور می گردد. ظرفیت سازه با یک منحنی نشان داده می شود که از پریود اولیه سازه  شروع می شود و با این پریود باقی می ماند تا تعدادی از اعضای سازه به حد تسلیم برسند، پس ازاین وضعیت، پریود ارتعاش سازه درسطح پاسخ افزایش می یابد.
 پریود اولیه سازه، پریود واقعی آن را نشان می دهد، که مقداری بزرگتر از پریود سازه محاسبه شده براساس ضوابط آیین نامه ها می باشد.
   طیف برش پایه الاستیک نتیجه حاصلضرب ضرایب زلزله بدون اثر R است. این طیف در پریودهای کوتاه مقدار ثابتی است ودر پریودهای بلند کاهش می یابد. مقادیر این طیف تقریبا ً معادل با طیف طرح آیین نامه با 5% میرایی می باشد.
   طیف نیاز زلزله همان طیف « برش پایه الاستیک » می باشد که برای پریودهای بالاتر از  کاهش یافته است.
     مقدار ضریب رفتار به عوامل بسیاری همچون بی نظمی درارتفاع، میرایی، مدت دوام زلزله، ‌شتاب نگاشت های مختلف، PGA، تعداد طبقات، پریود سازه و… بستگی دارد. بنابراین  نسبت دادن عددی ثابت مانند R به سازه برای تبیین عملکرد غیرخطی آن سبب می شود که اثرات عوامل فوق منظور نشده و از قابلیت های گسترده عملکرد سیستم های سازه ای چشم پوشی شود. بنابراین اگرچه یک روش تحلیل خطی درک خوبی از ظرفیت خطی سازه و اولین جاری شدن می دهد اما نمی تواند ساز و کارهای خرابی و بار توزیع نیروها پس از جاری شدن نقاط دیگر را تشریح کند.
    نکته دیگر لحاظ کردن اثر ساختگاه ازطریق ضرایب خاک در آیین نامه هاست. واقعیت این است که چنین ضرایبی هرگز نمی تواند اندرکنش خاک ـ سازه را در یک زمین لرزه بیان نماید. بدین ترتیب تخمین واقعی خواسته به کمک روند حاضر کاملا ً امکان پذیر نیست . هرچند به نظر می رسد این روش ساده ترین راه موجود درمحاسبه خواسته لرزه ای سازه هاست. رفتار غیرالاستیک ، سطح نیروهای مربوط به مود اول را کاهش می دهد، درحالی که اثر آن برمودهای بالاتر نسبتا ً کم است. بنابراین یک روش طراحی براساس نیرو که یک ضریب کاهش نیروی ثابت رابرای همه مودها بکار می برد، احتمالا ً اهمیت مودهای بالاتر را بیش از حد دست پائین برآورد می کند.در روش طراحی فعلی ، عموما‌ً ازسختی اولیه سازه ها واجزاء‌آن برای تحلیل وهمچنین برآورد تقاضای لرزه ای استفاده می شود ولی از آن طرف با کاهش سطح نیروهای الاستیک به وسیله ضریب کاهش نیرو واعمال نیروهای بدست آمده به سازه ، تغییر مکان هائی حاصل می شود که هیچگونه ارتباط منطقی باتغییر شکل های غیرالاستیک سازه ندارند، هرچند در آئین نامه ها ضرائبی برای اصلاح تغییر مکان های حاصل بکار می رود ولی درنهایت نمی توان اعتبار چندانی برای تغییر مکان های حاصل شده ، قائل بود.
علاوه برنکات ذکرشده ، تعیین ظرفیت سازه ها به روش مقاومت دربسیاری موارد منطقی به نظر نمی رسد. بیان رفتار اجزای سازه ای ازطریق تک پارامتر مقاومت ( مقاومت تسلیم یا مقاومت نهایی بسته به روش طراحی ) به هیچ وجه قانع کننده نیست.
درواقع چنین برخوردی با مساله تعیین ظرفیت ها ،‌کوچکترین دیدی ازرفتار واقعی سازه دراختیار طراح قرارنمی دهد.
این پارامترها همچون شکل پذیری، رانش ( دریفت ) کل، رانش بین طبقه ای و انرژی، درتعیین قابلیت اعتماد سازه ها و تبیین عملکرد مورد انتظار آنها در زمین لرزه بکار می رود.
 
1ـ2ـ لزوم طراحی لرزه ای براساس عملکرد
    مهندسی زلزله به دلایل مختلفی تحت تغییرات اساسی قرار گرفته است. ارتقاء‌، دانش درباره وقوع زلزله، حرکت زمین و مشخصات پاسخ سازه، همچنین نتایج به دست آمده از زلزله های آمریکا و ژاپن که خسارت مالی کثیری رادر برداشت دراین تغییرات نقش مهمی را ایفا نموده است. از مهمترین دلایل آن است که در روشهای طراحی آیین نامه های فعلی به صورت کافی و منطقی به موارد ذیل پرداخته نشده است:
1ـ منظور طراح برای توضیح منطقی قوانینی که از آنها جهت تصمیم گیری استفاده کرده است.
2ـ خواسته مالک ساختمان جهت قضاوت درباره هزینه ها و فواید مقاوم سازی دربرابر زلزله.
3ـ نیازهای جامعه، ‌جهت اتخاذ تصمیمات آگاهانه براساس تقاضای لرزه ای تصادفی  اعمالی توسط تکانهای زمین و ظرفیتهای لرزه ای نامشخص ساختمانهای موجود و جدید.
دراثر وقوع زلزله های شدید، خسارات قابل ملاحظه ای به سبب رفتار غیرالاستیک سازه ها به آنها وارد می شود چرا که با توجه به منحنی نیرو ـ تغییر مکان، سازه دراثر وقوع زلزله های شدید، پس از گذر از محدوده الاستیک وارد محدوده غیرالاستیک می شود و در این ناحیه تغییرات مقاومت ناچیز بوده و تغییر شکلهای خمیری که ارتباط نزدیکتری باخسارت دارند، حاکم می شوند.
   در روش طراحی براساس عملکرد (Performance Based Design)، عملکرد غیرخطی اجزای سازه مورد بررسی قرارمی گیرد به همین علت می توان رفتار واقعی تری از سازه ها، نسبت  به   قبل، ‌درصورت  وقوع یک زمین لرزه مشخص، به دست آورد.
شاید مهمترین دلیل اهمیت بحث روی طرح لرزه ای براساس عملکرد، به نوع تشویق بکارگیری ابتکار در توسعه روشهایی برای ارتقاء عملکرد باشد. درآیین نامه های فعلی، این رویه یا تشویق به ابتکار وجود ندارد، ‌دلیل این امر آن است که مفاهیم جدید، قابل انطباق با چارچوب خشک و بسته چنین آیین نامه هایی نمی باشند. تاریخچه جداسازی پایه 1، که حدود 20سال طول کشید تا از مرحله فکر به اجرا درآید، مثال خوبی برای نشان دادن این موضوع است که تکنولوژی جدید به آهستگی و به تدریج  در چارچوب آیین نامه های ساختمانی فعلی پذیرفته می شود.
 1. Base Isolation
    عملکرد انواع مختلف بناها در طول زلزله های بزرگی که در جهان به وقوع پیوسته است و خصوصا ً درزلزله سال 1989، لوما پریتا ودر پنج زلزله قابل توجهی که در کالیفرنیا بعد از زلزله لوما پریتا، رخ داده است و همچنین در زلزله سال 1995 کوبه، نه تنها نیاز به طرح ایمن تر لرزه ای بناها را به وضوح روشن ساخت، بلکه مشخص کرد که بکارگیری روشهای طراحی مهندسی زلزله، لازم است منجر به ساخت بناهایی شود که عملکرد قابل پیش بینی تری نسبت به آیین نامه های  فعلی داشته باشند. این یک نیاز اساسی جهت طراحی، ساخت و نگهداری بناهایی باکنترل خسارت بهتر، نسبت به آنچه که هم اکنون انجام می شود، می باشد.
 
1ـ3ـ مبانی و مفاهیم در  طراحی لرزه ای براساس عملکرد
    جامعه مهندسی زلزله، تلاشی را جهت توسعه روشهای مهندسی زلزله براساس عملکرد، آغازکرده است. همانطور که توسط انجمن مهندسی سازه کالیفرنیا (SEAOC درگزارش Vision 2000 (SEAOC ,1998) ) تعریف شده است، منظور مهندسی زلزله براساس عملکرد ،‌تهیه روشهایی برای جانمایی 1، طراحی، ساخت و نگهداری ساختمان می باشد، به طوریکه این روشها بتوانند عملکرد سازه را زمانی که تحت اثر زلزله قرارمی گیرد، پیش بینی کنند.  دراین جا، عملکرد به صورت مقدار خسارت وارده به یک ساختمان، هنگامی که تحت زلزله قرار می گیرد و همچنین اثرات این خسارت در وضعیت ساختمان پس از زلزله، تخمین زده می شود.
   بنابراین، مهندسی زلزله براساس عملکرد، مستلزم انتخاب معیارهای طراحی صحیح ، سیستم های سازه ای مناسب، تعیین محل قرارگیری ساختمان ، تعیین هندسه اعضاء 2 و ارائه جزئیات برای سازه و اعضای غیرسازه ای ومحتویات ساختمان و اطمینان وکنترل کیفیت ساخت و نگهداری دراز مدت  می باشد، به طوریکه سازه دربرابر سطوح مشخص حرکت زمین با قابلیت اطمینان مشخص ، رفتار کند.براساس این تعریف ، واضح است که مهندسی زلزله براساس عملکرد، روشی است که با تعریف پروژه شروع می شود و در مدت عمر ساختمان ادامه می یابد.
1. Sitting      .2      Proportioning
    مفهوم طراحی بر اساس عملکرد، تنها به ساختمان محدود نمی شود بلکه به صورت کلی، برای همه    سازه ها واجزای الحاقی غیرسازه ای متصل به آنها و محتویات ساختمان، قابل استفاده می باشد. در چارچوب پیشنهاد شده توسط SEAOC در Vision 2000 به صورت مقتضی همه جنبه های مهندسی براساس عملکرد، شامل طراحی سازه ای وغیرسازه ای، اطمینان ازکیفیت اجرا ونگهداری مجموعه ساختمان درمدت عمر مفید آن دربرگرفته می شود.
   هرچند توسعه اصول طراحی براساس عملکرد در مراحل ابتدایی کارقراردارد،مدارک واسنادی که    آیین نامه های آتی ساختمانی براساس آنها خواهند بود به سرعت بررهیافت طراحی براساس عملکرد متمرکز شده اند. بیشتر تلاشهای اخیر دراین زمینه، در آماده سازی راهنمای NEHRP جهت  مقاوم سازی لرزه ای ساختمانها (ATC 1996) بوده است که به عنوان یک مدرک مرجع برای استفاده، جهت ارتقاء عملکرد لرزه ای ساختمانهای موجود،‌ در نظر گرفته شده است. اصول به کار رفته دراین مدرک درابتدابرای سازه های موجود،‌منظورشده بود که به سرعت توسط کمیته (SEAOC) Vision 2000 جهت کاربرد درطراحی سازه های جدید توسعه و پیشنهاد داده شد.
    اگر چه عنوان مهندسی زلزله براساس عملکرد جدید است، ‌مفهوم پایه ای ایجاد ساختمانها و سازه هایی که تحت زلزله های مختلف به سطوح عملکرد مورد نظر برسند مسلما ً جدید نیست . بیشتر از 20 سال است که SEAOC نشان داده است که سازه های طرح شده برطبق نیازهای نیروی جانبی توصیه شده توسط آن (SEAOC 1996)، قادرند دربرگیرنده تعدادی از اهداف عملکرد معین باشند، به عنوان مثال :
ــ مقاومت دربرابر زلزله های خفیف، بدون خسارت .
ــ مقاومت دربرابر زلزله های متوسط با خسارت سازه ای و غیرسازه ای جزئی .
ــ مقاومت دربرابر زلزله های بزرگ با خسارت قابل ملاحظه به اعضای سازه ای و غیرسازه ای  اما با احتمال اندک برای به خطر افتادن ایمنی جانی .
ــ مقاومت دربرابر سطوح شدید زلزله، که احتمال وقوع آن  وجوددارد، ‌بدون فروریزش.
   اهداف عملکرد پایه ای به این شکل که امروزه به صورت جامع تر و کمی تری تعریف شده اند،‌ توسط بیشتر راهنماهای  طراحی مهندسی براساس عملکرد، درنظرگرفته شده اند. درحقیقت طبیعت کمی این اهداف است که اخیراً پذیرفته شده است و همچنین، کوشش در دقت و قابلیت اعتماد است که نتایج جدید رادر مهندسی براساس عملکرد، صرفنظر از روش پیشین قرارمی دهد.
  همانگونه که دربخش  پیش عنوان شد درروش سنتی، طراحی لرزه ای تنها برای یک سطح زلزله انجام می شده است که در آن عموما ً یک سطح عملکرد، تحت عنوان ایمنی جانی هدف قرارداده شده است.
تلاشهای جدید در مهندسی بر اساس عملکرد به دنبال تهیه روشهای قابل اعتماد جهت دستیابی به اهداف چندمنظوره از میان روشهای صریح طراحی می باشد.
 
1ـ4ـ اهداف عملکرد
    به طور ذاتی مفهوم طراحی براساس عملکرد مستلزم تعریف سطوح چندگانه عملکرد هدف (خسارت ) می باشد که انتظار می رود سازه، تحت اثر زلزله با شدت مشخص به این سطوح برسد یا حداقل از آن تجاوز نکند.
یک هدف عملکرد، مشخص کننده سطح عملکرد مطلوب ساختمان در هر سطحی از زلزله طراحی  می باشد. در مورد یک طراحی، باید براساس موارد ذیل انتخاب شوند :
ــ ساختمان اهداف عمل
ــ کاربری ساختمان
ــ اهمیت ساختمان از لحاظ فعالیتهای مرتبط با آن
ــ ملاحظات اقتصادی، شامل هزینه های مربوط به تعمیر ساختمان و ایجاد وقفه در بهره برداری ساختمان
ــ ارزش ساختمان به عنوان یک اثر تاریخی یا فرهنگی
بنابراین، اهداف عملکرد، درواقع عملکرد لرزه ای مورد نظر سازه راتعیین می نمایند و عملکرد لرزه ای نیز توسط سطوح عملکرد، که حداکثر مقدار مجاز خسارت وارد به سازه را برای یک زلزله تعیین  می نماید، توصیف می شود. بعلاوه هر هدف عملکرد می تواند، با درنظر گرفتن حالات مختلف خسارت برای زمین لرزه های متعدد تعریف شود که درآن صورت به آن، هدف دو منظوره یا چند منظوره اطلاق می گردد. با مشخص شدن یک هدف عملکرد، یک مهندس قادر است زلزله طرح را جهت تحلیل انتخاب نموده و معیارهای قابل قبولی ارزیابی سازه ای و غیر سازه ای را تعیین نماید.
   سند Vision 2000 پیشنهاد می کند که ساختمانهایی که، براساس سکونت و کاربریشان مشخص می شوند، اهداف عملکرد را تامین کنند. هر ترکیبی از دوره بازگشت یک زلزله وسطح عملکرد، باعلامتی نشان داده شده است که یککرد مشخص طراحی را نشان می دهد. منظور این است که هدف عمل:
ــ در نتیجه عملکرد ساختمانهای معمولی تحت زلزله های محتمل وارد برآنها، احتمال به خطر افتادن جان افراد پایین باشد.
ــ در زلزله های معمولی (زلزله باشدت پایین)، استفاده کننده از ساختمان متحمل تعمیرات زیاد یا ضرر نشود.
ــ ساختمانهایی که در مواقع اضطراری لازم هستند و اماکن عمومی ضروری، باید احتمال خسارت کمی، در سطحی که استفاده از آنها مجاز است، داشته باشند.
ــ تاسیساتی که شامل سیستم ها و موادی هستند که درصورت آزادشدن، ایجاد خطر برای عده زیادی خواهند کرد،‌ احتمال خسارت کمی داشته باشند.
 در نشریه راهنمای NEHRP چنین اهداف عملکردی رابه عنوان پایه طرح بازسازی برای سازه های موجود پیشنهاد می کند. بویژه توصیه می گردد که ارزیابی عملکرد، خصوصا ً برای هر هدف عملکرد مورد نظر انجام شود. ارزیابی  عملکرد، شامل تحلیل سازه ای با تقاضاهای محاسبه شده و مقایسه آن با معیارهای پذیرش مشخص، برای هر یک ازسطوح مختلف عملکرد می باشد. این موضوع بر خلاف روند منظورشده توسط آیین نامه های ساختمانی فعلی می باشد که در آنها، تنها یک ارزیابی عملکرد، برای سطح عملکرد ایمنی جانی در سطح معینی از حرکت زمین، تحت عنوان زلزله مبنای طرح (DBE1)، لازم دانسته شده است.
 
1. Design Basis Earthquake
1ـ5ـ سطوح عملکرد
 هرسطح عملکرد، شرایطی راجهت محدود کردن ماکزیمم خسارت وارد به سازه، دراثر یک زمین لرزه معین ارائه می نماید.
سطوح عملکرد به صورت کمی درمدارک مختلف ازجمله، پروژه Vision 2000 (SEAOC, 1995) وراهنمای NEHRP (ATC,1996) تعریف شده است .هردومدرک فوق روند مشابهی رابرای تعیین عملکرد ساختمان توسعه داده اند، گرچه از اصطلاحات متفاوتی استفاده کرده اند.جدول (1ـ1) خلاصه ای از سطوح عملکرد تعریف شده، دراین مدارک می باشد. خصوصا ً درراهنمای NEHRP، ملاکهایی به صورت کمی تعیین شده است که توسط آن، عملکرد سازه ای مربوط به این سطوح قابل ارزیابی است. به این ترتیب که، اجزای مختلف موجود درسازه، به عنوان اولیه یا ثانویه تعیین می شوند. اجزای اولیه، اجزایی هستند که جهت پایداری جانبی ومقاومت سازه هستند. در حالیکه اجزای ثانویه، این طور نیستند. هرچند ممکن است، این اجزا برای باربری قائم سازه لازم باشند. درحالت کلی، سختی جانبی اجزایی که به عنوان ثانویه انتخاب می شوند نباید از 25 درصد از سختی جانبی کل طبقه بیشتر  باشد.
 
جدول (1ـ1) : تعریف عملکرد سازه ای
شرح  سطح عملکرد
 Vision 2000 راهنمای NEHRP
هیچ خسارت قابل ملاحظه ای به اعضای سازه ای و  غیرسازه ای وارد نشده است. ساختمان برای استفاده وسکونت مناسب است. Fully Functional Operational
خسارت زیاد به اعضای سازه ای وارد نشده است واین اعضا تقریبا ً تمام مقاومت وسختی پیش از زلزله خود را دارا هستند. اجزای غیرسازه ای ایمن هستند وبیشتر آنها کارایی خودرادارند . ساختمان برای اهداف مورد نظر قابل استفاده می باشد. 
 
Operational 
Immediate
Occupancy
خسارت قابل توجه وافت اساسی درسختی اعضای سازه ای پدیدآمده است، لیکن هنوز حاشیه امنی تافروریزش باقی است. اعضای  غیرسازه ای ایمن هستند اما ممکن است قابل استفاده نباشند. ممکن است امکان استفاده ازساختمان قبل از تعمیر وجود نداشته باشد. 
 
Life Safe 
 
Life Safety
خسارت زیادی به اعضای سازه ای وغیرسازه ای وارد آمده است . مقاومت وسختی اعضای سازه ای به صورت قابل ملاحظه ای کاهش پیدا کرده است . حاشیه کمی تافرو ریزش باقی است. خطر ریزش قطعات وجوددارد. 
Near Collapse 
Collapse Prevention
 
سازگار با رهیافت های LRFD، معیارهای پذیرش سطوح عملکرد ایمنی جانی و آستانه فرو ریزش، براساس  حاشیه های اطمینان مورد نظر درسطح عضو تعیین می شوند.     
 جدول (1ـ2) به صورت مختصر، معیارهای پذیرش این دو سطح عملکرد، برای اجزاء اصلی وثانویه راشامل می شود.
جدول (1ـ2) : معیارهای پذیرش سطوح عملکرد ایمنی جانی وآستانه فروریزش (*)
اعضای ثانویه اعضای اصلی سطح عملکرد
100درصد ازتغییرشکلی که تحت آن افت قابل ملاحظه ای درمقاومت سیستم مقاوم دربرابربار جانبی اتفاق افتد. 75 درصد ازتغییرشکلی که تحت آن افت قابل ملاحظه ای درمقاومت سیستم مقاوم در برابر بار جانبی اتفاق افتد. ایمنی جانبی
(Life Safety)
100درصد ازتغییرشکلی که تحت آن افت ظرفیت درسیستم باربر قائم مشاهده شود. 75 درصد ازتغییر شکلی که تحت آن افت ظرفیت درسیستم باربرقائم اتفاق افتد. این مقدار نباید بیشتر از تغییرشکلی باشد که منجربه افت قابل ملاحظه ای درمقاومت سیستم باربر جانبی می گردد. آستانه فروریزش
(Collapse Prevention)
 
*: معیارهای پذیرش فوق قابل استفاده درساختمانهایی هستند که درآنها از روشهای تحلیل غیرخطی برای تعیین تقاضای اعضاء استفاده شده است.
  زمانیکه از روشهای تحلیل خطی برای تعیین تقاضای اعضاء استفاده گردد، باید ضریب کاهش 75/0 دراین معیارهای پذیرش بکاربرده شود.
 
1ـ5ـ1ـ سطوح عملکرد در SEAOC
    سطوح عملکرد در SEAOC شامل کارایی کامل،‌ کارایی، ایمنی جانی، آستانه فروریزش و فروریزش می باشند. در ادامه به شرح هریک ازاین سطوح پرداخته می شود.
 
1ـ کارایی کامل (Fully Operational)
   دراین سطح عملکرد، هیچ خسارتی نباید به سازه وارد شود. سازه پس از زلزله باید خدمت رسانی خود را حفظ کند و کلیه تجهیزات و سرویسهای وابسته به آن بایستی قابل استفاده باشند درحالت کلی هیچ تعمیری مورد نیاز نخواهد بود.
 
2ـ کارایی ( Operational)
 دراین سطح عملکرد خسارت متعادلی به عناصر غیرسازه ای و خسارت جزئی به المانهای سازه ای وارد می شود. خسارت محدود است و ایمنی سازه را جهت خدمت رسانی تهدید نمی کند.
 
3ـ ایمنی جانی (Life Safety)
    دراین سطح عملکرد خسارت متعادلی به عناصر سازه ای و غیرسازه ای وارد می شود. سختی جانبی سازه و مقاومت در برابر نیروی جانبی، تاحد نسبتا ً زیادی کاهش می یابد، هرچند که حاشیه اطمینانی تا فروریزش باقی مانده است. سازه احتمالا ً قابل تعمیر است هرچند این کار اقتصادی نباشد.
 
4ـ آستانه فروریزش (Near Collapse)
    خسارت قابل ملاحظه ای به عناصر مقاوم جانبی و قائم وارد می شود، پس لرزه ها می توانند سبب فروریزش کلی یا جزئی سازه شوند. سازه احتمالا ً برای خدمت رسانی و تعمیر این نخواهد بود و تعمیر ساختمان توجیه اقتصادی و فنی ندارد.
 
5ـ فروریزش (Collapse)
 خسارت وارده به سازه قابل ملاحظه است به طوری که المانهای باربر قائم آن به صورت کلی یا جزئی فروریخته اند. سازه قابل تعمیر نمی باشد وترجیحاً باید تخریب گردد.
 
1ـ5ـ2ـ سطوح عملکرد تعریف شده توسط ATC40
 در ATC40، سطوح عملکرد هدف برای سیستمهای سازه ای و سیستمهای غیرسازه ای به صورت جداگانه، تعریف شده است. دراین مدرک، عملکرد کلی یک ساختمان به صورت ترکیبی ازسطح عملکرد سازه ای وسطح عملکرد غیرسازه ای اعضای آن،‌می باشد. ترکیب سطوح عملکرد سازه ای و غیرسازه ای جهت تعیین سطوح علمکرد کلی ساختمان را نشان می دهد. درادامه به شرح سطوح عملکرد ارائه شده دراین مدرک برای اعضای سازه ای و غیرسازه ای و کل ساختمان پرداخته می شود.
 
 1ـ5ـ2ـ1ـ سطوح عملکرد سازه ای
 ــ قابلیت استفاده بی وقفه SP-1 Immediate Occupancy
    خسارت وارده پس از زمین لرزه دراعضای سازه ای بسیار محدود می باشد و تغییری در ظرفیت عناصر مقاوم باربر قائم و جانبی نسبت به حالت قبل از زلزله دیده نمی شود. خطر صدمات جانی قابل اغماض است. سازه جهت ورود و خروج و سکونت ایمن می باشد.
 
ــ کنترل خسارت SP-2 Damage Control
 این حالت درحقیقت نشانگر یک سطح خاص عملکرد نمی باشد. بلکه محدوده ای از زمین لرزه را که مابین سطوح قابلیت استفاده بی وقفه  و ایمنی جانی می باشد،‌شامل می شود. در واقع با این تعریف می توان حالاتی را که لازم است خسارت سازه ای کنترل شود، درنظر گرفت. به عنوان مثال می توان به کنترل خسارت سازه ای، جهت حفاظت ازنماهای (نازک کاریهای) معماری درساختمانهای تاریخی یا محتویات گران قیمت آنها نام برد.
 
ــ ایمنی جانی، SP-3 Life Safety
    خسارت وارده پس از زمین لرزه به اعضای سازه ای، قابل توجه است، لیکن هنوز حاشیه ای تا فروریزش کلی یا جزئی سازه باقی مانده است. سطح خسارت، کمتر از مقدار مورد نظر برای سطح پایداری سازه ای می باشد. اعضای مهم  سازه ای ازجای خود خارج نشده اند وخسارت سازه ای باعث صدمات جانی نمی شود. تعمیرات عمده‌ سازه ای قبل از استفاده مجدد از ساختمان لازم است گرچه ممکن است این تعمیرات همیشه توجیه اقتصادی نداشته باشند.
 
ــ ایمنی محدود، SP-4 Limited Safety
   این عبارت نیز مبین دامنه ای ازخسارت وارده به سازه بین سطوح ایمنی جانی وپایداری سازه می باشد ودراین حالت تامین کامل سطح ایمنی جانی مورد نظر نیست و نقایص سازه ای درحدی است که تغییر شکلهای شدیدی در سازه، اتفاق نمی افتد.
 
ــ پایداری سازه ای،SP-5 Structural Stability
 دراین سطح،‌ خسارت وارده به سازه پس از زلزله در حدی است که سیستم سازه ای درآستانه ریزش کلی یا جزئی قرار می گیرد. خسارت وارده به سازه اساسی است و شامل کاهش قابل ملاحظه سختی ومقاومت سیستم باربر جانبی می باشد، لیکن عناصر بار بر قائم هنوز کار می کنند. ممکن است ساختمان بطور کلی پایدار باشد، خطر لطمات جانی به دلیل ریزش در داخل و خارج ساختمان زیاد است. پس لرزه ها ممکن است باعث فرو ریزش ساختمان شوند. تعمیرات سازه ای قابل ملاحظه قبل از استفاده مجدد از ساختمان لازم است. 
 
1ـ5ـ2ـ2ـ سطوح عملکرد غیرسازه ای
 -کارایی، NP-A Operational
    خسارت پس از زلزله به صورتی است که عناصر وسیستمهای غیرسازه ای درمحل اولیه خود قرار دارند ولیکن شکافهای محدودی در آنها ایجاد شده است و تعمیرات لازم است . همه تجهیزات و ماشین آلات باید قابل استفاده باشند گرچه تاسیسات شهری (External Utilities) ممکن است به دلیل خسارت قابل توجه ساختمان قابل دسترس نباشند. طرحهای اضطراری جهت غلبه بر مشکلات به وجود آمده برای ارتباط با بیرون، دسترسی و تاسیسات ساختمان باید تامین گردند.
 
ــ قابلیت استفاده بی وقفه NP-B Immediate Occupancy
    خسارت وارد آمده دراثر زلزله به صورتی است که کلیه اعضاء و سیسمتهای غیرسازه ای درمحل اولیه خود قراردارند، لیکن شکافهای محدودی در آنها ایجاد شده است و تعمیرات، خصوصا ً به دلیل خسارت یا جابه جایی محتویات لازم است. باوجودی که تجهیزات و ماشین آلات کلا ً مهار شده اند، ‌امکان استفاده از آنها پس از تکانهای شدید وجود ندارد و ممکن است، محدودیتهایی در استفاده یا کاربرد آنها وجود داشته باشد.
 
ــ ایمنی جانی NP-C  Life Safety
    دراثر زلزله، خسارت قابل ملاحظه ای به اجزاء و سیستمهای غیرسازه ای وارد می شود، اما خرابی یا ریزش اجزای سنگین درحدی نیست که سبب صدمات شدید در داخل یا خارج ساختمان شود.
  شکسته شدن لوله های تحت فشار بالا یا حاوی مواد سمی یا لوله های آب اطفای حریق نباید منجر به خطرات ثانویه شود. سیستمهای غیرسازه ای، تجهیزات و ماشین آلات ممکن است نیاز به جایگزینی یا تعمیر داشته باشند. گرچه زلزله باعث صدمات می شود ولیکن احتمال به خطر افتادن جان افراد به دلیل این صدمات ( ناشی از خسارت غیرسازه ای ) بسیار پایین است.
 
ــ خطر کاهش یافته، NP-D Reduced Hazard
    در اثر زلزله به اجزاء و سیستمهای غیرسازه ای خسارت وارد می شود، اما این خسارت نباید شامل فروریزش ساختمان یا ریزش قطعات بزرگ و سنگین که منجر به صدمات قابل توجه به افراد می شود، ‌باشد. مثل ریزش جان پناهها، دیوارهای بنایی خارجی، نما و سقفهای بزرگ و سنگین. درحالیکه انتظارمی رود که صدمات جدی اتفاق افتد، احتمال وقوع ریزشهایی که منجر به خطر افتادن جان تعداد زیادی از افراد درداخل یا خارج بنا می شود، بسیار پایین است.
 
ــ منظور نشده،‌NP-E Not Considered
 اجزای غیرسازه ای، غیر از آنهایی که بر پاسخ سازه ای تاثیر دارند، ارزیابی نمی شوند، ‌به عبارت دیگر عملکرد لرزه ای آنها مهم نیست.
 
1ـ5ـ2ـ3ـ سطوح عملکرد ساختمان
 ـ کارایی A Operational
   این سطح عملکرد مربوط به کارایی تمام اعضاء می باشد. خسارت سازه ای دراین حالت محدود است بطوریکه امکان استفاده ایمن از ساختمان وجوددارد. هرگونه تعمیراتی جزئی است واین تعمیرات می تواند بدون ایجاد وقفه در استفاده از ساختمان انجام شود. به صورت مشابه، خسارت وارده به همه سیسمتهای غیرسازه ای و محتویات ساختمان جزئی است و منجر به خطر افتادن عملکرد ساختمان نمی شود.
برای عدم وقفه درسرویسهای حیاتی مانند مخابرات، آب، ‌برق، گاز، دسترسی و …باید طرحی برای استفاده از سیسمتهای اضطراری موجود باشد.
 
ـ قابلیت استفاده بی وقفه B Immediate Occupancy
   این سطح، بخش عمده ای از معیارهای لازم برای تاسیسات ضروری را شامل می شود. سیستم ها و فضاهای ساختمان باید به صورت قابل قبولی قابل استفاده باشند، لیکن تامین پیوستگی فعالیت همه سرویسها، شامل سیستمهای اصلی و پشتیبانی لازم نیست . محتویات بنا ممکن است خسارت ببینند.
 
ـ قابلیت استفاده بی وقفه B Immediate Occupancy
   این سطح، بخش عمده ای از معیارهای لازم برای تاسیسات ضروری را شامل می شود. سیستم ها و فضاهای ساختمان باید به صورت قابل قبولی قابل استفاده باشند، لیکن تامین پیوستگی فعالیت همه سرویسها، شامل سیستمهای اصلی و پشتیبانی لازم نیست . محتویات بنا ممکن است خسارت ببینند.
 
ـ ایمنی جانی Life Safety
 منظور از این سطح، رسیدن به حالت خسارتی است که آسیبهای سازه ای یا ریزش اجزای غیرسازه ای ساختمان، خطر بسیار کمی را از نظر ایمنی جانی ایجاد کند،‌ اما محتویات و اثاثیه ساختمان  قابل کنترل نیستند و می توانند خطرات ریزش و خطرات ثانویه مثل رها شدن مواد شیمیایی و آتش سوزی را دربرداشته باشند. این سطح عملکرد کمتر از عملکرد مورد نظر آیین نامه طراحی ساختمانهای جدید در نظر گرفته شده است.
 
ــ پایداری سازه ای Structural Stability
   این حالت خسارت فقط مربوط به قاب اصلی ساختمان یا سیستم باربر قائم می باشد و در این حالت، سیستم تنها در برابر بارهای قائم پایدار می باشد. هیچ حاشیه امنی دربرابر فرو ریزش دراثر وقوع پس لرزه ها وجود ندارد. احتمال تهدید جانی دراثر خطرات ریزش داخلی و خارجی ونماها و نازک کاری غیرسازه ای یا حتی در اثر آسیب دیدگی سازه ای وجود دارد. تجدید نظر در عملکرد عناصر غیر سازه ای به دلیل نیروها و تغییر مکانهای به وجود آمده در آنها لازم نیست وعملکرد آنها بسیار غیر قابل اعتماد می باشد.
 
1ـ6ـ حرکات زمین
  حرکات زمین لرزه در ترکیب با سطح عملکرد مورد نظر یک هدف عملکرد را شکل می دهد. یک حرکت زمین لرزه می تواند به یکی از دو صورت ذیل تعریف شود.
الف ـ تعیین یک سطح لرزش به همراه احتمال وقوع آن (روش احتمالاتی).
ب ـ تعریف حرکت زمین برحسب حداکثر لرزش مورد انتظار ازیک زلزله معین با بزرگای مشخص در یک گسل (چشمه لرزه ای) معین (روش تعیینی).
سطح حرکت زمین برحسب شاخص های مهندسی قابل استفاده در طراحی، بیان می شود. یک طیف پاسخ یا مجموعه ای از رکوردهای زلزله برای این منظور استفاده می شود. سطوح زمین لرزه های ATC40 به شرح ذیل می باشند.
  زمین لرزه ای است که احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن درمدت 50 سال ( عمر مفید سازه )، 50 درصد می باشد.
1ـ زمین لرزه حالت بهره برداری
2ـ زمین لرزه طراحی :  زمین لرزه ای است که احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن درمدت 50 سال، 10 درصد می باشد .
   3ـ زمین لرزه حداکثر :ME
   زمین لرزه ای است که احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن درمدت 50 سال، 5 درصد می باشد.
1. Service Earthquake 
2. Design Earthquake
 
 1ـ7ـ هدف پایه ایمنی
 هدف پایه ایمنی یک هدف عملکرد دومنظوره می باشد. طراحی بر پایه این هدف، در زمین لرزه طراحی (DE)، ایمنی جانی را تامین می کند و در زمین لرزه حداکثر (ME)، سطح عملکرد پایداری سازه ای باید تامین گردد.

 



درباره وبلاگ

دوستان خوش امدید

این وبلاگ جهت پیشبرد در صنعت مقاله های عمران و معماری میباشد

مدیر وبلاگ : مهندس محسن حسن ابادی
صفحات جانبی
نظرسنجی
نظر خود را در مورد مقالات بگویید







جستجو

آمار وبلاگ
کل بازدید :
بازدید امروز :
بازدید دیروز :
بازدید این ماه :
بازدید ماه قبل :
تعداد نویسندگان :
تعداد کل پست ها :
آخرین بازدید :
آخرین بروز رسانی :