دسته بندی

آخرین مطالب

روش استاتیکی معادل وتعیین ضریب زلزله

سلام دوست من

در این مقاله از آکادمی طراحی سازه تاوات به بررسی مبحث روش استاتیکی معادل و تعیین ضریب زلزله می پردازیم لطفا همراه ما باشید.

01

زلزله یک پدیده تصادفی است یعنی در هر زمان و مکانی احتمال وقوع زلزله وجود دارد.

بار زلزله در همه جهات به سازه نیرو وارد می کند به همین دلیل، سازهها باید به گونهاي طراحی شوند تا درهمه جهت ها، داراي سختی و مقاومت کافی در برابر نیروهاي ناشی از زلزله باشند . از آنجا که طراحی سازه درهمه جهت ها، کار دشوار و عملاً غیرممکنی است, آیین نامه ها به جاي طراحی در همه جهت ها ، سازه را در دو راستاي عمود برهم در برابر نیروي زلزله طراحی میکنند.

باتوجه به اینکه نیروي زلزله یک نیروي رفت و برگشتی است که در مدت زمان کوتاهی به سازه وارد میشود و در طول این زمان، مقدار و جهت آن تغییر میکند، بنابراین یک نیروي دینامیکی است. به همین دلیل بهترین روش براي تحلیل و طراحی در برابر زلزله استفاده از روش هاي تحلیل دینامیکی است، اما باتوجه به اینکه روشهاي تحلیل دینامیکی ممکن است در اکثر اوقات زمانبر بوده و دشواري هایی را به همراه داشته باشد بنابراین بسیاري از آیین نامه ها در تلاش براي جایگزینی این نیروي دینامیکی با یک نیروي ثابت و استاتیکی که به زمان وابسته نیست، هستند. این نیرو داراي شتاب است و طبق قانون دوم نیوتن، چنانچه به جسمی شتاب وارد شود درنتیجه متناسب با این شتاب در جسم نیروي اینرسی ایجاد می شود.

بنابراین با افزایش جرم (یا وزن) سازه، نیرویی که در اثر زلزله به سازه وارد میشود نیز افزایش می یابد

02

روش های تحلیل سازه

روش استاتیکی معادل از روش هاي پرکاربرد تخمین نیروي زلزله وارد بر سازههاست اما همانطور که در بالا نیز اشاره شد در این روش رفتار دینامیکی سازه مدل نمیشود.

کاربرد روش استاتیکی معادل

روش های تحلیل خطی

بنابراین استفاده از روش استاتیکی معادل داراي یک سري محدودیتها بوده که براي استفاده از آن در ابتدا باید یک سري کنترل ها را بر روي ساختمان انجام داد و در صورت عدم مشکل، به منظور برآورد نیروي زلزله از این روش در ساختمان استفاده کرد.

03

نیروی برشی پایه
کلیک کنید

04

بررسی پارامتر های موثر در ضریب زلزله
بررسی پارامتر های موثر در ضریب زلزله
A: شتاب مبنای طرح

در ایران گسل هاي فعال و نیمه فعال زیادي وجود دارد که در سر تا سر کشور پراکنده هستند، این پراکندگی باعث شده که ویرایش چهارم استاندارد 2800 پهنه کشور را از نظر لرزه خیزي به چهار منطقه با خطر نسبی “خیلی زیاد “، “زیاد”، “متوسط” و “کم” تقسیم میکند (این تقسیمبندي براي شهرهاي مختلف در پیوست 1 استاندارد 2800 ویرایش چهارم آورده شده است).

-نسبت شتاب مبنای طرح

نسبت شتاب مبناي طرح به شتاب ثقل در مناطق مختلف کشور، براساس میزان خطر لرزه خیزي آنها، به شرح جدول (1-2) تعیین میشود. مناطق چهارگانه عنوان شده در این جدول در پیوست (1) مشخص شده است.

به طور مثال زمانی که میگوییم براي پهنه با خطر پذیري متوسط 0.25=A یعنی شتاب درنظر گرفته شده براي زلزله در روند طراحی سازههاي موجود در این مناطق باید g 0.25 باشد.

اما این شتاب با توجه به این که یک منطقه خاكهاي متفاوتی دارد، نمیتواند شتاب خاك باشد، علاوه بر این نمی تواند شتاب ساختمان باشد زیرا شتاب تمام ساختمان هاي یک منطقه را یکسان درنظر می گیریم. در واقع این شتاب، شتاب گسل (سنگ بستر) است.

زمانی که شتاب نسبی یک منطقه 0.25g هست به این معناست که حداکثر شتاب محتمل در آن منطقه یا شهر 0.25g می باشد، که همان شتاب ماکزیمم موثر زلزله است که مقدار آن از بررسی آمار رکوردهاي زلزله بدست می آید.

05

B: ضریب بازتاب ساختمان

ضریب بازتاب سازه بیانگر پاسخ سازه به ارتعاش زمین است.در مهندسی زلزله شتاب ارتعاش سازه را بصورت ضریبی از شتاب سنگ بستر نشان میدهند که همان “ضریب بازتاب ساختمان” است. در واقع این ضریب، شتاب موجود در گسل (سنگ بستر) را به شتاب سازه تبدیل می کند.

انتقال امواج زلزله از سنگ بستر به سازه طی دو مرحله انجام میگیرد که شامل انتقال امواج زلزله از سنگ بستر به سطح زمین و انتقال امواج زلزله از سطح زمین به سازه میباشد، باتوجه به این موضوع، ویژگی هاي سازه (زمان تناوب سازه) و ویژگی هاي خاك زیر سازه در ضریب بازتاب سازه موثر هستند.

-ضریب بازتاب ساختمان

ضریب بازتاب ساختمان بیانگر نحوه پاسخ ساختمان به حرکت زمین با توجه به نوع آن است. این ضریب با استفاده از رابطه زیر تعیین میشود:

-ضریب اصلاح طیف

مطالعات زمینشناسی و تحقیقات پیرامون مهندسی زلزله نشان میدهد که نزدیکی و دوري محل احداث سازه از گسل ها مخصوصا در سازههاي با ارتفاع زیاد ، در زمان تناوب سازه تاثیر گذار بوده است، به طوريکه هر چه ساختمان بلندتر باشد و فاصله آن به گسل نزدیکتر باشد تخریب در آن بیشتر میشود به همین جهت استاندارد (2800 ویرایش چهارم) با در نظر گرفتن ضریب اصلاح طیف N درواقع اثر مربوط به نزدیکی به گسل ایجاد کننده زلزله را براي سازه در نظر می گیرد.

06

ضریب شکل طیف B1

ضریب شکل طیف B1، ، با در نظر گرفتن بزرگنمایی خاك در پریودهاي مختلف و میزان لرزه خیزي منطقه مشخص میشود این ضریب با استفاده از روابط زیر و یا از شکلهاي ( 1-2-الف) و (1-2-ب) تعیین می گردد.

در این روابط:
T:زمان تناوب اصلی نوسان ساختمان به ثانیه است. این زمان طبق بند (3-3-3)تعیین میشود.
S0,S,Ts,T0: پارامترهایی هستند که به نوع زمین و میزان خطر لرزه خیزي منطقه وابسته اند.
مقادیر این پارامترها در جدول (2-2 )و انواع زمینها در بند (4-2) مشخص شدهاند.

  • خاک نوع I:این نوع خاك عملا به صورت سنگ یا شبه سنگ میباشد.
  • سنگ هاي سست که به وفور در مناطق کوهپایه اي موجود است.
  • خاک نوع III:خاک های متراکم تا متوسط
  • خاک نوع IV:خاکی شبه باتلاقی که حتی در شهرهاي ساحلی نیز تیپ غالب خاك نیستند.

در عمل بیش از 95 درصد از پروژهها در مناطقی با تیپ خاك II و III قرار میگیرند، اگر گزارش مکانیک خاك وجود نداشت یا قابل اطمینان نبود میتوان در محاسبات خاك نوع III را براي محافظه کاري بیشتر انتخاب کرد که نیروي زلزله بزرگتري را نیز نتیجه میدهد (البته اگر شواهدي مبنی بر حضور خاك تیپ IV وجود نداشته باشد).

07

کلیک کنید.
کلیک کنید.

08

طبقه بندی نوع زمین
طبقه بندی نوع زمین
کلیک کنید.
کلیک کنید.
کلیک کنید.

09

زمان تناوب اصلی نوسانT
کلیک کنید.
کلیک کنید.

10

کلیک کنید.
  • H ارتفاع محاسباتی از تراز پایه است
  • در بام های شیب دار, H متوسط ارتفاع بام از تراز پایه است.
  • درصورتی که وزن لرزه اي خرپشته 25 درصد وزن لرزه اي بام باشد، باید خرپشته به عنوان بالاترین طبقه محسوب شود و درغیر این صورت طبقه بام را به عنوان بالاترین طبقه محاسباتی محسوب کرده و از ارتفاع خرپشته صرف نظر می کنیم.
کلیک کنید.

11

تراز پایه

طبق این بند تراز پایه به ترازي از ساختمان اطلاق می شود که در هنگام زلزله، از آن تراز به پایین حرکتی جانبی بین ساختمان و زمین وجود نداشته باشد. انتقال تراز پایه به تراز بالاتر سبب کاهش ارتفاع سازه از تراز پایه شده و ضریب زلزله سازهرا کاهش میدهد که در نهایت منجر به کاهش نیروي زلزله ي وارده به سازه می شود. تراز پایه براي طراحی ساختمان هاي مختلف بصورت زیر در نظر گرفته می شود:

1-براي ساختمانهاي بدون زیرزمین یا ساختمانهاي داراي زیرزمینی که دیوارهاي نگهبان آن به سازه متصل نباشند، تراز پایه باید در سطح بالاي شالوده در نظر گرفته شود.

2-براي ساختمانهاي داراي زیرزمینی که دیوارهاي نگهبان آن به سازه متصل باشند و فضاي بین خاکبرداري و دیوار نگهبان زیرزمین با خاك متراکم پر شده باشد ، تراز پایه میتوانند در نزدیکترین سقف زیرزمین به زمین طبیعی اطراف در نظر گرفته شود، منوط بر اینکه اولاً خاك طبیعی موجود در اطراف ساختمان متراکم باشد و ثانیا دیوارهاي نگهبان زیرزمین بتن آرمه بوده و آخرین سقف زیرزمین نیز داراي صلبیت کافی باشد.

12

جداگر های میانقابی

زمانی که دیوارهاي نماي ساختمان یا تیغه هاي جداکننده داخلی بین ستون ها و داخل قاب اجرا شوند، به آن ها جداگرهاي میانقابی میگویند.

همانطور که در روابط محاسبه زمان تناوب تجربی مشاهده کردید، وجود دیوارهاي میانقابی میتواند بر زمان تناوب و در نتیجه رفتار سازه تاثرگذار باشد.

1-زمانی که این دیوارهاي بین قابی به تیر و ستون چسبیده باشند مانع از حرکت آزاد قابها و در نتیجه باعث افزایش سختی ق ابها شده و چون زمان تناوب با سختی رابطه عکس دارد از این رو باید زمان تناوب سازه را کاهش داد، به همین دلیل ویرایش چهارم استاندارد 2800 براي درنظرگیري اثر میانقابها از ضریب کاهش 0.8) 20 درصد کاهش) براي زمان تناوب سازه هاي با قاب خمشی استفاده میکند. 

2-در ساختمانهاي با قاب خمشی توصیه میشود دیوارهاي میانقابی با فاصله از ستونها و قاب سازه اجرا شوند. در این صورت این دیوارها مانع حرکت قابها نشده و و در نتیجه نیازي به کاهش زمان تناوب سازه نمیباشد. فاصله بین دیوار و قاب را می توان با مصالح نرم همچون یونولیت پر کرد و یا با نبشی کشی متناسب (اجراي والپست یا وادار) این فاصله را ایجاد کرد.

13

ساختمان های غیر متعارف

ساختمانهاي غیر متعارف به ساختمانه ایی اطلاق میشود که مشمول تعریف بند (3-3-3-1 )نمیگردند، مانند گنبدها، برخی از ساختمانهاي مساجد، آمفی تئاترها، سالنهاي ورزشی و … .

کلیک کنید.
ضریب اهمیت ساختمان ها

یکی دیگر از عوامل موثر در ضریب زلزله، ضریب اهمیت ساختمان است. استاندارد 2800 با توجه به اینکه هر سازه نسبت به کاربري آن از اهمیت جداگانهاي برخوردار است، ساختمانها را از لحاظ اهمیت به چهار گروه تقسیم کرده است.

کلیک کنید.

هدف این آیین نامه تعیین حداقل ضوابط و مقررات براي طرح و اجراي ساختمانها در برابر اثرهاي ناشی از زلزله است، به طوري که با رعایت آن انتظار میرود:
1 -ساختمانهاي با “اهمیت متوسط” در برابر زلزله طرح، آسیب عمده سازهاي و غیرسازهاي نبینند و تلفات جانی در آنها حداقل باشد.
2 -ساختمانهاي با “اهمیت زیاد” در اثر زلزله طرح، آسیب عمده نبینند، به طوري که در زمان کوتاهی قابل مرمت باشند.
3 -ساختمانهاي با “اهمیت خیلی زیاد”، در اثر زلزله طرح، تغییر مقاومت و سختی در اجزاي سازهاي و غیرسازهاي نداشته باشند، به طوري که بهرهبرداري از آنها امکانپذیر باشد.
4 -کلیه ساختمانهاي بلندتر از 50 متر و یا بیشتر از 15 طبقه و نیز کلیه ساختمانهاي با اهمیت زیاد و خیلی زیاد در اثر زلزله بهرهبرداري آسیبی نبینند و قابلیت بهرهبرداري خود را حفظ نمایند.
بنابراین از نظر استاندارد 2800 ساختمانهایی که داراي ضریب اهمیت بالایی هستند (گروه1 ، (زلزله نباید هیچگونه آسیبی به سازه و افراد حاضر در آن ساختمان وارد کند، به همین دلیل این سازهها علاوه بر زلزله طرح براي زلزله بهره برداري نیز طراحی میشوند. درصورتی که سازههایی که داراي ضریب اهمیت متوسط مانند گروه 3 هستند، اگر زلزله آسیب جزیی سازهاي و غیرسازهاي بوجود آورد، مشکلی ندارد.

14

ضریب رفتار ساختمان

با در نظر گرفتن رفتار الاستیک براي سازه در مقابل نیروي زلزله، نیروي وارد بر سازه بسیار بزرگ شده که منجر به بزرگ شدن ابعاد مقاطع و غیراقتصادي شدن طرح میشود.
ضریب رفتار سازه این اجازه را به سازه می دهد که با در نظر گرفتن رفتار غیر ارتجاعی (غیر خطی) آن، نیروي ناشی از زلزله را کاهش داده و مانع از فرو ریزش سازه شود. درواقع این ضریب باعث میشود سازه در هنگام اثر رفت و برگشتی نیروي زلزله تغییر شکل لازم را داشته و باعث مستهلک شدن نیروي زلزله و کاهش آن شود.

ضریب رفتار ساختمان در برگیرنده خصوصیاتی مانند شکلپذیري، نامعینی و اضافه مقاومت موجود در سازه ساختمان است. این ضریب باتوجه به نوع سیستم باربر ساختمان و تمهیداتی که براي شکل پذیر کردن آن به کار برده شده است، با رعایت محدودیتهاي بندهاي (2-5-3-3)تا (7-5-3-3)،از جدول (3-4)تعیین می گردد. توجه شود که مقدار نیروي برشی در رابطه (2-3 (را در حد مقاومت به دست میدهد.

 
 -افزایش شکل پذیري سازه تاثیر زیادي در بالا بردن افزایش ضریب رفتار یک سازه دارد.

کلیک کنید.

15

کلیک کنید

14

کلیک کنید

دانلود فایل PDF مقاله

تلاش کردیم تا اطلاعات مفیدی در خصوص ضریب زلزله و روش تحلیل استاتیکی معادل خدمتتون آماده کنیم.لطفا نظراتتون رو راجع به این مقاله بفرمایین.

    Leave a Reply

    Your email address will not be published. Required fields are marked*

    بازدیدها: 0

    این دوره رو از دست نده!!

    زمان باقی مونده تا شروع جشنواره تخفیفی

    روز
    ساعت
    دقيقه
    ثانیه‌