تاثیر سختی سازه بر رفتار لرزه ای

افزایش سختی موجب کاهش زمان تناوب می شود و در نتیجه با توجه به شکل زیر سازه را اگر در ناحیه نرم باشد به سمت ناحیه تشدید برده و شتاب پاسخ را افزایش می دهد. بعکس اگر سازه در ناحیه تشدید باشد، آن را به سمت ناحیه سخت برده و شتاب پاسخ را کاهش می دهد. بنابراین افزایش سختی روی شتاب پاسخ تأثیری دوگانه دارد. از آنجا که نواحی سه گانه جایگاه ثابتی ندارند نمی توان با قطعیت بیان کرد که آیا سخت کردن یک سازه به افزایش نیروهای زلزله می انجامد یا به کاهش آن، به همین دلیل نقش طبقه نرم در یک سازه مدت ها مورد بحث و جدل بوده است. برخی معتقدند که وجود یک طبقه نرم موجب کاهش سختی و در نتیجه کاهش نیروهای زلزله می شود و گروهی دیگر طبقه نرم را موجب تمرکز انرژی در یک طبقه و در نتیجه انهدام آن طبقه می دانند.

در عمل درستی نظر گروه دوم ثابت شده است و اکنون نظریه اول کنار گذاشته شده است.گروه اول دو نکته را از نظر دور داشته اند: یکی اینکه با کاهش سختی معلوم نیست نیروهای زلزله کاهش یابد. اگر چه این مطلب با توجه به طیف آیین نامه درست به نظر می رسد، اما  در طیف آیین نامه ها به دلایلی نیروی زلزله در ناحیه سخت با ناحیه تشدید یکی گرفته شده است. 

دوم اینکه افزایش سختی که معمولاً به کمک بادبند یا دیوار برشی صورت میگیرد با افزایش مقاومت همراه است. حال حتی اگر بپذیریم که افزایش سختی موجب افزایش نیروی زلزله می شود سؤال این است آیا این افزایش نیرو از آن افزایش مقاومت بیشتر است یا کمتر؟ این سوال در بررسی تأثیر میانقابها بر سختی و مقاومت قابهای مرکب نیز مطرح است. راه حل این مشکل در این است که ملاک را در جابجایی سازه قرار دهیم نه در نیرو. اگر با افزایش سختی، جابجایی ها کاهش یابند، سازه در جهت افزایش پایداری حرکت کرده است و برعکس. بررسی این موضوع به کمک طیف پاسخ جابجایی قابل انجام است که متأسفانه درمقایسه با طیفهای شتاب وسرعت مهجور مانده است، چه طیف شتاب برای تخمین نیروهای زلزله و طیف سرعت برای برآورد انرژی زلزله مورد استفاده واقع می شود اما ظاهرا برای طیف جابجایی مصرفی یافت نمی شود. خوشبختانه برخلاف طیف شتاب، طیف جابجایی از قانونمندی بیشتری برخودار است، به عنوان نمونه طیفهای شکل زیر که برای هشت زلزله مخرب تهیه شده است علاوه بر اینکه به هم شبیه اند، نشان می دهند کاهش سختی همواره موجب افزایش جابجایی است تا انجا که جابجایی به حد خود رسیده  و ثابت می ماند.

از بحثهای فوق می توان نتیجه گرفت که تأثیر افزایش سختی روی نیروهای زلزله گاهی فزاینده و گاه کاهنده است اما روی جابجایی تقریباً همواره اثری کاهنده دارد. با استفاده از این اصلی میتوان نتیجه گرفت که در یک سازه، عناصر به ظاهر غیرسازه ای نظیر تیغه ها و میانقاب ها به طور نا خواسته سختی و مقاومت را می افزایند و موجب تغییر در نیرو های زلزله و جابه جایی های  مربوطه می شوند. تاثیر این عناصر بر نیروی زلزله نامشخص است اما جابجایی را تقریبا همیشه کاهش می دهند و از این رو تأثیر مثبتی بر پایداری سازه دارند. البته آثار ناخوشایندی نظیر سختی نامتقارن که موجب پیچشی و یا افزایشی لنگر واژگونی می شود، مطالبی هستند که باید جداگانه در نظر گرفته شوند. 

منابع:

مبانی و کاربررد مهندسی زلزله، دکتر حسن مقدم
استاندارد 2800
دپارتمان سازه کارگشا، سامانه جامع صنعت ساختمان