زلزله های حوزه نزدیک و ضریب اصلاح طیف

مقدمه

در مقالات قبل گفتیم که ضریب بازتاب ساختمان بیانگر نحوه پاسخ ساختمان به حرکت زمین با توجه به نوع آن است. این ضریب از حاصل ضرب دو پارامتر  B₁ و N بدست می آید. پارامتر B₁ ضریب شکل طیف و N ضریب اصلاح طیف است.  مفاهیم و نحوه محاسبه ضریب شکل طیف را به طور کامل بررسی کردیم در این مقاله قصد داریم مفاهیم و روابط محاسبه پارامتر N  یا ضریب اصلاح طیف را بیان کنیم.

آثار حوزه نزدیک

شاید تا دو دهه پیش بحث مربوط به فاصله کانون زلزله تا سایت مخاطب چندانی نداشت و تنها به صورتی کلی و در موارد خاصی چون روابط کاهندگی بدان پرداخته می شد. علت این امر عدم وجود موردی خلاف فرضیه های متعارف و نیز در دسترس نبودن هیچ گونه اطلاعات مستند مانند رکوردهای ثبت شده در این خصوص بود.

ولی پس از زلزله مخرب و قوی Northridge و Kobe توجه محققین به زلزله های نزدیک به منبع لرزه ای near field یا نزدیک گسل  near fault و خصوصیات منحصر به فرد آن ها جلب شد. در کشور ما نیز پس  از وقوع زلزله وحشتناک بم توجه بسیاری از  مهندسین محاسب به ویژگی های خاص این زمین لرزه معطوف گردید. ویژگی های منحصربه فرد این زمین لرزه از جمله وجود همزمان مولفه قائم و افقی به میزان زیاد، نزدیکی گسله، سطحی بودن کانون زلزله و جهت داری آن به دلیل راستا لغز بودن، مقوله ضوابط طراحی سازه ها را تا حد قابل ملاحظه ای مخدوش نموده ا ست. زیرا سازه هایی که در آن زمان  مطابق آیین نامه 2800  طراحی شده بودند، بارگذاری های مذکور  را به خود ندیده اند.

مطالعه اثر زلزله های نیرومند سالهای گذشته نشان دادند که نگاشت های نزدیک گسل دارای مدت زمان موثر کمتری نسبت به نگاشتهای دور از گسل هستند و در نگاشتهای سرعت نزدیک گسل ، یک یا چند پالس ضربه ای با دامنه بزرگ و دوره تناوب زیاد وجود دارد که باعث افزایش نیاز شکل پذیری سازه ها در زلزله های نزدیک گسل می شود.  همچنین افزایش نسبت پریود پالس حرکت زمین به پریود طبیعی سازه و همچنین افزایش نسبت شتاب زمین به مقاومت تسلیم سازه ، موجب افزایش پاسخ غیر خطی و خسارات وارده به سازه می شود و تمرکز تغییر در طبقات پایین ساختمان موجب اعمال اثر p-delta در طبقات پایین می شود .مطالعه مولفه قائم زلزله در حوزه نزدیک نشان می دهد که کوتاه بودن پریود ارتعاش قائم سازه ها، باعث آسیب پذیری آنها در برابر امواج فرکانس بالای مولفه قائم زلزله، می شود.

چنین زلزله هایی که در نزدیکی یک گسل فعال رخ می دهد . دارای نگاشت های پالسی با پریود پالس بلند و دارای یک یا چند اوج سرعت می باشند. این پالس توسط لغزش گسل ایجاد می شود و باعث می شود تا قسمت بزرگی از انرژی زلزله در یک یا دو پالس بطور ناگهانی به سازه وارد شود. درحوزه نزدیک به گسل مولفه افقی عمود بر گسل بیشترین اثر را در پاسخ سازه ها دارد و اثر این مولفه غالب بر مولفه افقی موازی با گسل و مولفه قائم به سطح زمین می باشد. اما اگر برای کارایی سازه مهم باشد، ارتعاش قائم به سطح زمین در نواحی نزدیک گسل نیز ممکن است مهم باشد. در این حالت مولفه قائم به سطح زمین نیز بایستی تخمین زده شود. 

ضریب اصلاح طیف

همان طور که توضیح داده شد مطالعات زلزله شناسی و تحلیل خطر زلزله نشان می دهند که دوری یا نزدیکی سازه به گسل ایجاد کننده زلزله تاثیر قابل ملاحظه ای بر روی ضریب بازتاب ساختمان هایی با زمان تناوب زیاد دارد که این موضوع به صورت کلی در شکل زیر نشان داده شده است:

در شکل فوق منظور از حوزه نزدیک، سازه های نزدیک به محل گسل ایجاد کننده زلزله که معمولا  فاصله کمتر از 15 کیلومتر، مد نظر قرار می گیرد و منظور از حوزه دور سازههای دور از محل گسل ایجاد کننده زلزله که معمولا فواصل بیشتر از 15 کیلومتر مد نظر قرار می گیرد.

ویرایش چهارم استاندارد 2800 با در نظر گرفتن ضریب اصلاح طیف (N)، اثر مربوط به زلزله حوزه نزدیک را شبیه سازی می کند. دقت شود از آنجا که این ضریب برای سازه های با زمان تناوب کمتر از T_S  (دو قسمت اول خطی و ثابت ضریب شکل طیف) برابر واحد در نظر گرفته می شود. عملا این ضریب تنها برای سازه های با زمان تناوب بزرگتر از T_S (قسمت سوم غیر خطی  ضریب شکل طیف)  لحاظ شده است.

در ویرایش سوم استاندارد 2800 رابطه زیر برای محاسبه ضریب باز تاب ساختمان  در نظر گرفته می شد.

که توان 2/3 موجود در رابطه مربوط به این ضریب اعمال کاملا تقریبی اثرات حوزه نزدیک بود که در ویرایش چهارم برای اعمال این اثر  از پارامتر N  یا ضریب اصلاح طیف استفاده شده است که به صورت زیر معرفی می شود:

منابع:

• آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش چهارم
• بررسی رفتار سازه ها تحت زلزله های حوزه نزدیک، دکتر محسن گرامی ، کنگره ملی مهندسی عمران 
• ارزیابی و مقایسه اثر زلزله های حوزه نزدیک و دور از گسل با طیف طرح استاندارد 2800، محمد تقی کاظمی، احمد نیکنام
• تفسیر استاندارد 2800، سری عمران
• دپارتمان سازه کارگشا، سامانه جامع صنعت ساختمان