طراحی لرزه ای و مهندسی زلزله چه اهدافی را دنبال می کنند؟

زلزله

زلزله پدیده ای زیان بار است که بیشتر در مرز های پوسته زمین با نام صفحات تکتونیک رخ می دهد. هنگامی که جنبش هایی در  این مناطق در طول گسل ها به وجود می آید، امواجی در سطح زمین پدید می آید که می تواند آثار بسیار مخربی داشته باشد.

پس لرزه

پس لرزه ها، لرزش های کوچکتری هستند که پس از تمامی زلزله های بزرگ رخ می دهند. در طول زمان یک هفته ای پس از زلزله اصلی، پس لرزه ها دارای اندازه ای بزرگتر و تعداد بیشتری هستند. پس لرزه ها می توانند باعث لرزش بیشتر سازه های آسیب دیده شوند که این مسئله منجر می شود تا خسارات ناشی از زلزله ها دو چندان شود. دیده شده که  تعدادی از زمین لرزه های متوسط (با اندازه +6 در مقیاس ریشتر) دارای پس لرزه‌هایی هستند که اندازه آن‌ها تا حد زیادی با زلزله اصلی مشابهت دارد. شدت و تعداد پس لرزه ها با گذشت زمان  کاهش می‌یابد. زلزله Loma Prieta دارای تعداد زیادی پس لرزه بود، که اندازه بزرگترین آن 5 و اندازه لرزش اصلی 7.1 ریشتر بود. 

نیر وهای اعمالی از زلزله به سازه

برخی از مخرب ترین اثراتی که توسط لرزش های ناشی از زمین لرزه به وجود می آید، بار های جانبی هستند که در سازه ها ایجاد می شوند. لرزش های ایجاد شده باعث می شوند تا شالوده ساختمان  به صورت رفت و برگشتی در یک صفحه تقریبا افقی نوسان کند. جرم ساختمان دارای اینرسی است و تمایل دارد که در محل خود باقی بماند، بنابراین نیروهای جانبی بر روی این جرم اعمال می شوند تا آن را همراه با شالوده حرکت دهند. برای نیل به اهداف طراحی،  این کنش دینامیکی با تعدادی نیروهای افقی که به نسبت مقدار  و ارتفاع، جرم قرار گرفته در بالای سطح زمین به سازه اعمال می شوند، شبیه سازی  و ساده سازی می گردد. در ساختمان های چند طبقه که دارای طبقاتی با وزن یکسان هستند، این اعمال بار به صورت گروهی از بار ها به تراز طبقه، به صورتی که هر یک بزرگتر از نیروی تراز پایین خود است به صورت توزیع مثلثی، ساده سازی می شود. 

سازه های مقاوم در برابر زلزله، به گونه ای طراحی می شوند تا توسط عملکرد غیر ارتجاعی در برابر این بار های جانبی مقاومت کنند. این نیروها اغلب به صورت درصدی از وزن ثقلی ساختمان بیان می شوند و در بازه ای بین چندین درصد تا نزدیک به 50 درصد وزن ثقلی ساختمان قرار می گیرند.

بار های قائم نیز توسط  جنبشهای ناشی از زلزله، در سازه به وجود می آیند، اما این نیرو ها به ندرت شدتی بیشتر از ظرفیت سیستم مقاوم در برابر این بارهای قائم دارند. اگرچه که بارهای قائم ناشی از زلزله بیشتر به سازههایی که دارای بار مرده بیشتری نسبت به بار زنده طراحی هستند، آسیب می زنند. این نیرو های عمودی همچنین منجر به افزایش احتمال فروریزش ساختمان در اثر افزایش یا کاهش نیروهای فشاری در ستون ها می شوند. افزایش فشار باعث به وجود آمدن اضافه بار در ستون ها و کاهش فشار باعث کاهش مقاومت خمشی ستون ها می شود. 

مهندسی زلزله

در مهندسی زلزله، با متغیر های تصادفی سر و کار داریم، بنابراین طراحی می بایست با روند متفاوتی از طراحی های متعارف انجام شود. روش متعارف، متغیرها را به صورت معین فرض می کند. این روش ساده، هنگامی می تواند به کار برده شود که تنها با عدم قطعیت های اندکی روبه رو باشیم. اما هنگامی که با طراحی لرزه ای سرو کار داریم، می بایست با احتمالات وعدم قطعیت های قابل توجهی رو به رو شویم، زیرا  که با فروریزش  سازه ، در اثر زلزله ای که ممکن است در آینده‌ای نزدیک رخ دهد، روبه رو باشیم.

اگر چه که با گذشت سال ها، تجربه و پژوهش عدم قطعیت ها و نگرانی ها را درارتباط با ویژگی های جنبش های ناشی از زمین لرزه و اثرات ناشی از آن را کاهش داده است. اما با این وجود، این احتمال وجود ندارد که نیازمندی تعامل مهندسین با متغیر های تصادفی را از بین ببرد. اثرات زلزله بر روی سازه کوچکترین اشتباهاتی را که در طراحی و یا اجرای سازه انجام شده ابشد را آشکار می سازد. به علاوه می بایست به ماهیت دینامیکی این اختلال و اهمیت اندرکنش خاک و سازه و ماهیت تصادفی زلزله نیز اشاره کرد.

این جنبه از مهندسی زلزله، این دانش را چالش بر انگیز و جذاب می کند و ارزش علمی آن را فراتر از اهداف ضروری آن می سازد. مهندسینی که با دانش مهندسی زلزله سرو کار دارند متوجه خواند شد برای مواجهه با چالش های آن و برای منظور کردن برخی  فاکتور های نامعین مربوط به آن، می بایست از قضاوت مهندسی استفاده کنند. طراحی لرزه ای به دنبال تعیین پاسخ حداکثر سازه تحت اثر جنبش های زمین که دارای اندازه و راستای متغیر هستند، می باشد. چالش اصلی طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله در پیش بینی زلزله های آینده، ویژگی های آن ها و مقدار انرژی را که به تراز پایه سازه اعمال می کنند و رفتار دینامیکی خود سازه، نهفته است.
 

تحلیل دینامیکی متفاوت از تحلیل استاتیکی بوده و به جای جواب واحد، نیازمند مجموعه ای از جواب ها در بازه های زمانی  به اندازه کل مدت زمین لرزه می باشد. دینامیک سازه ها دانشی است که برای تعیین پاسخ الاستیک ساختمان هایی است که به صورت ایده آل مدل سازی شده اند و تحت اثر جنبش زمین قرار می گیرند، به کار می رود. در مطاب آتی با استفاده از قاب برشی تک دهانه، تک طبقه به عنوان مدل تحلیلی مفاهیم پایه ای همچون تعادل دینامیکی، ضریب بار دینامیکی(DLF)، و ارتعاشات آزاد و اجباری را بررسی خواهیم کرد. 

منبع:

دپارتمان سازه سامانه کارگشا

احتراما سوالات و یا پیشنهاد همکاری خود را مطرح فرمایید.(مشاوره آنلاین دپارتمان سازه)