عمران فایل

کنترل زلزله سطح بهره برداری در ایتبس و مقایسه آن با زلزله طرح

چرا کنترل زلزله سطح بهره برداری در ایتبس مهم تر از کنترل زلزله سطح است؟ در واقع تفاوت زلزله طرح و زلزله بهره برداری چیست؟ منظور از دوره بازگشت زلزله چیست؟

در این مقاله جامع به تمامی سوالات پاسخ خواهیم داد و مرحله به مرحله کنترل زلزله سطح بهره برداری در ایتبس را آموزش خواهیم داد.

در این مقاله به سؤالات زیر پاسخ داده می­شود:

  1. سطوح خطر مورد بحث در زلزله چیست؟
  2. منظور از زلزله طرح و بهره‌برداری چیست؟ تفاوت این دو زلزله چه می­باشد؟
  3. کدام­یک از زلزله­های طرح یا بهره‌برداری برای طراحی سازه مورد استفاده قرار می­گیرد؟
  4. کنترل‌های زلزله بهره‌برداری برای سازه‌های بتنی و فولادی در نرم‌افزار ایتبس چگونه است؟

سطوح خطر زلزله

برای طراحی عملکردی یا بهسازی یک سازه، بخشی از فرضیات طراح بر اساس زلزله ­ای است که سازه در آینده ممکن است تحت تأثیر آن قرار گیرد. درنتیجه سازه باید طوری طراحی شود که تحت زلزله موردنظر مقاوم باشد. درواقع سطح خطر لرزه ­ای، زلزله ­ای است که سازه بر اساس نیروهای ناشی از آن طراحی می­شود.

سطح خطر به معنی درصد احتمال وقوع زلزله در یک بازه زمانی معین است که همان عمر مفید سازه می­باشد. سطح خطر های مختلف وجود دارد که پر­اهمیت‌ ترین آن­ها طبق بند ۱-۶-۱ نشریه ۳۶۱ در زیر آورده شده است:

  • سطح خطر۱ : این سطح خطر با احتمال رویداد %۱۰ در ۵۰ سال که معادل دوره بازگشت ۴۷۵ سال است تعیین می‌شود.
  • سطح خطر۲ : این سطح خطر با احتمال رویداد %۲ در ۵۰ سال که معادل دوره بازگشت ۲۴۷۵ سال است تعیین می‌شود.
  • سطح خطر انتخابی(زلزله به هر احتمال رویداد در ۵۰ سال): این سطح خطر برای موارد خاص و با ملاحظات ویژه، مناسب می‌باشد.

طبق نشریه ۳۶۰، برای در­نظر گرفتن سطح خطر موردنظر جهت محاسبه نیروهای داخلی و تغییرشکل‌های سازه، از یکی از روش‌های تحلیل استاتیکی خطی و غیرخطی و دینامیکی خطی و غیرخطی استفاده می‌شود. همچنین جهت انتخاب هدف بهسازی یک سازه بایستی سطح خطر آن مشخص باشد.

دوره بازگشت زلزله

به تناوب زمانی میانگین‌گیری شده وقوع زلزله‌ها در یک منطقه، در طول کل دوره زمانی ثبت زلزله‌ها، دوره بازگشت زلزله می‌گویند. برای مثال اگر طول دوره زمانی ثبت زلزله ۵۰ سال باشد و در این ۵۰ سال ۱۰ زلزله با بزرگی معین رخ داده باشد، دوره بازگشت ۵ سال می‌شود که از تقسیم طول دوره ثبت بر تعداد زلزله رخ‌داده در این بازه به دست می‌آید؛ یعنی هر ۵ سال ۱ زلزله در این منطقه با این بزرگی خاص رخ می‌دهد. البته لزوماً به این معنی نیست که حتماً در هر ۵ سال ۱ زلزله اتفاق بیفتد، ممکن است در ۵ سال اول زلزله ­ای رخ ندهد و یا در یکی از این ۵ سال‌ها دو بار زلزله رخ دهد یا مثلاً در طی ۱۰ سال ۳ بار زلزله رخ دهد. این عدد ۵ یک عدد میانگین‌گیری شده است و دوره بازگشت به معنی رخداد حتمی زلزله در یک دوره زمانی خاص نیست.

برای طراحی سازه در برابر زلزله بایستی ابتدا مقدار بارهای جانبی وارده محاسبه شوند. برای این کار بایستی سطوحی از زلزله را که سازه تحت نیروهای ناشی از آن طراحی می‌شود، در نظر گرفت.

تفاوت زلزله طرح و زلزله بهره برداری

  1. بند ۱-۲ آیین‌نامه ۲۸۰۰ تعاریف زیر را برای سطوح زلزله ارائه می­دهد:

۱-۱ زلزله طرح (سطح خطر ۱): زلزله­ ای است که احتمال فرا گذشت (رویداد) آن در ۵۰ سال ۱۰ درصد می‌باشد. که این احتمال معادل دوره بازگشت  ۴۷۵ سال است.

۱-۲ زلزله بهره‌برداری: زلزله­ ای است که احتمال فرا گذشت آن در ۵۰ سال ۹۹٫۵ درصد می‌باشد. که این احتمال معادل دوره بازگشت ۱۰ سال می‌باشد.

  1. مطابق تعریف این دو سطح زلزله، آیین‌نامه طول عمر مفید را ۵۰ سال در نظر گرفته است. بنابراین احتمال وقوع زلزله بهره‌ برداری در این طول عمر بسیار زیاد است و زلزله طرح به‌ مراتب احتمال وقوع کمتری دارد.
  2. طبق بند ۳-۱۱-۱ آیین‌نامه ۲۸۰۰، کلیه ساختمان ‌های با اهمیت خیلی ‌زیاد و زیاد و یا بلندتر از ۵۰ متر و بیشتر از ۱۵ طبقه باید برای زلزله بهره‌برداری کنترل شوند تا در برابر زلزله بهره‌برداری آسیب نبینند و قابلیت بهره‌برداری خود را حفظ بکنند. این در حالی است که زلزله طرح برای کلیه ساختمان‌ها باید در نظر گرفته شود.
  3. ترکیب بارها در سطح بهره‌برداری بدون ضریب تعریف می‌شوند.
  4. می‌توان در زلزله بهره‌برداری اثر p-Δ را در نظر نگرفت.

تفاوت زلزله طرح و بهره برداری

  1. سطح عملکردی سازه در زلزله بهره‌برداری بایستی سطح قابلیت استفاده بی‌وقفه باشد.
  2. به دلیل سطح عملکردی با قابلیت استفاده بی‌وقفه در زلزله بهره‌برداری، نباید در عملکرد سازه تحت این زلزله خلل و مشکلی پیش بیاید. درنتیجه بایستی تغییر شکل‌های سازه تحت این زلزله محدود باشد و مفصل پلاستیک در آن شکل نگیرد. بر این اساس، ضریب رفتار (Ru) برای زلزله بهره‌برداری ۱ در نظر گرفته می‌شود.
  3. طبق بند ۳-۱۱-۳ آیین‌نامه ۲۸۰۰، مشخصات حرکت زمین در زلزله سطح بهره‌برداری باید مشابه زلزله طرح در نظر گرفته شود. با این تفاوت که شتاب مبنای طرح (A) به ۱/۶ مقدار خود کاهش داده شود. از طرفی ضریب رفتار برای زلزله بهره‌برداری برابر ۱ است. پس در روش تحلیل استاتیکی معادل، مقدار برش پایه در سطح بهره‌برداری از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

فرمول زلزله طرح و بهره برداری

 

در رابطه فوق A شتاب مبنای طرح، B ضریب بازتاب ساختمان، I ضریب اهمیت ساختمان و W وزن لرزه‌ای است.

  1.  در سازه‌های بتن‌آرمه با‌ اهمیت زیاد و خیلی‌زیاد می‌بایست ضرایب ترک‌خوردگی به ­صورت زیر اصلاح شود:

ضریب ترک خوردگی

دیوار ترک خورده دیوار ترک نخورده ستون تیر
۰٫۳۵ ۰٫۷ ۰٫۷ ۰٫۳۵ زلزله طرح
۰٫۵ ۱ ۱ ۰٫۵ زلزله بهره برداری

 

  1. با توجه به اصلاحی که در ضریب ترک‌خوردگی سازه برای حالت بهره‌برداری اتفاق افتاد، متعاقباً دوره تناوب کاهش می‌یابد. با کاهش دوره تناوب، ضریب بازتاب و برش پایه افزایش می‌یابند.
  2. طبق بند ۳-۱۱-۲ آیین‌نامه ۲۸۰۰، در زلزله بهره‌برداری تغییر مکان نسبی بهره‌برداری که از تحلیل خطی سازه تحت اثر نیروی زلزله بهره‌برداری به دست می‌آید، نباید از ۰٫۰۰۵ ارتفاع آن طبقه بیشتر باشد.

Δ⊆۰٫۰۰۵h

h: ارتفاع طبقه

این محدودیت را در مواردی که نوع و نحوه به‌کارگیری مصالح و سیستم اتصال قطعات غیر سازه‌ای (مثل جداسازی سیستم راه‌پله)، به‌گونه‌ای باشد که این قطعات بتوانند در برابر تغییر مکان جانبی بیشتر، بدون خسارت عمده، برجا بمانند می‌توان تا ۰٫۰۰۸ ارتفاع طبقه افزایش داد.

برای زلزله طرح، طبق بند ۳-۵-۲ آیین‌نامه ۲۸۰۰، تغییر مکان جانبی نسبی غیرخطی یا تغییر مکان نسبی جانبی واقعی هر طبقه (Δm) نباید از مقدار مجاز  Δa تجاوز بکند.

ضوابط زلزله طرح

کنترل زلزله سطح بهره برداری در ایتبس

برای سازه ­های فولادی و بتنی در زلزله بهره ­برداری بایستی اثر p-Δ غیرفعال گردد. همچنین ضریب زلزله باید مطابق آنچه در بخش‌های قبل مقاله گفته شد محاسبه و اعمال شود. ضریب ترکیب بار­ها هم برای هردو سازه فولادی و بتنی به عدد ۱ تغییر پیدا می‌کند. علاوه بر این موارد برای سازه­ های بتن آرمه ضرایب ترک­ خوردگی نیز بایستی اصلاح شود.

مرحله اول: اعمال ضرایب ترک‌خوردگی بتن

ضرایب ترک‌خوردگی تیر و ستون بایستی طبق مسیر زیر اعمال شود.

کنترل زلزله سطح بهره برداری

شکل ۱: مسیر تغییر ضرایب ترک‌خوردگی

اعمال زلزله بهره برداری در ایتبس

شکل ۲: تغییر ضرایب ترک‌خوردگی تحت زلزله بهره‌برداری

مرحله دوم: غیرفعال کردن اثر p-Δ

در زلزله بهره‌برداری نیاز به در نظر گرفتن اثر p-Δ نیست. درنتیجه این گزینه طبق مسیر زیر در ایتبس غیرفعال می‌شود.

 

اثر پی دلتا در زلزله سطح بهره برداری

شکل ۳: مسیر غیرفعال کردن اثر چی دلتا

مراحل زلزله سطح و بهره برداری در ایتبس

شکل ۴: غیرفعال کردن اثر پی دلتا

مرحله سوم: اعمال ضریب زلزله جدید

بایستی شتاب مبنای طرح بر ۶ تقسیم شود و ضریب رفتار هم یک در نظر گرفته شود. درنتیجه ضریب زلزله به‌صورت زیر اعمال می‌گردد:

اعمال ضریب زلزله

 

برای مثال، ضریب زلزله بهره ­برداری را برای یک ساختمان مسکونی با ارتفاع ۱۷٫۲ متری واقع در شهر ساری به ‌صورت زیر محاسبه می‌­کنیم:

مطابق با بند ۲-۲ آیین‌نامه ۲۸۰۰، منطقه مورد نظر جزء پهنه با خطر نسبی زیاد می­باشد؛ بنابراین:

A=0.3

طبق بند ۳-۳-۳ آیین‌نامه ۲۸۰۰، برای ساختمان با سیستم قاب خمشی بتنی با فرض اینکه جداگرهای میانقابی مانعی برای حرکت قاب‌ها ایجاد ننمایند، داریم:

T = 0.05H0.9 = 0.05(17.2)0.9 = 0.647

مطابق با بند ۲-۳ آیین‌نامه ۲۸۰۰، مقدار B (ضریب بازتاب ساختمان) از روابط زیر به دست می‌آید:

زمین نوع ۳

محاسبه ضریب زلزله برای زلزله طرح

 

 

 

مطابق با بند ۳-۳-۴ آیین‌نامه ۲۸۰۰ مقدار I (ضریب اهمیت ساختمان) برابر است با:

I=1

ضریب زلزله:

 

مراحل کنترل زلزله سطح بهره برداری

 

مرحله چهارم: اصلاح ترکیب بارها برای زلزله بهره‌برداری

طبق بند ۶-۱۱-۱۵ مبحث ۶ مقررات ملی ساختمان، ضرایب ترکیب بار برای زلزله بهره­برداری مشابه ترکیب بار­های حاوی بار زلزله در طراحی به روش تنش مجاز خواهد بود، ولی با این تفاوت که ضرایب تمام بار­ها واحد درنظر گرفته می­شود. در ادامه ترکیب بار­هایی که بایستی برای زلزله بهره­برداری وارد شوند از بین ترکیب بار­های طراحی به روش تنش مجاز مشخص شده‌اند.

 

چهارمین مرحله کنترل زلزله سطح بهره برداری

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ترکیب بار‌های مشخص شده باید با ضریب واحد در نرم افزار ایتبس وارد شوند که در شکل ۵ به یک مورد اشاره شده است:

 

اصلاح ترکیب بارهای زلزله سطح بهره برداری

شکل ۵: اصلاح ترکیب بارها برای زلزله بهره‌برداری

معرفی انواع بار برای زلزله

 

 

 

 

 

 

 

 

مرحله پنجم: تغییرات آیین‌نامه در ایتبس

مطابق تصاویر زیر به‌جای ضرایب کاهش مقاومت اسمی، عدد یک را قرار می‌دهیم.

سازه‌ بتنی:

 

تغییرات آیین نامه در ایتبس

شکل ۶: مسیر تغییرات آیین نامه برای سازه بتنی

مراحل کنترل سطح بهره بردای

شکل۷: تغییرات آیین نامه برای سازه بتنی

 

سازه فولادی:

کنترل زلزله سطح بهره برداری در سازه فولادی

شکل ۸: مسیر تغییرات آیین‌نامه برای سازه فولادی

تغییرات آیین نامه برای کنترل زلزله سطح بهره برداری در ایتبس

شکل ۹: تغییرات آیین‌نامه برای سازه فولادی

مرحله ششم: آنالیز و طراحی

در این مرحله سازه را تحلیل و طراحی می‌کنیم. مطابق بند ۳-۱۱-۱ آیین‌نامه ۲۸۰۰، تلاش‌های ایجادشده در اعضای سازه نباید از مقاومت اسمی تجاوز کنند.

نتیجه­ گیری

برای طراحی یک سازه بخشی از فرضیات طراح بر اساس زلزله ­ای است که سازه در آینده ممکن است تحت تأثیر آن قرار گیرد، درنتیجه سازه باید طوری طراحی شود که تحت زلزله موردنظر مقاوم باشد.

آیین‌نامه ۲۸۰۰ دو زلزله طرح و بهره­ برداری را جهت طراحی سازه در نظر می­گیرد به‌طوری‌که از زلزله طرح برای طراحی کلیه ساختمان‌ها و از زلزله بهره‌برداری برای سازه‌های با اهمیت زیاد و بسیار زیاد استفاده می­شود. به این دلیل برای سازه ­های با اهمیت زیاد و بسیار زیاد از زلزله بهره ­برداری استفاده می­شود تا در عملکرد این سازه ­ها خللی به وجود نیاید و قابلیت بهره ­برداری ­آن­­ها حفظ شود.

در طراحی با استفاده از زلزله سطح بهره‌برداری بایستی یک­سری تغییرات در ضرایب ترک‌خوردگی برای سازه‌های بتنی ایجاد کرد. در واقع در زلزله بهره­ برداری، هدف ایجاد شرایط واقعی در رفتار سازه، بدون افزایش ضرایب بارهای وارده و کاهش مقاومت اعضا می­باشد.

منابع

  1. آیین‌نامه طراحی ساختمان­‌ها در برابر زلزله، استاندارد ۲۸۰۰، ویرایش ۴
  2. تفسیر دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود (ویرایش اول) نشریه شماره ۳۶۱
  3. مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، ویرایش سال ۱۳۹۲٫
  4. دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود نشریه شماره ۳۶۰ (تجدیدنظر اول)
گروه مهندسی عمران فایل

نوشته‌های مرتبط

قوانین ارسال دیدگاه

  • دیدگاه های فینگلیش تایید نخواهند شد.
  • دیدگاه های نامرتبط به مطلب تایید نخواهد شد.
  • از درج دیدگاه های تکراری پرهیز نمایید.
دیدگاه‌ها

*
*

0