موضوع مقاله : زلزله قائم

زلزله

به‌طورکلی و بر اساس علم زمین‌شناسی، کره زمین از سه قسمت داخلی، میانی و خارجی تشکیل‌ شده است که اصطلاحاً به آن‌ها هسته، جبه و پوسته گفته می‌شود. نظریه‌های ارائه‌شده در این علم نشان می‌دهد که سطح پوسته زمین شامل صفحات بزرگی از جنس سنگ است که روی مواد مذاب جبه زمین (لایه میانی) شناور هستند و این صفحات می‌توانند نسبت به یکدیگر حرکت کنند. بر اساس این موضوع که به آن نظريه تکتونیک یا زمین‌ساخت صفحه‌ای گفته می‌شود، بین صفحات پوسته زمین تنش‌هایی وجود دارد که اگر مقدار این تنش‌ها زیاد شود، ممکن است لغزش ناگهانی بین صفحات ایجادشده و انرژی عظیمی در این فرایند آزاد شود. آزاد شدن این انرژی در زمین که به شکل انتشار امواج مختلفی رخ می‌دهد، اصطلاحاً با عنوان زمین‌لرزه یا زلزله شناخته می‌شود.

گسل

در علم لرزه‌شناسی، مفهوم زلزله همواره در کنار واژه گسل مطرح می‌شود. گسل ناپیوستگی در پوسته جامد زمین است که این ناپیوستگی عمدتاً در مرز صفحات تکتونیکی دیده می‌شود، از طرفی در داخل صفحات تکتونیکی نیز ناپیوستگی‌هایی وجود دارد که آن‌ها را هم می‌توان به‌عنوان گسل در نظر گرفت. گسل‌ها بر اساس نحوه حرکت پوسته زمین به دودسته امتدادلغز و شیب‌لغز تقسیم می‌شوند.
رکوردهای ثبت‌شده در نواحی نزدیک گسل نشان‌دهنده‌ی مؤلفه‌ی قائم شدید حرکت زمین هستند. زلزله‌های حوزه‌ی نزدیک به علت اثر مخرب مؤلفه قائم زلزله از زلزله‌های حوزه‌ی دور متمایز می‌شوند. اهمیت این موضوع در بررسی لرزه‌ای قاب‌های بزرگ دهانه دوچندان می‌شود. استفاده از قاب‌های بزرگ دهانه علاوه بر این‌که ایجاد فضاهای باز در سازه‌ها را امکان‌پذیر می‌کند، می‌تواند در خلق سازه‌هایی با طرح‌های معماری زیباتر نیز بسیار مؤثر باشد؛ اما این قاب‌ها در مقابل اثر مؤلفه قائم زلزله بسیار آسیب‌پذیرند.

اثر زلزله قائم بر سازه


اثرات زلزله‌ها در طبیعت به دو صورت افقی و عمودی به سازه‌ها وارد می‌شود که خوشبختانه احتمال وقوع زلزله در جهت افقی بیش از جهت عمودی است. حرکت زمین در راستای قائم هم مانند حرکت افقی آن می‌تواند باعث به وجود آوردن نیرو و جا‌‌به‌جایی در اعضا و المان‌های مختلف سازه‌ای شوند. در سال‌های نه‌چندان دور در طراحی و محاسبات سازه‌ها از اثر قائم زلزله صرف‌نظر می‌شد، اما گذشت زمان و بررسی‌های انجام‌شده بر روی خرابی ساختمان‌ها پس از زلزله‌های بزرگی مثل کوبه ژاپن در سال 1995 و زلزله سال 1994 نورتریج در کالیفرنیا نشان داده است که در برخی مواقع مؤلفه قائم زلزله شدت و بزرگی بیشتری نسبت به مؤلفه‌های افقی دارد. گزارش زلزله کوبه ژاپن نشان داد که اکثر خسارات زلزله در اثر مخلفه قائم بوده است چراکه برخلاف انتظار، مخلفه قائم در حدود 1.5 برابر مخلفه افقی آن بوده است که این امر پدیده‌ای بسیار نادر در زلزله هست. همچنین در بعضی از زلزله‌ها اثر مخلفه نیروی قائم بیش از جهت افقی است مانند زلزله بم که بزرگی مخرب آن دیده‌شده است، بزرگی این زلزله در جهت افقی حدود 6 ریشتر بوده که جزء زلزله‌ای متوسط جهان بشمار می‌آید، اما مخلفه قائم آن بسیار قوی و بزرگی آن بیش از 8ریشتر هست. خرابی ساختمان‌ها در بم به‌غیراز مسائل اجرایی و فنی، افزایش نیروی زلزله بیش از نیروی محاسباتی در استاندارد 2800 است.
بررسی و تحقیقات روی زمین‌لرزه‌های مختلف نشان داده است که بزرگی مؤلفه قائم نیروی زلزله، معمولاً بسیار کمتر از مخلفه افقی آن هست به همین دلیل در طراحی‌های متداول فقط تأثیر مخلفه افقی نیروی زلزله منظور می‌گردد. بر اساس ویرایش چهارم استاندارد ۲۸۰۰، در برخی از موارد نیروی قائم زلزله که نشان‌دهنده تأثير مؤلفه قائم شتاب زلزله بر سازه است باید لحاظ شود.
بند 3-3-9 در آیین‌نامه 2800، نیروی قائم ناشی از زلزله را شرح می‌دهد.

آیا زلزله قائم باید همیشه لحاظ شود؟؟

 بند ۹ - ۳ - ۳ آیین نامه:

۹ - ۳ - ۳ نیروی قائم ناشی از زلزله
 ۹ - ۳ - ۳- ۱ - نیروی قائم ناشی از زلزله که اثر مؤلفه قائم شتاب زلزله در ساختمان است، در موارد زیر باید در محاسبات منظور شود:

الف - کل سازه ساختمان هایی که در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد واقع شده اند.

ب - تیرهایی که دهانه آنها بیشتر از پانزده متر می باشد، همراه با ستون ها و دیوارهای تکیه گاهی آنها

پ - تیرهایی که بار قائم متمرکز قابل توجهی در مقایسه با سایر بارهای منتقل شده به تیر را تحمل می کنند، همراه با ستونها و دیوارهای تکیه گاهی آنها. درصورتی که بار متمرکز حداقل برابر با نصف مجموع بار وارده به تیر باشد، آن بار قابل توجه تلقی می شود.

ت- بالکن ها و پیش آمدگی هایی که به صورت طره ساخته میشوند.

مواردی که باید نیروی زلزله قائم در نظر گرفته شود:

  •  سازه در کدام سطح خطر نسبی قرار دارد؟

     مطابق با بند 3-3-9-1 قسمت (الف) آیین‌نامه 2800 درصورتی‌که سازه در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد باشد باید زلزله قائم به‌کل سازه اعمال ‌شود.

  • طول دهانه تیرها چقدر است؟

    مطابق با بند 3-3-9-1 قسمت (ب) آیین‌نامه 2800 اگر در سازه تیرهایی که دهانه آن‌ها بیشتر از 15 متر است، وجود داشته باشد باید نیروی زلزله باید به آن تیر همراه با ستون‌ها و دیوار‌های تکیه‌گاهی آن اعمال شود.

  •  میزان بار قائم متمرکز تیرها چقدر است؟

    اگر در سازه تیرهایی وجود داشته باشد که بار قائم متمرکز قابل‌توجهی در مقایسه با سایر بارهای منتقل‌شده به تیر را تحمل می‌کند، مطابق با بند 3-3-9-1 قسمت (ج) آیین‌نامه 2800 باید نیروی زلزله باید به آن تیر همراه با ستون‌ها و دیوار‌های تکیه‌گاهی آن اعمال شود.

  •  بار متمرکز قابل‌توجه چیست؟

  •  یعنی بار متمرکز حداقل نصف مجموع بار وارده به تیر باشد.

  •  آیا در سازه تیر طره وجود دارد؟

  •  اعضای طره‌ای به‌شدت تحت تأثیر زلزله قائم قرار می‌گیرند و ممکن است در اثر زلزله قائم آسیب ببینند؛ بنابراین مطابق با بند 3-3-9-1 قسمت (د) آیین‌نامه 2800 باید نیروی قائم زلزله به بالکن‌ها و پیش‌آمدگی‌هایی که به‌صورت طره ساخته می‌شوند اعمال گردد.

نکات تیر طره:

تأثیر نیروی قائم زلزله بر یک تیر طره باید در هر دو جهت رو به بالا و رو به پایین در نظر گرفته شود.
هنگامی‌که تأثیر نیروی قائم زلزله برای طره را رو به بالا در نظر می‌گیریم، اثر کاهنده باره‌ای ثقلی نباید هم‌زمان با بار قائم زلزله منظور شود.

محاسبه نیروی قائم ناشی از زلزله را چگونه محاسبه کنیم؟
طبق آیین‌نامه نیروی قائم ناشی از زلزله از رابطه زیر محاسبه می‌شود:

Fv=0.6AIWp

بند  ۹ - ۳ - ۳- ۲

مقدار نیروی قائم از رابطه (۳-۱۰) محاسبه می شود. در مورد بالکن ها و پیش آمدگی ها، این نیرو باید در هر دو جهت رو به بالا و رو به پایین و بدون منظور نمودن اثر کاهنده بارهای ثقلی در نظر گرفته شود.

(۱۰-۳)         Fv=0.6 AIWP

در این رابطه :

A و I مقادیری هستند که برای محاسبه نیروی برشی پایه منظور شده اند.

Wp: در مورد بند الف بالا بار مرده و در مورد سایر بندها بار مرده به اضافه كل سربار است.

نیروی قائم زلزله باید در هر دو جهت رو به بالا و روبه پایین، جداگانه به سازه اعمال شود. در نظر گرفتن نیروی قائم در جهت رو به بالا در طراحی پی ساختمان ضروری نیست.

نکته اساسی: در این رابطه برای تیر‌ها با بار متمرکز قابل‌توجه، تیر طره و تیر با دهانه بیشتر از 15 متر، مقدار Wp برابر کل بار مرده و زنده است اما در مورد سازه قرارگرفته در سطح خطر زیاد مقدار Wp برابر بار مرده است.

۳-۳-۹-۳ نیروهای قائم و افقی زلزله باید همزمان با بارهای مرده و زنده ترکیب شده و در طراحی اعضای سازه به کار رود. در این ترکیب ضوابط بند (۳-۱-۴) باید رعایت شود و سازه باید برای بیشینه اثر این ترکیبات طراحی گردد.

logo-samandehi
Image
Image
Image


آکادمی طراحی سازه مهندس توکلی

تهران، کارگر شمالی، بعد از تقاطع فاطمی، کوچه دیدگاه، پلاک ۳
تماس: ۸۸۹۵۱۲۷۹ - ۰۲۱
همراه: ۸۵ ۱۱ ۰۳۳ - ۰۹۱۲

پیوستن به ما

کلیه حقوق این سایت برای گروه طراحی سازه ۲۸۰۰ محفوظ میباشد .
۰۲۱-۸۸۹۵۱۲۷۹
 تهران، خیابان کارگرشمالی، بعد از چهارراه فاطمی، کوچه دیدگاه، پلاک ۳