فلسفه ضریب رفتار در سازه ها در محاسبه نیروی زلزله

فلسفه ضریب رفتار در سازه ها در محاسبه نیروی زلزله

همانطور که اطلاع دارید نیروی زلزله ای که به سازه وارد می شود، به صورت درصدی از وزن سازه می باشد.                                                                                         Vu = CW

در مورد ضریب زلزله نیز همانطور که می دانید برابر است با فرمول زیر :

C = ABI / R

 فرض کنید ضریب بازتاب (B) را برای یک سازه بسته به ارتفاع سازه و سیستم باربر جانبی و خاک آن برابر ۳ به دست آوردیم. که این بدان معنی است که شتاب زلزله به سنگ بستری که سازه روی آن قرار دارد حدود ۰٫۳g می باشد. ضریب (B) ارتباط مستقیمی با شتاب زلزله ای که به سنگ بستر وارد خواهد شد، دارد.

همانطور که اطلاع دارید برای نقاط مختلف کشور، چندین ناحیه لرزه خیزی توسط آیین نامه معرفی شده است که پارامتری به نام شتاب مبنای طرح (A) نام دارد. این شتاب طرح بر مبنای خطر پذیری زلزله قرار دارد.

در مورد ضریب اهمیت (I) نیز، در واقع اهمیت ساختمان های مختلف مانند ساختمان های مسکونی، بیمارستان ها و سالن های ورزشی و … یکی نخواهد بود و قاعدتا بیمارستان در هنگام وقوع زلزله اهمیت بیشتری نسبت به یک ساختمان با کاربری های دیگر مثلا ساختمان مسکونی دارد.

اگر فرضا یک ساختمان مسکونی در تهران را در نظر بگیریم، برای این ساختمان مقدار A برابر است با ۰٫۳۵ ، مقدار B برابر با عددی نزدیک به ۳ و نیز مقدار I برابر ۱ باشد، مقدار حاصلضرب ABI حدود عدد ۱ خواهد شد و ضریب زلزله C برابر این مقدار به دست آمده خواهد بود که طبق رابطه Vu = CW نیروی برشی وارد بر سازه برابر است با وزن لرزه ای سازه که نیروی بسیار زیادی است و باعث می شود مقاطعی که برای سازه به دست می آید، مقاطع بزرگی باشد.

اما اگر پارامتر R را هم در محاسبات دخیل کنیم، و همچنین فرض کنیم که این R برای سیستم باربر جانبی برابر ۶ باشد، نیروی زلزله وارد بر سازه ۱/۶ خواهد شد.

یعنی این نیروی زلزله افت شدیدی داشته و حدود ۱۶-۱۷ درصد نیروی زلزله قبلی خواهد شد. همانطور که مشاهده کردید ۵/۶ نیروی زلزله در این حالت زیر سوال می رود. اما آیا ما از این مقدار صرفنظر می کنیم؟

قطعا اینطور نیست و اگر ما از پارامتر R صرفنظر کنیم و نیروی برشی پایه ای که به سازه وارد می شود را برابر وزن لرزه ای سازه در نظر بگیریم باعث بزرگ شدن مقاطع می شود. با طراحی این مقاطع بزرگ، اگر نیروی زلزله به سازه اعمال شود، در همان محدوده خطی عمل خواهد کرد و هیچ گاه مصالح وارد محدوده غیر خطی نمی شوند. پس نمی توان از ظرفیت محدوده غیر خطی استفاده کرد.

این مقداری که با احتساب ضریب R (6 در نظر گرفته شد) به دست آمد، در واقع ۱/۶ مربوط به محدوده خطی مصالح و ۵/۶ آن به محدوده غیرخطی مصالح واگذار گردیده است. هرچه ضریب رفتار R مقدار بیشتری داشته باشد طبق فرمول C = ABI / R باعث خواهد شد که قسمت بیشتر طاقت مصالح را روی دوش رفتار غیر خطی مصالح بیندازیم و این موجب کاهش نیروی زلزله خواهد شد.

R به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله نامعینی سازه، شکل پذیری و …

در مورد نامعینی سازه می توان گفت که هرچه این نامعینی بیشتر شود، ضریب R هم بیشتر خواهد شد.

در مورد شکل پذیری، ابتدا تعریفی از شکل پذیری کرنشی ذکر می شود که با توجه به نمودار کرنش _تنش فولاد به صورت کرنش حد نهایی  فولاد به کرنش الاستیک فولاد تعریف خواهد شد. هرچه قسمت غیر خطی بیشتر باشد، کرنش نهایی بیشتر شده و شکل پذیری نیز بیشتر می گرددو در نتیجه پارامتر R هم افزایش می یابد.

بنابراین ضریب R به ضریب اضافه مقاومت هم بستگی دارد. ضریب اضافه مقاومت هم خود، به پارامترهای دیگری بستگی دارد.

مثلا در صورتی که فولادی که در طراحی مورد استفاده قرار می دهیم فولاد با Fy برابر با ۲۴۰۰ باشد، در عمل مقاومت آن از ۲۴۰۰ بیشتر خواهد بود که باعث افزایش مقاومت آن خواهد شد. علاوه بر این اجزای غیر سازه ای که در سازه وجود دارند مثل دیوارها، مقاومت کلی سازه را بالاتر می برند و چندین پارامتر دیگر هم وجود دارد که در ضریب اضافه مقاومت تاثیر دارد که با افزایش ضریب اضافه مقاومت، ضریب رفتار بیشتر می شود.

بیشتر بدانیم:

1. فرم ها و چک لیست هاي ضروري براي مهندسین ناظر ،طراح و مجری
2. محاسبات سرانگشتی ویژه مهندسین عمران
3. مشاوره مهندس ناظر