ضریب زلزله 2800

یکی از مهم ترین و کاربردی ترین مطالب استاندارد 2800 مبحث برش پایه، ضریب زلزله C و پارامتر های مرتبط به آن هست که متاسفانه برخی از مهندسین به سادگی از این مطالب عبور کرده و به مفاهیم آن بی توجه اند. در ادامه میبینیم که با کمی دقت در بند های آیین نامه چه مطالب مهمی دستگیرمان میشود.

در واقع نیروی زلزله وارد بر ساختمان یا بهتر بگوییم مجموع نیروهای جانبی زلزله که در استاندارد 2800 با نام نیروی برشی پایه Vu معرفی شده است حاصل ضرب، ضریب زلزله C و وزن ساختمان هست.
Vu= C×W

از توضیحات بالا میتوانیم این برداشت را داشته باشیم که نیروی برشی پایه Vu درصدی از وزن ساختمان است که استاندارد 2800 ، وزن ساختمان را به شکل زیر تفسیر میکند.

(پس همین جا متوجه دلیل اصرار مهندسین بر سبک سازی ساختمان میشویم W↑=Vu↑ )
حداقل مقداری که استاندارد 2800 برای برش پایه اعلام کرده است از رابطه ی رو برو بدست میاید:

ضریب زلزله C ، پارامترمهم بعدی در محاسبه ی نیروی برش پایه Vu است که در ادامه به نحوه ی محاسبه ی آن پردازیم.

(نکته ی قابل ذکر در محاسبه ی ضریب زلزله این است که میبایستی برای هر یک از امتداد های اصلی ساختمان با توجه به مشخصات سازه ای محاسبه شود.)

با توجه به مقدار حداقلی اعلام شده برای برش پایه یعنی Vu min=0.12AIW و رابطه ی Vu= C×W

میتوانیم این برداشت را داشته باشیم که مقدار حداقلی برای ضریب زلزله برابر است با: Cmin=0.12AI

در رابطه ی فوق A نسبت شتاب مبنای طرح به شتاب ثقل (g=9.81) در مناطق مختلف کشور، بر اساس میزان خطر لرزه ای آن ها است که استاندارد 2800 دو راه برای محاسبه ی آن در اختیار ما قرار داده است.

1_جدول 2-1 صفحه ی 14

2-نقشه پهنه بندی خطر نسبی زلزله در ایران

B:ضریب بازتاب ساختمان که بیانگر نحوه پاسخ ساختمان به حرکت زمین با توجه به نوع آن است.
B=B1×N
B1:ضریب شکل طیف:این ضریب با در نظر گرفتن بزرگنمایی خاک در پریود های مختلف و میزان لرزه خیزی منطقه مشخص می شود.این ضریب با استفاده از روابط زیر و یا از نمودار های (2-1-الف) و (2-1-ب) تعیین میگردد.

تعیین نوع خاک نیز از جدول 2-3 استاندارد 2800 به صورت کامل ارائه شده است :

(با توجه به تعاریف این جدول و نتایج آزمایشگاه خاک می توانید به راحتی نوع خاک را تشخیص دهید)

N ضریب اصلاح طیف به شرح زیر تعیین می گردد:

نکته ای که در رابطه با ضریب N (ضریب اصلاح طیف) وجود دارد این است که تا زمانی که دوره تناوب سازه (T) از Ts بزرگتر نباشد عملا تاثیری در مقدار B و در نهایت ضریب زلزله ندارد.

در روابط ارائه شده برای محاسبه ی ضرایب N و B1 میبینیم که ضریبی با نام T ارائه شده است که در ادامه میپردازیم به محاسبه ی این پارامتر یعنی دوره تناوب سازه (T).

T زمان تناوب اصلی نوسان : زمان تناوب را میتوان مدت زمان یک دور رفت وبرگشت سازه در هنگام زلزله نامید که ، استاندارد 2800 عنوان میکند در ساختمان ها متعارف میتوان زمان تناوب اصلی نوسان را از روابط تجربی محاسبه کرد.

استاندارد 2800 عنوان میکند که زمان تناوب اصلی سازه کمترین مقدار از بین دو مقدار زیر است:

1- 1.25 برابر زمان تناوب تجربی 2- زمان تناوب تحلیلی

(زمان تناوب تحلیلی : زمان تناوب بدست آمده از نرم افزار)
منظور از ساختمان های متعارف ، ساختمان هایی هستند که توزیع جرم و سختی در ارتفاع آن ها عمدتا به صورت متناسب تغییر کند.

و نیز در ساختمان های نامتعارف به صورت زیر محاسبه میشوند.

همان طور که از مطالب یاد شده دربالا پیداست برای محاسبه ی ضرایب B (ضریب بازتاب ساختمان) و N (ضریب اصلاح طیف ) ، استاندارد 2800 سوالاتی در رابطه با نوع زمین ، درجه بندی خطر نسبی زلزله و همچنین دوره تناوب سازه که خود وابسته به ارتفاع ساختمان ، سیستم باربر جانبی سازه، فولادی و یا بتنی بودن سازه و نحوه اجرای میانقاب ها می باشد ، دارد.

از این سوالات متوجه میشویم که پارامتر B کاملا مربوط به خصوصیات سازه ای و ویژگی های خاک محل احداث ساختمان شما میباشد ، در واقع میتوانیم این طور بگوییم که این پارامتر ( Bضریب بازتاب ساختمان) به پارامتر A که شتاب گسل منطقه است کمک می کند تا شتاب مربوط به سازه بدست آید چرا که معمولا در یک شهر تمام ساختمان ها دارای A (نسبت شتاب مبنای طرح) یکسان میباشند و این ضریب B است که شتاب مخصوص ساختمان مورد نظر شما با ویژگی های متفاوت است.

ضریب اهمیت سازه : استاندارد 2800 برای در نظر گرفتن کاربری و تفاوت قائل شدن بین سازه ها با کاربری های مختلف ، چهار گروه مختلف در نظر گرفته و در واقع با این ضریب (I) نگاه ویژه ای به برخی از سازه ها شده است که درادامه تشریح کامل این چهار گروه رو میبینید.

ضریب رفتار Ru:

میتوان گفت مهم ترین و اثرگذارترین پارامتر در محاسبه ی ضریب زلزله یک سازه ضریب رفتار است، ضریب رفتار معیاریست برای استفاده از ظرفیت پلاستیک اعضا و توان شکل پذیری سازه در برابر نیروهای جانبی زلزله.

در واقع ما می خواهیم از ظرفیت پلاستیک اعضا برای تحمل بار های جانبی استفاده کنیم که تاثیر زیادی در اقتصاد پروژه و بهینه شدن طرح ما دارد و استاندارد 2800 معیاری برای اعمال این کار به ما میدهد که آن را ضریب رفتار سازه مینامیم.اگر نگاهی دوباره به رابطه ی ضریب زلزله داشته باشیم، میبینیم که تمامی پارامتر های قبلی که توضیح داده شد یعنی حاصل ضرب ABI با اعمال ضریب رفتار به شکل قابل توجهی کاهش پیدا میکنند و این کاهش در واقع نقش استفاده از ظرفیت غیر ارتجاعی سازه است.

استاندارد 2800 جدول ذیل را برای انتخاب صحیح ضریب رفتار سازه مورد نظرمان ارائه کرده است.

اعداد ارائه شده در جدول فوق نشان میدهد سیستم های مختلف باربر جانبی دارای ضریب رفتار متفاوتی هستند برای مثال به سیستم قاب خمشی ویژه + دیوارهای برشی بتن آرمه ویژه توجه کنید که دارای ضریب رفتار 7.5 است:

یعنی ما میتوانیم حاصل ضرب ABI را 86.67 درصد کاهش دهیم!!! همان طور که میبنید شکل پذیری ،رفتار و نامعینی سازه نقش مهمی در اثر زلزله بر ساختمان دارند.
بسیاری از مهندسین برای محاسبه ی ضریب زلزله از نرم افزار ها و یا فایل های آماده اکسل استفاده میکنند که البته روش خوب و سریعی است ولی در ابتدا میبایستی مفهوم و فلسفه ی پارامتر های آن را بدانیم و بعد به دنبال راهی برای محاسبه ی سریع تر و بعضا کم خطا تر بگردیم .در مطالب ارائه شده سعی شد تا به طور کامل و کاربردی به مباحث و مفاهیم مربوط به برش پایه و ضریب زلزله بپردازیم، امیدواریم از مطالعه ی این مطالب لذت برده باشید.