بررسی ضریب زلزله

یکی از مهمترین پارامترهای مورد نیاز در طراحی، ضریب زلزله میباشد. در ادامه قصد داریم این مورد را موشکافانه بررسی کنیم.

ضریب زلزله چیست؟

طبق فرضیات استاندارد 2800 در روش تحلیل استاتیکی معادل، مقدار مجموع نیروهای جانبی زلزله که همان برش پایه میباشد، حاصل ضرب، ضریب زلزله در وزن ساختمان است.

تا به اینجا با جایگاه ضریب زلزله در آیین نامه بارگذاری جانبی (استاندارد 2800) آشنا شدیم و فهمیدیم این موضوع یکی از پایه های اصلی طراحی سازه به روش استاتیکی معادل است. برای اینکه ETABS بتواند بارهای جانبی را به سازه وارد کند، لازم است تا کاربر ضریب زلزله را به صورت صحیح تعریف کند پس از آن نرم افزار با ضرب وزن موثر لرزه‌ای در ضریب زلزله، برشی را به عنوان برش پایه به سازه وارد میکند.

طبق فرمول بالا، چهار پارامتر در ضریب زلزله دخیل هستند که در ادامه هر کدام را بررسی میکنیم.

ضریب شتاب مبنای طرح (A)

این ضریب مطابق جدول 2-1 استاندارد 2800 برای 4 منطقه لرزه خیزی دسته بندی شده است. اما سوال اینجاست که این ضریب دقیقا چیست؟ آیا شتاب سازه است؟ آیا شتاب گسل است؟ یا شتاب خاک زیر سازه است؟

ضریب شتاب مبنای طرح در واقع در مورد شتاب گسل صحبت میکند برای مثال وقتی میگوییم شتاب مبنای طرح تهران 0.35 است یعنی در تهران حداکثر شتاب محتمل 0.35 میباشد. این عدد نمیتواند شتاب خاک زیر سازه باشد چون در این صورت یعنی ما داریم تمام خاک ناحیه لرزه خیز خیلی زیاد را یکسان در نظر میگیریم که اینطور نیست و خاک هر منطقه خصوصیات مخصوص به خود را دارد. همچنین نمیتوانیم این شتاب را به سازه نسبت دهیم چون در این صورت ما سازه های هر منطقه را یکسان در نظر گرفته‌ایم که هیچ موقع این اتفاق نمی‌افتد چرا که مشخصات سازه‌ها از قبیل خاک سازه، ارتفاع سازه، نوع سیستم سازه ای و … با هم دیگر متفاوت است.

برای اینکه بدانید در کدام ناحیه لرزه خیزی قرار دارید باید از پیوست یک استاندارد 2800 استفاده کنید.

ضریب بازتاب ساختمان (B)

ضریب بازتاب ساختمان بیانگر نحوه پاسخ سازه به شتاب گسل میباشد. به زبان ساده‌تر ضریب بازتاب ساختمان، شتاب گسل را به شتاب سازه تبدیل میکند.ضریب بازتاب از 2 ضریب تشکیل شده است. ضریب اول ضریبی است که شتاب گسل را به شتاب زیر سازه تبدیل می کند و ضریب دوم، شتاب خاک زیر سازه را به شتاب سازه تبدیل می کند.

پارامترهایی که در فرمول های بالا مجهول هستند را از جدول 2-2 برداشت میکنیم.

ضریب اهمیت ساختمان (I)

پارامتر دیگری که در محاسبه ضریب زلزله دخالت دارد ضریب اهمیت سازه می باشد. اهمیت همه ساختمان ها برای ما یکسان نیست. به عنوان نیروی طراحی و همچنین فرضیات طراحی که برای یک بیمارستان داریم بسیار سخت گیرانه‌تر از فرضیاتی است که برای یک سازه مسکونی داریم. این مورد به صراحت در اولین بند استاندارد 2800 ذکر شده است.

همان طور که در این بند مطالعه کردید آیین نامه برای یک ساختمان مسکونی (اهمیت متوسط) بیان کرده که در اثر زلزله طرح، سازه نباید آسیب عمده سازه ای و غیر سازه ای ببیند. این به این معنی است که آسیب های جزئی از نظر 2800 برای ساختمان های مسکونی مانعی ندارد. همچنین در جمله آخر گفته شده که تلفات جانبی در آنها حداقل باشد.
اما در ساختمان های با اهمیت خیلی زیاد و سازه های بلند مرتبه، سازه اجازه ندارد که هیچ گونه آسیبی ببیند و باید حتما بتواند قابلیت بهره برداری خود را حفظ کند. به این دلیل ما این گونه سازه ها را علاوه بر زلزله طرح برای زلزله بهره برداری نیز طراحی می کنیم.
بنا بر دلایل گفته شده آیین نامه 2800 برای این که بین سازه های مختلف از نظر اهمیت تفاوت قائل شود ضریبی به نام ضریب اهمیت سازه معرفی کرده است. توضیحات هر گرو در بند 1-6 استاندارد 2800 درج شده است.

ضریب رفتار ساختمان (R)

به جرئت میتوان گفت که مهمترین و تاثیرگذارترین پارامتر در ضریب زلزله، ضریب رفتار است. این ضریب در مخرج کسر قرار دارد و با افزایش این مقدار، نیروی زلزله کاهش پیدا میکند، اما دلیل آن چیست؟ (مقاله ضریب رفتار)
اگر ما نخواهیم از ظرفیت شکل پذیری سازه استفاده کنیم، یعنی به سازه اجازه نداده ایم که وارد محدوده فرا ارتجاعی یا پلاستیک شود. این در حالی است که بخش قابل توجهی از ظرفیت سازه مربوط به فاز فرا ارتجاعی سازه است.
در این حال مجبوریم فقط از ظرفیت سازه در محدوده ارتجاعی استفاده کنیم. در این صورت ضریب زلزله C=ABI خواهد شد. این مقدار نیروی زلزله بسیار بزرگی است که سازه را بسیار غیر اقتصادی می کند.