بخشی از مقاله
- مقدمه
به علت خطرات ناشی از زلزله و حوادث جبران ناپذیری که همه ساله در جهان رخ می دهد، مهندسین ساختمان در پی آن برآمدند تا با طراحی ساختمان های بلند و مقاوم، ضمن ایجاد ساختمان هایی برای سکونت قشر بیشتری از جامعه، ایمنی سازه را در برابر بارهای لرزه ای افزایش داده و از خطرات ناشی از زلزله بکاهند. ساختمان های بتن مسلح که بخش اعظمی از سازه های موجود را به خود اختصاص داده است با دارا بودن یک المان مقاوم در برابر زلزله، از استقبال بیشتری نسبت به دیگر سازه ها روبه رو بوده اند. دیوار برشی بتن مسلح، المان مقاوم لرزه ای است که در ساختمان های بتنی، ضمن افزایش قابل توجه سختی، از تغییر مکان جانبی آن کاسته و اطمینان قلبی را به ساکنان القا می کند. اما این المان سازه ای در برخی موارد سازه ای و یا معماری، باید با بازشو ساخته شود. ایجاد بازشو در دیوار برشی باعث تمرکز شدید تنش در آن محل شده و از مقاومت دیوار برشی در برابر بارهای وارده می کاهد. خرابی های ایجاد شده در زلزله های گذشته، به خوبی نشان می دهد که محل ساخت ساختمان و نوع المان مقاوم لرزه ای آن، همچنین فاصله آن تا نزدیک ترین گسل عبوری از آن، نوع خاک، رکورد زلزله های رخ داده و خصوصیات محتوایی آن، باعث رفتارهای کاملا متفاوت در دو ساختمان یکسان در دو مکان متفاوت می شود.
امروزه مهندسین ساختمان، زلزله ها را به دو دسته اصلی زلزله های حوزه دور و زلزله های حوزه نزدیک تقسیم می کنند.
اولین بار، بنیوف [۱] با بهره گیری از زلزله کالیفرنیا در سال ۱۹۵۵، به این نتیجه رسید که انتشار امواج زلزله، در دو سر گسل منبع انتشار موج، رفتاری متفاوت از خود بروز داده است. او اثبات کرد که امواج با شدت زیاد و فرکانس بالا در جهت انتشار و شدت کم و فرکانس پایین در خلاف جهت انتشار پیشروی کرده اند. پس از آن، مهندسان با مشاهده زلزله های نوتریج، کوبه، تایوان و بم به این نتیجه رسیدند که رفتار ساختمان ها تحت این زلزله ها با زلزله های دیگر متفاوت است. محققین دریافتند که قدرت تخریبی این زلزله ها با توجه به محتوای فرکانسی آن ها، بسیار بالا می باشد. آن ها مشاهده کردند که رفتار ساختمان های تحت این زلزله ها، دارای تعداد محدودی دفعات جابجایی جانبی بوده اما تغییر مکان جانبی زیادی را تجربه می کنند. مهندسین این مدل از زلزه ها را زلزله های حوزه نزدیک نامیدند و محدوده انتشار آن را بین ۰ تا ۶۰ کیلومتر از گسل فعال آن منطقه تعیین کردند. برترو ومهین [۲] با بررسی دقیق رکوردهای زلزله سن فرناندو و آثار تخریبی روی داده در ساختمان اولیو ویو، خرابی های رخ داده آن را مربوط به یک حرکت شدید لرزه ای با سیکل جابجایی کم و دامنه زیاد دانسته و زلزله های نزدیک گسل را به شکل پیشرفته امروزی مطرح کردند. در تحقیق دیگری، برترو و اندرسون [۳] رفتار سازه های تحت زلزله های حوزه نزدیک را به نسبت زمان تناوب سازه و رکورد آن وابسته دانسته اند. در بررسی های انجام شده در تاثیر بازشو در دیوار برشی نیز محققین بسیاری به انجام مطالعه مشغول بوده اند. خوان و همکاران [۴]، در مقاله ای اثرات بازشو را در دیوارهای بتنی بررسی کرده و راهکارهایی را برای کاهش ترک خوردگی در گوشه های بازشو ارائه کرده اند. در یک کار آزمایشگاهی نیز، هالینان با ایجاد بازشو ۲۵ سانتی متری در یک دیوار برشی مربعی به ابعاد ۱۲۰ سانتی متر، دیوار را تحت یک بارگذاری جانبی قرار داده و با تغییر در ابعاد بازشو و تعداد آن، اثرات منفی ایجاد شده در آن را تشریح کرده است .
ایجاد قطعه های مثلثی در گوشه های بازشو برای کاهش اثرات منفی آن، راهکار دیگری بوده است که توسط چنگ [۶]، ارائه شده است. این کار در آزمایشگاه و برای اتصالات تیر به ستون، همچنین گوشه های بازشو انجام شده است و ایجاد پخ، برای افزایش مقاومت توصیه شده است. خاتمی و زهرایی [۷] به جهت بررسی اثرات برش منفی در دیوارهای برشی و چگونگی رفع آن، از بازشو استفاده کرده و با ارائخه یک راهکار جدید و با استفاده از سیکل گسترش بازشو، نسبت به رفع برش منفی اقدام کردند. در این راستا و برای بررسی تاثیر دیوارهای برشی دارای بازشو در ساختمان های احداث شده نزدیک گسلی، ساختمان های بتن مسلح در ارتفاعات متفاوت و بازشو های مربعی و مستطیلی، تحت سه زلزله حوزه نزدیک مورد بررسی قرار گرفته است.
۲- زلزله های حوزه نزدیک
زلزله های حوزه نزدیک به آن دسته از زمین لرزه هایی اطلاق می شود که در منطقه ای به شعاع ۶۰ کیلومتر ، حول گسل آن ناحیه روی داده و تغییر مکان های ماندگاری را نسبت به قبل از وقوع زلزله در جهت گیری های پیش رونده و پس رونده امتداد گسل ایجاد می کند. به دلیل نزدیکی محل تا گسل، رکوردهای سرعت و جابجایی نسبت به رکورد شتاب از پریودهای بالاتری برخوردار هستند که این عامل باعث ایجاد ضربه در سازه تحت زلزله حوزه نزدیک می گردد. این ضربه به این دلیل رخ می دهد که چون سرعت انتشار شکست تقریبا با سرعت موج برشی یکسان است، دو موج در یک محدوده زمانی بسیار کم به سازه رسیده و سازه را با دو موج مجزا در یک زمان روبه رو می کند. زلزله های تایوان ۱۹۸۶، لندرز ۱۹۹۲، نورثریج ۱۹۹۴، کوبه ۱۹۹۵ و زلزله دلخراشی بم در سال ۲۰۰۳ از نمونه های زلزله های حوزه نزدیک رخ داده در ۲۵ سال اخیر می باشد.
3 - مدل مورد تحلیل
سه ساختمان بتن مسلح در ۵، ۸ و ۱۲ طبقه، با سیستم مقاوم لرزه ای قاب خمشی و دیوار برشی بتن مسلح متوسط مورد نظر است. این ساختمان ها در هر جهت X دارای ۵ دهانه ۴ متری و در راستای Y دارای ۵ دهانه ۵ متری می باشد. ارتفاع هر یک از طبقات آن ۳ متر و کاربری آن مسکونی در نظر گرفته شده است. بارهای ثقلی وارد بر ساختمان در دو نوع مرده با ۶۰۰ کیلوگرم بر متر مربع و زنده به میزان ۲۰۰ کیلوگرم بر هر مترمربع سقف وارد شده است. سقف ساختمان نیز از تیرچه و بلوک می باشد. مقاومت فشاری بتن c=۲۵۰kg/cm و مقاومت تسلیم فولاد نیز ۴۰۰۰ کیلوگرم بر سانتی مترمربع تعیین شده است. پیکربندی دیوارهای برشی نیز در دو دهانه میانی راستای X و لا می باشد (شکل ۲). مشخصات طبقه ابتدایی اعضای ساختمان های مدل در جدول ا ارائه شده است.
به جهت بررسی تاثیرات زلزله های حوزه نزدیک بر روی ساختمان های بتن مسلح و نقش بازشو در دیوار برشی این ساختمان ها، از سه رکورد زلزله (شکلی ۳) که در فواصل زمانی ۱۰ ساله رخ داده اند استفاده شده است. بزرگا این زلزله ها در محدوده بین ۶/۵ تا ۷/۵ انتخاب شده اند که در سه نقطه مختلف جغرافیایی روی داده است. برای هر کدام از این زلزله ها، رکورد شتاب حوزہ نزدیک و دور استخراج شده است.
