بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
ارزيابي خطر پذيري لرزه اي سازه هاي بلند در شهر تهران در اثر فعاليت گسل مشاء با استفاده از نرم افزار ٥.SELENA ver
خلاصه
اين مقاله به ارزيابي خطر پذيري لرزه اي سازه هاي بلند شهر تهران در اثر فعاليت گسل مشا با نرم افزار ارزيابي خطر پذيري لرزه اي SELENA ٥.ver مي پردازد. تهران پايتخت و پر جمعيت ترين شهر ايران است و از لحاظ اقتصادي، اجتماعي و سياسي مهمترين شهر ايران محسوب مي شود.
از نقطه نظر لرزه خيزي شهر تهران کنوني و ري قديم ٦ بار توسط زلزله هاي فاجعه بار ويران شده است . گسل مشاء يکي از گسل هاي فعال شمال تهران مي باشدکه زلزله سال ١٨٣٠ به اين گسل نسبت داده شده است . در سالهاي اخير رشد ساخت سازه هاي بلند در شهر تهران چشمگير بوده است . بنابراين ارزيابي احتمال خطر پذيري اين گونه سازه ها براي درک بهتر وضعيت موجود و همچنين توسعه هاي آتي سازه هاي بلند از اهميت ويژه اي برخوردار است . با توجه به عدم توافق در مورد زلزله سال ١٨٣٠ بين دو منبع معتبر علمي، تاثير هردو مورد توسط ضرايب درخت منطقي اعمال شده است . احتمال آسيب پذيري لرزه اي سازه ها توسط نرم افزارGIS نمايش داده شده است .
کلمات کليدي: تحليل خطرپذيري لرزه اي ، سازه هاي بلند ، گسل مشاء ، روش HAZUS ، نرم افزار ٥.SELENA ver
١. مقدمه
تحليل خطر پذيري سازه هاي يک منطقه جهت پيش بيني حوادث آتي از اهميت فراواني برخوردار است . در سالهاي اخير در بسياري از نقاط دنيا نرم افزارهاي تحليل خطر پذيري لرزه اي و غيرلرزه اي تدوين شده اند. ازجمله اين نرم افزار ها مي توان به HAZUS محصول کشورآمريکا، SELENA محصول مشترک نروژ و اسپانيا، EQRM محصول کشور استراليا، ELER محصول اتحاديه اروپا، QLARM محصول آژانس جهاني کاهش خطر زلزله و سازمان لرزه شناسي سوييس ، CEDIM محصول کشور آلمان ، CAPRA محصول مشترک بانک جهاني و کشورهاي مکزيک و کلمبيا، RISKSPACE محصول کشور نيوزلند، LNECLOSS محصول کشور پرتغال و OPENRISK که محصول مشترک اتحاديه اروپا، ژاپن و آمريکا مي باشد، از آن جمله مي باشند. نرم افزار هاي تحليل خطر پذيري لرزه اي بسيار بيشتر از آنچه که ذکر آنها رفت وجود دارند، اما نرم افزار هايي که در اين قسمت معرفي شده اند به صورت رايگان در اختيار محققان قرا داده مي شود. آنگونه که مشخص است بحث ارزيابي آسيب پذيري سازه ها توسط نرم افزار هاي ارزيابي سريع يکي از فن آوري هاي نوين حال حاضر دنيا مي باشد. و نمونه بارز آن نرم افزار OPENRISK است که بيش از ٣٣٠ متخصص در کل دنيا براي پيشبرد آن همکاري مي کنند. در اين مطالعه از نرم افزار ٥.SELENA ver استفاده شده است . اين نرم افزار کد باز بوده و در سال ٢٠١٠ معرفي شده است [٣]. ارزيابي خطر پذيري لرزه اي يک منطقه با توجه به حجم بسيار زياد داده هايي مانند نوع سازه ها ، نوع خاک، شتاب هاي طيفي، مکان جغرافيايي گسلها، داده هاي جمعيتي و . . . فرآيند بسيار زمانبري مي باشد، بنابراين در بسياري از نرم افزار هاي فوق يک دومين کنفرانس ملي مديريت بحران :
نقش فناوريهاي نوين در کاهش آسيب پذيري ناشي از حوادث غير مترقبه
يا چند قسمت از اطلاعات جزء جدانشدني نرم افزار مي باشند لذا اين نرم افزار ها در مناطق ديگر قابل استفاده نمي باشند. در نرم افزار HAZUS اطلاعات جغرافيايي، محل گسلها ، اطلاعات جمعيتي شهري پيش فرض نرم افزار مي باشد. نرم افزار SELENA بر مبناي الگوريتم هاي HAZUS ايجاد شده و تمامي اطلاعات توسط کابر قابل بارگذاري مي باشد. بنابراين اين نرم افزار براي تمامي مناطق قابل استفاده است .
ايران يکي از لرزه خيزترين کشورهاي جهان مي باشد که در کمربند لرزه اي آلپ -هيماليا قرار دارد و يکي از معدود کشورهايي است که در اثر وقوع زلزله در زمانهاي گذشته تلفات جاني و خسارتهاي مالي نسبتاً زيادي داشته است . تهران به عنوان پايتخت ايران از اهميت سياسي ، اقتصادي ، فرهنگي و اجتماعي خاصي برخوردار است . با توجه به تراکم جمعيتي بالا و احتمال رخداد زلزله مخرب ارزيابي خطر پذيري اين کلانشهر اهميت دو چندان مي يابد. بررسي گسلهاي اطراف تهران نشان داده است که وقوع زمين لرزه با مقياس ٧ در بزرگاي ريشتر محتمل است . شهر تهران با جمعيت بيش از ٨ ميليون نفر توسط گسلهاي فعال احاطه شده است . در اسناد تاريخي به ٦ زلزله فاجعه بار در ري قديم و تهران کنوني اشاره شده است که آخرين آن در سال ١٨٣٠ ميلادي رخ داده که به گسل مشاء منتسب شده است [١]. گسل مشاء يکي از فعالترين گسلهاي محدوده تهران مي باشد. موقعيت شهر تهران و گسل مشاء در شکل ٢ نشان داده شده است . با توجه به شرايط سياسي ، اقتصادي ، فرهنگي و اجتماعي تهران هرگونه زمين لرزه نسبتاً شديد مي تواند فاجعه بار باشد. در سالهاي اخير ساخت سازه هاي بلند در شهر تهران رشد چشمگيري داشته است . لذا ارزيابي احتمال آسيب پذيري اين نوع سازه ها مي تواند براي بررسي وضعيت سازه هاي موجود و همچنين ملاحظات ساخت سازه ها در آينده در نظر گرفته شود. در اين مطالعه سازه هاي فولادي و بتني با توجه به سيستم بار بر جانبي مورد استفاده در آنها بررسي شده اند. تهران داراي ٢٢ منطقه شهرداري مي باشد که مطابق شکل ١ اين مناطق به زير مناطق تقسيم شده اندکل بلوک ها ١٢٤٦ بلوک مي باشد. در اين تقسيم بندي بلوک ها داراي مشخصات ژئوتکنيکي يکسان مي باشند. مرکز جغرافيايي بلوکها بدست آمده و بيشينه شتاب حرکت زمين و شتاب هاي طيفي در آن محاسبه شده است . ضرايب ظرفيت و شکست سازه بر اساس ضرايب HAZUS مي باشد[٢] . آسيب پذيري سازه ها با استفاده از نرم افزار GIS نشان داده شده اند.
شکل ١– موقعيت جغرافيايي مناطق شهرداري و بلوک ها در شهر تهران
٢. ساز کار و سوابق لرزه اي گسل مشاء
گسل مشاء با طول بيش از ٢٠٠ کيلومتر و مقعر به سمت شمال جغرافيايي از غرب به شرق رشته کوه البرز کشيده شده و در شمال تهران واقع شده است . شيب گسل مابين ٣٥ تا ٧٠ درجه به سمت شمال جغرافيايي متغيير است [٤]. سه زمين لرزه تاريخي سالهاي ٩٥٨ ( در بخش غربي )، ١٦٦٥ (در بخش شرقي) و ١٨٣٠ (در بخش مرکزي) به گسل مشاء نسبت داده شده است [١]. در مورد کانون زمين لرزه در سال ١٨٣٠ با کاتالوگ Ambersys اختلاف نظر وجود دارد[٥]. لذا هردو مورد دربرآورد احتمال آسيب پذيري سازه ها مورد بررسي قرار گرفته اند.
شکل ٢ - موقعيت زمين لرزه هاي تاريخي گسل مشا نسبت به شهر تهران
جدول ١ – بزرگا و موقعيت جغرافيايي زلزله هاي تاريخي گسل مشا
ساز وکار گسل مشا در نقاط مختلف متفاوت است و اتفاق نظر در اين مورد وجود ندارد، اما اغلب به صورت معکوس بوده [١] و عمق کانوني آن ١٥ کيلومتر در نظر گرفته شده است . طول گسلش بر اساس رابطه (١) محاسبه مي گردد[٦] .
که در آن L طول گسلش در واحد کيلومتر و M بزرگاي گشتاوري زمين لرزه مي باشد. زاويه گسلش در گسل مشا ٧٠ درجه و راستاي گسلش NE١٠٠ در نظر گرفته شده است . در اين مطالعه ٤ محل محتمل گسل مشاء بر اساس تاريخچه فعاليت آن ها که عبارتند از ٩٥٨ ,١٦٦٥ ,(AMB)١٨٣٠ ,(BER)١٨٣٠ در نظر گرفته شده و ضرايب درخت منطقي در آنها به ترتيب برابر با
٠.١٥ ,٠.١٥ ,٠.٣٥ ,٠.٣٥ مي باشد.
٣. رابطه کاهندگي
رابطه کاهندگي (٢٠٠٥) Ambraseys et al جهت بدست آوردن شتاب ناشي از فعاليت گسل مشا در هريک از مناطق مورد مطالعه استفاده شده است [٧] .
٣. تعيين طيف بازتاب زمين
ضرايب تشديد شتاب حرکت زمين از آيين نامه ٢٠٠٦-IBC بدست آمده است [٨]. طبقه بندي نوع خاک با توجه سرعت موج برشي طبق استاندارد ٢٠٠٦-IBC مطابق جدول ٢ است .
دومين کنفرانس ملي مديريت بحران :
نقش فناوريهاي نوين در کاهش آسيب پذيري ناشي از حوادث غير مترقبه
جدول ٢-طبقه بندي خاک براي استاندارد ٢٠٠٦-IBC [٨]
تاثير نوع خاک در شتاب طيفي از روابط (٣) و ضرايب تشديد از جدول ٣ بدست مي آيد .
جدول ٣-ضرايب تشديد طيف پاسخ طبق استاندارد ٢٠٠٦-IBC [٨]
که در آن SASi شتاب طيفي پريود کوتاه خاک نوع SAS، i شتاب طيفي پريود کوتاه خاک نوع FAi، B ضريب بازتاب پريود کوتاه شتاب طيفي SAS ،SALi شتاب طيفي پريود ١ ثانيه خاک نوع FVi، i ضريب بازتاب پريود کوتاه شتاب طيفي SAL و TAVi پريود ارتعاشي بين شتاب طيفي ثابت و سرعت طيفي ثابت براي خاک نوع i مي باشد . نتايج بدست آمده بر مبناي ميرايي ٥ در صد مي باشد . ضرايب بازتاب از جدول ٣ بدست مي آيد .TVD نشان دهنده پريود گذرا بين منطقه سرعت طيفي ثابت و جابجايي طيفي ثابت است و مستقل از نوع خاک مي باشد. جهت تعيين سرعت موج برشي در نقاط مختلف از گزارش مطالعات ريز پهنه بندي لرزه اي تهران بزرگ مطابق شکل ٣ استفاده شده ا ست .
شکل ٣-نقشه توزيع سرعت متوسط موج برشي در عمق (٠-٣٠) متر شهر تهران [٩],[١٠]
٣. تعيين نقطه عملکرد سازه
براي بدست نقطه عملکرد سازه از روش طيف پاسخ جابجايي – شتاب اصلاح شده (MADRS) استفاده شده است [١١]. دقت اين روش از روش طيف ظرفيت (CSM) بيشتر بوده و از لحاظ نموداري نيز کيفيت قضاوت مهندسي را در تعيين نقطه عملکرد اوليه بالا مي برد .
