بخشی از مقاله
ساختمان های منظم و نامنظم در پلان و ارتفاع (بررسی و روش تحلیل در هنگام زلزله)
چکیده
نتایج حاصل از مطالعه علل ویرانی ساختمانها در جریان زلزله های مخرب و نیز تجربیات آزمایش گاهی که بر روی مدل های ساختمانی انجام شده، به نحوی قاطع نابت کرده اند که چگونگی شکلی ساختمان تاثیر به سزا در پا یداری سازهای آن در مقابل زلزله دارد. با وجود این، در طراحی سازهای مقاوم در برابر زلزله، هنوز چنانکه شایسته است به انتخاب شکل مناسب عنایتی نمیشود و تصور عام بر آن اهمیت که تنها محاسبه های سازهای ضد زلزله برای یک ساختمان در تامین پایداری آن در برابر لرزشهای زمینی کافی است. طراحی معماری و تصمیمانی که منجر به آن میشود، نقش مهمی را در کارایی لرزهای ساختمان بازی میکند. معمار یک ساختمان باید تا جایی که ممکن است اجازه ی طراحی موثر سازه در برابر زلزله را بدهد. همزمان با آن سازه باید امکان دستیابی به اهداف زیبایی شناختنی و عملکردی ساختمان را فراهم کند . از این رو معماران و مهندسین امسازه بایستی روی پلان طبقه با یکدیگر همکاری کرده تا این اطمینان حاصل نشود تا از شکلهای نامطلوب اجتناب شده است و طراحی معماری مناسبی انتخاب شود. در این مقاله با معرفی انواع ساختمانهای منظم و نامنظم در پلان و ارتفاع، به اهمیت توجه به پیکربندی مناسب برای رفتار بهتر سازه در هنگام زلزله خواهیم پرداخت و در پایان نیز به طور مختصر توضیحی در مورد تحلیل این نوع سازه ها خواهیم داد.
گلید واژهها: زلزله، منظمی و نامنظمی ساختمان، پلان، طبقه
۱) انتخاب شکل حجمی مناسب برای پایداری ساختمان در برابر زلزله پیش از طراحی سازهای مقاوم
در بین مراحل مختلفی که هنگام طراحی یک ساختمان برای پایداری در برابر زلزله مورد مطالعه قرار می گیرند، مرحله ی اتخاذ تصمیم در مورد تعیین پیکربندی ساختمان از اهمیتی اساسی برخوردار است. این پیکربندی شامل مشخصات هندسی ساختمان نظیر اندازه ها در نقشه، ارتفاعات و موقعیت و اهمیت عناصر نامنظم، نوع و وضعیت اجزای سازهای نظیر دیوارها، ستون ها، قفسه - های پله یا آسانسور و نیز طبیعت و طرز قرار گیری اجزای مختلف سازهای است. آنچه که بیش از همه مدنظر است شناسایی پیکربندیهایی است که احتمالا بر واکنش ساختمان در برابر زلزله اثر میگذارند. هرچه اشکال ساختمان منظم تر و توزیع ها جرم ها و سختی های آن ثر سطح افق ( نقشة) و دار ارتفاع متقارن تر باشد، مقاومت احتمالی آن ثر برابر زلزله افزایش خواهد یافت. این افزایش ناشی از توزیع بهتر تلاشها ومشارکت تمام اجزای اسکلت در جذب و استهلاک نیروهایی است که در اثر زلزله به ساختمان وارد میشود. سه مشخصهی اصلی برای پیکربندی وجود دارد:
- پلان بندی ساختمان و عملکرد آن
- طراحی شهری و ضوابط طرح
- نیاز به ظاهر متمایز یا گیرا
عملکرد ساختمان و پلان بندی آن مستلزم پیاده کردن مشخص انواع فضاهای تقسیم با یک الگوی گردش برای حرکت مردم میباشد که نهایتا منجر به آرایش ها، ابعاد و مشخصات ویژهای ساختمانی برای پیکربندی می شوند. مقررات مربوط به طراحی شهری در شکل خارجی ساختمان اثر می گذارد. گاهی این مقررات ممکن است شکل پلان ساختمان را(حداقل در طبقات پایین)، پس نشستگی ها و محدودیت در ارتفاع و یا سایر مشخصات شکل معماری را معین کند. نیاز به یک شکل ظاهری متمایز یا گیرا غالبا مهمترین مشخصه از دید مهندسی، بحث انگیزترین است. چون نتایج حاصل، منطقی و یا از نظر کمی قابل برآورد نیستند که یک مهندسی بتواند آن را درک کند.
۳) شکل سازه در پلان و ارتفاع سازهها به دو دسته تقسیم میشوند:
الف) سازههای منظم (در پلان و ارتفاع به طور همزمان)
ب) سازههای نامنظم (چه در پلان و چه در ارتفاع) پیکربندیهایی برای مقابله با زلزله قابل اطمینان هستند که بر شکلهای هندسی ساده استوار باشند و شکل ساده، شکلی است که از جهت هندسی منظم بوده و جرمها در آن به خوبی توزیع شده باشند. اشکال ساده عبارتند از اشکال دورانی، و مربع مستطیلی که در آنها نسبت ضلع بزرگتر به ضلع کوچکتر برابر ۳ باشد. طبق مقررات آیین نامهای شکل های ساده باید به طور محسوس (حداقل نسبت به دو محود عمود بر هم که محورهای اصلی آنها را تشکیل می دهند) متقارن باشند. چنانچه نقشه دارای زوایای تورفته باشد، طول هر ضلع زاویه نباید از ۱۵ درصد اندازه ی افقی سازد در همان جهت بیشتر باشد و علاوه بر آن مجموع تصاویر جلو امدگی ها و فرورفتگی ها بر روی هر یک از محورهای اصلی نباید از ۲۵ درصد اندازی سازه، در امتداد ان محور بیشتر باشد. ساختمان هایی که پیکربندی آنها به صورت اشکال T و L و U , H و X و Y و یا اشکال مشابه باشند، نمونههایی از ساختمانهای دارای اشکال نامنظم هستند که حتی اگر سازههای آنها دارای دو محور تقارن باشند، باز هم مشکلات خاصی را به وجود می اورند(مانند شکل H یا صلیب). در حقیقت قسمتهای مختلف ساختمان های به این شکل میل دارند که در مقابل نیروهای هر لرزش، به تنهایی واکنش های دینامیکی متفاوتی نشان دهند که اثر توام آنها به ایجاد نیروهای پیچشی بسیار قوی حول محور قایم منجر می شوند. در این مورد می توان از رفتار پیکربندیهای L شکل که بسیار متداوند، بیشترین تجارب را آموخت. تجزیه ی حرکات به تغییر وضعیتهای ویژه (شکل I)، تصویری از پیچیدگی رفتار این شکل ها را نشان می دهد. در حقیقت این واکنش ساختمان ها ناشی از تغییر وضعیتها بر روی هم و ترکیب شدن آنهاست (شکل 2 ).
در هر ساختمان بارها در مقابل نیروهای جانبی به شکل طره های اققی عمل می کنند و لنگرهای حول محورهای قایم به وجود میاور نذد تخریبی در دو مرحله انجام می پذیرد:
- فروریختن قسمت مشترک دو بال
- قروریختن کامل یک بال این شکل ها تنها با محاسبات قانی دینامیکی قضایی بسیار پیچیده و پرهزینه قابل بررسی و توجیه اند. با این همه توصیه می شود که برای تبدیل اشکال پیچیده به اشکال سادهتر در فواصل مناسب بدنه ی ساختمان درزهایی را تعبیه کنند(شکل ۴). این دوراندیشی و احتیاط، در ساختمان های با طول زیاد نیز می یایست اعمال شوند، حتی اگر شکل آن ساختمان ها منظم باشد زیرا نمیتوان حرکات زلزله را در دو انتهای ساختمان مشابه دانست.
چند اصل برای به هم پیوستن اجزای سازه
الف) سقف ها به نحوی باشند که بتوان آنها را اجزای صلب افقی تلقی کرد. اگر تکیه گاه ها(جرزها، ستون ها و غیره)، پیش از حد معین از هم فاصله داشته. باشند( شکل ۵ )، و اگر نسبت قسمتهای باز (قفسه ی پله یا آسانسور، شبکه ی انال ها و غیره) به کل سطح، بسیار زیاد باشد، توزیع نیروهای F میتواند با توزیع آن در یک کف تغییرشکل ناپذیر و سخت متفاوت باشد(شکل ۶).
شکل 4
در مواقعی که سازه نامنظم است، صفحات افقی، به خصوص در گوشه های تورفته یا جلو آمدگی ها قرار میگیرند(شکل ۷). در چنین حالت هایی دیگر قرض تغییرشکل ناپذیر(صلیب) بودن کفهها در صفحه ی خود صادق نیست.
ب) اجتناب از اشکالی در آنها مرکز اینرسی سازه ی مقاوم، بر نقطه ی اثر برایند نیروهای حاصل از زلزله منطبق نباشند(شکل ۸ ).
ج) ارجحیت طراحی سیستمهای از نظر استاتیکی نامعین (هیپراستاتیک) بر سیستم های از نظر استاتیکی معین (ایزواستاتیک )
۵) تقارن کاذب
گاه به بناهایی برمیخوریم که اگرچه شکل قرینه دارند، سازه ی مقاوم آنها کاملا غیر قرینه است (شکل ۱۰)، بی توجهی به این عدم تقارن می تواند حتی به خرابی ساختمان ها هم منجر شود. در اینگونه ساختمان ها، نیروهای افقی به طرف اجزای مقاومتر مانند قفسه ی پله ها یا آسانسورها و نیز دیوارها متوجه و منتقل میشوند. انتقال این نیروها همراه یا دوران سقف و جابجایی بسیار قایل ملاحظه ی ستون هایی خواهد بود که در سمت مقابل قفسه ی پله ها یا آسانسورها یا دیوارها واقع شدهاند.
گاهی اوقات ممکن است با ساختمان هایی مواجه شویم که نامنظم محسوب نمیگردند اما از ان نقطه نظر تحمل پیچشهای اتفاقی و لنگرهای واژگونی مناسب نمی باشند، زیرا سازه ی مقاوم آنها در حدود مرکز ساختمان متمرکز شدهاند شکل 10 در مقابل، ساختمان های شکل 11 - در زلزله های شدید رفتار بهتری خواهند داشت
