روش های نوین طراحی لرزه ای

طراحی ساختمانهای لرزه تاب طی سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است. برخورد سنتی با طراحی ساختمانها مبتنی بر تأمین سختی و مقاومت بالا، جای خود را به برخورد مدرن كه جذب و اتلاف انرژی در آن نقش تعیین كننده دارد داده است. روشهای نوین با به كارگیری جزئیات مناسب اتلاف كننده انرژی در سازه، مصالح مصرفی در سازه را به نحو قابل توجهی كاهش داده و علاوه بر توجیه اقتصادی مناسب، رفتار سازه و ارضای معیارهای عملکردی در آنها را بهبود می‌بخشد.

سیستمهای لرزه بر مورد استفاده در بهسازی لرزه‌ای شامل سیستمهای متعارف و سیستمهای کنترل غیر فعال و فعال هستند. سیستمهای متعارف شامل سیستمهای سخت، نیمه سخت و نرم می باشند. سیستمهای کنترل غیر فعال و فعال شامل جداسازهای پایه، میراگرها، جرم‎های تنظیم ‎کننده و سیستمهای كنترل فعال می باشند.

سیستمهای سخت که سختی مناسبی جهت کنترل تغییر شکلها دارند، شامل مهاربند هم محور (CBF)، دیواربرش بتنی معمولی، دیوار برشی بتنی ویژه، میانقابهای بنایی، میانقابهای مسلح، مهاربند کمانش تاب (BRBF)، دیوار برشی فلزی (SPSW) و دیوار برشی کامپوزیت می باشند. میانقابها با مقاومت و شکل پذیری نسبتا کم در ساختمانهای کوتاه مرتبه کاربرد دارند. مهاربندهای هم محور و دیوارهای برشی بتنی در انواع ساختمانها استفاده می شوند و در ساختمانهای میان مرتبه و بلند مرتبه در ترکیب با قاب های خمشی به کار می روند. مهاربند کمانش تاب و دیوار برشی فلزی با مقاومت و شکل پذیری بالا کاربرد روزافزون در طراحی ساختمانهای لرزه بر یافته اند.
سیستمهای نیمه سخت شامل مهاربندهای واگرا یا برون محور (EBF) و مهاربندهای ADAS هستند که از اتلاف انرژی مناسبی برخوردار هستند.
سیستمهای نرم شامل انواع قاب خمشی می باشند که می توانند با شکل پذیری کم، متوسط و زیاد تحت نامهای قابهای معمولی، متوسط و ویژه طراحی شوند.
جداسازهای پایه شامل جداساز های الاستومریک مسلح و جداسازهای دارای میرایی بالا دارای مکانیزم کاهش انرژی ورودی زلزله هستند و به نحو موثری برای مقاوم سازی ساختمانهای کوتاه مرتبه سخت مورد استفاده قرار می گیرند. میراگرها دارای انواع ویسكوز، اصطکاکی، فلزی (هیسترتیك) و فلزی – پلی مری هستند و انرژی ورودی زلزله را به نحو موثری جذب می کنند. جرم های تنظیم کننده شامل جرم های سخت (TMD) و جرم های مواج (LMD) هستند که با تغییر خصوصیات دینامیکی سیستم انرژی ورودی زلزله را به طور قابل ملاحظه کاهش می دهند. سیستم های کنترل فعال با پردازش لحظه ای و تغییر خصوصیات لحظه ای سازه مانند سختی، مقاومت و میرایی نیروهای ناشی از زلزله را در سازه کاهش می دهند.
به موازات پیشرفت سیستم‌های لرزه‌ بر، روشهای طراحی و تحلیل پیشرفت قابل ملاحظه‌ای داشته‌اند. این روشها رفتار مصالح و اعضا را با دقت بالایی مدل ‌سازی می کنند و اثرات زلزله به صورت واقعیتری به سازه اعمال میشود.
این روشها راه را برای بهسازی لرزه‌ای ساختمانهای موجود هموار نموده‌اند. بهسازی لرزه‌ای سازه‌ها با روشهای سنتی اغلب منجر به ارائه طرحهای غیراقتصادی و غیراجرایی میگردد، در حالی که با اعمال روشهای جدید از حجم عملیات اجرایی کاسته شده، طرحهای بهسازی از توجیه اقتصادی برخوردار میگردد. این روشها در دستورالعملها و آئین‌نامه‌های جدید مانند ATC40 و Fema356 مورد استفاده قرار گرفته‌اند در این حالت تحلیل سازه‌ها عمدتاً به روش غیر خطی انجام میشود که شامل تحلیل‌های استاتیکی بار افزون (Push Over) و تحلیل‌های دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی (Nonlinear Time History) میباشد. پس از انجام تحلیل‌ها، کنترل اعضا با توجه به معیارهای پذیرش غیرخطی انجام می شود.
در تحلیل استاتیکی غیرخطی با در نظر گرفتن مشخصات غیرخطی مصالح و هندسه، مدل سازه‌ای با الگوهای نیرویی قابل انتظار در زلزله، بارگذاری میشود. این بارگذاری به صورت مرحله به مرحله و افزاینده اعمال میشود. با افزایش بارگذاری، رفتار سازه وارد محدوده غیرخطی میشود در این حالت منحنی برش پایه ساختمان نسبت به تغییر مکان نقطه کنترلی (معمولاً مرکز جرم تراز بام) یک نمودار غیرخطی است این منحنی نمایانگر ظرفیت سازه است و با منحنی طیف طرح زلزله که نمایانگر حداکثر نیروهای وارده در تراز طراحی زلزله با توجه به ویژگیهای ساختگاه است مقایسه و نقطه تقاطع نشان دهنده حداکثر برش پایه و تغییر مکان مورد انتظار تحت اثر زلزله طراحی میباشد. در این نقطه عملکرد اعضا بررسی و معیارهای پذیرش آنها کنترل میگردد.
در تحلیل دینامیکی غیرخطی با اعمال شتاب نگاشت‌های طراحی که متناسب با ساختگاه و تراز زلزله طرح انتخاب شده است در نظر گرفتن رفتار غیرخطی در اعضا و اتصالات، عملکرد اعضا در پایان تاریخچه زمانی زلزله بررسی و معیار پذیرش آنها کنترل میگردد.