مقاله تحلیلی: پیچش ساختمان در زلزله

چرا ساختمان می‌پیچد؟

در کودکی حتماً بر روی تکه چوبی که با طناب به درختی قدیمی با گره‌های محکم متصل شده بوده، نشسته‌اید. آن گره‌ها مانند اتصال پلاستیک به یک قاب فلزی عمل می‌کردند. نوسان طنابی که عیناً با دو طناب برابر گره خورده است را در نظر بگیرید. هنگامی‌که شما در وسط گهواره نشسته‌اید این نوسان به‌صورت متعادل است. ساختمان‌ها بسیار شبیه به این نوسانات عمل می‌کنند، فقط اینکه آن‌ها نوسانات معکوس دارند. دیوارها و ستون‌های عمودی مانند طناب و طبقه مانند گهواره عمل می‌کنند. ساختمان در طول زلزله دارای ارتعاش‌هایی به سمت جلو و عقب است. ساختمان‌هایی با بیش از یک طبقه مانند نوسانات طناب با بیش از یک گهواره رفتار می‌کنند.

بنابراین هنگامی‌که از بالا به ساختمانی که دارای اعضای عمودی یکسان است و در دو راستای افقی به‌صورت یکنواختی قرار گرفته‌اند، نگاه کنید، درمی‌یابید که هنگام وارد شدن لرزش به‌پای سازه، تمام نقاط کف دارای جابجایی یکسان در راستای لرزش ایجاد شده می‌باشند.

اجازه دهید باز به مثال طناب و درخت برگردیم. اگر شما در انتهای طناب نشسته باشید، دچار پیچش می‌شوید. به همین ترتیب اگر جرم یک طبقه بیش از طبقه دیگر باشد، آن طبقه در اثر حرکت زمین بیشتر مرتعش می‌شود. حرکت ساختمان به صورتی است که طبقات جابجایی افقی و پیچش را تجربه می‌کنند.

یک‌بار دیگر، به ما اجازه دهید نوسان طناب بر روی درخت را در نظر بگیریم. این بار فرض کنید دو طنابی که با آن‌ها گهواره به شاخه‌ای از درخت گره خورده، طول‌های مختلفی داشته باشند. چنین نوسانی نیز باعث ایجاد پیچش شده حتی اگر شما در وسط (شکل 4A) نشسته باشید. به‌طور مشابه در ساختمان زمانی که اعضای عمودی غیر یکسان و نابرابر باشند، کف‌ها حول محور عمودی پیچش و جابجایی افقی خواهند داشت. به همین ترتیب در اثر حرکات زمین، ساختمان‌هایی که دارای دیوار در یکی از دو طرف و ستون نازک‌تر در امتداد دیگری باشند، دچار پیچش می‌شوند.

ساختمان‌هایی که دارای نامنظمی در پلان خود هستند، نیز در اثر زلزله دچار پیچش می‌شوند. به‌طور مثال آویزهای ساختمان باعث ایجاد پیچش در قسمت‌های لاغر ستون‌های بلند می‌شوند. کف‌ها نیز دارای جابجایی افقی و پیچش می‌شوند.

المان‌های ساختمان چگونه دچار پیچش می‌شوند؟

پیچ‌وتاب و در ساختمان، پیچ‌خوردگی نامیده می‌شود و باعث می‌شود قسمت‌های مختلف در یک طبقه به میزان‌های مختلف دارای حرکات افقی باشند. این باعث آسیب بیشتر در ستون‌ها و دیوارهای در سمتی که بیشتر حرکت می‌کند، می‌شود. بسیاری از ساختمان‌های به‌شدت تحت تأثیر این رفتار پیچشی در طول زلزله‌های گذشته بوده‌اند. بهترین کار برای به حداقل رساندن (نه به‌طور کامل جلوگیری) این پیچ‌وتاب این است که ساختمان در پلان متقارن باشد (به‌عنوان‌مثال توزیع جرم و اعضای عمودی یکنواخت باشند). اگر این پیچ‌وتاب قابل پیش‌گیری نباشد به محاسبات خاصی برای محاسبه نیروهای برشی اضافی در طراحی ساختمان نیاز خواهد بود. در مرحله بعد با اشاره به استانداردهای لرزه‌ای و چگونگی استفاده از آن در نرم‌افزار المان محدود چگونگی مقابله با پیچ‌خوردگی را شرح می‌دهیم.

منبع

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.