مقاله تحلیلی:‌ طراحی لرزه‌ای دیوار حائل

طراحی لرزه‌ای دیوار حائل مسئله‌ی پیچیده‌ای است. بدین منظور باید فرضیاتی مبتنی بر استاتیک و حساب دیفرانسیل در نظر گرفته شود تا بتوان مسائل نامعین را حل کرد.

محاسبه‌ی هر گونه فشار استاتیکی و دینامیکی وارد بر دیوار حائل، مستلزم بررسی بیشتر است. گزارش‌های سایت تنها حداکثر شتاب زمین را در اختیار قرار می‌دهند. استفاده از این اطلاعات بستگی به تصمیم طراح دارد.

 طراحی لرزه‌ای دیوار حائل چه زمانی مورد نیاز است؟

آیین‌نامه ‌یا استانداردی که طراح از آن پیروی می‌کند نقش مهمی در تصمیم‌گیری دارد چه طراحی لرزه‌ای دیوار حائل نیاز باشد، چه نباشد.

بدین دلیل، صرف‌نظر از دیوارهای ساحلی که روانگرایی محتمل است و دیوارهایی که به‌طور نامطلوب برای بارهای استاتیکی طراحی شدند، اگر دیوار به‌خوبی طراحی شود،‌ احتمال آسیب یا تخریب دیوار حائل تقریباً از بین می‌رود.

علاوه بر این، چون دیوارهای حائل در فضای مسکونی قرار ندارند، جان افراد را به خطر نمی‌اندازند. اگر دیوارهای حائل نقش تکیه‌گاه ساختمان‌ها را داشته باشند، بحث ایمنی مطرح می‌شود.

هرچند در بخش 1613 از آیین‌نامه‌ی بین‌المللی ساختمان 2009 (IBC)‌ گفته شده که هر سازه و بخش وابسته به آن (شامل اعضای غیر سازه‌ای که به‌طور دائمی به سازه متصل هستند)، تکیه‌گاه‌ها و اتصالات، باید به‌گونه‌ای طراحی و ساخته شوند که بتوانند در برابر اثرات ناشی از حرکات زلزله مطابق با ASCE 7 مقاومت کنند. بدیهی است که طبق این بخش تمام سازه‌ها باید در نظر گرفتن بارهای زلزله طراحی شوند.

آنالیز فشار زمین به روش مونونوب- اوكابه

معادله‌ی Mononobe-Okabe اصلاح شده‌ی معادله‌ی کولمب است که در ان نیروهای لرزه‌ای لحاظ می‌شوند. این فرمول در محاسبه‌ی فشار جانبی زمین که بر دیوارهای حائل وارد می‌شود، کاربرد دارد. از این فرمول نمی‌توان برای محاسبه‌ی نیروی داخلی خاک پرکننده‌ی اثرگذار بر دیوارهای حائل حین زلزله استفاده کرد.

فرمول مونونوب- اوكابه مشکل معادله‌ی کولمب را با در نظر گرفتن شتاب افقی و عمودی زمین و ارائه‌ی ضرایب لرزه‌ای برای فشار غیرفعال خاک (K_PE) و فشار محرک آن (K_AE) حل می‌کند.

مؤلفه‌ی افقی، K_AECosδ است.

که در آن:

K_AE: ضریب فشار جانبی محرک خاک، استاتیک+ لرزه

α: شیب دیوار حائل نسبت به افق (برای وجه عمودی 90 درجه استفاده می‌شود)

β: شیب خاک پرکننده 

δ: زاویه‌ی اصطکاک دیوار

ϕ: زاویه‌ی اصطکاک داخلی خاک

θ: زاویه‌ای که تانژانت آن شتاب زمین است و با معادله‌ی زیر محاسبه می‌شود:

که در آن:

K_h: شتاب افقی زمین است.

هنگامی که وجه دیوار عمودی باشد و δ نیز برابر با  ∅ تقسیم بر دو در نظر گرفته شود، معادله 1 به شکل زیر تبدیل می‌شود:

نیروی کل (محرک و زلزله)  را می‌توان توسط معادله‌ی زیر محاسبه کرد:

که در آن:

γ: چگالی خاک

H: ارتفاع دیوار حائل

علاوه بر این، در صورتی که شتاب زمین برابر با صفر باشد، K_AE تبدیل به معادله‌ی معروف کلمب K_A می‌شود.

ضریب فشار غیرفعال زمین KPE به‌صورت زیر بیان می‌شود:

لازم به ذکر است که ضریب غیرفعال فشار تحت شرایط لرزه‌ای کاهش می‌یابد.

K_AE از دو مؤلفه‌ی استاتیکی و لرزه‌ای تشکیل می‌شود. فرض می‌شود که بخش لرزه‌ای (K_AE - K_A) یک نمودار فشار مثلثی شکل وارونه یا ذوزنقه‌ای با نیروی برآیند اعمال شده در 0.6H باشد. به‌علاوه، (K_A) معروف به توزیع مثلثی اعمال شده در (H/3) است.

علاوه بر این، موقعیت نیروی برآیند ترکیب شده می‌تواند با استفاده از معادله‌ی زیر به دست آید:

پیشنهاد می‌شود که جهت نیروی معادله‌ی کولمب برابر∅/2    فرض شود (زاویه‌ی اصطکاک در وجه پشتی دیوار). به این صورت، مؤلفه‌ی افقی به‌صورت زیر محاسبه می‌شود:

ضریب ایمنی برای لغزش و واژگونی هنگام وقوع زلزله 1.1 است.

تعیین فشار لرزه‌ای جانبی زمین (Kh)

فشار لرزه‌ای جانبی زمین که در مقابل دیوار حائل عمل می‌کند، توسط فرمول Mononobe-Kobe و با استفاده از شتاب افقی زمین (K_h) محاسبه می‌شود.

این مقدار شتاب طراحی است و در مقایسه با شتاب‌های ممکن، شدت کم‌تری دارد. اگر از مقدار اختیاری (K_h) استفاده نشود، می‌توان یک‌سوم تا یک‌دوم شتاب بیشینه‌ی زمین را برای این کار در نظر گرفت.

نقطه‌ی شروع، تعیین شتاب بیشینه‌ی زمین طبق آیین‌نامه (مانند آیین‌نامه‌ی بین‌المللی ساختمان (IBC) 2009 و استاندارد آمریکایی انجمن مهندسان عمران) است که هر دو نمودارهای یکسانی دارند.

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.