طراحی لرزه ای سازه ها بر اساس تغییر مکان

اگر چه طراحی لرزه‌ای بر اساس عملکرد به طور وسیعی توسط محققان مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما در حال حاضر در روند طراحی و اجرا چندان بکار گرفته نمی‌شود. این روش، ملاحظات احتمالاتی بسیاری را در بر می‌گیرد که به ورودی‌های لرزه‌ای، ویژگی‌های مصالح، ابعاد، بارهای ثقلی و هزینه‌های مالی مربوط به آسیب، فروریزش و یا از دست دادن قابلیت استفاده بواسطه زلزله، وابسته است. همچنین این روش، ابزاری مفید جهت ارزیابی سازه‌های موجود است، اما در طراحی سازه‌های موجود که هندسه آن متغیر بوده یکی از معدود راه‌حل های طراحی است.

در حال حاضر، در تعیین زلزله ورودی از تئوری احتمال استفاده می‌شود که عموماً بر اساس طیف خطر یکنواخت است. مهندسان برای طراحی سازه‌ها از نیروهای مشخص شده در آیین‌نامه استفاده می‌کنند که در تعیین این نیروها میزان خطر ناشی از آسیب یا فروریزش بطور واقعی در نظر گرفته نشده است. کنترل تغییرمکان‌های سازه‌ای که از طریق کرنش‌های مصالح (آسیب سازه‌ای) و تغییرمکان های نسبی (آسیب غیر سازه‌ای) مستقیماً به میزان آسیب مربوط می‌شوند، در انتهای روند طراحی با روش‌های تقریبی انجام می‌گیرد. در بهترین حالت، این روش منجر به طرحی می‌شود که معیار کنترل آسیب را با تراز خطرپذیری متغیر ارضا می‌کند. اما در بدترین حالت، طراحی با ایمنی نامشخص صورت خواهد گرفت.

این کتاب، با بهره‌گیری از رویکردهای قطعی، پلی بین طراحی سازه‌ای سنتی و یک روش طراحی کاملاً احتمالاتی (و غیر ممکن) ایجاد می‌کند که بر اساس بهترین اطلاعات موجود از تحلیل و ویژگی‌های مصالح است تا سازه‌ای بدست آید که بتواند به یک حالت حدی سازه‌ای یا غیرسازه‌ای تحت یک زلزله خاص دست یابد. سازه‌های طراحی شده با این معیار، سازه‌های با «خطرپذیری یکنواخت» نامیده می‌شوند. رویکرد استفاده شده بسیار ساده بوده و معادل روش طراحی لرزه‌ای مجاز در آیین نامه‌ها یعنی روش نیروی جانبی معادل است، اما به هر حال برای اکثر طراحان ناآشنا خواهد بود، زیرا انتخاب تغییر مکان طراحی نقطه شروع است. روش طراحی نیروی برش پایه و توزیع مقاومت در سازه را تعیین کرده تا این تغییرمکان بدست آید. لذا، این فرآیند (تغییرمکان‌های منتهی شده به مقاومت) برخلاف طراحی سنتی بوده که در آن مقاومت به تعیین تغییرمکان منجر می‌شود.

در واقع، این کتاب مستقیماً متوجه طراحان سازه بوده و در ادامه دو کتاب قبلی نویسنده اصلی به نام‌های "طرح لرزه‌ای سازه‌های بتن مسلح و بنایی (T.Paulay, John Wiley 1992" و "طرح لرزه‌ای و مقاوم‌سازی پل‌ها (F.Seible و G.M.Calvi, John Wiley 1992). این کتب در اصل، به جزئیات طراحی و توزیع نیروی مربوط به سازه‌های مورد اشاره می‌پردازد. اگر چه تأکید اصلی در این کتب بر روی فلسفه طراحی لرزه‌ای از نظر ملاحظات طراحی ظرفیت بوده، اما بطور مقایسه‌ای کمی هم به بررسی تراز بهینه مقاومت مورد نیاز ساختمان یا پل توجه کرده است. این کتاب، این جنبه را بطور مشخص بررسی کرده و نیز راهی را در نظر می‌گیرد که با آن مقاومت مورد نیاز سیستم (نیروی برش پایه) در سرتاسر سازه توزیع می‌شود. خواهیم دید که روش‌های سنتی تحلیل، با فرضیات مربوط به سختی عضو ناسازگار است. در نظر گرفتن تعادل به جای سختی منجر به توزیع واقعی‌تر و ساده‌تر مقاومت خواهد شد. مفاهیم جدید در زمینه پاسخ پیچشی غیرالاستیک، بکار گرفته شده و به طراحی بر اساس تغییرمکان تعمیم می‌یابد. ترکیب اثرات لرزه‌ای و ثقلی و نیز در نظر گرفته می‌شوند.

ملاحظات مربوط به روش طراحی ظرفیت بر اساس مجموعه وسیعی از مطالعات تحقیقاتی اخیر بازبینی و اطلاعات کاملاً واقع‌بینانه و جدید برای دسته وسیعی از سازه‌ها فراهم می‌شود.

اطلاعات موجود در این کتاب نه تنها برای طراحانی که قصد دارند از اصول طراحی بر مبنای تغییرمکان استفاده کنند مناسب است، بلکه برای آن دسته از افرادی که طراحی را بر اساس روش نیرویی سنتی انجام می دهند و علاقه‌مند به درک پاسخ لرزه‌ای سازه‌ها به صورت جزئی‌تر هستند نیز مفید خواهد بود تا بتوانند این درک را در طراحی خویش بکار گیرند.

اگر چه تمرکز اصلی این کتاب طراحی حرفه‌ای است، اما این انتظار می رود که برای جامعه محققین نیز جذابیت لازم را برای افزایش دانش ایشان جهت رسیدن به یک روش طراحی کامل فراهم آورد. اطلاعات وسیع و جدیدی که پیشتر منتشر نشده در این کتاب ارائه می گردد. امیدواریم که مباحث این کتاب محققان را بیشتر به این زمینه علاقه مند نماید. همچنین برای دانشجویان مهندسی زلزله ترم های آخر کارشناسی و نیز کارشناسی ارشد که علاقه مند به فراگیری عمیق تر مفاهیم طراحی و پاسخ لرزه ای هستند نیز استفاده از این کتاب توصیه می شود.

در فصل 1 دلیل نیاز برای حرکت از طراحی لرزه ای نیرویی به سمت طراحی بر اساس تغییرمکان بیان می شود. در واقع این موضوع به نیاز برای تخمین سختی اولیه در روش طراحی نیرویی بر می‌گردد. در حالی که استفاده از این مقادیر اولیه سختی جهت توزیع نیروی جانبی لرزه‌ای در سازه صحیح نیست. در فصل ۲ به روش نوین انتخاب زلزله ورودی برای طراحی بر اساس تغییرمکان بخصوص برای خصوصیات طیف تغییرمکان غیرالاستیک و الاستیک پرداخته می‌شود. مفاهیم اساسی مربوط به «طراحی لرزه‌ای مستقیم بر اساس تغییرمکان» که در آن هیچ فرآیند تکرار شونده در روند طراحی نیاز نمی‌شود در فصل ۳ توسعه داده شده است. ابزار مورد نیاز بویژه در طراحی بر اساس تغییرمکان در فصل ۴ فراهم می‌شود. سپس اصول روش طراحی بر اساس تغییرمکان برای سیستم‌های سازه‌ای مختلف اعم از قاب‌ها، دیوارها، قاب‌های دو گانه، پل‌ها و ساختمان‌های دارای جداساز لرزه‌ای و میراگرهای الحاقی در فصول بعدی بکار می‌رود و متعاقب آن ارزیابی لرزه‌ای در فصل ۱۳ انجام می‌گیرد. سرانجام اصول روش مذکور در فصل ۱۴ در یک قالب شبه آیین نامه‌ای تهیه می‌شود تا مبنایی برای نسل‌های آینده آیین نامه‌ها باشد. در سرتاسر این کتاب مثال های طراحی متنوعی آورده شده است.

روش طراحی مذکور اولین بار در آغاز دهه ۹۰ میلادی پیشنهاد شد و اکنون به فرم کاملتر و مناسب‌تری برای طراحی رسیده است. تحقیقات زیادی در ۵ سال گذشته جهت توسعه و کالیبره کردن این رویکرد انجام شده که از آن جمله می‌توان به کار Juan Camillo و Alexandro Amaris ،Katrin Beyer ،Carlos Blandon، Chiara Casarotti ،Pio Miranda، Juan Camillo Oritz ،Didier Pettinga ،Dario Pietra و Tim Sullivan و شماری دیگر اشاره کرد.

مثال‌های طراحی در این کتاب توسط Rui Pinho ،Daria Pietra ،Laura Quaglini ،Luis Montejo و Vinicio Suarez آماده و تحلیل‌های سازه‌ای نرم‌افزاری مربوط به این مثال‌ها توسط Prot.Athol Carr ،Dr.Stelios Antoniou ،Dr. Rui Pinho و Mr.Luis Montejo انجام شده است.

در اینجا باید از پروفسور Tom Paulay و Dr. Rui Pinho به طور ویژه‌ای تشکر کنم. ایشان دست نوشته‌های مربوط به هر بخش را خوانده و اشتباهات را ویرایش کردند. توضیح‌های این اشخاص باعث بهبود کتاب شده و اشتباهات باقیمانده بر عهده نویسندگان است.

فصل اول از این کتاب را به رایگان از انتهای این صفحه می‌توانید دانلود و مشاهده بفرمایید:

node_4080-ddbe_chapter_1.pdf