در این مقاله به نحوه تعیین ارتفاع موثر لرزه ای سازه که یکی از موضوعات چالش برانگیز در طراحی سازه می‌باشد، پرداخته شده است.
اهمیت تعیین ارتفاع لرزه ای سازه
ابتدا باید بدانیم ارتفاع موثر لرزه ای چگونه در محاسبات وارد می‌شود و در تعیین نیروی زلزله اثرگذار خواهد بود. همانطور که می‌دانیم برای تعیین مقدار نیروی وارد بر سازه ناشی از زلزله می‌بایست زمان تناوب سازه را داشته باشیم. اما مساله این است که در ابتدا اعضای سازه مشخص نیستند و نمی‌توان زمان تناوب سازه را به طور واقعی و دقیق محاسبه کرد.
به همین دلیل است که استاندارد 2800 بر اساس نوع سیستم سازه ای روابطی را برای تعیین زمان تناوبی سازه به صورت تجربی ارائه می‌دهد که این روابط بر اساس ارتفاع سازه بدست می‌آیند و به همین علت است که تعیین ارتفاع موثر لرزه ای سازه از اهمیت بالایی برخوردار است.
نحوه تعیین ارتفاع لرزه ای سازه
حال که به اهمیت موضوع پی بردیم، می‌خواهیم نحوه تعیین ارتفاع لرزه ای را برای شما مهندسین عزیز شرح دهیم. اولین سوالی که در ذهن ایجاد می‌شود این است که آیا ارتفاع خرپشته را می‌بایست در ارتفاع لرزه ای لحاظ نماییم یا خیر؟ برای پاسخ به این سوال به بندی که در استاندارد 2800 ذکر شده است مراجعه می‌نماییم:
اما سوال اصلی وقتی مطرح می‌شود که سازه دارای طبقات زیرزمین باشد. در حال حاضر می‌خواهیم ابتدا با استناد به آیین نامه 2800 جواب این سوال را بدهیم و سپس مفهوم و علت این بند را شرح دهیم.
همانطور که در بند 3-3-1-2 آیین نامه 2800 مشاهده می‌شود، در ساختمان‌های دارای زیرزمین زمانی می‌توان تراز پایه را نزدیکترین سقف زیرزمین به زمین طبیعی در نظر گرفت که اولا دیوارهای حائل بتنی به سازه متصل باشند و ثانیا خاک اطراف ساختمان متراکم باشد.
از بین 2 شرط مذکور شرط اول در اکثر مواقع تامین می‌شود؛ اما در محیط‌های شهری که امکان ساخت یک سازه دارای زیرزمین در مجاور سازه مورد نظر بسیار زیاد است، امکان برقراری شرط دوم بسیار کم است. بنابراین در طراحی سازه بهتر است، همواره تراز پایه را روی فونداسیون در نظر بگیریم.
تاثیر افزایش ارتفاع سازه بر اقتصاد پروژه
سوال دیگری که ممکن است ایجاد گردد، این است که زیاد شدن ارتفاع سازه در محاسبه ضریب زلزله به نفع اقتصاد پروژه خواهد بود یا به ضرر آن؟ برای پاسخ به این سوال باید نگاهی به فرمول ضریب زلزله بیندازیم:
همانطور که در فرمول فوق مشاهده می‌شود تنها ضریبی که به زمان تناوب ساختمان مرتبط است، ضریب بازتاب ساختمان B، می‌باشد. فرمول محاسبه این ضریب به صورت زیر است:
هر دو ضرایب فوق وابسته به زمان تناوب سازه می‌باشند. این موضوع را می‌توان با مشاهده نمودارهای آنها که در آیین نامه 2800 نیز آورده شده است، در شکل‌های زیر مشاهده نمود.
در سازه‌های قاب خمشی به طور تقریبی به ازای هرطبقه زمان تناوب 0.1 ثانیه افزایش می‌یابد. همچنین با توجه به اینکه اکثر سازه‌های شهری حداقل 4-5 طبقه دارند، پس زمان تناوب آنها از 0.5 ثانیه بیشتر و از 0.9 ثانیه کمتر می باشد.
در تهران نیز که اکثر مناطق دارای خاک تیپ 2 می‌باشد، با افزایش زمان تناوب مقدار B1 افزایش و مقدار N تقریبا ثابت خواهد ماند. در نتیجه برای سازه‌های کوتاه مرتبه با افزایش ارتفاع، نیروی زلزله کمتری به سازه وارد می‌شود. بنابراین بهتر است تراز پایه را روی فونداسیون در نظر گرفت. لازم به ذکر است که برای هر سازه می‌بایست به طور خاص این موارد را در نظر گرفت تا از تاثیر ارتفاع در سازه مورد نظر مطلع شویم.
علت کاهش ارتفاع موثر لرزه ای سازه
آخرین موضوعی که در این مقاله به آن خواهیم پرداخت، مفهوم علت کاهش ارتفاع موثر لرزه ای در بعضی سازه‌ها توسط آیین‌نامه است. برای درک بهتر موضوع، به این مثال توجه کنید: فرض کنید یک فرد داخل یک ماشین نشسته است و ماشین ناگهان با شتاب شروع به حرکت می‌کند. اگر فرد کمربند ایمنی را بسته باشد، بدون رخ‌دادن هیچگونه حادثه‌ای، دقیقا همراه با ماشین حرکت می‌کند.
این حالت زمانی اتفاق می‌افتد که سازه دارای دیوار حائل بتنی بوده و اطراف آن با خاک متراکم پر شده باشد. در مثال بالا اگر فرد کمربند ایمنی نداشته باشد، حرکت او دیگر منطبق بر حرکت ماشین نبوده و نسبت به ماشین دارای تغییر مکان خواهد بود. در واقع تغییر مکان نسبی خواهد داشت. این مثال، مشابه حالتی است که سازه دارای دیوار برشی بوده اما اطراف آن خاک متراکم وجود نداشته باشد. بنابراین موجب تغییر مکان نسبی در سازه خواهد شد.
