بررسی تاثیر اندرکنش خاک – سازه بر سیستم مهاربند ستون‌فقراتی تحت اثر زلزله‌های حوزه‌ی دور و نزدیک

Abstract

در طی سالیان گذشته محققان جهت بررسی رفتار سیستم قاب مهاربندی شده ایده­های مختلفی را مورد مطالعه و بررسی قرار دادند که یکی از این ایده­ها مهاربند ستون­فقراتی می­باشد. این نوع مهاربند، یک سیستم توسعه یافته­ی نیرو – مقاوم لرزه­ای است که با ثابت نگه داشتن مقدار جابه­جایی نسبی بین طبقه­ای، مانع ایجاد شکست طبقات می­شود. این سیستم متشکل از اعضای قاب مهاربندی شده­ی هم­­محور متعارف به همراه یک خرپای قوی می­باشد که هدف آن توزیع یکنواخت جابه­جایی­های نسبی طبقه در ارتفاع ساختمان است. خرپای قوی همانند یک ستون فقرات، مانع تمرکز آسیب در یک یا چند طبقه در قاب مهاربندی شده­ی هم­محور می­شود. از طرفی، زلزله­هایی که در حوزه­ی نزدیک رخ می­دهند، هم به لحاظ دامنه و هم به لحاظ محتوای فرکانسی با حرکات لرزه­ای دور از گسل متفاوتند. بنابراین لازم است به بررسی و شناخت ویژگی­ها و ماهیت رکوردهای نزدیک گسل و تاثیر آن بر روی سازه­ها پرداخته شود. علاوه­ بر زلزله، خاک زیر سازه نیز می­تواند تغییراتی را در پاسخ سازه ایجاد کند به­ ویژه اگر سازه روی خاک نرم ساخته شده باشد. به طور معمول در آیین­نامه­ها، روش­هایی که برای تحلیل سازه­ها درنظر گرفته شده­اند با این فرض است که سازه روی بستر صلب قرار دارد حال آن­که در واقعیت همیشه این­طور نیست و نرم یا سخت بودن خاک زیر سازه تاثیر متفاوتی روی پاسخ آن خواهد داشت. بنابراین بهتر است بحث اندرکنش خاک – سازه در طراحی­ها درنظر گرفته شود. در این مقاله، اثر خاک­های مختلف پی با لحاظ اندرکنش خاک – سازه بر روی رفتار سیستم مهاربند ستون­فقراتی تحت زلزله­ی حوزه­ی دور و نزدیک مورد بررسی قرار می­گیرد. مدل­های استفاده شده در این مقاله، شامل سازه­های 3، 6 و 12 طبقه با سه نمونه سیستم نیرو – مقاوم لرزه­ای دارای پیکربندی مختلف در محل تقاطع مهاربندها به تیر می­باشد. دو نمونه خاک سخت و نرم در زیر این سازه­ها به ترتیب دارای ویژگی­های خاک تیپ دو و چهار مطابق با استاندارد 2800 زلزله­ی ایران ویرایش چهارم، مدل شده است. جهت تحلیل این سازه­ها، از روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی برای هفت شتاب­نگاشت زلزله­ی حوزه­ی دور و هفت شتاب­نگاشت زلزله­ی حوزه­ی نزدیک، در دو حالت پایه ثابت و پایه اندرکنشی، استفاده شده است. نتایج نشان می­دهد که بیشینه تغییرمکان بام سازه­های 3، 6 و 12 طبقه در دهانه­های l/4، l/3 و 5l/12 در خاک­های سخت (تیپ 2)، تحت هر دو زلزله­ی دور و نزدیک با تغییرات ناچیز همراه است اما در خاک­های نرم (تیپ 4) تحت زلزله­های دور و نزدیک بین 93/2 تا 22/18 درصد افزایش می­یابد. نسبت جابه­جایی نسبی میان طبقه تحت زلزله­های دور و نزدیک گسل در خاک سخت، در سازه­های 3 و 6 طبقه افزایش ناچیز و در سازه­ی 12 طبقه تا 75/6 درصد کاهش داشته است. در خاک نرم همه­ی سازه­ها در حوزه­ی نزدیک تا 67/11 درصد افزایش و در حوزه­ی دور سازه­های 3 و 6 طبقه تا 86/4 درصد کاهش و سازه 12 طبقه تا 70/7 درصد افزایش داشته است. همچنین نسبت جابه­جایی نسبی پسماند سازه­های 3، 6 و 12 طبقه تحت میانگین زلزله­های حوزه­ی نزدیک، در خاک­ سخت تا 52/8 درصد کاهش و در خاک نرم تا 02/36 درصد افزایش داشته است.