یکی از اصول طراحی ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله، حفظ دیافراگمها با سختی کافی و بدون ایجاد خسارت، هنگام وقوع زلزله است تا بدین ترتیب، یکپارچگی اتصال عناصر قائم مقاوم لرزهای به یکدیگر برقرار بماند. به عبارت دیگر، در طراحی لرزهای دیافراگمها، هدف، تأمین تغییرشکلهای غیر ارتجاعی نبوده و پاسخ غیرخطی در برابر نیروهای زلزله، عمدتاً محدود به اعضای سیستم مقاوم لرزهای ساختمان میشود. برای دستیابی به این هدف، در طراحی لرزهای دیافراگم باید مسیر انتقال نیرو به عناصر قائم مقاوم لرزهای به وضوح مشخص شده و مقاومت حداقلی، برابر با حداکثر نیرویی که میتواند توسط عناصر قائم مقاوم لرزهای در این مسیر نیرو ایجاد شود، تأمین گردد. حداقل ضخامت دیافراگمهای بتنی یا بتن رویة دیافراگمهای ساختهشده از ورق یا قطعات پیشساخته نباید کمتر از ۵ سانتیمتر باشد. کنترل کفایت ضخامت باید با توجه به تلاشهای ایجادشده در دیافراگم، الزامات بهرهبرداری و الزامات مربوط به حفظ یکپارچگی، مطابق ضوابط مباحث هشتم و نهم مقررات ملی ساختمان انجام شود. این کنترل، بهویژه باید در کنار بازشوهای نسبتاً بزرگ با دقت خاص انجام پذیرد. در صورت عدم کفایت بتن
دیافراگم میتوان آن را با سیستم مهاربندی فولادی مناسب نیز تقویت نمود. توصیه میگردد که ابعاد و تعداد بازشوها در دیافراگمها به حداقلِ ممکن محدود گردد. همچنین در حد امکان از تعبیة بازشو در دیافراگم، در مجاورت عناصر قائم مقاوم لرزهای اجتناب شود تا در مسیر انتقال نیرو، اختاللی ایجاد نگردد. کلیه اجزاء متصل به دیافراگم (سازهای و غیرسازهای) باید قادر به تحمل تغییرشکل دیافراگم در محل اتصال باشند. اتصالات دیافراگم به دیوارهای برشی و قابهای خمشی (تیرها و ستونها) حائز اهمیت فراوان بوده و باید به نحوی طراحی شوند که قادر به انتقال کامل نیروهای وارده باشند. برای تأمین مهار جانبی ستونها توسط دیافراگم، اتصال دال به ستون باید قادر به انتقال نیرویی در حدود ۲ تا ۴ درصد بار محوری ستون باشد. اتصال دیافراگم به ستونهای مایل نیز باید برای مولفة افقی نیروهای محوری ستون طراحی شود و دیافراگم و اجزاء آن قادر به انتقال این نیرو به سایر عناصر قائم مقاوم لرزهای باشند. در ساختمانهای بتنآرمه در مواردی که موقعیت اجزاء لبه و اجزاء جمعکنندۀ دیافراگم، در تیرها یا دال مجاور تیرها قرار میگیرد، در صورت نیاز به تعبیة آرماتورهای اضافی باید تا حد امکان، آرماتورهای لازم برای این اجزا در میانة ارتفاع تیر قرار داده شود و اضافه ظرفیت خمشی تیرها در طراحی قابهای بتنآرمه مد نظر قرار گیرد. در طراحی اعضای قاب نیز باید تأثیر نیروهای رسیده از دیافراگم (نیروی محوری در اجزاء لبه و جمعکنندهها دارای اهمیت بیشتری است)، بهویژه در تعیین ظرفیت باربری و طراحی تیرها مد نظر قرار گیرد. در ساختمانهای فولادی نیز رعایت ملاحظات مذکور، بهویژه منظور نمودن تأثیر نیروهای رسیده از دیافراگم، در طراحی اعضای قاب و اتصالات مربوطه حائز اهمیت است.
پیوست (۴ )
اندرکنش خاک و سازه
پ۴-۱ کلیات هنگام وقوع زلزله، حرکات زمین از طریق پی به سازۀ ساختمان منتقل میشود و پاسخ سازه متأثر از اندرکنش بین سازه، پی و لایههای زمین زیر و اطراف آن است. در تحلیل سازه در برابر زلزله عموماً فرض میشود تکیهگاه سازه، شامل سازۀ پی و خاک زیر آن صلب بوده و از انعطافپذیری اجزاء پی در این تحلیل صرفنظر میشود. تحلیل اندرکنش سازه و خاک به مفهوم لحاظ کردن اثرات انعطافپذیری تکیهگاه (سازۀ پی و خاک بستر) در تغییر حرکت زمین و تعیین پاسخ سازه در برابر زلزله است. مدل سازی برای تحلیل اندرکنش سازه و خاک میتواند به روش مستقیم یا روش زیرسازه انجام گردد. در روش مستقیم، علاوه بر سازه و پی، بخش قابل توجهی از خاک در محدوده زیر و اطراف سازه نیز مدل شده و در مرزهای مدل خاک، شرایط مرزی مناسبی تعریف میگردد و حرکات زمین به آنها اعمال میشود. در روش زیرسازه، تکیهگاه انعطافپذیر سازه از طریق فنرهایی معادلسازی شده و میرایی محیط خاک نیز با اصالح میرایی سازۀ متکی بر فنرها، یا با مدلسازی میراگرهایی در محل تکیهگاه در نظر گرفته میشود. در بسیاری از موارد، استفاده از روش زیرسازه کافی میباشد. به همین دلیل، رویکرد مورد استفاده در تحلیل اندرکنش سازه و خاک در این پیوست، روش زیرسازه است. در مورد برخی از سازهها ازجمله ساختمانهایی که به موجب حالت پ بند ۳-۱۵-۲ این آییننامه در نظر گرفتن اثراندرکنش خاک و سازه ضروری باشد، ممکن است استفاده از روش مستقیم لازم باشد. در صورتیکه تصمیم بر استفاده از روش مستقیم باشد میتوان از مراجع معتبر استفاده نمود. همانطور که اشاره شد، استفاده از روش زیرسازه شامل تعریف فنرهایی در پای سازه به منظور مدلسازی انعطافپذیری تکیهگاه و افزایش میرایی سیستم بهدلیل استهالک اضافی ناشی از میرایی پی و خاک تکیهگاهی است که به اندرکنش اینرسی موسوم است.
معموالً اندرکنش اینرسی بهدلیل افزایش همزمان زمان تناوب و نسبت میرایی سازه، منجر به کاهش برش پایه و افزایش تغییر مکانهای جانبی سازه میشود. در روشهای استاتیکی معادل، طیفی و استاتیکی غیرخطی، اثر این میرایی اضافی با محاسبه نسبت میرایی مؤثر سیستم و کاهش مقادیر طیف طرح نظیر با میرایی مذکور، لحاظ میگردد. در روشهای تاریخچه زمانی، استفاده از نسبت میرایی مؤثر مجاز نبوده و باید میراگرهایی در محل هریک از پیها مدلسازی شوند. در سازههای با پی مدفون در عمق زمین، حرکت زمین در زلزله در محل کف پی میتواند به نحو قابل مالحظهای کمتر از سطح زمین باشد. همچنین با توجه به متغیر بودن حرکات سطح زمین در زلزله از نقطهای به نقطه دیگر، پیهای گستردۀ بزرگ به دلیل واداشتن خاک به سازگاری تغییرشکلها با خود، صرفاً برآیندی از این حرکات را به صورت انتقالی و خمشی یا گهوارهای تجربه میکنند. این اثرات، بخشی از مفهوم موسوم به اندرکنش سینماتیک بوده و با استفاده از ضرایب کاهش جداگانهای بر طیف طرح اعمال میگردند. با این حال و در جهت اطمینان، در این پیوست اِ عمال اثر اندرکنش سینماتیک فقط در روش تحلیل دینامیکی غیرخطی مجاز است. انعطافپذیری تکیهگاه بهدلیل تغییردادن شرایط مرزی سازه، میتواند بهطور موضعی اغلب باعث کاهش و البته گاهی نیز افزایش قابل مالحظة تقاضاهای نیرویی و تغییر مکانی اعضای سازه شود. بهطور مثال، در شکل (پ۴-۱الف) افزایش تغییر مکانهای جانبی Δ-P بهدلیل حرکت گهوارهای تکیهگاه (که م یتواند باعث افزایش اثرات نیز شود)، در شکل (پ۴-۱ب) افزایش واکنشهای تیرهای دهانههای مجاور مهاربندی و کاهش نیروی محوری در مهاربندهای ۷ و ۸ (شورن) به علت تأمین سازگاری تغییرشکل ناشی از حرکت گهوارهای دهانه مهاربندی، و در شکل ( پ۴-۱پ) کاهش واکنش دیوار برشی همزمان با افزایش واکنش تیرهای متصل به آن و ستونهای دهانه مجاور به دلیل حرکت گهوارهای دیوار برشی نمایش داده شده است. اگرچه تکیهگاه تمامی ساختمانها تا اندازهای انعطافپذیری دارد، لیکن در بسیاری از موارد میزان این انعطافپذیری در حدی نیست که تأثیر قابلتوجهی بر واکنش سازه ایجاد نماید. درخصوص ساختمانهای مذکور در بند ۳-۱۵-۲ این آییننامه، اثرات انعطافپذیری پی حائز اهمیت محسوب گشته و لازم است این اثرات در محاسبة ساختمان در نظر گرفته
شود. تبصره این بند مؤید آن است که هرچه سازه سختتر و خاک نرمتر باشد، اثرات اندرکنش میتواند تأثیر بیشتری بر تغییر تلاشهای طراحی داشته باشد. همچنین نظر به آنکه زمان تناوب سازه با تکیهگاه صلب تابعی از ارتفاع سازه است، نامساوی تبصرۀ مذکور نشان میدهد در شرایط یکسان، اثر اندرکنش با افزایش ارتفاع سازه بیشتر میشود. در بندهای بعدی این پیوست به ترتیب، ضوابط کلی روشهای مختلف تحلیل به منظور لحاظ نمودن اثرات اندرکنش، نحوه محاسبة ضریب ارتجاعی برشی مؤثر خاک، سختی فنرهای تکیهگاهی، زمان تناوب مؤثر، نسبت میرایی مؤثر، ضرایب میرایی میراگرها و اصالح طیف طرح، ارائه شده است. لازم به ذکر است در روشهای تحلیل خطی میتوان بهطور محافظهکارانه از افزایش نسبت میرایی سیستم و کاهش طیف طرح ناشی از اثر میرایی افزایشیافته و نیز اندرکنش سینماتیک صرفنظر نمود و صرفاً انعطافپذیری پی را مدل کرد، لیکن در این حالت انعطافپذیری تکیهگاه ممکن است در برخی از اعضا منجر به افزایش موضعی پاسخ بیش از حد واقعی گردد.
(الف)
تکیهگاه صلب
تکیهگاه انعطاف پذیر (ب)
(پ ) شکل پ۴-۱ نمونههایی از مواردی که اثر اندرکنش سازه و خاک میتواند بر واکنشهای موضعی سازه، مؤثر باش د
