مقایسه روشهای طراحی لرزه ای براساس عملکرد

1-1 روش مقاومت در طرح لرزه ای:
نخستین گام ها درمنظور نمودن اثرات بار جانبی ناشی از زمین لرزه در اواخر اولین دهه قرن حاضر برداشته شد. تجربیات كسب شده از رفتار سازه ها درزمین لرزه ای درایتالیا منجربه استخراج رابطه ای تقریبی برای نیروی معادل استاتیكی زمین لرزه شد. این نیروی جانبی برابر با 12/1 وزن كل بنا تخمین زده شد. درسالهای 1930 براساس قانون دوم نیوتن وبافرض برابری شتاب ایجاد شده درسازه صلب با شتاب زمین رابطه ای استخراج گشت كه تاكنون نیز اساس طراحی دربرابر زمین لرزه است
C ضریب زلزله ( لرزه ای ) نام گرفت . باتوجه به احتمال رخداد زمین لرزه ، شكل پذیری ، رفتار غیرارتجاعی سازه ها وظرفیت جذب انرژی در آنها ، ضریب C برای سازه های مهم 1/0 وبرای سازه های معمولی 08/0 پیشنهاد شد. 10 سال بعد با پیشرفت علم دینامیك سازه ها ودرك تاثیر دوره تناوب برمیزان نیروی وارد بر سازه ها ضریب لرزه ای C برحسب تعداد طبقات ساختمان (N)كه رابطه مستقیم با دوره تناوب سازه دارد ، تعریف شد:
معرفی شد كه برحسب نوع سیستم سازه ای مقدار آن بین می باشد .
V=K C W
درسال 1975 با درك بهتر رفتار واقعی سازه ها برابر نیروهای زمین لرزه ، مقدار نیروی برشی پایه بصورت زیر تعریف شد.
V=ZIKCW
Z ضریب احتمال وقوع زلزله ،I ضریب اهمیت بنا ، K ضریب شكل پذیری ، C ضریب زلزله كه درصدی از شتاب اوج زمین لرزه برحسب شتاب ثقل است و S ضریب تشدید بنا وزمین كه به فركانس سازه وخاك وابسته است. از اعمال پالایش ها وبازنگری ها ضریب زلزله بصورت زیر تعریف می شود:
روش مقاومت معمول ترین روش طراحی لرزه ای است كه تاكنون بكار رفته است. این روش برمبنای تامین یك حداقل مقاومت جانبی برای سازه دربرابر بارهای لرزه ای است. بارهای لرزه ای همراه یك روش تحلیل مانند بار استاتیكی معادل یا روش جمع آثار مودها بكار می روند. وقتی كه نیروهای لرزه ای داخلی محاسبه شد وبا سایر بارها نظیر بارهای ثقلی تركیب شدند*، ابعاد اجزاء سازه ای بوسیله روش طراحی تنش های مجاز یاروش طراحی مقاومت نهایی تعیین می شود. درروش طراحی تنش های مجاز اعضا طوری طراحی می شوند كه تنش بوجود آمده درآنها ازتنش مجاز مصالح كمتر باشد. درروش مقاومت نهایی محتمل ترین بار وارد بر المان تعیین می شود. سپس مقطع بحرانی كه برای یك مقاومت حدی اسمی كاهش یافته طراحی شده است، نباید از بارهای ضریبدار بیشتر باشد.

1ـ1ـ2ـ نواقص طرح برمبنای مقاومت
رابطه V=CW بعنوان اساس طراحی لرزه ای بسیاری از آیین نامه ها ، بیانگر برش پایه ناشی ا ز تحریك زمین لرزه است وازطریق الگوهای بارگذاری دركل ارتفاع ساختمان توزیع می شود. با تحلیل سازه برابر این بار جانبی مقاومت مورد نیاز اجزای آن بدست می آید . اما روند استخراج برش پایه خود مورد تردیداست . در ضریب C، ضرایب AB طیف پاسخ طرح را نشان می دهند. شكل این طیف كه بیشتر كاربرد آیین نامه ای دارد بسیار ساده است ودربسیاری موارد با طیف زمین لرزه های واقعی هم خوانی ندارد. زمین لرزه های اخیر ( مانند نور تریج ) انحراف قابل توجهی راازحدود متعارف طیف نشان می دهند. به این ترتیب میزان خواسته تخمین زده شده ازاین روابط مورد تردید است.
ضریب R كه ضریب رفتار نام دارد ، برای بیان قابلیت تغییر شكل غیرارتجاعی سیستم وشكل پذیری آن معرفی می شود. محاسبه R برپایه « قانون تساوی جابجایی ها » صورت می پذیرد. اما این قانون بویژه در سیستم هایی بادوره تناوب پایین صادق نیست ومطالعات گسترده ارتباط تنگاتنگ آن را بادوره تناوب ،میران شكل پذیری وضریب اضافه مقاومت نشان داده است. درحالی كه درآیین نامه ها R تنها بصورت تابعی ازسیستم سازه ای انتخاب می گردد.این نقصان دردرك عملكرد ورفتار سازه نیز تاثیر بسزایی دارد.
اشكال عمده درفرمول برش پایه این است كه مسئله مهم غیرخطی راكه درآن تغییر شكل های غیر الاستیك حاكم است می خواهد بایك ضریب رفتار ( كاهش مقاومت ) R به صورت یك مسئله ساده الاستیك كه در آن « نیروها » حاكم است ارائه نماید.
چهار عامل موثر در
۱ ـ كاهش تاثیر زلزله به علت افزایش پریود سازه
2ـ كاهش تاثیر زلزله به علت افزایش اتلاف انرژی ( میرایی بیشتر ازمقدار عادی كه معمولا ً 5% درنظرگرفته می شود.)
3ـ افزایش مقاومت ازجاری شدن اسمی مقاطع تاحدنهایی آنها ( افزایش مقاومت )
4ـ افزایش مقاومت ازنیروهای طراحی تا تسلیم مصالح ( ضرایب بار )
تركیب سه عامل اول مربوط به توانایی سازه می باشد كه برپایه شكل پذیری استوار است.
ضریب چهارم كه مربوط به ضرایب بار می باشد فقط برای ساختمان هایی كه با روش تنش مجاز طراحی می شوند منظور می گردد. ظرفیت سازه با یك منحنی نشان داده می شود كه از پریود اولیه سازه شروع می شود وبااین پریود باقی می ماند تا تعدادی از اعضای سازه به حد تسلیم برسند، پس ازاین وضعیت ، پریود ارتعاش سازه درسطح پاسخ افزایش می یابد.
پریود اولیه سازه ، پریود واقعی آن را نشان می دهد ، كه مقداری بزرگتر از پریود سازه محاسبه شده براساس ضوابط آیین نامه ها می باشد.
طیف برش پایه الاستیك نتیجه حاصلضرب ضرایب زلزله بدون اثر R است. این طیف در پریودهای كوتاه مقدار ثابتی است ودر پریودهای بلند كاهش می یابد. مقادیر این طیف تقریبا ً معادل با طیفطرح آیین نامه با 5% میرایی می باشد.
طیف نیاز زلزله همان طیف « برش پایه الاستیك » می باشد كه برای پریودهای بالاتر از كاهش یافته است.
مقدار ضریب رفتار به عوامل بسیاری همچون بی نظمی درارتفاع ، میرایی ، مدت دوام زلزله ،*شتاب نگاشت های مختلف ،PGA، تعداد طبقات ، پریود سازه و…بستگی دارد. بنابراین نسبت دادن عددی ثابت مانند R به سازه برای تبیین عملكرد غیرخطی آن سبب می شود كه اثرات عوامل فوق منظور نشده واز قابلیت های گسترده عملكرد سیستم های سازه ای چشم پوشی شود. بنابراین اگرچه یك روش تحلیل خطی درك خوبی از ظرفیت خطی سازه واولین جاری شدن می دهداما نمی تواند ساز وكارهای خرابی وباز توزیع نیروها پس از جاری شدن نقاط دیگر را تشریح كند.
نكته دیگر لحاظ كردن اثر ساختگاه ازطریق ضرایب خاك درآیین نامه ها ست. واقعیت این است كه چنین ضرایبی هرگز نمی تواند اندركنش خاك ـ سازه رادریك زمین لرزه بیان نماید. بدین ترتیب تخمین واقعی خواسته به كمك روند حاضر كاملا ً امكان پذیر نیست . هرچند به نظر می رسد این روش ساده ترین راه موجود درمحاسبه خواسته لرزه ای سازه هاست. رفتار غیرالاستیك ، سطح نیروهای مربوط به مود اول را كاهش می دهد، درحالی كه اثر آن برمودهای بالاتر نسبتا ً كم است. بنابراین یك روش طراحی براساس نیرو كه یك ضریب كاهش نیروی ثابت رابرای همه مودها بكار می برد، احتمالا ً اهمیت مودهای بالاتررا بیش از حد دست پائین برآورد می كند.درروش طراحی فعلی ، عموما*ً ازسختی اولیه سازه ها واجزاء*آن برای تحلیل وهمچنین برآورد تقاضای لرزه ای استفاده می شود ولی از آن طرف با كاهش سطح نیروهای الاستیك به وسیله ضریب كاهش نیرو واعمال نیروهای بدست آمده به سازه ، تغییرمكان هائی حاصل می شود كه هیچگونه ارتباط منطقی باتغییر شكل های غیرالاستیك سازه ندارند، هرچند در آئین نامه ها ضرائبی برای اصلاح تغییرمكان های حاصل بكار می رود ولی درنهایت نمی توان اعتبار چندانی برای تغییر مكان های حاصل شده ، قائل بود.
علاوه برنكات ذكرشده ، تعیین ظرفیت سازه ها به روش مقاومت دربسیاری موارد منطقی به نظر نمی رسد. بیان رفتار اجزای سازه ای ازطریق تك پارامتر مقاومت ( مقاومت تسلیم یا مقاومت نهایی بسته به روش طراحی ) به هیچ وجه قانع كننده نیست.
درواقع چنین برخوردی بامساله تعیین ظرفیت ها ،*كوچكترین دیدی ازرفتار واقعی سازه دراختیار طراح قرارنمی دهد.
این پارامترها همچون شكل پذیری ، رانش ( دریفت ) كل ، رانش بین طبقه ای وانرژی، درتعیین قابلیت اعتماد سازه ها وتبیین عملكرد مورد انتظار آنها درزمین لرزه بكار می رود.

1ـ2ـ لزوم طراحی لرزه ای براساس عملكرد
مهندسی زلزله به دلایل مختلفی تحت تغییرات اساسی قرارگرفته است . ارتقاء*، دانش دربارة وقوع زلزله ، حركت زمین ومشخصات پاسخ سازه ، همچنین نتایج به دست آمده اززلزله های اخیر آمریكا وژاپن كه خسارت مالی كثیری رادربرداشت دراین تغییرات نقش مهمی را ایفا نموده است . ازمهمترین دلایل آن است كه درروشهای طراحی آیین نامه های فعلی به صورت كافی ومنطقی به موارد ذیل پرداخته نشده است:
1ـ منظور طراح برای توضیح منطقی قوانینی كه از آنها جهت تصمیم گیری استفاده كرده است .
2ـ خواسته مالك ساختمان جهت قضاوت درباره هزینه ها وفواید مقاوم سازی دربرابر زلزله .
3ـ نیازهای جامعه ،*جهت اتخاذ تصمیمات آگاهانه براساس تقاضای لرزه ای تصادفی اعمالی توسط تكانهای زمین وظرفیتهای لرزه ای نامشخص ساختمانهای موجود وجدید.
دراثر وقوع زلزله های شدید ، خسارات قابل ملاحظه ای به سبب رفتار غیرالاستیك سازه ها به آنها واردمی شود چرا كه باتوجه به منحنی نیرو ـ تغییر مكان ، سازه دراثر وقوع زلزله های شدید ، پس از گذراز محدوده الاستیك وارد محدوده غیرالاستیك می شود ودراین ناحیه تغییرات مقاومت ناچیز بوده وتغییر شكلهای خمیری كه ارتباط نزدیكتری باخسارت دارند، حاكم می شوند.] الف [
درروش طراحی براساس عملكرد (Performance Based Design) ، عملكرد غیرخطی اجزای سازه مورد بررسی قرارمی گیرد به همین علت می توان رفتار واقعی تری از سازه ها ، نسبت به قبل ،*درصورت وقوع یك زمین لرزه مشخص ، به دست آورد.
شایدمهمترین دلیل اهمیت بحث روی طرح لرزه ای براساس عملكرد ، به نوع تشویق بكارگیری ابتكار درتوسعه روشهایی برای ارتقاء عملكرد باشد. درآیین نامه های فعلی ، این رویه یا تشویق به ابتكار وجود ندارد ،*دلیل این امرآن است كه مفاهیم جدید ، قابل انطباق باچارچوب خشك و بسته چنین آیین نامه هایی نمی باشند. تاریخچه جداسازی پایه 1، كه حدود 20سال طول كشید تااز مرحله فكر به اجرا درآید، مثال خوبی برای نشان دادن این موضوع است كه تكنولوژی جدید به آهستگی وبه تدریج درچارچوب آیین نامه های ساختمانی فعلی پذیرفته می شود.
1. Base Isolation
عملكرد انواع مختلف بناها درطول زلزله های بزرگی كه درجهان به وقوع پیوسته است وخصوصا ً درزلزله سال 1989، لوما پریتا ودر پنج زلزله قابل توجهی كه دركالیفرینا بعداز زلزله لوما پریتا ، رخ داده است وهمچنین درزلزله سا ل1995 كوبه ، نه تنها نیاز به طرح ایمن تر لرزه ای بناها را به وضوح روشن ساخت ، بلكه مشخص كرد كه بكارگیری روشهای طراحی مهندسی زلزله ، لازم است منجربه ساخت بناهایی شود كه عملكرد قابل پیش بینی تری نسبت به آیین نامه های فعلی داشته باشند. این یك نیاز اساسی جهت طراحی ، ساخت ونگهداری بناهایی باكنترل خسارت بهتر ، نسبت به آنچه كه هم اكنون انجام می شود، می باشد.

1ـ3ـ مبانی ومفاهیم در طراحی لرزه ای براساس عملكرد
جامعه مهندسی زلزله ، تلاشی را جهت توسعه روشهای مهندسی زلزله براساس عملكرد ، آغازكرده است . همانطور كه توسط انجمن مهندسی سازه كالیفرنیا (SEAOC درگزارش Vision 2000 (SEAOC ,1998) ) تعریف شده است ، منظور مهندسی زلزله براساس عملكرد ،*تهیه روشهایی برای جانمایی 1، طراحی ، ساخت ونگهداری ساختمان می باشد، به طوریكه این روشها بتوانند عملكرد سازه را زمانیكه تحت اثر زلزله قرارمی گیرد ، پیش بینی كنند. دراین جا ، عملكرد به صورت مقدار خسارت وارده به یك ساختمان ، هنگامیكه تحت زلزله قرارمی گیرد وهمچنین اثرات این خسارت دروضعیت ساختمان پس از زلزله ، تخمین زده می شود.
بنابراین ، مهندسی زلزله براساس عملكرد ، مستلزم انتخاب معیارهای طراحی صحیح ، سیستم های سازه ای مناسب، تعیین محل قرارگیری ساختمان ، تعیین هندسه اعضاء 2 وارائه جزئیات برای سازه و اعضای غیرسازه ای ومحتویات ساختمان و اطمینان وكنترل كیفیت ساخت ونگهداری دراز مدت می باشد ، به طوریكه سازه دربرابر سطوح مشخص حركت زمین با قابلیت اطمینان مشخص ، رفتار كند.براساس این تعریف ، واضح است كه مهندسی زلزله براساس عملكرد ، روشی است كه با تعریف پروژه شروع می شود ودرمدت عمر ساختمان ادامه می یابد .
1. Sitting 2.Proportioning
مفهوم طراحی براساس عملكرد ، تنها به ساختمان محدود نمی شود بلكه به صورت كلی ، برای همه سازه ها واجزای الحاقی غیرسازه ای متصل به آنها ومحتویات ساختمان ، قابل استفاده می باشد. درچارچوب پیشنهاد شده توسط SEAOCدر Vision 2000 به صورت مقتضی همه جنبه های مهندسی براساس عملكرد ، شامل طراحی سازه ای وغیرسازه ای ، اطمینان ازكیفیت اجرا ونگهداری مجموعه ساختمان درمدت عمر مفید آن دربرگرفته می شود.
هرچند توسعه اصول طراحی براساس عملكرد در مراحل ابتدایی كارقراردارد،مدارك واسنادی كه آیین نامه های آتی ساختمانی براساس آنها خواهند بود به سرعت بررهیافت طراحی براساس عملكرد متمركز شده اند. بیشتر تلاشهای اخیر دراین زمینه ، در آماده سازی راهنمای NEHRP جهت مقاوم سازی لرزه ای ساختمانها (ATC 1996) بوده است كه به عنوان یك مدرك مرجع برای استفاده ، جهت ارتقاء عملكرد لرزه ای ساختمانهای موجود ،*درنظرگرفته شده است. اصول به كاررفته دراین مدرك درابتدابرای سازه های موجود ،*منظورشده بود كه به سرعت توسط كمیته (SEAOC) Vision 2000 جهت كاربرد درطراحی سازه های جدید توسعه وپیشنهاد داده شد .

اگر چه عنوان مهندسی زلزله براساس عملكرد جدیداست ،*مفهوم پایه ای ایجاد ساختمانها و سازه هایی كه تحت زلزله های مختلف به سطوح عملكرد مورد نظر برسند مسلما ً جدید نیست . بیشتر از 20 سال است كه SEAOC نشان داده است كه سازه های طرح شده برطبق نیازهای نیروی جانبی توصیه شده توسط آن (SEAOC 1996) ، قادرند دربرگیرنده تعدادی از اهداف عملكرد معین باشند، به عنوان مثال :
ــ مقامت دربرابر زلزله های خفیف ، بدون خسارت .
ــ مقاومت دربرابر زلزله های متوسط باخسارت سازه ای وغیرسازه ای جزئی .
ــمقاومت دربرابر زلزله های بزرگ باخسارت قابل ملاحظه به اعضای سازه ای وغیرسازه ای اما با احتمال اندك برای به خطر افتادن ایمنی جانی .
ــ مقاومت دربرابر سطوح شدید زلزله ، كه احتمال وقوع آن وجوددارد،*بدون فروریزش .
اهداف عملكرد پایه ای به این شكل كه امروزه به صورت جامع تر وكمی تری تعریف شده اند،*توسط بیشتر راهنماهای طراحی مهندسی براساس عملكرد ، درنظرگرفته شده اند. درحقیقت طبیعت كمی این اهداف است كه اخیراً پذیرفته شده است وهمچنین ، كوشش دردقت وقابلیت اعتماد است كه نتایج جدید رادرمهندسی براساس عملكرد ، صرفنظر از روش پیشین قرارمی دهد.
همانگونه كه دربخش پیش عنوان شد درروش سنتی ، طراحی لرزه ای تنها برای یك سطح زلزله انجام می شده است كه درآن عموما ً یك سطح عملكرد ، تحت عنوان ایمنی جانی هدف قرارداده شده است.
تلاشهای جدید در مهندسی براساس عملكرد به دنبال تهیه روشهای قابل اعتماد جهت دستیابی به اهداف چندمنظوره ازمیان روشهای صریح طراحی می باشد.

1ـ4ـ اهداف عملكرد
به طور ذاتی مفهوم طراحی براساس عملكرد مستلزم تعریف سطوح چندگانه عملكرد هدف (خسارت ) می باشد كه انتظار می رودسازه ، تحت اثر زلزله باشدت مشخص به این سطوح برسد یا حداقل از آن تجاوز نكند.
یك هدف عملكرد ، مشخص كنندة سطح عملكرد مطلوب ساختمان درهرسطحی از زلزله طراحی می باشد.درمورد یك ساختمان اهداف عملكرد طراحی ، باید براساس مواردذیل انتخاب شوند]3[ :

ــ كاربری ساختمان .
ــ اهمیت ساختمان ازلحاظ فعالیتهای مرتبط با آن .
ــ ملاحظات اقتصادی ، شامل هزینه های مربوط به تعمیر ساختمان وایجاد وقفه دربهره برداری ساختمان .
ــارزش ساختمان به عنوان یك اثر تاریخی یافرهنگی .
بنابراین ، اهداف عملكرد ، درواقع عملكرد لرزه ای مورد نظر سازه راتعیین می نمایندوعملكرد لرزه ای نیز توسط سطوح عملكرد ، كه حداكثر مقدار مجاز خسارت وارد به سازه رابرای یك زلزله تعیین می نماید، توصیف می شود. بعلاوه هرهدف عملكرد می تواند ، بادرنظر گرفتن حالات مختلف خسارت برای زمین لرزه های متعدد تعریف شود كه درآن صورت به آن ، هدف دومنظوره یاچندمنظوره اطلاق می گردد. بامشخص شدن یك هدف عملكرد ، یك مهندس قادر است زلزله طرح را جهت تحلیل انتخاب نموده ومعیارهای قابل قبولی ارزیابی سازه ای وغیر سازه ای راتعیین نماید.
سند Vision 2000 پیشنهاد می كند كه ساختمانهایی كه ، براساس سكونت وكاربریشان مشخص می شوند، اهداف عملكرد را تامین كنند. هر تركیبی از دوره بازگشت یك زلزله وسطح عملكرد، باعلامتی نشان داده شده است كه یك هدف عملكرد مشخص طراحی رانشان می دهد. منظوراین است كه :
ــ درنتیجه عملكرد ساختمانهای معمولی تحت زلزله های محتمل وارد برآنها ، احتمال به خطر افتادن جان افراد پایین باشد.
ــ درزلزله های معمولی (زلزله باشدت پایین )، استفاده كننده ازساختمان متحمل تعمیرات زیاد یا ضرر نشود.
ــ ساختمانهایی كه درمواقع اضطراری لازم هستند واماكن عمومی ضروری ، باید احتمال خسارت كمی ، درسطحی كه استفاده از آنها مجاز است ، داشته باشند.
ــ تاسیساتی كه شامل سیستم ها وموادی هستند كه درصورت آزادشدن ، ایجاد خطر برای عده زیادی خواهند كرد،*احتمال خسارت كمی داشته باشند.
درنشریه راهنمای NEHRP چنین اهداف عملكردی رابه عنوان پایه طرح بازسازی برای سازه های موجود پیشنهاد می كند. بویژه توصیه می گردد كه ارزیابی عملكرد ، خصوصا ً برای هر هدف عملكرد مورد نظر انجام شود . ارزیابی عملكرد ، شامل تحلیل سازه ای با تقاضاهای محاسبه شده ومقایسه آن با معیارهای پذیرش مشخص ، برای هریك ازسطوح مختلف عملكرد می باشد. این موضوع برخلاف روند منظورشده توسط آیین نامه های ساختمانی فعلی می باشد كه درآنها ، تنها یك ارزیابی عملكرد ، برای سطح عملكرد ایمنی جانی در سطح معینی ازحركت زمین ، تحت عنوان زلزله مبنای طرح (DBE)1، لازم دانسته شده است.
1. Design Basis Earthquake

1ـ5ـ سطوح عملكرد
هرسطح عملكرد ، شرایطی راجهت محدود كردن ماكزیمم خسارت وارد به سازه ، دراثر یك زمین لرزه معین ارائه می نماید.
سطوح عملكرد به صورت كمی درمدارك مختلف ازجمله ، پروژه Vision 2000 (SEAOC, 1995) وراهنمای NEHRP (ATC,1996) تعریف شده است .هردومدرك فوق روند مشابهی رابرای تعیین عملكرد ساختمان توسعه داده اند، گرچه از اصطلاحات متفاوتی استفاده كرده اند.جدول (1ـ1) خلاصه ای ازسطوح عملكرد تعریف شده ، دراین مدارك می باشد. خصوصا ً درراهنمای NEHRP، ملاكهایی به صورت كمی تعیین شده است كه توسط آن ، عملكردسازه ای مربوط به این سطوح قابل ارزیابی است . به این ترتیب كه ، اجزای مختلف موجود درسازه ، به عنوان اولیه یا ثانویه تعیین می شوند. اجزای اولیه ، اجزایی هستند كه جهت پایداری جانبی ومقاومت سازه هستند. در حالیكه اجزای ثانویه ، این طور نیستند. هرچند ممكن است ، این اجزا برای باربری قائم سازه لازم باشند. درحالت كلی ، سختی جانبی اجزایی كه به عنوان ثانویه انتخاب می شوند نباید از 25 درصد از سختی جانبی كل طبقه بیشتر باشد.

جدول (1ـ1) : تعریف عملكرد سازه ای
شرح سطح عملكرد
Vision 2000 راهنمای NEHRP
هیچ خسارت قابل ملاحظه ای به اعضای سازه ای و غیرسازه ای وارد نشده است. ساختمان برای استفاده وسكونت مناسب است. Fully Functional Operational
خسارت زیاد به اعضای سازه ای وارد نشده است واین اعضا تقریبا ً تمام مقاومت وسختی پیش از زلزله خود را دارا هستند. اجزای غیرسازه ای ایمن هستند وبیشتر آنها كارایی خودرادارند . ساختمان برای اهداف مورد نظر قابل استفاده می باشد.

Operational
Immediate
Occupancy
خسارت قابل توجه وافت اساسی درسختی اعضای سازه ای پدیدآمده است ، لیكن هنوز حاشیه امنی تافروریزش باقی است. اعضای غیرسازه ای ایمن هستند اما ممكن است قابل استفاده نباشند. ممكن است امكان استفاده ازساختمان قبل از تعمیر وجود نداشته باشد.

Life Safe

Life Safety
خسارت زیادی به اعضای سازه ای وغیرسازه ای وارد آمده است . مقاومت وسختی اعضای سازه ای به صورت قابل ملاحظه ای كاهش پیدا كرده است . حاشیه كمی تافرو ریزش باقی است. خطر ریزش قطعات وجوددارد.
Near Collapse
Collapse Prevention

سازگار با رهیافت های LRFD، معیارهای پذیرش سطوح عملكرد ایمنی جانی وآستانه فرو ریزش ، براساس حاشیه های اطمینان مورد نظر درسطح عضو تعیین می شوند.
جدول (1ـ2) به صورت مختصر ، معیارهای پذیرش این دوسطح عملكرد ، برای اجزاء اصلی وثانویه راشامل می شود.
جدول (1ـ2) : معیارهای پذیرش سطوح عملكرد ایمنی جانی وآستانه فروریزش (*)
اعضای ثانویه اعضای اصلی سطح عملكرد
100درصد ازتغییرشكلی كه تحت آن افت قابل ملاحظه ای درمقاومت سیستم مقاوم دربرابربار جانبی اتفاق افتد. 75 درصد ازتغییرشكلی كه تحت آن افت قابل ملاحظه ای درمقاومت سیستم مقاوم در برابر بار جانبی اتفاق افتد. ایمنی جانبی
(Life Safety)
100درصد ازتغییرشكلی كه تحت آن افت ظرفیت درسیستم باربر قائم مشاهده شود. 75 درصد ازتغییر شكلی كه تحت آن افت ظرفیت درسیستم باربرقائم اتفاق افتد. این مقدار نباید بیشتر از تغییرشكلی باشد كه منجربه افت قابل ملاحظه ای درمقاومت سیستم باربر جانبی می گردد. آستانه فروریزش
(Collapse Prevention)

*: معیارهای پذیرش فوق قابل استفاده درساختمانهایی هستند كه درآنها از روشهای تحلیل غیرخطی برای تعیین تقاضای اعضاء استفاده شده است.
زمانیكه از روشهای تحلیل خطی برای تعیین تقاضای اعضاء استفاده گردد، باید ضریب كاهش 75/0 دراین معیارهای پذیرش بكاربرده شود.

1ـ5ـ1ـ سطوح عملكرد درSEAOC
سطوح عملكرد درSEAOC شامل كارایی كامل ،*كارایی ، ایمنی جانی ، آستانه فروریزش وفروریزش می باشند. درادامه به شرح هریك ازاین سطوح پرداخته می شود ]15[.

1ـ كارایی كامل (Fully Operational)
دراین سطح عملكرد ، هیچ خسارتی نباید به سازه وارد شود. سازه پس از زلزله باید خدمت رسانی خود را حفظ كندوكلیه تجهیزات وسرویسهای وابسته به آن بایستی قابل استفاده باشند درحالت كلی هیچ تعمیری مورد نیاز نخواهد بود.

2ـ كارایی ( Operational)
دراین سطح عملكرد خسارت متعادلی به عناصر غیرسازه ای وخسارت جزئی به المانهای سازه ای وارد می شود. خسارت محدود است وایمنی سازه راجهت خدمت رسانی تهدید نمی كند.

3ـ ایمنی جانی (Life Safety)
دراین سطح عملكرد خسارت متعادلی به عناصر سازه ای وغیرسازه ای وارد می شود. سختی جانبی سازه ومقاومت دربرابر نیروی جانبی ، تاحد نسبتا ً زیادی كاهش می یابد، هرچند كه حاشیه اطمینانی تافروریزش باقی مانده است. سازه احتمالا ً قابل تعمیر است هرچند این كار اقتصادی نباشد.

4ـ آستانه فروریزش (Near Collapse)
خسارت قابل ملاحظه ای به عناصر مقاوم جانبی وقائم وارد می شود ، پس لرزه ها می توانند سبب فروریزش كلی یا جزئی سازه شوند. سازه احتمالا ً برای خدمت رسانی وتعمیراین نخواهد بود و تعمیر ساختمان توجیه اقتصادی وفنی ندارد.

5ـ فروریزش (Collapse)
خسارت وارده به سازه قابل ملاحظه است به طوری كه المانهای باربر قائم آن به صورت كلی یا جزئی فروریخته اند. سازه قابل تعمیر نمی باشد وترجیحاً باید تخریب گردد.

1ـ5ـ2ـ سطوح عملكرد تعریف شده توسط ATC40
در ATC40 ، سطوح عملكرد هدف برای سیستمهای سازه ای و سیستمهای غیرسازه ای به صورت جداگانه ، تعریف شده است. دراین مدرك ، عملكرد كلی یك ساختمان به صورت تركیبی ازسطح عملكرد سازه ای وسطح عملكرد غیرسازه ای اعضای آن ،*می باشد. تركیب سطوح عملكرد سازه ای و غیرسازه ای جهت تعیین سطوح علمكرد كلی ساختمان را نشان می دهد. درادامه به شرح سطوح عملكرد ارائه شده دراین مدرك برای اعضای سازه ای وغیرسازه ای وكل ساختمان پرداخته می شود.


1ـ5ـ2ـ1ـ سطوح عملكرد سازه ای
ــ قابلیت استفاده بی وقفه ،SP-1( Immediate Occupancy)
خسارت وارده پس از زمین لرزه دراعضای سازه ای بسیار محدود می باشد وتغییری در ظرفیت عناصر مقاوم باربرقائم و جانبی نسبت به حالت قبل از زلزله دیده نمی شود. خطر صدمات جانی قابل اغماض است. سازه جهت ورود وخروج وسكونت ایمن می باشد.

ــ كنترل خسارت ،SP-(Damage Control)
این حالت درحقیتق نشانگر یك سطح خاص عملكرد نمی باشد. بلكه محدوده ای از زمین لرزه را كه مابین سطوح قابلیت استفاده بی وقفه وایمنی جانی می باشد،*شامل می شود. درواقع با این تعریف می توان حالاتی را كه لازم است خسارت سازه ای كنترل شود، درنظرگرفت. به عنوان مثال می توان به كنترل خسارت سازه ای ، جهت حفاظت ازنماهای (نازك كاریهای ) معماری درساختمانهای تاریخی یا محتویات گرانقیمت آنها نام برد.

ــ ایمنی جانی ، SP-3(Life Safety)
خسارت وارده پس از زمین لرزه به اعضای سازه ای ، قابل توجه است ، لیكن هنوز حاشیه ای تا فروریزش كلی یا جزئی سازه باقی مانده است .سطح خسارت ، كمتر از مقدار مورد نظر برای سطح پایداری سازه ای می باشد. اعضای مهم سازه ای ازجای خود خارج نشده اند وخسارت سازه ای باعث صدمات جانی نمی شود. تعمیرات عمدة*سازه ای قبل از استفاده مجدد از ساختمان لازم است گرچه ممكن است این تعمیرات همیشه توجیه اقتصادی نداشته باشند.

ــ ایمنی محدود ، SP-4 (Limited Safety)
این عبارت نیز مبین دامنه ای ازخسارت وارده به سازه بین سطوح ایمنی جانی وپایداری سازه می باشد ودراین حالت تامین كامل سطح ایمنی جانی مورد نظر نیست ونقایص سازه ای درحدی است كه تغییر شكلهای شدیدی درسازه ، اتفاق نمی افتد.

ــ پایداری سازه ای ،SP-5(Structural Stability)
دراین سطح ،*خسارت وارده به سازه پس از زلزله درحدی است كه سیستم سازه ای درآستانه ریزش كلی یا جزئی قرار می گیرد. خسارت وارده به سازه اساسی است وشامل كاهش قابل ملاحظه سختی ومقاومت سیستم باربرجانبی می باشد، لیكن عناصر بار بر قائم هنوز كار می كنند. ممكن است ساختمان بطوركلی پایدار باشد ، خطر لطمات جانی به دلیل ریزش درداخل وخارج ساختمان زیاد است . پس لرزه ها ممكن است باعث فرو ریزش ساختمان شوند. تعمیرات سازه ای قابل ملاحظه قبل از استفاده مجدد از ساختمان لازم است .

1ـ5ـ2ـ2ـ سطوح عملكرد غیرسازه ای

-كارایی ، NP-A(Operational)
خسارت پس از زلزله به صورتی است كه عناصر وسیستمهای غیرسازه ای درمحل اولیه خود قرار دارند ولیكن شكافهای محدودی در آنها ایجاد شده است و تعمیرات لازم است . همه تجهیزات و ماشین آلات باید قابل استفاده باشند گرچه تاسیسات شهری (External Utilities) ممكن است به دلیل خسارت قابل توجه ساختمان قابل دسترس نباشند. طرحهای اضطراری جهت غلبه برمشكلات به وجود آمده برای ارتباط با بیرون ، دسترسی وتاسیسات ساختمان باید تامین گردند.


ــ قابلیت استفاده بی وقفه ،NP-B (Immediate Occupancy)
خسارت وارد آمده دراثر زلزله به صورتی است كه كلیه اعضاء وسیسمتهای غیرسازه ای درمحل اولیه خود قراردارند، لیكن شكافهای محدودی در آنها ایجاد شده است وتعمیرات ، خصوصا ً به دلیل خسارت یا جابه جایی محتویات لازم است . باوجودیكه تجهیزات وماشین آلات كلا ً مهار شده اند ،*امكان استفاده از آنها پس از تكانهای شدید وجود ندارد وممكن است ، محدودیتهایی دراستفاده یا كاربرد آنها وجود داشته باشد.

ــ ایمنی جانی ، NP-C (Life Safety)
دراثر زلزله ، خسارت قابل ملاحظه ای به اجزاء و سیستمهای غیرسازه ای وارد می شود ، اما خرابی یا ریزش اجزای سنگین درحدی نیست كه سبب صدمات شدید درداخل یا خارج ساختمان شود.
شكسته شدن لوله های تحت فشار بالا یا حاوی مواد سمی یا لوله های آب اطفای حریق نباید منجر به خطرات ثانویه شود. سیستمهای غیرسازه ای ، تجهیزات وماشین آلات ممكن است نیاز به جایگزینی یا تعمیر داشته باشند. گرچه زلزله باعث صدمات می شود ولیكن احتمال به خطر افتادن جان افراد به دلیل این صدمات ( ناشی از خسارت غیرسازه ای ) بسیار پایین است .

ــ خطر كاهش یافته ، NP-D(Reduced Hazard)
دراثر زلزله به اجزاء و سیستمهای غیرسازه ای خسارت وارد می شود، اما این خسارت نباید شامل فروریزش ساختمان یا ریزش قطعات بزرگ و سنگین كه منجربه صدمات قابل توجه به افراد می شود،*باشد. مثل ریزش جان پناهها ، دیوارهای بنایی خارجی ، نما و سقفهای بزرگ و سنگین . درحالیكه انتظارمی رود كه صدمات جدی اتفاق افتد، احتمال وقوع ریزشهایی كه منجر به خطر افتادن جان تعداد زیادی ازافراد درداخل یا خارج بنا می شود ، بسیار پایین است.

ــ منظور نشده ،*NP-E (Not Considered)
اجزای غیرسازه ای ،*غیر از آنهایی كه برپاسخ سازه ای تاثیر دارند ، ارزیابی نمی شوند،*به عبارت دیگر عملكرد لرزه ای آنها مهم نیست .

1ـ5ـ2ـ3ـ سطوح عملكرد ساختمان
ـ كارایی ، 1-A (Operational)
این سطح عملكرد مربوط به كارایی تمام اعضاء می باشد. خسارت سازه ای دراین حالت محدود است بطوریكه امكان استفاده ایمن از ساختمان وجوددارد. هرگونه تعمیراتی جزئی است واین تعمیرات می تواند بدون ایجاد وقفه دراستفاده از ساختمان انجام شود. به صورت مشابه ، خسارت وارده به همه سیسمتهای غیرسازه ای ومحتویات ساختمان جزئی است ومنجر به خطر افتادن عملكرد ساختمان نمی شود.
برای عدم وقفه درسرویسهای حیاتی مانند مخابرات ، آب ،*برق ، گاز ، دسترسی و …باید طرحی برای استفاده ازسیسمتهای اضطراری موجود باشد.

ـ قابلیت استفاده بی وقفه ، 1-B(Immediate Occupancy)

این سطح ، بخش عمده ای از معیارهای لازم برای تاسیسات ضروری را شامل می شود. سیستم ها و فضاهای ساختمان باید به صورت قابل قبولی قابل استفاده باشند، لیكن تامین پیوستگی فعالیت همه سرویسها ، شامل سیستمهای اصلی و پشتیبانی لازم نیست . محتویات بنا ممكن است خسارت ببینند.

ـ قابلیت استفاده بی وقفه ، 1-B(Immediate Occupancy)
این سطح ، بخش عمده ای از معیارهای لازم برای تاسیسات ضروری را شامل می شود. سیستم ها و فضاهای ساختمان باید به صورت قابل قبولی قابل استفاده باشند، لیكن تامین پیوستگی فعالیت همه سرویسها ، شامل سیستمهای اصلی و پشتیبانی لازم نیست . محتویات بنا ممكن است خسارت ببینند.

ـ ایمنی جانی ،*3-C(Life Safety)
منظور از این سطح ، رسیدن به حالت خسارتی است كه آسیبهای سازه ای یا ریزش اجزای غیرسازه ای ساختمان ، خطر بسیار كمی را از نظر ایمنی جانی ایجاد كند،* اما محتویات واثاثیه ساختمان قابل كنترل نیستند ومی توانند خطرات ریزش وخطرات ثانویه مثل رها شدن مواد شیمیایی و آتش سوزی رادربرداشته باشند. این سطح عملكرد كمتراز عملكرد مورد نظر آیین نامه طراحی ساختمانهای جدید در نظر گرفته شده است.

ــ پایداری سازه ای ،5-E (Structural Stability)
این حالت خسارت فقط مربوط به قاب اصلی ساختمان یا سیستم باربر قائم می باشد ودراین حالت ، سیستم تنها دربرابر بارهای قائم پایدار می باشد. هیچ حاشیه امنی دربرابر فرو ریزش دراثر وقوع پس لرزه ها وجود ندارد. احتمال تهدید جانی دراثر خطرات ریزش داخلی و خارجی ونماها و نازك كاری غیرسازه ای یا حتی در اثر آسیب دیدگی سازه ای وجوددارد. تجدید نظر درعملكرد عناصر غیر سازه ای به دلیل نیروها و تغییر مكانهای به وجود آمده در آنها لازم نیست وعملكرد آنها بسیار غیر قابل اعتماد می باشد.

1ـ6ـ حركات زمین
حركات زمین لرزه در تركیب با سطح عملكرد مورد نظر یك هدف عملكرد را شكل می دهد. یك حركت زمین لرزه می تواند به یكی از دوصورت ذیل تعریف شود.

الف ـ تعیین یك سطح لرزش به همراه احتمال وقوع آن ( روش احتمالاتی ).
ب ـ تعریف حركت زمین برحسب حداكثر لرزش مورد انتظار ازیك زلزله معین با بزرگای مشخص دریك گسل ( چشمه لرزه ای ) معین ( روش تعینی ).
سطح حركت زمین برحسب شاخصهای مهندسی قابل استفاده در طراحی ، بیان می شود. یك طیف پاسخ یا مجموعه ای از ركوردهای زلزله برای این منظور استفاده می شود. سطوح زمین لرزه های ATC40 به شرح ذیل می باشند.


زمین لرزه ای است كه احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن درمدت 50 سال ( عمر مفید سازه )، 50 درصد می باشد. 1ـ زمین لرزه حالت بهره برداری :


زمین لرزه ای است كه احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن درمدت 50 سال ، 10 درصد می باشد . 2ـ زمین لرزه طراحی :

3ـ زمین لرزه حداكثر :ME
زمین لرزه ای است كه احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن درمدت 50 سال ، 5 درصد می باشد.

1. Service Earthquake
2. Design Earthquake


1ـ7ـ هدف پایه ایمنی
هدف پایه ایمنی یك هدف عملكرد دومنظوره می باشد. طراحی برپایه این هدف ، درزمین لرزه طراحی (DE) ، ایمنی جانی را تامین می كند ودر زمین لرزه حداكثر (ME) ، سطح عملكرد پایداری سازه ای باید تامین گردد.