کلیات مربوط به زلزله

1- هدف
هدف استاندارد2800 تعیین حداقل ضوابط و مقررات برای طرح و اجرای ساختمان در برابر اثرهای زلزله است بطوریکه با رعایت آن انتظار می رود.
الف: با حفظ ایستایی ساختمان در زلزله های شدید، تلفات جانی به حداقل برسد و نیز ساختمان در برابر زلزله های خفیف و متوسط بدون وارد شدن آسیب عمدۀ سازه ای قادر به مقاومت باشد.
ب: ساختمان های با اهمیت «زیاد»، در زمان وقوع زلزله های خفیف و متوسط قابلیت بهره برداری خود را حفظ کنند و در ساختمان های با اهمیت متوسط، خسارات سازه ای و غیر سازه ای به حداقل برسد.
ج: ساختمان های با «اهمیت خیلی زیاد»، در زمان وقوع زلزله های شدید بدون آسیب عمده سازه ای قابلیت بهره برداری بدون وقفه خود را حفظ کنند.
زلزله شدید که «زلزله» طرح نامیده می شود، زلزله ای است که احتمال وقوع آن و یا زلزله های بزرگتر از آن در 50 سال عمر مفید ساختمان ده درصد باشد.
زلزله متوسط یا «زلزله سطح بهره برداری»، زلزله ای است که احتمال وقوع آن و یا زلزله های بزرگتر از آن در 50 سال عمر مفید ساختمان 5/99 در صد است.
2- حدود کاربر
2-1- این آیین نامه برای طرح و اجرای ساختمان های بتن آرمه، فولادی، چوبی و ساختمان های با مصالح بنایی بکار می رود.
2-2- ساختمان های زیر مشمول این آیین نامه نیستند:
الف: ساختمان های خاص مانند سدها، پل ها، اسکله ها و سازه های دریایی و نیروگاههای هسته ای.
در طرح ساختمان های خاص باید ضوابط ویژه ای که آیین نامه های مربوط به هر یک از آنها برای مقابله با اثرهای زلزله تعیین می شود رعایت گردد. در هر حال شتاب مبنای طرح نباید کمتر از مقدار مندرج در این آیین نامه در نظر گرفته شود. در مواردیکه مطالعات خاص لرزه خیزی ساختگاه برای اینگونه ساختمانها انجام شود، نتیجه آنها می تواند ملاک عمل قرار گیرد، مشروط بر آنکه مقادیر طیف طرح ویژه ساختگاه از دو سوم مقادیر طیف طرح استاندارد2800، با توجه به ضرایب اهمیتI و رفتارR، کمتر نباشد.
ب: بناهای سنتی که با گل و یا خشت ساخته می شوند.
این نوع بناها به علت ضعف مصالح مقاومت چندانی در برابر زلزله ندارند و حتی تأمین ایمنی آنها در برابر زلزله مستلزم تمهیداتی ویژه است. با توجه به اینکه در مناطق کویری و دوردست، فراهم آوردن مصالح مقاوم بسادگی میسر نیست، باید ضوابط و دستورالعمل های فنی ویژه برای تأمین ایمنی نسبی آنها با بکارگیری عناصر مقاوم چوبی، فلزی، بتنی، پلیمری و یا ترکیبی از آنها یا هرگونه مصالح دیگر تدوین و ترویج و بکار بسته شود.
2-3- ساختمان های آجری مسلح و ساختمان های بلوک سیمانی مسلح که در آنها از مصالح بنایی برای تحمل فشار و ازمیلگردهای فولادی برای تحمل کشش استفاده می شود مشمول ضوابط و مقررات فصل دوم استاندارد2800 می باشند. طراحی اینگونه ساختمان ها تا زمانی که آیین نامه ویژه ای در مورد آنها تدوین نگردیده است، باید براساس آیین نامه معتبر یکی از کشورهای دیگر باشد، در غیر اینصورت ضوابط کلی و مقررات مربوط به ساختمان های با مصالح بنایی غیر مسلح، مندرج در فصل سوم استاندارد280 باید در مورد این ساختمان ها رعایت گردد.
3- ملاحظات ژئوتکنیکی
بطور کلی باید از احداث ساختمان بر روی گسل های فعالی که احتمال به وجود آمدن شکستگی در سطح زمین هنگام زلزله وجود دارد، اجتناب شود. در مواردی که در محدودۀ گسل احداث ساختمان مورد نظر باشد، باید علاوه بر رعایت ضوابط این آیین نامه، تمهیدات فنی ویژه منظور شود.
4- ملاحظات معماری
4-1- پلان ساختمان باید تا حد امکان به شکل ساده و متقارن در دو امتداد عمود بر هم و بدون پیشامدگی و پس رفتگی زیاد باشد و از ایجاد تغییرات نامتقارن پلان در ارتفاع ساختمان نیز حتی المقدور احتراز شود.
4-2- از احداث طره های بزرگتر از 5/1 متر حتی المقدور احتراز شود.
4-3- از ایجاد بازشوهای بزرگ و مجاور یکدیگر در دیافراگم های کف ها خودداری شود.
4-4- از قرار دادن اجزای ساختمانی، تأسیسات و یا کالاهای سنگین بر روی طره ها و عناصر لاغر و دهانه های بزرگ پرهیز گردد.
4-5- با بکارگیری مصالح سازه ای با مقاومت زیاد و شکل پذیری مناسب و مصالح غیر سازه ای سبک، وزن ساختمان به حداقل رسانده شود.
4-6- از ایجاد اختلاف سطح در کف ها تا حد امکان خودداری شود.
4-7- از کاهش و افزایش مساحت زیربنای طبقات در ارتفاع، بطوریکه تغییرات قابل ملاحظه ای در جرم طبقات ایجاد شود، پرهیز گردد.
5- ملاحظات پیکربندی سازه ای
5-1 عناصری که بارهای قائم را تحمل می نمایند در طبقات مختلف تا حد امکان بر روی هم قرار داده شوند تا انتقال بار این عناصر به یکدیگر با واسطه عناصر افقی صورت نگیرد.
5-2- عناصری که نیرو های افقی ناشی از زلزله را تحمل می کنند به صورتی در نظر گرفته شوند که انتقال نیروها به سمت شالوده بطور مستقیم انجام شود و عناصری که با هم کار می کنند در یک صفحه قائم قرار داشته باشند.
5-3- عناصر مقاوم در برابر نیروهای افقی ناشی از زلزله به صورتی در نظر گرفته شوند که پیچش ناشی از این نیروها در طبقات به حداقل برسد. برای این منظور مناسب است فاصله مرکز جرم و مرکز سختی در طبقات در هر امتداد، کمتر از 5 درصد بعد ساختمان در امتداد باشد.
5-4-ساختمان و اجزای آن به نحوی طراحی گردند که شکل پذیری مناسب در آنها تأمین شده باشد.
5-5- در ساختمان هاییکه در آنها از سیستم قاب خمشی برای بار جانبی استفاده می شود، طراحی به نحوی صورت گیرد که تا حد امکان ستونها دیرتر از تیرها دچار خرابی شوند(ستون قوی-تیر ضعیف)
5-6- اعضای غیر سازه ای مانند دیوارهای داخلی و نماها طوری اجرا شوند که تا حد امکان مزاحمتی برای حرکت اعضای سازه ای در زمان زلزله ایجاد نکنند. در غیر اینصورت اثر اندر کنش این اعضا با سیستم سازه باید در تحلیل سازه در نظر گرفته شود.
5-7- از ایجاد ستون های کوتاه، حتی الامکان خودداری شود.
6- ضوابط کلی
6-1 کلیه عناصر باربر ساختمان باید به نحو مناسبی به هم پیوسته باشند تادر زمان زلزله عناصر مختلف از یکدیگر جدانشده و ساختمان بطور یکپارچه عمل کند. در این مورد کف ها باید به عناصر قائم باربر، قاب ها و یا دیوارها، به نحو مناسبی متصل باشند، بطوریکه بتوانند بصورت یک دیافراگم نیروهای ناشی از زلزله را به عناصر باربر جانبی منتقل کنند.
6-2- ساختمان باید در هر دو امتداد افقی عمود بر هم قادر به تحمل نیروهای افقی ناشی از زلزله باشد و در هر یک از این امتدادها نیز باید انتقال نیروهای افقی به شالوده بطوری مناسب صورت گیرد.
6-3- حداقل عرض درز انقطاع، در هر طبقه برابر یک صدم ارتفاع آن طبقه از روی تراز پایه می باشد. برای تأمین این منظور فاصله هر طبقه ساختمان از مرز زمین مجاور (در صورتیکه مالکیت آن فرق داشته باشد) حداقل باید برابر پنج هزارم ارتفاع آن طبقه از روی تراز پایه باشد. فاصله درز انقطاع را می توان با مصالح کم مقاومت که در هنگام زلزله در اثر برخورد دو ساختمان به آسانی خرد شود، به نحو مناسبی برنمود بطوریکه پس از زلزله به سادگی قابل جایگزین کردن و بهسازی باشد.
7- گروه بندی ساختمانها بر حسب اهمیت
ساختمانها از نظر اهمیت به چهار گروه تقسیم می شوند:
گروه 1-الف- ساختمانهای «با اهمیت زیاد ضروری»
در این گروه ساختمانهایی قرار دارند که قابل استفاده بودن آنها پس از وقوع زلزله اهمیت خاص دارد و وقفه در بهره برداری از آنها بطور غیر مستقیم موجب افزایش تلفات و خسارات می شود مانند بیمارستانها و درمانگاهها، مراکز آتش نشانی، مراکز و تأسیسات آبرسانی، نیروگاهها و تأسیسات برق رسانی، برجهای مراقبت فرودگاهها، مراکز مخابرات، رادیو و تلوزیون، تأسیسات نظامی و انتظامی، دادگستری و زندان، مراکز کمک رسانی و بطور کلی تمام ساختمانهایی که استفاده از آنها در امداد و نجات مؤثر می باشد. ساختمانها و تأسیساتی که خرابی آنها موجب انتشار گسترده مواد سمی و مضر در دراز مدت برای محیط زیست می شوند جزو این گروه ساختمانها منظور می گردند.
گروه 1- سایر ساختمانهای «با اهمیت زیاد»
سایر ساختمانهای گروه یک «بااهمیت زیاد» شامل سه دسته زیر است:
ب: ساختمانهایی که خرابی آنها موجب تلفات زیاد می شود مانند مدارس، مساجد، استادیومها، سالن های سینما و تأتر، سالنهای اجتماعات، فروشگاههای بزرگ، ترمینالهای مسافربری یا هر فضای سر پوشیده که محل تجمع بیش از 300 نفر در زیر یک سقف باشد.
ج: ساختمانهایی که خرابی آنها سبب از دست رفتن ثروت ملی می گردد مانند موزه ها، کتابخانه ها و بطور کلی مراکزی که در آنها اسناد ملی و یا آثار پر ارزش نگهداری می شود.
د: ساختمانها و تأسیسات صنعتی که خرابی آنها موجب آلودگی محیط زیست و یا آتش سوزی وسیع می شود مانند پالایشگاهها، انبارهای سوخت و مراکز گازرسانی.
گروه 2- ساختمانهای «با اهمیت متوسط»
این گروه شامل کلیه ساختمانهای مشمول این آیین نامه، بجز ساختمانهای عنوان شده در گروههای دیگر می باشد، مانند ساختمانهای مسکونی، اداری و تجاری، هتلها و پارکینگهای چند طبقه، انبارهای کارگاهها، ساختمانهای صنعتی و غیره.
گروه 3- ساختمانهای «با اهمیت کم»
این گروه شامل دو دسته زیر می باشد:
الف- ساختمانهایی که خسارت نسبتاً کمی از خرابی آنها حادث می شود و احتمال بروز تلفات در آنها بسیار اندک است، مانند انبارهای کشاورزی و سالنهای مرغداری.
ب- ساختمانهای موقت که مدت بهره برداری از آنها کمتر از 2 سال است.
8-گروه بندی ساختمانها بر حسب شکل
ساختمانها بر حسب شکل به دو گروه منظم و نامنظم بشرح زیر تقسیم می شوند:
8-1-ساختمانهای منظم
ساختمانهای منظم به گروهی ازساختمانها اطلاق می شود که دارای کلیه ویژگی های زیر باشند:
8-1-1- منظم بودن در پلان
الف- پلان ساختمان دارای شکل متقارن و یا تقریباً متقارن نسبت به محورهای اصلی ساختمان، که معمولاً عناصر مقاوم در برابر زلزله در امتداد آنها قرار دارند، باشد. همچنین در صورت وجود فرورفتگی یا پیشامدگی در پلان، اندازه آن درهر امتداد از 25 درصد بعد خارجی ساختمان در آن امتداد تجاوز ننماید.
ب- در هر طبقه فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی در هر یک از دو امتداد متعامد ساختمان از 20 درصد بعد ساختمان در آن امتداد بیشتر نباشد.
ج- تغییرات ناگهانی در سختی دیافراگم هر طبقه نسبت به طبقات مجاور از 50 درصد بیشتر نبوده و مجموع سطوح باز شو در آن از 50 درصد سطح کل دیافراگم تجاوز ننماید.
د- در مسیر انتقال نیروی جانبی به زمین انقطاعی مانند تغییر صفحه اجزای باربر جانبی در طبقات وجود نداشته است.
ه- در هر طبقه حداکثر تغییر مکان نسبی در انتهای ساختمان، با احتساب پیچش تصادفی، بیشتر از 20 درصد با متوسط تغییر مکان نسبی دو انتهای ساختمان در آن طبقه اختلاف نداشته باشد.
8-1-2- منظم بودن در ارتفاع
الف- توزیع جرم در ارتفاع ساختمان تقریباً یکنواخت باشد بطوریکه هیچ طبقه ای به استثنای بام و خرپشته بام نسبت به جرم طبقه زیر خود بیشتر از50 درصد تغییر نداشته باشد.
ب- سختی جانبی در هیچ طبقه ای کمتر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود و یا کمتر از 80 درصد متوسط سختی سه طبقه روی خود نباشد. طبقه ای که سختی آن کمتر از محدوده عنوان شده در این بند باشد انعطاف پذیر تلقی شده و طبقه «نرم» نامیده می شود.
ج- مقاومت جانبی هیچ طبقه ای کمتر از 80 درصد مقاومت جانبی طبقه روی خود نباشد. مقاومت هر طبقه برابر با مجموع مقاومت جانبی کلیه اجزای مقاومی است که برش طبقه را در جهت مورد نظر تحمل می نمایند. طبقه ای که مقاومت جانبی آن کمتر از حدود عنوان شده در این بند باشد، ضعیف تلقی شده و طبقه«ضعیف» نامیده می شود.
8-2- ساختمانهای نامنظم
ساختمانهای نامنظم به ساختمانهایی اطلاق می شود که فاقد یک یا چند ویزگی ضوابط بند8-1 باشند.
9- گروه بندی ساختمانها بر حسب سیستم سازه ای
ساختمانها برحسب سیستم سازه ای در یکی از گروه های زیر طبقه بندی می شوند:
9-1- سیستم دیوارهای باربر
نوعی سیستم سازه ای است که فاقد یک سیستم قاب ساختمانی کامل برای باربری قائم می باشد. در این سیستم دیوارهای باربر و یا قاب های مهاربندی شده عمدتاً بارهای قائم را تحمل نموده و مقاومت در برابر نیروهای جانبی نیز بوسیله همان دیوارهای باربر که بصورت دیوارهای برشی عمل می کند و یا قابهای مهاربندی شده تأمین می شود.
9-2- سیستم قاب ساختمانی ساده
نوعی سیستم سازه ای است که در آن بارهای قائم عمدتاً توسط قابهای ساختمانی کامل با اتصالات تحمل شده و مقاومت در برابر نیروهای جانبی توسط دیوارهای برشی یا قابهای مهاربندی شده تأمین می شود. سیستم قابهای با اتصالات خورجینی (یا رکابی) همراه با مهاربندی های قائم نیز از این گروهند.
9-3- سیستم قاب خمشی
نوعی سیستم سازه ای است که در آن بارهای قائم توسط قاب های ساختمانی کامل تحمل شده و مقاومت در برابر نیروهای جانبی توسط قاب های خمشی تأمین می گردد. سازه های فضایی خمشی کامل و یا سازه های با قابهای خمشی در پیرامون و یا در قسمتی از پلان، همراه با قابهای با اتصالات ساده در سایر قسمتهای پلان، از این گروهند.
در این سیستم قابهای خمشی بتنی و فولادی را می توان به صورت های معمولی، متوسط یا ویژه طراحی کرد.
9-4- سیستم دوگانه یا ترکیبی
نوعی سیستم سازه ای است که در آن:
الف- بارهای قائم عمدتاً توسط قاب های ساختمانی کامل تحمل می شوند.
ب- مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط مجموعه ای از دیوارهای برشی یا قاب های مهار بندی شده همراه با مجموعه ای از قاب های خمشی صورت می گیرد. سهم برش گیری هر یک از دو مجموعه با توجه به سختی جانبی و اندرکنش آن دو، در تمام طبقات، تعیین می شود.
ج- هر یک از دو مجموعه دیوارهای برشی و یا قابهای مهار بندی شده، و قاب های خمشی مستقلاً قادر به تحمل حداقل 25 درصد نیروهای جانبی وارد به ساختمان می باشند.
در ساختمان های کوتاه تر از هشت طبقه و یا با ارتفاع کمتر از 30 متر به جای توزیع بار به نسبت سختی عناصر باربر جانبی، می توان دیوار های برشی یا قابهای مهاربندی شده را برای 100 درصد بار جانبی و مجموعه قاب های خمشی را برای 30 درصد بار جانبی طراحی کرد. بکار گیری قاب های خمشی بتنی و فولادی معمولی برای باربری جانبی در این سیستم مجاز نمی باشد و در صورت استفاده از این نوع سازه، سیستم از نوع ساده محسوب خواهد شد.
9-5- سایر سیستم های سازه ای
ویژگی های سیستم های دیگر از نظر باربری های قائم و جانبی باید بر مبنای آیین نامه ها و تحقیقات فنی و یا آزمایشهای معتبر تعیین شود.