التحليل الإنشائى للمنشآت المقاومة للزلازل
المنشآت الصغيرة والضخمة والمنشآت الهامة
تأليف....
أحمد عادل أحمد عشره
كلية الهندسة - جامعة الأسكندرية
قسم الهندسة المدنية
مقدمة
تتصف الاهتزازات الناشئة عن الزلازل بالعشوائية ، حيث تهتز التربة في منطقة الزلازل في مختلف الاتجاهات مما يسبب تسارعاً أرضياً متغيراً يؤثر على أساسات المنشأ الواقع في منطقة الزلزال والتي بدورها تؤثر على عناصر الهيكل الإنشائي المهتزة فتتولد فيه قوى داخلية تتعلق بمقدار التسارع بفعل الزلزال وكذلك بكتلة هذه العناصر .
بشكل عام يمكن التعبير عن التسارع الأرضي الناتج عن الزلازل بواسطة مركبات أفقية وأخرى رأسية إلا أن المركبات الرأسية تهمل نظراً لكون الصلابة الرأسية كبيرة جداً ويتم التركيز على دراسة المنشآت لمقاومة المركبات الأفقية للتسارع فقط .
تحليل المنشآت لمقاومة الزلازل
يمكن تقسيم طرق التحليل الزلزالي للمنشآت إلى مجموعتين رئيستين :
1. طرق التحليل الساكن "الاستاتيكى" .
2. طرق التحليل الديناميكي وتشمل :
*أ- طرق التحليل اللاخطي .
*ب- طرق التكامل المباشر لمعادلة الحركة .
*ج- طرق تحليل الأطوار باستخدام مخططات طيف الاستجابة .
إن النتائج المستخلصة بمختلف الطرق قد تتميز بفروق كبيرة نظراً لطبيعة الفرضيات المستخدمة في كل منها ، لذلك فإن اختيار الطريقة الملائمة للمنشأ المدروس يعتمد على عدة عوامل وعلى خبرة المهندس الانشائى .
ويمكن الاستعانة بالجدول التالي لاختيار الطريقة المناسبة :
نوع المنشأ
طريقة التحليل الزلزالي
منشآت صغيرة
1- طريقة التحليل الساكن
منشآت ضخمة ومعقدة
2- طريقة التحليل اللاخطي
منشآت متوسطة الحجم
3- طريقة التكامل المباشر
منشآت أكبر حجماً وأكثر تعقيداً
4- طريقة تحليل الأطوار
1- طريقة التحليل الساكن
تعتمد هذه الطريقة على تحويل القوى الزلزالية الديناميكية إلى قوى أفقية استاتيكية مكافئة تؤثر على المبنى بالاتجاه الأفقي وفق المحاور الرئيسية للمبنى .
تستخدم هذه الطريقة في حالة المنشآت الصغيرة أو ذات الأشكال المنتظمة تقريباً بحيث يكون مقطعها ثابتاً أو شبه ثابت على كامل إرتفاعها ، وبحيث لا يزيد التراجع في المسقط الأفقي عن 25% من مساحته في الطوابق العلوية .
- حساب القوى الأفقية المكافئة :
تعتمد طريقة التحليل الساكن على إيجاد القوة الأفقية الناجمة عن الزلزال والمطبقة في منسوب قاعدة المنشأ والتي تسمى بقوة القص القاعدي حيث تعطى بالعلاقة :
*أ- المعامل Z :
يسمى بمعامل زلزالية المنطقة المقام فيها المنشأ المدروس وتؤخذ قيمته من الجدول المبين أدناه علماً أن الخارطة الزلزالية المعتمدة في الوطن العربى تضم خمس مناطق زلزالية :
مقياس ميركالي المعدّل
وصف المنطقة
المعامل Z
رقم المنطقة
أصغر من VI
غير معرضة لزلازل
0
0
VI
غير معرضة لزلازل قوية الشدة
0.1
1
VII
منطقة ذات أضرار زلزالية متوسطة الشدة
0.2
2
VIII
منطقة ذات أضرار زلزالية رئيسية
0.3
3
أكبر من VIII
منطقة ذات أضرار زلزالية مدمرة
0.4
4
*ب- المعامل I :
يسمى بمعامل الأهمية الوظيفية للمبنى ويؤخذ من الجدول التالي :
منشآت هامة كالمستشفيات والمطافئ ومراكز الشرطة ومباني الإدارات العامة المنوط بها المهام القيادية في أوقات الطوارئ وقصور الرئاسة والمفاعلات النووية.
المباني والمنشآت ذات الأهمية العالية والتي يقطنها أكثر من 300 شخص .
بقية المنشآ
*ج- المعامل K :
يمثل هذا المعامل السلوك اللا- مرن ( اللدن ) للمنشآت عند تعرضها للأحمال الزلزالية وتقل قيمته كلما ازدادت مطاوعة وممطولية البناء وتؤخذ قيمته من الجدول التالي :
المعامل K
صفات الجملة الإنشائية
2,5
خزانات المياه العالية وما يشابهها والمحمولة على مجموعة من الأعمدة لا تقل عن 4 ومربوطة بشكل كافٍ أفقياً بالإتجاهين .
2
المنشآت الخاصة : المداخن ، المآذن ، أبراج التلفزيون ، أبراج التبريد ...
1,3
المنشآت المنفذة من الجدران الحاملة من الخرسانة المسلحة والمستوية أو التي تعمل بشكل فراغي ( جدران قص أو نواة مركزية " الكور- لب المنشأ " ) ...
المنشآت أو المباني المنفذة من جمل إنشائية إطارية أو مختلطة وفقاً للحالة التصميمية التالية :
أ*- تقاوم الإطارات وجدران القص معاً الأحمال الأفقية .
ب*- تحسب جدران القص بحيث تتحمل كامل الحمل الأفقي .
يشترط في الحالتين أن لا تقل مقاومة الإطارات المستوية أو الفراغية عن 25% من مجمل الأحمال الأفقية .
*د- المعامل C :
يمثل النسبة بين التسارع الأرضي والتسارع الزلزالي وتعطى قيمته وفق العلاقة التالية :
حيث T قيمة الدور الأساسي للمنشأ المهتز وفق الإتجاه المدروس ويمكن حسابه كما يلي :
1. من العلاقات التجريبية :
- تستخدم للمنشآت المؤلفة من جمل إنشائية غير مطاوعة :
حيث H : ارتفاع المبنى من القاعدة حتى أعلى منسوب مقدراً بالمتر .
B : البعد الأفقي لمسقط المنشأ في الإتجاه الموازي لإتجاه القوى الأفقية ويقدر بالمتر .
- تستخدم المعادلة الآتية للمنشآت المؤلفة من جمل إطارية مطاوعة :
حيث N : عدد طوابق المنشأ .
وبشكل عام إذا كان المنشأ مؤلفاً من طابق واحد أو طابقين فقط تؤخذ قيمة C مساوية 0.1 بحيث تؤخذ القوى الأفقية الناجمة عن الزلزال موزعة بانتظام على كامل ارتفاع المبنى .
كما يجب أن لاتقل قيمة C.K عن 0.06 أو تزيد عن 0.25 .
2. الطرق التحليلية :
لحساب قيمة الدور الأساسي لمبنى ما تطبق قوى أفقية على كامل ارتفاع المبنى قيمتها Fi حيث i رقم الطابق ، ثم يتم حساب الانتقال diالناتج والتعويض في العلاقة :
حيث Wi : تمثل وزن المنشأ المركز عند المنسوب i والناجم عن وزن المنسوب i فقط .
di : السهم الأفقي الناتج في الطابق i .
g : التسارع الأرضي .
هـ - المعامل S :
يتعلق المعامل S بالترابط المشترك والطنين بين المنشأ والأساس ويحسب من العلاقة :
وذلك للقيم :
حيث أن Ts قيمة الدور الأساسي لتربة التأسيس ، ويعتمد على خواص التربة ويمكن اعتباره مساوياً لـ 1,5 في حالة تعذر حسابه بشكل دقيق .
و- المعامل W :
المعامل W يمثل مجمل الأحمال الميتة المطبقة على المنشأ في حالة المباني العادية ، أما في حالة المخازن والمستودعات فيضاف إلى مجمل الأحمال الميتة 25% من مجمل الأحمال الحية .
- توزيع القوى الأفقية :
يتم توزيع قوة القص الكلية على كامل ارتفاع المبنى وفق مايلي :
حيث تمثل Ft قوة مركزة في أعلى المبنى وتعطى بالعلاقة :
أما بقية القوى الفاصلة الممثلة بالقيمة (FE - Ft) فتوزع على كامل المبنى وفق العلاقة :
حيث أن WX : الحمولة الشاقولية المركزة عند المنسوب X والناجمة عن وزن هذا المنسوب فقط .
hx : الارتفاع من القاعدة وحتى المنسوب X .
المراجع
* محاضرات التحليل الإنشائى المتقدم السنة الثالثة مدنى 2009
أ.د / السيد أمين مشالى - أستاذ بقسم الهندسة الإنشائية
قسم الهندسة المدنية - كلية الهندسة - جامعة الأسكندرية - جمهورية مصر العربية
أحمد عادل أحمد عشره
كلية الهندسة - جامعة الأسكندرية
10-23-2009, 05:36 PM
التحليل الإنشائى للمنشآت المقاومة للزلازل
.jpg)
