نتایج حاصل از مطالعه علل ویرانی ساختما نها در جریان زلزله های مخرب و نیز تجربیات آزمایشگاهی که   بر روی مدلهای ساختمانی انجام شده،به  نحوی قاطع  ثابت کرده است که چگونگی شکل ساختمان تاثیری بسزا در مقابل زلزله دارد.با وجود این ،در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله؛هنوز چنانکه شایسته است به انتخاب شکل مناسب ،عنایتی نمی شود وتصور عام بر آن است که تنها محاسبه سازه ای ضد زلزله برای یک ساختمان در تامین پایداری آن در برابر لرزشهای کافی است.

در بین مراحل مختلفی  که هنگام بررسی یک ساختمان برای پایداری در برابر زلزله در نظر گرفته می شود مرحله اتخاذ تصمیم در مورد تعیین پیکربندی ساختمان از اهمیت ویژه ای برخوردار است.این پیکربندی شامل مشخصات هندسی ساختمان نظیر اندازه ها،ارتفاعات وموقعیت عناصر ،نوع  و وضعیت اجزاء سازه ای و نیز طرز قرارگیری اجزاء غیر سازه ای می باشد.

هرچه شکل ساختمان منظم تر و توزیع  جرمها  و سختیهای آن در سطح افق(پلان) و درارتفاع  متقارنتر باشد،مقاومت آن در برابر زلزله افزایش خواهد یافت.این افزایش ناشی از توزیع  بهتر تلاشها و مشارکت تمام اجزاء اسکلت در جذب  و استهلاک نیروهایی است که در اثر زلزله به ساختمان وارد می شود.

اصولا  تصور از این که  محاسبه  به  تنهایی می تواند رفتار ساختمان را در مقابل زلزله منعکس کند ، تصوری خطا است . محاسبه فنی تنها تصویری از رفتار ساختمان در برابر زلزله را ارائه می دهد وتمهیدات دیگری لازم است تا ساختمان را برای رسیدن به درجه ایمنی مطلوب کامل کند.

 مبانی نظری ساختمانهای مرتفع

تعریف برج

--------------

بطور کلی ساختمانهای منفرد که با فرم پلان مربع یا دایره یا مشابه آن مانند ستاره یا صلیب شکل باشد واز طرفی ارتفاع آن بلندتر از قطر دایره محاطی پلان باشد برج نامیده می شود.

خصوصیات معماری برجها بدین شکل است که از محیط اطراف به شکل یکسان تاثیرپذیر بوده ونسبت به آن عکس العمل متقارن نشان می دهند وعملکرد مستقل نیز دارند.

تعریف انواع برج

-----------------

تناسب محیط یا قطر ساختمان برجها با ارتفاع آن تعیین کننده نوع برج از نظر هندسی آن می باشد.

معماری برجها

----------------

معمولا در برجها سعی می شود که معماری آن به شکل متقارن وکلیه خطوط ارتباطی در هسته مرکزی قرار گیرند.این عملکرد از لحاظ انتقال نیروهای افقی وبه منظور مقابله با زلزله وحفظ پایداری برج ارجح است.همچنین دیافراگمهای افقی در اطراف هسته مرکزی به شکل متقارن قرار می گیرند وبه لحاظ ارتفاع برج حفظ تقارن معماری ودر نتیجه سازه آن وتقارن در طراحی وبارگذاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است.

به منظور صرفه جویی در استفاده از اراضی وحفظ فضای سبز وباز،استفاده از ارتفاع برای ساختمانها در شهرهای بزرگ توصیه می گردد، زیرا هزینه های تاسیسات زیر بنایی در شهرهای بزرگ وتحمیل آن به ارگانهای مملکتی ودر نتیجه به عموم مردم ، باعث می شود که بیشتر از ارتفاع استفاده شود وضمنأ با در نظر گرفتن عواملی مانند زلزله،مقاومت زمین وشرایط ایمنی ارتفاع مناسب ساختمانها را تعیین می نماید.

علاوه بر برجهای مسکونی،برجها برای کاربریهای دیگری مانند اداری – تجاری وغیره استفاده شده است. لیکن به طور کلی جهت سکونت برجهای بسیار بلند مناسب نبوده و برجهای متوسط مناسبت تر می باشد.برجهای بلند دارای مسائل و مشکلات شناخته شده و یا در حال طراحی می باشند.ساخت و کاربری برجها در کشورهای مختلف نیز در رابطه با محدودیت زمین وتراکم و استفاده حداکثر از زمین بوده و به طور کلی از نظر اقتصادی چنانچه هزینه ساخت یک متر مربع بنا از قیمت زمین کمتر باشد، طبیعتا ساختمانهای بلند با صرفه تر بوده و مورد استفاده قرار می گیرند.

اشکال ساختمانی

--------------------

شکل پلان – یک پلان باید سادگی ، فشردگی وسختی پیچشی بالا داشته باشد.

سادگی – از نقطه نظر مقاومت در برابر زلزله یک پلان ساده نظیر شکل مربع یا دایره مطلوب است .در ساختمانهای دارای بال وانواع دیگر در قسمت بال غالبا تحت اثر  زلزله ، فرو میریزد.در این حالات ، درزهای زلزله که از نظر سازه ای بالها را مجزا می سازند بکار روند. همچنین باید در درزهای زلزله فاصله کافی وجود داشته باشد به طوری که قسمتهای منتهی به آن به یکدیگر برخورد نکنند.

فشردگی – در یک ساختمان با شکل طولانی وگسترده به علت وجود اختلاف در فاز حرکت لرزه ای نیروهای پیچیده ای عمل خواهند کرد . در چنین ساختمانهایی درز زلزله لازم است.

تقارن وسختی پیچشی بالا – برای احتراز از تغییر شکل پیچشی لازم است مرکز سختی ساختمان بر روی مرکز جرم آن منطبق باشد. برای ارضای این شرط لازم است هم شکل ظاهری ساختمان و هم سازه آن دارای تقارن باشد. اگرچه می توان مرکز سختی یک ساختمان غیر متقارن را بر مرکز جرم آن منطبق نمود ، اما غالبا حفظ این انطباق در وضعیت تنش غیر الاستیک مشکل است.

اگر بین مرکز سختی ومرکز جرم برون محوری وجود داشته باشد ، در ساختمانی که سختی پیچشی آن کمتر است تغییر شکل پیچشی وتقویت حرکت زلزله بیشتر خواهد بود.

شکل قائم – شکل قائم بایستی یکنواختی وپیوستگی ونیز تناسب داشته باشد.

یکنواختی وپیوستگی – لازم است از تغییرات ناگهانی در شکل بندی قائم یک ساختمان دوری جست. هرگاه شکل بندی قائم ناپیوسته باشد ، در بعضی از قسمتها یک حرکت عمده ارتعاشی بوقوع می پیوندد وبرای انتقال نیروها از برج به پایه نیاز به یک کنش دیافراگمی بزرگ در مرز قسمتها است. در چنین حالتهایی ، تحلیل پاسخ دینامیکی برای اطمینان در برابر زلزله الزامی است.

تناسب – یک ساختمان با تناسب بزرگ ارتفاع به پهنا تحت بارهای جانبی از خود جابجایی جانبی زیادی نشان می دهد.در چنین ساختمانی نیروی محوری ستونها که حاصل از لنگر واژگونی است ، بطور غیر قابل کنترلی زیاد می شود . نظیر همین وضعیت در مورد نیروهای فشاری و بالا کشیدگی عمل کننده بر روی پی صادق است. در ژاپن ، برای طراحی ساختمانی که نسبت ارتفاع به پهنای آن بیش از 4 است ، به نیروی استاتیکی زلزله افزوده می شود.

سختی و مقاومت

--------------------

راستای قائم – توصیه می شود که از هر گونه تغییر ناگهانی در توزیع قائم سختی و مقاومت احتراز شود. شاخص مناسب بیان این مورد سختی طبقه به وزن طبقه بین طبقات مجاور می باشد.

راستای افقی – اگر در یک طبقه هم ستونهای کوتاه و هم ستونهای بلند وجود داشته باشند ، نیروی برشی در ستونهای نسبتا کوتاه متمرکز شده و لذا منجر به شکست این ستونها قبل از ستونهای بلند می شود . در یک قاب ساختمانی کاربرد تیرهای محیطی می تواند ستونهای بلند را تبدیل به ستونهای کوتاه نماید. برای احتراز از این وضعیت باید دیوارهای غیر سازه ای از اعضای سازه ای جدا شود. در تیرهای کوتاه نیز نیروی زیادی متمرکز می شوند . می توان با تنظیم عمق تیر از چنین وضعیتی اجتناب نموده و از تمرکز تنش رهایی جست. اعضاء بتن مسلحی را ممکن است در معرض تمرکز تنش باشند ، می توان با کاربرد میلگردهای تسلیح قطری که منجر به شکل پذیری می شود ، اصلاح نمود.

موارد قابل توجه دیگر

----------------------

قیود – از نقطه نظر تنشهای حرارتی و نشست غیر یکسان بهتر است قیود یک سیستم سازه ای پائین نگه داشته شود. از طرف دیگر ، تحت عملکرد نیروهای زلزله قیود بیشتر مطلوب است ، زیرا چنانچه ظرفیت تغییر شکل پلاستیک زیاد باشد ، گسیختگی موضعی باعث سقوط کامل ساختمان نمی شود.

مود گسیختگی – اگر چه یک طراح سازه می تواند در مورد اینکه ابتدا ستونها و یا تیرهای سازه به حالت تسلیم برسند تصمیم گیری کند ، اما عموما داشتن ستونهای قوی مطلوبتر است زیرا در این حالت  تسلیم خمشی تیرها ، مقدم بر ستونها خواهد بود.دلایل این انتخاب چنین هستند:

1 – شکست ستون به مفهوم سقوط کامل ساختمان است.

2 – در یک سازه با ستونهای ضعیف ، تغییر شکل پلاستیک در یک طبقه خاص متمرکز شده و در نتیجه نیاز به یک ضریب شکل پذیری نسبتا بزرگ است.

3 – در هر دوی شکست برشی و گسیختگی خمشی ستونها تنزل سختی در مقایسه با تنزل سختی به هنگام تسلیم تیرها بیشتر است.چنین چیزی به علت وجود نیروهای محوری در ستونها اتفاق می افتد.

حتی در حالتی که یک قاب با ستونهای قوی و تیرهای ضعیف طراحی شود ، در یک مود گسیختگی استاتیکی در پایه ستونهای پائین ترین طبقه لولا های پلاستیک تشکیل می شود. بنابراین لازم است همواره برای ستونها شکل پذیری کافی تامین شود.

سازه های سخت یا نرم – یک سازه نرم نظیر یک قاب فولادی با اتصلات صلب برای محلی که اتظار می رود واکنش حرکت ارتعاشی آن کوتاه باشد ، مناسب خواهد بود زیرا در این صورت حرکت نسبتا کوچکی را تجربه می کند . در هر حال ، یک سازه انعطاف پذیر ، تغییر مکان جانبی زیادی از خود نشان می دهد که باعث بوجود آمدن خسارت در اعضای ناسازه ای می شود.در ساختمانهای بلند ، نوسانات حاصل از باد می تواند باعث ناراحتی ساکنین شود و لذا در این حالت یک سازه سخت مطلوبتر است . بنابراین بطور قاطع نمی توان ادعا نمود که نوعی بر نوع دیگر رجحان دارد.