في المسح السيزمي ما الفائدة من تكديس(تجميع) الاثار السيزمية؟

3 -1 فوائد عامة

تطرح الزلازل مشكلة هندسية فريدة من نوعها حيث تشكل الزلازل عالية الشدة عندما تحدث أقصى وأشد حمل يمكن أن يتعرض له أي منشأ ولكن الاحتمال أن يتعرض منشأ ما في فترة عمره الافتراضية إلى مثل هذا الزلزال تعتبر ضئيلة جداً . هذا هو السبب الذي يؤدي إلى أن تهدف مواصفات الزلازل إلى لتأمين مستوى أدنى من التصميم يسمح للمباني بالتالي :

1) مقاومة الزلازل الضعيفة بدون حدوث أضرار .

2) مقاومة الزلازل معتدلة الشدة بدون حصول أضرار إنشائية كبيرة ويسمح بحصول بعض الأضرار غير إنشائية.

3) مقاومة زلازل عالية الشدة بدون انهيار النظام الإنشائي ولكن يسمح بحصول تصدعات إنشائية قوية وغير إنشائية في المبنى .

 1 –2 اللدونة Ductility

يمكن لمبنى ما أن يتعرض لقوى أعلى بكثير من تلك التي صمم لها حسب المواصفات ، وتعزى سلامة المنشآت المعرضة لمثل هذه الظروف بشكل رئيسي لخاصيه بمواد البناء تدعى اللدونةDuctility توجد هذه الخاصيه في الفولاذ بشكل خاص حيث ينقطع بعد أن تحصل له استطالة كبيرة . أما الخرسانة فإنها تنكسر بسرعة وبأقل حد من الاستطالة والتشويه Distortion ولكن عندما يوضع فيها حديد التسليح فإنه يمنحها لدونة كبيرة .يمتص التغير في الشكل والطاقة ويؤجل الانهيار الكامل للخرسانة المسلحة ، وبهذا فإنه يتم الاعتماد على خاصيه اللدونة لامتصاص الطاقة التدميرية ولمنع الانهيار في الحالات النادرة عندما تزيد قوى الزلازل عن تلك التي صمم لها المبنى . يشير الخط البياني للقوه والانفعال (شكل رقم1) إلى متطلبات اللدونة فإذا كانت المادة المقاومة مــرنة Elasticفيمكن أن تحمل حتى النقطة (B) ويـكون ميل المستقيم هو المرونــة Elasticity .

أما إذا كان لدينا مادة لها نقطة خضوع على المنسوب (Level A) فإنهـــا ستتصرف بشــكل لــدن Plastically بعد هــذه النقطة كنتيجة لمقاومتها للأحمال عليها . فـي هذه الحالة سيكون مسـار الخـط البيــاني بعـد هذه النقطـة غير مستقيم . وتعتبر المسافة بين نقطة الخضـوع (A) وتلك التي هـي على منسوب (B) تعبيراً عن لدونة المنشأ .

 1 –3 الأنظمــة المقاومــة للــزلازل

هناك ثلاثة عناصر تقاوم القوى الأفقية وهي حوائط قوى القص والإطارات المسندة والإطارات المقاومة للعزوم ، أما في المستوي الأفقي فإنه يتم استعمال الأغشية الصلبة (وتشكل غالباً من مستويات أرضيات وسطح المبنى) أو جمالونات Trusses أفقية . الأغشية الصلبة موجودة دائماً ويمكن لها أن ترتكز على عناصر مثل الجدران أو إطارات Frames أو عليهما معاً . وعلى المصمم أن يختار عناصر الارتكاز الأفقي لأن هذا الخيار له أكبر الأثر في مقاومة قوى الزلازل وكذلك على التصميم المعماري وتكاليف المبنى .

 1 –4 الأغشيــة الصلبــة Diaphragms

ينقل الغشاء الصلب القوى الأفقية إلى عناصر المقاومة الرأسية ( مثل الإطارات أو حوائط قوى القص ) ويتصرف كأنه كمرة أفقية .

 1-5 حوائـط قــوى القــص Shear Walls

حوائط قوى القص هي جدران كابولية Cantilever رأسية مصممة لاستلام القوى الأفقية من الأغشية الصلبة ونقلها إلى الأرض وتسود في هذه الحوائط قوى القص . تدخل الحركة الأرضية الزلزالية في مبنى عادي يوجد في أطرافه حوائط قوى قص فيسبب تحرك أغشية أرضيات الأدوار الصلبة نشوء قوى عطالة يتم مقاومتها من حوائط قوى القص التي تصرف هذه القوى بدورها عائدة إلى قواعد المبنى .

3 –1 –6 إطـــارات مقاومـــة للعـــزوم

عندما يقاوم إطار مقاوم للعزوم القوى الأفقية الزلزالية فإن هذه المقاومة تتم عبر عزوم الانثناء وقوى القص التي تنشأ في الأعمدة والكمـرات الملتحمة مع بعضها بعقد Joints تقاطع قويـة (انظر الشكل2).

تنشـأ في هذه العقـد إجهادات عالية ولهذا فإنه من المهـم عمـل تفاصيل ( شكل رقم2 ) لتصميمهـا . تقوم استراتيجية الإطارات في المقاومة على امتصاص الطاقة (كملاذ أخير) بحيث يحصل لديها التغيير في الشكلDeformation دائم قبل حصول الانهيار النهائي . تعتبر الإطارات المسلحة بشكل جيد والتي تحتوي على كمية كبيرة من حديد التسليح فعالة كإطارات لدنة Ductile حيث تغير شكلها وتحتفظ بمقاومتها قبل الانهيار ولا تنهار بشكل هش Brittle .

 1 –7 مفهوم التغيير في الشكل Deformation المعكوس Reversal غير المرن Inelastic والتصميم اللدن Ductile .

يتم في مجال التصميم المقاوم للزلازل تقدير القوى التي ستؤثر على المنشآت ويتوقع أن تعادل قوى (العطالة) المؤثرة على المنشأ أثناء حصول زلزال عالي الشدة أضعاف القـوة التي تم تصميمه عليهـا حسب المواصفـات ، ولهذا سيرتفع مستوى إجهاد المبنى إلى أعلى من إجهاد الخضوع ويجب على المبنى أن يبقى ، وهو في هذه الحالة ، متماسكا وأن يكون التغيير في شكله Deflection مستقر على الرغم من أنه يزيد أضعافاً عن التغيير في شكله في مرحلة الخضوع . هذا يعني أنه لا يكفي أن يقاوم المبنى قوى معينة كحد أدنى إنما يجب دراسة كفاءته أثناء تحميله لأحمال كبيرة وأثناء حصول تغيرات كبيرة في شكله Deformations وهذه هي طاقة لدونته Ductility Capacity .

حتى يمكن تصميم عناصر خرسانية مسلحة قابلة لمقاومة تغييرات شكل كبيرة لدنة Inelastic معكوسة Reversal فإن المواصفات تتضمن عدد كبير من متطلبات مختلفة عن المتطلبات الواردة في التصميم العادي للخرسانة المسلحة ، وتتطلب هـذه المواصفـات أخذ الإجهادات الناشئة في مكان تقاطع الأعمدة مع الكمرات Panel Zone بعين الاعتبار حيث تنتقل الإجهادات عبر الانثناءBending من عنصر إلى آخر . ويسبب هذا نشـوء قوى قص عالية ضمن مكان التقاطعPanel Zone ( انظر الشكل صفحة (26)) ويجب وضع كانات Stirrups في هذا المكان لحمل هذه القوى . كما تفرض المواصفات وجود كميات من حديد التسليح السفلي والعلوي في الكمرات بشكل مستمر لمقاومة العزوم الموجبة والسالبة على كامل طول الكمرة . كما يطلب للخرسانة المسلحة اللدنة أن يتم تربيط حديدها بشكل كامل وتزويدها بكانات كافية بحيث لا يحصل انبعاج لأسياخ الحديد المعرضة للضغط وحتى لا يحصل للكمرات انهيار بسبب القص . والمبــدأ هو أن يحصل التدهور بأن يخضعYield حديد التسليح بسبب السحب وألا يحصل تدهور بسبب إجهاد الضغط أو إجهاد القص . كما أنه من الضروري تقيد الخرسانة بالكانات لرفع مقاومتها .والله اعلم