نیروی اینرسی در سازه‌ها:

به سبب وقوع زمین لرزه‌، ساختمان‌ها در محل فونداسیون خود تحریک شتاب‌دار زمین را تجربه خواهند کرد. مطابق با قانون اول نیوتن با اینکه فونداسیون ساختمان به همراه زمین حرکت می‌کند ولی طبقات بالایی ساختمان تمایل به ماندن در وضعیت اولیه خود دارند، لیکن تا زمانی که دیوارها و ستون‌ها متصل به زمین می‌باشند طبقات بالایی را به همراه خودشان می‌کشند. این مورد شبیه به حالتی است که شما در اتوبوس ایستاده‌اید و اتوبوس شروع به حرکت می‌کند در این شرایط پاهای شما به همراه اتوبوس حرکت کرده ولی بخش بالایی بدن شما تمایل به ماندن در شرایط اولیه داشته و قصد دارد شما را به سمت عقب واژگون کند. این تمایل برای ماندن در شرایط اولیه با لفظ اینرسی شناخته می‌شود. تا زمانی که ستون‌ها و دیوارهای ساختمان‌ عملکرد انعطاف‌پذیری دارند حرکت طبقات بالایی و بام متفاوت از حرکت فونداسیون ساختمان خواهد بود(شکل 1). مطابق با شکل 2 ساختمانی را در نظر بگیرید که سقف آن از طریق ستون‌ها به زمین متصل می‌باشد به مثال اتوبوس برگردیم.... به هنگام حرکت ناگهانی اتوبوس شما به عقب پرت خواهید شد به مانند حالتی که شخصی به بخش بالایی بدن شما نیرویی وارد کند. مشابه همین حالت در زمان تحریک ناگهانی فونداسیون، ساختمان به عقب پرت شده و در تراز بام نیروی اینرسی ایجاد می‌شود. لذا اگر بام دارای جرم M و شتاب a باشد مطابق با قانون دوم نیوتن مقدار نیروی اینرسی برابر با M.a بوده و جهت آن خلاف جهت شتاب وارده خواهد بود. واضح است که با افزایش جرم مقدار نیروی اینرسی نیز افزایش خواهد یافت. بنابراین تحمل زلزله برای ساختمان‌های سبک‌تر به مراتب راحتتر و بدون آسیب و خسارت خواهد بود. 

اثرات تغییرشکل‌ جانبی ناشی از زلزله برروی سازه‌ها

نیروی اینرسی ایجاد شده در تراز بام برای رسیدن به فونداسیون از ستون‌ها عبور می‌کند. این نیروی ایجاد شده در ستون‌ها را می‌توان از طرق دیگری نیز درک نمود. در طی یک زمین‌لرزه ستون‌ها مابین ابتدا و انتهای خود دچار تغییرشکل نسبی خواهند شد. در شکل 2 این تغییرشکل نسبی مابین بام و فونداسیون با U نشان داده شده است. تحت اثر این تغییرشکل‌های نسبی، ستون‌ها تمایل برگشت به حالت ایستاده و قائم اولیه خود را دارند بنابراین ستون‌ها در برابر تغییرشکل‌های نسبی مقاومت نشان می‌دهند. در موقعیت ایستاده و قائم به دلیل عدم وجود تغییرشکل نسبی مابین ابتدا و انتها، ستون‌ها متحمل نیروی زلزله نخواهندبود. بنابراین در نتیجه ایجاد u، ستون‌ها بالاجبار خم شده و متحمل نیروهای ناشی از این تغییرشکل نسبی خواهند شد. مقدار نیروی ایجاد شده در ستون‌ها وابسته به مقدار u خواهد بود. مشخصا ستون‌های با سختی بیشتر (ابعاد بزرگتر) نیروی بیشتر خواهند داشت. به همین دلیل این نیروهای داخلی را نیروهای ناشی از سختی یا نیروهای فنری می‌نامند (نیروهای مقاوم در برابر تغییرمکان). که مقدار این نیرو برابر با حاصل ضرب سختی ستون در جابجایی نسبی مابین گره ابتدا و انتهای آن می‌باشد.......

فایل پی‌دی‌اف تیپ 5 طراح حرفه‌ای ساختمان را از لینک زیر دانلود کنید:

هدیه 5 طراح حرفه‌ای ساختمان: زلزله بر روی سازه‌ها چه اثراتی دارد؟

سایر تیپ‌های طراح حرفه‌ای ساختمان را از لینک‌های زیر دانلود کنید:

هدیه 6 طراح حرفه‌ای ساختمان: اثرات مشخصات معماری یک ساختمان، در رفتار لرزهای آن چیست؟

این مطالب بخش‌هایی از دوره جامع طراحی عملکردی و بهسازی لرزه‌ای با نرم‌افزار Sap2000 می‌باشد.

دوره طراحی عملکردی و مقاو‌م‌سازی لرزه‌ای دوره طراحی عملکردی و بهسازی لرزه‌ای طراحی عملکردی  طراحی براساس عملکرد دوره طراحی براساس عملکرد و مقاو‌م‌سازی لرزه‌ای دوره طراحی براساس عملکرد و بهسازی لرزه‌ای دوره تحلیل غیرخطی و طراحی براساس عملکرد دوره تحلیل غیرخطی و طراحی عملکردی دوره تحلیل غیرخطی و بهسازی لرزه‌ای دوره تحلیل غیرخطی و مقاوم‌سازی لرزه‌ای