Evaluation of Fundamental Natural Period for Steel Moment Resisting Frame Structures - طبيشات، سامر فؤاد محمود; الشطناوي، أنيس سليمان (عمان, 2016)
إن تصميم المنشآت لتصبح مقاومة للزلازل إحدى المجالات المهمة في الهندسة الإنشائية وتبدأ بإيجاد فترة الاهتزاز الأساسية الطبيعية للمنشأ حيث أنها تستخدم لإيجاد قوى القص وعزوم الانحناء المستخدمة في تصميم تلك المنشآت، إن هذه الفترات الاهتزازية لا يمكن إيجادها للمنشآت في طور التصميم لذا فإن كودات الزلازل الحالية مثل "IBC-2012/ASCE 7-10" تقدم صيغ تقديرية تعتمد بشكل أساسي على ارتفاع المبنى أو عدد الطوابق فقط دون الأخذ بعين الاعتبار للعوامل الأخرى والتي تؤثر على تقييم الفترات الاهتزازية للمنشآت مثل تأثير العناصر الغير إنشائية وعدد الفسحات وكذلك عدم الانتظام الأفقي والعمودي. إن استخدام صيغ الكودات الزلزالية التقديرية تعطي قيم محافظة بشكل مفرط مما يجعل المنشأ مكلف اقتصاديا. لذا يجب دراسة العوامل الأخرى التي تؤثر على تقييم فترات الاهتزاز، هذا البحث يهتم بدراسة تأثير عدد الفسحات بكلا الاتجاهين المتعامدين على مسطح المبنى (الاتجاه الموازي للقوة الزلزالية والاتجاه المتعامد عليه). تهدف هذه الدراسة إلى التعرف على فترات الاهتزاز الطبيعية الأساسية لأبنية الهياكل الفولاذية المقاومة لعزوم الانحناء. تم تصميم مائة وعشرون نموذجا لهياكل فولاذية بعدة طوابق وباختلاف عدد الفسحات بالاتجاهين حيث تم نمذجة المنشآت بالاتجاه الطولي بالأعداد التالية من الفسحات وهي: 2 و 3 و 5 و 7 و 10 فسحات مع تغيير عدد الفسحات بالاتجاه المتعامد لكل من الفسحات السابقة بعدد ٢ و ٣ و 5 فسحة وبمسافات ثابتة مقدارها خمسة أمتار لكل فسحة، تم دراسة تأثير الارتفاع على النماذج السابقة حيث تم تحليل كل منشأ بارتفاعات مختلفة بدأت بخمسة عشر مترا لمبنى ذي خمسة طوابق مع زيادة خمسة طوابق (خمسة عشر مترا) في كل حالة متعاقبة وصولا إلى مئة وعشرين مترا لمبنى ذي أربعين طابقا. تم تحديد فترات الاهتزاز الطبيعية الأساسية لهذه النماذج باستخدام التحليل اللاخطي المرن للسجل الزمني للتسارع باستخدام برنامج ETABs وباستخدام القراءات المسجلة للتسارع الزمني لزلزال EL Centro. تم جدولة فترات الاهتزاز الناتجة من التحليل اللاخطي المرن للتسارع والتقديرية الناتجة من استخدام معادلة كودة الزلازل IBC-2012 الأسية الخاصة بالهياكل الفولاذية وتم دراسة جميع فترات الاهتزاز للنماذج عن طريق تحليل الانحدار Regression analysis لإيجاد أفضل منحنى يعطي أكثر دقة لتحديد المعاملات (α، β) المستخدمة في تقييم الفترات الاهتزازية الطبيعية الأساسية لمنشآت الهياكل الفولاذية المقاومة لعزوم الانحناء وفق الصيغة الأسية. إن المعادلة المقترحة لتقييم فترات الاهتزاز بمعاملات جديدة للمعادلة الأسية المنصوص عليها في كودة الزلازل IBC-2012 تعطي دقة أعلى في الحصول على قيم فترات الاهتزاز الطبيعية لمنشآت هياكل فولاذية حيث أن معدل الفرق بين قيم الاهتزاز الأساسية الطبيعية المحسوبة باستخدام المعادلة المقترحة مقارنة مع نتائج التحليل اللاخطي المرن للتسارع هو ١٢ بالمئة مقارنة مع ٢٢ بالمائة لفترات الاهتزاز التقديرية لمعادلة المنصوص عليها في كودة الزلازل الحالية.
لقد تم التحقق من صحة المعادلة المقترحة ومدى قابلية استخدامها لاحقا لتقييم فترات الاهتزاز الطبيعية لمباني المنشآت الفولاذية المقاومة لعزوم الانحناء وذلك بمقارنة فترات الاهتزاز الأساسية الناتجة من المعادلة المقترحة مع الفترات الاهتزازية الحقيقية المسجلة لعدة زلازل واقعة في كاليفورنيا والوارد ذكراها في تقرير "Goel and Chopra (1997)" بالإضافة إلى دراسة الاستجابات الديناميكية لقوى القص القاعدية ونسب الازاحة وعزوم الانقلاب القاعدية الناتجة من المعادلة المقترحة ومقارنتها مع النتائج ذاتها الناتجة من تحليل الطيف الديناميكي والتحليل اللاخطي المرن للسجل الزمني لزلزال EL Centro حيث أظهرت النتائج دقة المعادلة المقترحة وقابلية استخدامها لاحقا لتعطي نتائج أكثر دقة وواقعية وبالتالي تصميما اقتصاديا وأمنا للمنشآت الفولاذية المقاومة لعزوم الانحناء. إن حساب فترات الاهتزاز الأساسية لأبنية الهياكل الفولاذية المقاومة لعزوم الانحناء باستخدام معادلة الكود الحالية IBC-2012 يمكن تحسينها وذلك باستبدالها بالمعادلة المقترحة الناتجة من دراسة فترات الاهتزاز لجميع النماذج المحللة وفق التحليل اللاخطي المرن للتسارع في كلا الاتجاهين. إن المعادلة العامة المقترحة لحساب فترات الاهتزاز الطبيعية الأساسية لمنشآت الهياكل الفولاذية تعطي قيما أكثر دقة وواقعية وتعطي تصميما اقتصاديا للمنشآت الفولاذية حيث أن قوى القص وعزوم الانحناء تتناسب تناسبا عكسيا مع فترات الاهتزاز الطبيعية الأساسية، لذا يوصى باستخدام المعادلة المقترحة لاحقا في الكودات الخاصة بالتصميم الزلزالي لإيجاد فترات الاهتزاز الطبيعية الأساسية للهياكل الفولاذية.
Keywords: الهندسة الانشائية -- مقاومة الزلازل -- الاهتزازات الطبيعية -- الهياكل الفولاذية