بررسی عددی اثر حضور ساختمان های بلندمرتبه بر پاسخ لرزه ای آزاد سطح زمین

زلزله شناسان می دانند که نباید در اطراف درختان دستگاه های لرزه نگاری را نصب کنند چرا که نوسانات درختان ناشی از وزش باد به خاک منتقل شده و ارتعاشات زمین را تغییر می دهد. این ساده ترین دلیل بر تأثیر هر جسم بلند بر حرکات زمین است. امواج زلزله در مسیر خود از کانون تا سطح زمین توسط لایه های خاک و ناهمواری های زمین تغییر می کنند. دامنه آنها در بعضی فرکانس ها کاهش و در بعضی دیگر افزایش می یابد. به این پدیده اثرات ساختگاه گفته می شود. عامل دیگری که معمولاً در این مطالعات لحاظ نمی شود اثر اندرکنش خاک- سازه است که بسته به نسبت سختی بین خاک و سازه اهمیت پیدا می کند. اندرکنش خاک و سازه به طور گسترده ای بر روی ساختمان ها مورد مطالعه قرار گرفته است. در مقابل توجه کمتری به تابش مجدد امواج از سطح تماس زمین و شالوده به زمین شده است. در نگاه مهندسین، حرکات آزاد زمین با حرکات پای ساختمان یکسان است. در حالی که محققین نشان داده اند که این فرض در بعضی از مواقع دور از واقعیت است. این اثرات قبل از زلزله مکزیک 1985 در نظر گرفته نمی شد تا اینکه خرابی های بزرگ و جنبش های بسیار نیروند زمین (دامنه های بزرگ با مدت های طولانی) سوالهایی را پیرامون اثرات ساختگاه و پس از آن اثرات شهر برانگیخت. امروزه بدلیل رشد سریع شهرنشینی در سراسر دنیا و نیاز به ایمنی و کاهش خسارات ناشی از زلزله ها، بررسی اثر ساختمان ها و شهر بر پاسخ زمین ضروری می باشد. با توجه به مطالعات پیشین، اثر حضور ساختمان ها برحرکات آزاد سطح زمین به صورت عددی بررسی شده است. برای این منظور حالات مختلف ساختمان بر زمین با استفاده از مدل های بسیار ساده شده درنظر گرفته شد. ساختمان ها به صورت یک تود? همگن الاستیک و زمین به صورت یک لایه خاک الاستیک همگن بر بستر سنگی مدل شد. ساختمان ها یکبار با پی سطحی و بار دیگر با 10 متر عمق پی (پی عمیق) مدل شدند. مدل های دوبعدی المان محدود خاک- سازه تحت امواج بالاروند? برشی درون صفحه ای قرار گرفتند. از 10 رکورد زلزله واقعی با فواصل مختلف از مرکز زلزله و گسلش های مشابه استفاده شد. پس از پردازش های عددی، شتاب مولفه افقی حرکت بر سطح زمین اطراف ساختمان در فواصل 5، 10، 20، 30،50، 80 متری، پائین و بالای ساختمان ثبت و تجزیه و تحلیل شد و اثر حضور ساختمان ها بر رکوردهای بدست آمده با مقایسه حالات با و بدون حضور ساختمان بررسی شده است. برای این منظور تأثیر حضور ساختمان بر حرکات زمین با بررسی پارامتر های متداول در مهندسی زلزله؛ بیشینه شتاب سطح زمین (pga)، شدت آریاس (ai)، ، بزرگنمائی طیف فوریه، طیف پاسخ شتاب و پریود غالب بررسی شد. بر اساس نتایج بدست آمده با نتایج مطالعات پیشین مقایسه شد که در نهایت می توان چنین نتیجه گیری کرد که: • ساختمان ها می توانند حرکات آزاد زمین اطراف خود را به شکل محسوسی تحت تأثیر قرار دهند. بنابراین لازم است از یک طرف، در بررسی رکوردهای بدست آمده در اطراف ساختمان ها و در مقیاس وسیع تر در داخل شهر ها و مطالعات ساختگاه اثر آنها را مدنظر قرار داد. • با نرمتر شدن خاک و بلندتر شدن طول امواج غالب میزان تأثیر پذیری حرکات سطح زمین از حضور ساختمان افزایش یافته است. پس می توان نتیجه گرفت که با افزایش اهمیت اثرات آبرفتی، اثر ساختمان ها نیز مهم می شود. • هنگام وقوع پدید? تشدید بین ساختمان و زمین، ساختمان ها توانسته اند با جذب بالای انرژی از سطح زمین به شدت دامن? حرکات آن را در محدود? پریود غالب حرکت کاهش دهند. بدلیل شدت بالای این اثرات کاهنده و شعاع قابل توجه این اثرات، این مطلب به ذهن خطور می کند که آیا می توان از سیستمی تشدید کننده به عنوان کاهند? حرکات سطح زمین و اثرات لایه های آبرفتی بهره جست؟ • با اضافه شدن عمق پی و افزایش سطح تماس ساختمان و خاک، از اثر ساختمان ها بر افزایش حرکات سطح زمین کاسته شده است. که لزوم مدل سازی مناسب پی ساختمان ها برای بررسی این اثرات را نشان می دهد. • اهمیت اثر مودهای بالاتر ساختمان ها بر این پدیده نشان داده شد. از این رو لازم است تا به هنگام مدل سازی ساختمان ها، مودهای اصلی آن در محدود? پریودی 0.1 تا 2.5 ثانیه توجه شود. اثرات مشاهده شده مربوط به حضور یک ساختمان بر سطح زمین بوده، یقیناً این اثرات برای یک شهر متراکم با ترکیبی از ساختمان های گوناگون، پیچیده تر و مهم تر می شود.