پاسخ‌های لرزه‌ای ساختمان‌های مرتفع تحت حرکات زمینی طولانی مدت

تاثیر زمین لرزه های طولانی مدت برای اولین بار در طول زلزله میچوآکان (M _w 8.1) در سال 1985 گزارش شد، زمانی که مکزیکو سیتی شاهد ریزش شدید ساختمان های بلند بود که باعث مجروح شدن بیش از 20000 نفر شد [1]. کانون زمین لرزه بیش از 400 کیلومتر دورتر از مرکز شهر بود که فاصله آن به اندازه کافی طولانی برای کاهش تأثیرات مخرب محاسبه شده بود. بعدها، براونجان و همکاران. یک سری ارتعاشات در پلازای جمهوری 280 متری در سنگاپور را ثبت کرد که توسط زمین لرزه های مسافت طولانی از 500 کیلومتر تا 1000 کیلومتر در اقیانوس آرام ایجاد شد. مطالعه آنها گزارش داد که پاسخ های دینامیکی این ساختمان مرتفع تحت تحریکات زمین لرزه های طولانی مدت می تواند حتی بیشتر از واکنش های ناشی از بادهای شدید باشد [2]. _{همچنین مشاهده شد که برج تایپه 101، یک آسمان خراش 508 متری در طول زمین لرزه ونچوان در سال 2008 (M w} 8.3) دچار لرزش قابل مشاهده شد ، اگرچه فاصله مستقیم بین تایپه و ونچوان به بیش از 1800 کیلومتر می رسد. تحقیقات انجام شده توسط لی و همکاران . نشان داد که پاسخ‌های لرزه‌ای این ساختمان فوق‌العاده در مقایسه با رکوردهای شتاب در زیرزمین آن به طور قابل‌توجهی تقویت شده است [3].

این پدیده در دهه های گذشته به صورت علمی توضیح داده شده است [4]. این مدیون حرکت زمینی با دوره طولانی (LPGM) است که از ضریب زمین‌لرزه‌های با بزرگی بزرگ و اثرات حوضه رسوبی ناشی می‌شود [5، [6]. از یک سو، مولفه های دوره طولانی زلزله های با بزرگی بزرگ به آرامی کاهش می یابند. در نتیجه، می تواند مسیر انتشار موثر طولانی را در مقایسه با اجزای دوره کوتاه طی کند. از سوی دیگر، رسوبات عمیق خاک ممکن است مولفه طولانی مدت را به میزان بیشتری تقویت کند [7].

در سال‌های اخیر، ساخت و ساز ساختمان‌های بلندمرتبه شاهد افزایش قابل توجهی بوده است که چالش‌های منحصر به فردی را از نظر ویژگی‌های پاسخ لرزه‌ای آن‌ها ایجاد کرده است. در حالی که تحقیقات گسترده ای در مورد رفتار لرزه ای چنین سازه هایی تحت تحریکات معمولی زلزله انجام شده است، تأثیر LPGM ها نسبتاً کمتر مورد توجه قرار گرفته است. متأسفانه، ساختمان‌های بلند، به عنوان سازه‌های معمولی دوره‌های طولانی، معمولاً دارای دوره‌های اساسی هستند که با دوره‌های غالب LPGM‌ها همسو می‌شوند، که می‌تواند منجر به پاسخ‌های ساختاری قابل توجهی شود که پتانسیل آسیب رساندن به ساختمان‌ها را دارد. علاوه بر این، ساختمان های مرتفع نیز در کلان شهرها جمع می شوند که معمولاً در حوضه های رسوبی از جمله حوضه کانتو، حوضه لس آنجلس یا دشت آبرفتی مانند دشت دلتای رودخانه یانگ تسه قرار دارند. جایی که به احتمال زیاد مناطق تحت تأثیر LPGM ها قرار دارند [8]. درک پاسخ‌های لرزه‌ای این سازه‌ها تحت LPGM برای تقویت شیوه‌های طراحی و ساخت و تدوین استراتژی‌های موثر کاهش خطر از اهمیت بالایی برخوردار است. بنابراین، پرداختن به این شکاف مهم دانش و روشن کردن نقش LPGM ها ضروری است.

با توجه به این موضوع، مطالعات تحقیقاتی متعددی در سراسر جهان بر روی اثرات LPGM ها انجام شده است. خو و همکاران عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌های فوق‌العاده‌ای که در معرض LPGM قرار گرفته‌اند را بررسی کردند [9]. بر اساس حرکات قوی در طول زلزله توهوکو 2011 (Mw 9.1)، Takewaki و همکاران. تجزیه و تحلیل پاسخ دینامیکی الاستیک و الاستیک-پلاستیکی ساختمان‌های بلند 40 طبقه و 60 طبقه را انجام داد، که در آن حرکات زمین ثبت‌شده از توکیو و اوزاکا حاوی اجزای دوره طولانی غنی بودند [10]. آسایی و همکاراننوع جدیدی از دمپر جرم چسبناک تنظیم شده را برای کنترل ارتعاش ساختمان های بلند در طول LPGM مورد بررسی قرار داد [11]. به طور معمول، پاسخ‌های لرزه‌ای تحت LPGM در مقایسه با زمین‌لرزه‌های معمولی بارزتر است، به‌ویژه زمانی که حرکات زمین حاوی اجزای دوره طولانی فراوان باشد.

با این حال، این مطالعات قبلی عمدتاً بر ساختمان‌های مرتفع با ارتفاع کمتر از 200 متر متمرکز بود. در سال های اخیر، ساختمان های بسیار مرتفع با ارتفاع بیش از 400 متر در سراسر جهان ساخته شده است. به عنوان مثال، برج خلیفه (828 متر ارتفاع) در امارات متحده عربی در سال 2009 در صدر قرار گرفت [12]، مرکز تجارت جهانی یک (541 متر ارتفاع) در ایالات متحده در سال 2013 به روی عموم باز شد، و مرکز مالی Shenzhen Ping-An (قد 600 متر) در چین از سال 2016 شروع به کار کرد [13]. تا سال 2022، حداقل 40 ساختمان فوق العاده مرتفع با ارتفاع بیش از 400 متر در سراسر جهان وجود داشته است. به زودی با برج آذربایجان یا برج جده، ارتفاع بالای ساختمان‌های مرتفع احتمالاً به بیش از 1000 متر خواهد رسید. این ساختمان‌های مرتفع بی‌سابقه چالش‌های جدیدی را برای طراحی مقاوم در برابر باد و زلزله ایجاد می‌کنند.

علاوه بر این، اندازه گیری شدت حرکت زمین مناسب یک جنبه حیاتی در طراحی لرزه ای است زیرا ارتباط بین خطرات لرزه ای و پاسخ های سازه را برقرار می کند [14]. انتخاب یک اندازه گیری شدت کافی می تواند به طور موثر پاسخ های ساختاری را پیش بینی کند. با این حال، توجه به این نکته مهم است که اعمال این اندازه‌گیری‌های شدت پیشنهادی در درجه اول تحت تحریک‌های معمولی زلزله تأیید شده است [15]. تحقیقات محدودی در مورد اثربخشی معیارهای شدت که به طور خاص برای LPGM ها طراحی شده است، وجود دارد.

برای این منظور، این مطالعه بر ساختمان‌های بسیار مرتفع با ارتفاعات در محدوده 400 متر تا 800 متر تمرکز می‌کند، که طیفی از سازه‌ها را در بر می‌گیرد که به شدت در معرض تأثیر LPGMs هستند. این مقاله به شرح زیر سازماندهی شده است: بخش 1 مقدمه ای کوتاه در مورد رویدادهای ناشی از LPGM ها و وضعیت تحقیق مربوطه ارائه می کند. بخش 2 مدل طیفی آماری اتخاذ شده برای LPGM و یک الگوریتم شبیه‌سازی مبتنی بر تبدیل موجک پیوسته (CWT) برای حرکت زمین را معرفی می‌کند. بخش 3 مدل برشی خمشی ساده شده را برای ساختمان های فوق بلند با ارتفاعات مختلف ایجاد می کند و پاسخ های لرزه ای را تحت سه گروه LPGM های شبیه سازی شده و یک گروه از زلزله های معمولی شبیه سازی شده مقایسه می کند و با گروهی از LPGM های لرزه شناسی اعتبارسنجی شده است.