مقاله بررسی استفاده از روش جداسازی پایه ای در مقاوم سازی بناهای تاریخی

word قابل ویرایش
14 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

خلاصه
روشهای مختلف و متعددی برای مرمت و بهسازی آثار تاریخی با هدف بالا بردن کارایی آنها در برابر حوادث گوناگون مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است . از این میان روش جداسازی پایه ای برای مقاوم سازی این قبیل ساختمان ها، دارای اعتبار خاصی می باشد، چرا که در این روش با کمترین صدمه و تغییری در معماری بنا و همچنین عدم جلوگیری از کارآیی آن ، می توان خسارات ناشی از زلزله و سایر تحریکات استاتیکی و دینامیکی را تا حد قابل قبولی کاهش داد.
در این تحقیق ، با در نظر گرفتن زلزله خیز بودن اکثر مناطق ایران و کثرت آثار با ارزش موجود در این مناطق ، تجربیات سایر کشورها در زمینه مرمت و مقاوم سازی آثار تاریخی با استفاده از جداسازها بررسی گردیده و سپس آئین نامه ها و سایر ضوابط اجرایی مرتبط با این روش توضیح داده شده و در نهایت کاربرد این روش در مورد آثار تاریخی ایران مورد مطالعه قرار گرفته است .
کلید واژه : آثار تاریخی ، مقاوم سازی ، جداسازی پایه ای

١. مقدمه
امروزه توجه به ساختمان های قدیمی و باارزش که به عنوان بخشی از فرهنگ و هویت ملی هر کشور محسوب می شوند دارای جایگاه ویژه ای گردیده وکشورها، هزینه های بسیار زیادی را برای حفظ ، مرمت و مراقبت از اینگونه آثار در برابر عوامل گوناگون تخریب ، از جمله زلزله وسایر تحریکات استاتیکی و دینامیکی پرداخت می کنند. در عصر حاضر و با وجود تحول عظیم در علم و فناوری و توانایی فوق العاده ابزارهای طراحی آنالیز غیرخطی ، و ساخت ابزارهای پیشرفته ی کنترل حرکت ساختمان ، مهندسین متفکر و خلاق رشته عمران را برای کاربرد این وسایل در بخش های گوناگون صنعت ساختمان یاری نمود، تا راه کارهای عملی و ساده ای جهت استفاده از تکنولوژی های نوین ارائه دهند. در همین راستا و به منظور مرمت و حفظ آثار تاریخی و باارزش استفاده ازجداسازی لرزه ای مورد توجه واهتمام ویژه قرار گرفته است .
از جداگرها تا حد زیادی در ژاپن ، آمریکا، زلاند نو و ایتالیا استفاده شده است . این روش مخصوصا در مورد ساختمان های ارزشمند تاریخی متداول گردیده که این امر، هم به جهت حفاظت موثر در برابر زلزله و هم به دلیل نصب آنها بدون آسیب رساندن به ویژگی های معماری و تاریخی بنا نسبت به روشهای دیگر می باشد، علاوه بر این موارد، استفاده از این شیوه در حفاظت از آثار بسیار حساس داخل ساختمان ها نیز بسیار موثر خواهد بود.
به وسیله یک سیستم جداساز، از انتقال یافتن میزان زیادی از حرکات افقی زمین به سازه جلوگیری شده که این عمل باعث کاهش قابل ملاحظه در شتاب کف و جابجایی های بین طبقات می شود. مزیت دیگر جداسازی لرزه ای افزایش پریود اصلی ارتعاش سازه می باشد که این عمل نیز باعث کاهش نیروهای ارتجاعی حداکثر می گردد. به طور کلی جداسازی لرزه ای از نقطه نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه خواهد بود. در حقیقت هزینه لوازم موردنیاز برای سیستم جداساز، با کاهش هزینه های مربوط به مقاوم سازی ساختمان و حفاظت از مجموعه های داخل آن ، متوازن می گردد.
در کشور ایران نیز آثار و گنجینه های باارزش زیادی وجود دارد که اکثر آنها در شهرهای قدیمی و در معرض خطرات ناشی از زلزله واقع شده اند. لذا لازم است که با مرمت و استحکام بخشی این ابنیه که در بر دارنده ی هویت و نبوغ نسلهای پیشین ما می باشند، این آثار بیش ازپیش موردتوجه قرار گیرند.
٢. تاریخچه استفاده از جداسازی لرزه ای
شاید اولین تحقیقات در زمینه جداسازی لرزه ای را بتوان به جان مایلن انگلیسی نسبت داد. مایلن در زمینه تحقیقات زلزله شناسی آنقدر پیشتاز بود که اغلب از وی با لقب پدر زلزله شناسی نوین نام برده اند. او که مدتی در ژاپن اقامت داشت در دانشگاه توکیو نمونه ای از یک ساختمان جداشده را ساخت و سپس اصلاحاتی بر روی آن انجام داد ودرنهایت در سال ١٨٨۶ گزارشی از طرح خود را ارائه نمود. بعد از اوکسانی همچون چاکوب بچتولد در سال ١٩٠۶ و فرانک لویدرایت در سال ١٩٢١ از ایده جداسازی برای محافظت ساختمان ها در برابر زلزله استفاده کردند. پیشرفت های اخیر در تکنولوژی لاستیک ، ایده جداسازی پایه را تبدیل به یک واقعیت عملی نموده است . امروزه مفهوم جداسازی لرزه ای برای حفاظت از ساختمان های مهم در برابر حرکات قوی زمین در مناطق لرزه خیز جهان به طور گسترده ای پذیرفته شده و در نمونه های بسیاری در کشورهای مختلف مورد استفاده واقع شده است . [١] و [٢]
نخستین مورد استفاده از یک سیستم جداساز لاستیکی برای محافظت ساختمان ها در برابر زمین لرزه در سال ١٩۶٩ میلادی درساختمان یک مدرسه ابتدایی در اسکوپیه یوگسلاوی بوده است . در آمریکا، ایتالیا، ژاپن ، چین و اندونزی بیشتر از نوعی از جداگرها که از جنس لاستیک طبیعی با میرایی بالا می باشند استفاده می شود که سادگی استفاده از این نشیمن ها یکی از علل گسترش سریع استفاده از جداگرها در سال های اخیر بوده است .
در آمریکا برای اولین بار در سال ١٩٨۴ و در ساخت مرکز قضایی وحقوقی فوت هیل در نزدیکی شهر لس آنجلس از ٩٨ جداگرلاستیکی با میرایی بالا استفاده شد، این نشیمن ها توسط یک موسسه تحقیقاتی مالزیایی سازنده لاستیک در انگلستان و برای مصرف در این پروژه تولیده شده بود.
استفاده از این سیستم در ژاپن از سال ١٩٨۶ شدت گرفته و با عملکرد برتر و مطلوب ساختمان هایی که با استفاده از این روش ساخته شده اند میزان تقاضاهای ارائه شده برای صدور مجوز احداث چنین ساختمان هایی به سرعت رو به افزایش بوده و در سال های اخیر به حدود ٢٠٠ پروژه در سال رسیده است . فعال ترین مرکز مطالعه جداسازی پایه در اروپا کشور ایتالیا می باشد و در سال های اخیر حتی کشورهای دیگری همچون ارمنستان نیز با حمایت یک سری از سرمایه گذاران خارجی تشویق به استفاده از این فناوری شده اند. [١] و [٢]
امروزه مهمترین موضوع پیش روی این فناوری، دوام بلندمدت و ویژگی های مکانیکی جداسازها ومصالح سازنده ی آنها می باشد که بهترین راه ارزیابی عملکرد بلندمدت آنها انجام آزمایشات و بازرسی های دوره ای بر روی نمونه هایی است که عملا در سال های گذشته مورد استفاده قرار گرفته اند.
٣. بیان عملکرد سیستم های جداکننده پایه
مسئله ی اصلی در تامین مقاومت لرزه ای بالای یک ساختمان ، چگونگی به حداقل رساندن تغییر مکان بین طبقه ای و شتاب های طبقات می باشد. تغییر مکان بین طبقه ای را می توان با افزایش سختی سازه کاهش داد اما این عمل سبب تقویت و تشدید حرکت زمین و به دنبال آن افزایش شتاب طبقات می شود. شتاب های طبقات را نیز می توان با نرم کردن سیستم کاهش داد اما این کار نیز منجر به تغییر مکان های بین طبقه ای بزرگی خواهد شد. با قراردادن ساختمان بر روی یک سیستم جداساز از انتقال یافتن میزان زیادی از حرکات افقی زمین به سازه جلوگیری می شود. این عمل باعث کاهش قابل ملاحظه ای در شتاب های کف و جابجایی های بین طبقات می گردد و بدین وسیله ازمحتویات ساختمان و اجزای آن محافظت خواهد شد. [١]
مزیت دیگر جداسازی لرزه ای افزایش پریود اصلی ارتعاش سازه وا نتقال آن به نواحی کم انرژی تر زلزله در طیف پاسخ می باشد. در اثر این عمل ، نیروهای ارتجاعی حداکثر، کاهش قابل ملاحظه ای پیدا می کنند.
برای رسیدن به اهداف فوق ، هر سیستم جداساز از سه جزء پایه تشکیل شده است :
١- یک تکیه گاه انعطاف پذیر
٢- یک مستهلک کننده و یا جاذب انرژی
٣- یک وسیله برای فراهم آوردن صلبیت تحت بارهای کوچک
با توجه به افزایش جابجایی های به وجود آمده توسط سیستم جداساز، می توان میرایی سازه را افزایش داد تا بر مشکل جابجایی اضافی فائق آمد و تغییر شکل های نسبی بین سازه و زمین را در یک حد مناسب کنترل نمود. همچنین با افزایش میرایی در یک پریود ثابت ، نیرو کاهش می یابد و بخش عمده ای از حساسیت نسبت به مشخصات حرکات زمین حذف می گردد.
۴. انواع جداسازهای متداول
۴-١- سیستم های بر مبنای الاستومر که شامل موارد زیر می شوند:
۴-١-١- نشیمنهای لاستیک طبیعی فاقد میرایی
۴-١-٢- نشیمنهای لاستیک طبیعی و مصنوعی با میرایی کم
۴-١-٣- نشیمن های با هسته سربی
۴-١-۴- سیستم های لاستیک طبیعی بامیرایی بالا
۴-١-۵- جداسازهای الاستومری تقویت شده با الیاف
۴-٢- سیستم های جداساز بر مبنای لغزش
۵. آئین نامه ها و دستورالعمل های مرتبط با کاربرد جداگرها
از اوایل دهه ١٩٧٠ دستورالعمل ها و به مرور آئین نامه هایی برای کمک و کنترل طراحی سازه هایی که در آنها از جداسازهای لرزه ای استفاده می کنند نوشته شده است . در سال ١٩٩١ آیین نامه UBC مجموعه قوانینی را تحت عنوان ضوابط طراحی لرزه ای برای سازه ها با جداسازی لرزه ای، ارائه داد که بیشتر بر مبنای روش استاتیکی معادل قرار داشت . نگارشهای بعدی آیین نامه UBC که تحت ٩۴-UBC و ٩٧-UBC ارائه گردید پیچیده تر از نسخه های گذشته بوده و بیشتر بر مبنای روش های دینامیکی طراحی قرار دارند. علاوه بر این موارد، ضوابط آیین نامه UBC صرفا به منظور طراحی ساختمانهای جدید بوده و ضوابطی برای مقاوم سازی ساختمانهای موجود بااستفاده از جداگرها ارائه نمی دهد. [١] و [٢]
امروزه طراحی برای ارتقای لرزه ای ساختمان های موجود، بیش از پیش تحت تاثیر گزارش های FEMA و به خصوص ٢٧٣-FEMA و ٢٧۴-FEMA , ٣۵۶-FEMA بوده که به جز چند مورد استثناء، بسیار شبیه ٩٧ -UBC می باشند.
۶. معرفی سازه های مورد مطالعه در این مقاله بیشتر تمرکز بر روی سازه هایی می باشد که از آنها در بعضی از تقسیم بندی ها به عنوان ساختمان های اسکلت بنایی نام برده می شود. به طور کلی اینگونه ساختمان ها به دو دسته تقسیم می شوند:
١- ساختمان های اسکلت بنایی معمولی: که در آنها اکثر نیروهای وارد بر ساختمان توسط دیوارهای باربر تحمل می گردد.
٢- ساختمان های اسکلت بنایی مرکب : در اینگونه ساختمانها علاوه بر دیوارهای باربر موجود، در ساخت بنا سازه فلزی و یا بتنی به صورت
ترکیبی با دیوارهای باربر وجود دارد و بارهای وارد بر ساختمان توسط هر دو یعنی هم دیوار باربر و هم سازه فلزی و یا بتنی مهار می گردد
به دلیل اینکه در زمان ساخت اکثر این بناها در گذشته ، یا آیین نامه های جامعی در رابطه با مهار نیروهای جانبی وجود نداشته و یا اینکه محاسبات دقیقی در این رابطه صورت نگرفته است ، لذا اغلب این سازه ها در برابر زلزله ضعیف عمل کرده و دچار مشکل خواهند شد. مهمترین عوامل آسیب پذیری اینگونه ساختمان ها، وزن زیاد، مقاومت کم مصالح در برابر کشش وبرش ، ترد بودن مصالح ، فقدان به هم پیوستگی کامل اجزای ساختمان وضعف اتصالات ، کیفیت ضعیف اجرای ساختمان و بالاخره از دست رفتن مقاومت با گذشت زمان می باشد. [١٠]
اکثر ساختمان هایی که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد دارای خصوصیات فوق بوده وباید در تمام موارد به این نکته توجه داشت که در مقاوم سازی با استفاده از جداگرها، سازه باید حداقل دارای یک سری از عوامل وشرایط لازم برای تامین ایستایی و ادامه حیات خود باشد.
٧. شرایط کاربرد جداسازهای لرزه ای
اولین موضوع در بررسی تناسب جداسازی برای یک پروژه ، خود سازه است . با توجه به شرایطی که هر سازه می تواند داشته باشد، طرح مقاوم سازی آن سازه مشخص می شود. با درنظر گرفتن نوع عملکرد جداسازها بیشترین تاثیر این سیستم در ساختمان های با ارتفاع کم تا متوسط که پریود طبیعی ارتعاش پایینی خواهند داشت ، می باشد. همچنین به دلیل اینکه اغلب سیستم های جداکننده تحت کشش عملکرد خوبی ندارند روش نصب باید به گونه ای باشد که در صورت ایجاد کشش ، این کشش وارد تکیه گاه نشود که این مشکل با دقت در جزئیات اتصال قابل برطرف شدن می باشد. در بسیاری از موارد از جمله ساختمان های قدیمی به دلیل ظرفیت بسیارکم روسازه ، روش جداسازی پایه به تنهایی جوابگوی نیازهای لرزه ای سازه نبوده و باید تقویت روسازه نیز حتما مورد توجه قرار گیرد.
مطلب دوم جهت بررسی امکان جداسازی یک سازه ، شرایط خاک وزمین شناسی منطقه موردنظر می باشد. عموما هرچه خاک سخت تر باشد جداسازی پایه موثرتر خواهد بود. اگر خاک زیر سازه خیلی نرم باشد ممکن است امواج با فرکانس بالا حذف شوند و خاک حرکاتی با پریود زیاد ایجاد نماید. حال طولانی کردن پریود یک سازه سخت بر روی چنین خاکی به جای کاهش حرکات زمین می تواند موجب تشدید آن نیز گردد.
مطلب سوم در بررسی کاربرد جدا سازها، محدودیت های اعمال شده از طرف ساختمان های مجاور و همچنین بررسی امکان حفر خندق و نصب ایزولاتورها در اطراف ساختمان می باشد. اساس مفهوم جداسازی لرزه ای نیاز به مبادله ای بین نیروهای کاهش یافته و جابجایی های افزایش یافته دارد. براساس نوع جداساز و طراحی صورت گرفته معمولا در سیستم های جداکننده عملی، باید فضای مناسبی برای جابجایی های پایه درنظر گرفت .
علاوه بر این اگر عمل نصب ایزولاتورها از خارج ساختمان صورت می گیرد باید فضای مربوط به حفر خندق و عملیات پایدارسازی دیوارهای آن را نیز مد نظر داشت .
٨. مزایای روش جداسازی پایه در رابطه با مقاوم سازی آثار تاریخی
یکی از ویژگی های منحصر به فرد هر بنا که می تواند آنرا در زمره آثار شاخص قرار دهد سبک به کار رفته در معماری آن می باشد، لذا در مرمت وبهسازی یک اثر باارزش باید تلاش گردد که حداقل تغییرات در کیفیت و کمیت آن بنا ایجاد گردد. با این وجود اکثر روش های سنتی مقاوم سازی مستلزم شکافتن دیوارها، اضافه کردن المانهای الحاقی و تفکیک فضاهای داخلی و …. می باشند که در مقایسه ی روش جداسازی پایه ای با اینگونه روش ها، جداسازی پایه مداخله کمتری درمعماری بنا خواهد داشت . همچنین چون سیستم جداسازی از انتقال یافتن میزان زیادی از نیروها و جا به جاییهای به وجود آمده در اثر زلزله ، به سازه جلوگیری می کند لذا نیاز لرزه ای روسازه به طور چشمگیری کاهش پیدا خواهد کرد.
از طرف دیگر امروزه در بسیاری ازموارد از بناهای قدیمی به عنوان موزه نیز استفاده می شود و این در حالی است که به دلیل وزن زیاد این ساختمان ها، شتاب به وجود آمده در بنا به هنگام زلزله زیاد می باشد که این مسئله بیشترین تاثیر را در تخریب تجهیزات و اشیاء داخل ساختمان خواهد داشت ، لذا جداسازی لرزه ای با کاهش قابل ملاحظه در شتاب کف ها، امکان محافظت بیشتر و عایق بندی لرزه ای کمتر کلکسیون های داخل بنا را می تواند به نحوه موثری فراهم آورد.

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 14 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد