بخشی از مقاله
بررسی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان های با مصالح بنائی و ارائه طرح مقاوم سازی بر اساس سطح عملکرد بهسازی مبنا
چکیده
همه ساله زلزله های متفاوتی بــا شــدت هــای مختلف در کشور بخصوص در مناطق با لرزه خیزی زیاد رخ میدهدکه موجب تلفات و خسارات شدید می شود. جهت کاهش این آسیب هـا، احداث سازه های مقاوم در برابر زلزله و بهسازی لرزه ایسازه های موجود ضروری مــــی باشــــد .با توجه به انبوه ساختمانهای بنایی در ایران و بــا توجه به این مسئله که اکثر این ســاختمان هــا قبل از تدوین آیین نامه 2800ساخته شده اند از ایــن رو فاقد ملاحظات لرزه ای مهندسی مناسب در ساخت مــی باشــند. زلزله های اخیر نشان داده است که این ســـــاختمانها در برابر زلزله مقاوم نبوده و نیاز به بهسازی لرزه ای دارند. در این مقاله مطالعات ارزیـابی آسـیب پـذیری لـرزه ای مطـابق بـا دستور العمل بهسازی لرزه ای ساختمان هـا بـر روی یـک نمونـه سـاختمان موردی واقع در شهر زنجان با سیستم مصالح بنائی انجام گرفته اسـت. بـدین منظور داده های وضعیت موجود ساختمان و ضوابط آئین نامه های بهسـازی لرزه ای بر روی نمونـه مـورد نظـر انجـام و وضـعیت اسـتحکامی سـاختمان مشخص گردید و با توجه به نیاز به ارائه طرح بهسازی، راهکار مقـاوم سـازی ساختمان مربوطه ارائه گردید.
کلمات کلیدی: بهسازی لرزه ای، ساختمان بامصالح بنـائی، اسـتحکام لـرزه ای، طرح مقاوم سازی
مقدمه
در دهه های اخیر در ایران چندین زلزله بزرگ و مخرب روی داده اسـت کـه موجب تلفات سنگینی شده اند. با نگاهی به تاریخچه ساختمان هـای آجـری مشخص می شود که اینگونه ساختمان ها در زلزله هایی بـا بزرگـی بـیش از 5/5 ریشتر در معرض ترک خوردگی و فرو ریختن می باشند.[1] بـا در نظـر گرفتن این واقعیت بایستی نسبت به تضمین پایداری لرزه ای ساختمان های آجری اقدام گردد. منظور از بهسازی لرزه ای افزایش مقاومت و شکل پذیری ساختمان است که به موجب آن در ایجـاد خسـارت و خرابـی سـازه تـاخیر ایجاد شده و فرصت برای فرار ساکنین در زمان وقوع زلزله فراهم می گـردد. نتیجه دیگر بهسازی، کاهش در میزان خسارت سازه تا حدی است کـه بعـد از زلزله با صرف هزینه منطقـی و محـدود بتـوان مجـددا از سـاختمان بهـره برداری نمود.[1]
طبــق بررســی هــای انجــام شــده دلایــل ایجــاد خرابــی ناشــی از زلزلــه در ساختمانها، عدم کفایت مقاومت و شکل پذیری است که می توانـد ناشـی از اشتباهات طراحی (در اثر درک نادرسـت از رفتـار سـازه ، مکـانیزم خرابـی و تغییر در ضوابط آئین نامه ها) و نواقص اجرایی (شامل کیفیت پائین مصـالح ، جزئیات اجرایی نادرست) باشد. ساختمان های با مصـالح بنـایی بـه عنـوان یکی از سازه های پر کـاربرد در کشـور ایـران بـویژه در دهـه هـای 60 و 70 شمسی که ضوابط و آئین نامه های آن در قالـب اسـتاندارد 2800 تـدوین و تهیــه شــده اســت، در موضـوع بهســازی لــرزه ای مطــرح و اولویــت دار مــی باشند.[2] طبق تجربیات بدست آمده از زلزله هـای گذشـته دلایـل خرابـی ساختمانهای با مصالح بنایی عبارتند از:
. اتصال و انسجام ناکافی مابین دیوارها، المانهای سقف و دیوار و سقف
. ناکافی بودن ظرفیت خمشی خارج از صفحه
. ناکافی بودن ظرفیت برشی درون صفحه ای
. ناکافی بودن مقاومت درون صفحه ای دیافراگم
. پیکر بندی نامناسب ؛ توزیع نامناسب و نامتقارن سختی.[3]
در پژوهش حاضر یک نمونه ساختمان دو طبقه با سیسـتم مصـالح بنـایی بـا کاربری اداری انتخاب و طی دو مرحله مطالعات ارزیابی آسیب پـذیری در آن ساختمان انجام گرفته است:
مرحله اول : تحلیل آسیب پذیری ساختمان شـامل انجـام آزمایشـات کامـل ژئوتکنیکی - انجام سونداژ درنقاط مختلف ساختمان جهت جمـع آوری داده های وضعیت موجود ساختمان - ترسـیم نقشـه وضـعیت موجـود- کنتـرل ضــوابط آئــین نامــه هــای بهســازی لــرزه ای و تعیــین وضــعیت اســتحکامی ساختمان. مرحله دوم : تهیه طرح بهسازی از بین گزینه های قابـل اسـتفاده برای ساختمان های مصالح بنایی به طوری کـه از لحـاظ اقتصـادی و مـدت زمان اجرا مقرون به صرفه بوده انتخاب گردیده است.
معرفی ساختمان مورد مطالعه
ساختمان مورد نظر دارای سیستم باربر ثقلی (دیوار باربر با آجر فشاری) بوده و سیستم باربر جانبی نیز دیوار آجری میباشد که وجود کلافهای قائم و افقی، موجب انسجام ساختمان شده است. سیستم سقف این ساختمان در طبقه همکف از نوع تیرچه بلوک و در طبقه دوم از نوع سبک ( شیبدار فولادی با ورقهای موجدار ) بوده که تیرهای فرعی این دو سقف روی کلافهای افقی قرار دارند. از دیگر نکات مهم در این ساختمان شرایط ساختگاه آن بود که خاک آن طبق طبقهبندی استاندارد 2800 از نوع III تشخیص داده شد. با تحقیقات میدانی بعمل آمده مشخص گردید که سطح آب زیرزمینی منطقه پایین است.
جدول -1 مشخصات فنی و عمومی ساختمان
انجام مطالعات ژئوتکنیک
آزمایشهای درخواست شده برای شناسایی وضعیت زیر سطحی زمین، شامل تعیین پارامترهای فیزیکی و مکانیکی خاک و بررسی میزان نشست پی تحت بارهای وارد بوده است.
هدف اهداف عمده مطالعات ژئوتکنیک به شرح زیر میباشد:
بررسی وضعیت تحتالارضی و لایه بندی خاک
تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی لایههای زیر سطحی برآورد نشست پی تحت بارهای وارده
بررسی مخاطرات زمین
ارائه توصیههایی فنی در مورد پیسازی
تعیین محدوده پهنه بندی خطر مطالعات لرزهخیزی و تحلیل خطر زمینلرزه در محدوده طرحهای عمرانی،از عناصر اصلی طراحی و مقاومسازی سازهها به شمار میرود. عدم توجه به این مهم لطمات مالی و جانی جبران ناپذیری را در بر خواهد داشت. با توجه به این نکات، به منظور مقاوم سازی ساختمان مورد مطالعه، مطالعات زمین-ساختی محل احداث در دستور کار قرار گرفت. در ابتدا زمینساخت با تکتونیک منطقه و سپس لرزهخیزی منطقه که در برگیرنده شتاب مبنای طرح میباشد، مورد بررسی قرار گرفت.
با توجه به نقشه پهنهبندی شده آیین نامـه 2800 مرکـز تحقیقـات سـازمان مسکن و شهر سازی، خطر زمینلرزه در منطقـه مـورد مطالعـه در محـدوده خطر نسبی زیاد قرار میگیرد.[4] شتاب بیشینه طراحی در این مناطق برابر با 0/3 شتاب ثقل زمین میباشد. ایـن پهنـهبنـدی در شـکل (1) نشـان داده شده است.
شکل-1 نقشه پهته بندی خطر نسبی زمین لرزه در ایران (آیین نامه (2800
آزمایشات انجام گرفته برای مطالعات ژئوتکنیک در محدوده ساختگاه مورد مطالعه، حداقل تعداد 1گمانه دستی حفر گردیده و همراه با حفاری گمانه، آزمایشهای صحرایی نفوذ استاندارد (SPT) نیز انجام شده و نمونههای دستخورده و دستنخورده لازم برای انجام آزمایشهای آزمایشگاهی به آزمایشگاه منتقل شده است. در آزمایشگاه مرکزی بر روی نمونههای برداشت شده، آزمایشهای دانهبندی، هیدرومتری، حدود اتربرگ، تعیین رطوبت، وزن مخصوص، تک محوری، برش مستقیم و تحکیم انجام یافته است.
بررسیهای محلی
اهداف یک بررسی بر اساس اندازه و ماهیت پروژه مهندسی در نظر گرفته شده متغیر میباشد. در طراحی پی و عملیات اجرایی، لازم است اطلاعاتی در خصوص لایهبندی و مشخصات حاصل از آزمونهای آزمایشگاهی بر روی نمونههای اخذ شده از اعماق مختلف و همچنین تجربیات ساختمانهای مجاور در هنگام احداث سازه در دسترس باشد. هدف عمده این بررسیها جمعآوری اطلاعات موجود در مورد سازه و جمعآوری اطلاعات برای شرایط تحت الارضی میباشد. تعیین طبیعت خاک و لایهبندی، کسب نمونههای دستنخورده، تعیین عمق بستر سنگی، آزمایشهای برجا و مطالعه ساختمانهای مجاور از مهمترین اطلاعاتی میباشد که در بررسیهای محلی باید جمعآوری شود.[5] در بررسیهای محلی انجام شده در این پروژه، برای شناسایی توالی و لایههای زیر سطحی حفاری صورت گرفته و سپس آزمایشهای برجا و نمونهگیری انجام گردیده است.
حفاری در این مطالعه حفاری دستی در نظر گرفته شده بود. قطر چاهک حفاری شده در این مطالعه 90 سانتیمتر بوده است. شکل ( (2 تصویری از حفاری انجام شده در ساختمان مورد مطالعه دیده میشود.
شکل -2 نمونه ای از گمانه های حفر شده
نمونهگیری و انجام آزمایش نفوذ استاندارد در طول انجام حفاری کارشناس مجرب ضمن بازدید از محل حفر گمانهها و پروفیل برداری از جدار گمانهها، اقدام به اخذ نمونههای دستخورده و دستنخورده برای انجام آزمایشهای آزمایشگاهی نموده است. نمونه-گیریها در کف گمانه و در هر متر عمق گمانه انجام شده است. همزمان با حفر گمانه، آزمایش نفوذ استاندارد (SPT) نیز انجام شده است. لایههای زیر سطحی ساختمان مورد بررسی، تناوبی از رسوبات آبرفتی با تراکم خوب و سیمانی شده و همچنین عدد نفوذ استاندارد بالا میباشد. بدین ترتیب که از سطح تا عمق 3 متری لایه ماسه با دانسیته بالا و در ادامه رسوبات آبرفتی با تراکم زیاد و عدد نفوذ استاندارد بیشتر از 100 میباشد.
بررسی های آزمایشگاهی بر روی نمونههای اخذ شده از چاهکهای حفاری، آزمایشهایی تعیین خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک ها انجام شده است.
آزمایشهای دانهبندی و طبقهبندی خاک نمونههای خاک دستخورده اخذ شده در هر متر چاهک حفاری شده، دانهبندی و منحنی آن رسم شده و در نهایت طبقه بندی خاک مشخص شده است. منحنی دانهبندی خاک حفاری شده از گمانه در شکل (3) نشان داده شده است.
