بخشی از مقاله
بهسازي لرزهاي ساختمانهاي بنایی مدارس مطالعه موردي: دبستان بوعلی سینا رشت
چکیده
بسیاري از ساختمانهاي آموزش موجود از نوع بنایی بوده و در زمانی ساخته شده اند که آیین نامه هاي کافی جهت در نظر گرفتن ضوابط لرزهاي و کنترل آن وجود نداشتهاست. لذا ضرورت استحکام بخشی لرزهاي این ساختمانها براي استمرار کاربري امري اجتناب ناپذیر می باشد. در این پژوهش پس از بررسی آسیبپذیري ساختمان بنایی دبستان بوعلی سینا واقع در شهرستان رشت در استان گیلان گزارشی از آزمایشات انجام شده و توصیههاي مقاوم سازي و بهبود رفتار لرزهاي انجام شده بر روي این ساختمان ارائه شده است.
واژههاي کلیدي: ساختمان بنایی، بهسازي و مقاوم سازي لرزهاي.
-1 مقدمه
پس از زلزله بم به دلیل تخریب ساختمانهاي بنایی و خسارات زیاد ناشی از تخریب اماکن عمومی بیمارستانها و خوابگاهها نگرانی ناشی از تخریب مدارس به هنگام زلزله شکل گرفته و لزوم بهسازي لرزهاي مدارس در سالهاي اخیر به تصویب قوانین کشوري رسیده است.
مطابق بند (م) ماده (52) قانون برنامه چهارم توسعه اقتصادي، اجتماعی و فرهنگی جمهوري اسلامی ایران مصوب1383 به دولت جازه داده میشود مبلغ سه میلیارد و نهصد و پنجاه و چهار میلیون دلار طی سالهاي 1385 تا 1388 از محل صندوق ذخیره ارزي برداشت و در اختیار وزارتآموزشو پرورش (سازماننوسازي، توسعه و تجهیز مدارس کشور) قرار دهد تا براساس موافقتنامههایی که با سازمان مدیریت و برنامهریزي کشور مبادله مینماید براي تخریب و نوسازي 131935باب کلاسخطرآفرین و مقاومسازي 126010 باب کلاس بدون استحکام هزینه نماید.[1] تصویب این قانون سبب اوج گرفتن بهسازي لرزهاي مدارس کشور و اعمال تجربیات متفاوت و بومی سازي بسیاري از تجربیات باتوجه به بناي موجود، مصالح موجود و دانش فنی و توان اجرایی بومی موجود شد.
در سال 1383 و بر اساس یک طرح ملی، یک پایگاه داده جامع در مورد مشخصات سازه همه ساختمانهاي مدارس آمادهبود. این پایگاه داده شامل طیف گستردهاي از اطلاعات شامل تعداد دانشآموزان، تعداد کارکنان، مشخصات هندسی و فنی از ساختار و خطرات احتمالی به ساختمان مانند زلزله یا زمین لغزش می باشد. بر طبق این طرح که تحت نظارت وزارت آموزش و پرورش انجام شد بیش از 380 هزار کلاس درس در بیش از 100 هزار مدرسه مورد بررسی قرار گرفت که در آن مدارس به سه دسته مقاوم، غیرمقاوم و خطرناك طبقه بندي شدند. مدارس دسته دوم نیاز به مقاوم سازي و بهسازي داشته و مدارس دسته سوم می بایست تخریب شده و مجددا ساخته شوند. نتایج این بررسی اولیه در شکل (1) آمده است. همچنین در سالهاي 1385 تا 1389 مدارس متعددي مورد بهسازي قرار گرفته اند که در جدول (1) آمده است.[2] توزیع فراوانی مدارس کشور از نظر نوع اسکلت نیز در جدول (2) آمده است.[3]
1
راضی کننده 36% 35%
نیاز به مقاوم سازي نیاز به تخریب و ساخت مجدد
29%
شکل -1 طبقه بندي مدارس به سه دسته مقاوم، غیر مقاوم و خطرناك [2]
جدول -1 آمار کلاسهاي مقاوم سازي شده در سالهاي 1385 تا [2]1389
کلاس 1385 1386 1387 1388 1389
تعداد کلاسهایی که مطالعه شدند 523 1501 6271 19478 7658
تعداد کلاسهایی که مقاوم سازي شده اند - 119 1267 2138 5433
تعداد کلاسهایی که تخریب شده و مجددا ساخته شده اند 126 9053 14039 10967 5482
جدول -2 توزیع فراوانی مدارس کشور از نظر نوع اسکلت [3]
اسکلت سایر بتنی چوبی خشت و گل فلزي مصالح بنایی جمع کل
تعداد 338 558 7 66 2201 24411 27574
درصد از کل 1/23 2 0/03 0/24 7/98 88/53 100
بر پایه موارد مذکور و بر اساس نیاز و ضرورت، مقاوم سازي و بهسازي لرزهاي مدارس استان گیلان نیز در دستور کار اجرایی دولت قرار گرفت که حاصل آن بهسازي بسیاري از مدارس و کسب تجربیات ارزشمند علمی و اجرایی می باشد که میتواند مورد استفاده سایر نهادهاي دولتی و بخش خصوصی قرار گیرد. در شکل (2) فلوچارت عملیات اجرایی بهسازي کامل مدارس آمده است.
شکل -2 فلو چارت عملیات اجرایی بهسازي کامل [4]
-2 کلیات
از مهم ترین دلایل استفاده از ساختمانهاي بنایی می توان به راحتی اجرا و تهیه مصالح آن از محل ساخت و به عبارت دیگر بومی بودن آن اشاره کرد. فواید ساختمانهاي بنایی نسبت به سایر سازه ها ارزانی نسبت به سایر سازه ها، کاربرد دوگانه
2
مصالح به عنوان عایق صوتی و حرارتی، در دسترس بودن مصالح، سرعت ساخت بالا و مقاومت در مقابل حریق، خوردگی و زنگ زدگی می باشد. از معایب سازه هاي بنایی می توان به رفتار نسبتا ترد و شکننده، وزن بالا، عدم پیوستگی و چسبندگی بین مصالح، عدم رعایت حداقل دیوار نسبی در این ساختمانها و مشکلات در ایجاد بازشو هاي بزرگ اشاره کرد.[ 5] در حالت کلی ضعف اساسی ساختمان هاي آجري در مقابل زلزله کمبود نرمی وشکل پذیري است. شکست دیوارهاي سازه اي برشی و عرضی مهمترین حالت هاي شکست را تشکیل می دهند. در اثر زلزله دیوار هاي سازه هاي بنایی غیرمسلح داراي دو مکانیزم شکست داخل و خارج صفحه اي هستند. مکانیزم شکست داخل صفحه اي براي دیوارهاي ساخته شده با مصالحی مانند آجر و سنگ شامل چهار تقسیم بندي: -1 ترك برشی، -2لغزش، - 3 واژگونی کلی و -4خرد شدن پنجه دیوار می باشد. لغزش در این نوع دیوارها ممکن است در اثر درگیري کم ملات و مصالح به کار برده شده در دیوار حاصل شود. در خانه هاي آجري ترك هاي برشی معمولا از گوشه دیوارها شروع می شود و از موارد معمول دیگر ضعف در خانه هاي آجري می توان به اثر شکست خارج صفحه اي در دهانه هاي بزرگ اشاره کرد، که به دنبال آن دیوارها به دلیل اتصال ضعیف دیوار و سقف واژگون می شود.
عملکرد ضعیف ساختمانهاي بنایی غیر مسلح در هنگام زلزله و همچنین عدم تطبیق آنها با آیین نامه هاي طراحی جدید ضرورت نوسازي آنها را مطابق دستورالعمل هاي جدید آشکار میکند. از آنجایی که در حال حاضر امکان تخریب همه این ساختمانها و جایگزینی آنها با سازه هاي مقاوم به دلیل هزینه هاي گزاف مالی و توقف بهره برداري از سازه در یک بازه مشخص زمانی وجود ندارد، لذا راه حل مناسب جهت کاهش خطرات و خسارت هاي سنگین در زمان وقوع زلزله، ارزیابی آسیب پذیري و بهسازي لرزهاي ساختمانهاي موجود به منظور بهبود رفتار سیستم مقاوم جانبی و حفظ ایستایی ساختمانهاي بنایی موجود و کاهش تلفات جانی ناشی از اثرات مخرب زلزله بر آنها می باشد.
-3 معرفی پروژه و مطالعات و آزمایشات انجام شده
1-3 معرفی پروژه
هدف از این پروژه مقاوم سازي ساختمان بنایی دبستان بوعلی سینا واقع در شهرستان رشت در استان گیلان میباشد. این ساختمان در سال 1382 با مساحت 918 متر مربع و در دو طبقه طراحی و اجرا شده است.
جدول -(3) مشخصات کلی ساختمان دبستان بوعلی سیناي رشت
سیستم باربر ثقلی دیوار باربر بنایی نیروي برشی پایه 87/36 تن ارتفاع ساختمان 8 متر
سیستم سقف تیرچه بلوك سیستم پی کلاف بتنی مسلح دیوارهاي پیرامونی 40 و 35 سانتیمتر
سیستم مقاوملرزهاي دیوار باربر بنایی کلافدار مصالح سفت کاري آجر سفالی نوع نما کاري اندود تگرگی
وزن موثر ساختمان 735 تن سال ساخت 1382 موقعیت در حیاط آزاد
محل ساختمان شهرستان رشت تعداد طبقات 2 تعداد راه پله یک دستگاه
درجه اهمیت زیاد ارتفاع طبقات 3 متر(کف تا کف) پوشش کف موزاییک
نوع زمین خاك نوع 3 مساحت کل 955 متر مربع سقف کاذب ندارد
شتاب مبناي طرح 0/3 ابعاد کلی پلان 15/2×31 متر
ساختمان از نوع بنایی کلافدار بوده و سقف از نوع تیرچه بلوك می باشد و در حال حاضر در مقطع تحصیلی دبستان در حال بهره برداري می باشد(شکل .(3 مشخصات کلی ساختمان در جدول (3) آمده است.
شکل (4) موقعیت شهرستان رشت را بر روي نقشه گسلهاي ایران و شکل (5) موقعیت آن را نسبت به ساحل خزر نشانمی دهد. با توجه به رویدادهاي زمین لرزهاي تاریخی و معاصر در گستره شهرستان رشت و فعالیت گسل ها و خطوارههاي ساختاري در این منطقه نشانگر پهنه اي با خطر نسبی زیاد است که بر اساس موضوع استاندارد 2800 این منطقه داراي لرزهخیزي زیاد میباشد.
3
شکل -3 نماي ساختمان دبستان بوعلی شکل-4موقعیت شهرستان رشت شکل-5موقعیت شهرستان رشت از روي
سینا بر روي نقشه گسل هاي ایران عکس ماهواره اي نسبت به ساحل خزر
-2-3 ارزیابی کمی آسیب پذیري ساختمان و نقایص موجود
-1-2-3 هدف بهسازي
هدف بهسازي مدرسه در حد مبنا مطابق "دستورالعمل بهسازي ساختمانهاي موجود"[8] در نظر گرفته شده است. در بهسازي مبنا انتظار میرود که تحت زلزله سطح خطر 1 – (زلزله طرح در استاندارد 2800 )، ایمنی جانی ساکنین تامینگردد. در این سطح، اجزاي سازه اي داراي سطح عملکرد 3 (ایمنی جانی) و اجزاي غیر سازه اي داراي سطح عملکرد C (ایمنی جانی) باشد، یعنی سطح عملکردي که در آن پیش بینی می شود در اثر وقوع زلزله، خرابی در سازه ایجاد گردد، اما میزان خرابی به اندازه اي نباشد که منجر به خسارت جانی گردد و خرابی اجزاي غیر سازهاي در اثر زلزله خطر جدي براي جان ساکنین بهوجود نیاورد.
-2-2-3 مطالعات ژئوتکنیک و احتمال روانگرایی
بر اساس نتایج آزمایشات ژئوتکنیک و آزمایش نفوذ استاندارد، خاك محل پروژه داراي ظرفیت باربري کم تا متوسط میباشد بنابراین در صورت اعمال تنش هاي با شدت متوسط می توان از پی سطحی براي انتقال بار ساختمان به زمین استفادهنمود و در صورت احداث ساختمانهایی که تنش بیشتري از مقادیر مجاز به زمین وارد می کنند استفاده از شمع لازممی باشد. زمین محل پروژه با زمین نوع III آیین نامه بیشترین انطباق را دارد. با توجه به جنس خاك لایه هاي مختلف زمین مورد نظر که از جنس لاي و رس می باشند، احتمال وقوع پدیده روانگرایی وجود ندارد. درحفاري هاي انجام شده، سطح آب زیرزمینی در محدوده این پروژه در عمق کمتر از یک متري مشاهده شده است.
-3-2-3 احتمال برخورد با سازه هاي مجاور
در مجاورت مدرسه، ساختمانی قرار ندارد از این رو امکان برخورد ساختمان مدرسه یا ساختمانهاي مجاور، سقوط اجزاي ناپایدار، انفجار و یا سرایت آتش سوزي از ساختمانهاي اطراف به ساختمان مدرسه منتفی است.
-4-2-3 بررسی سیستم ثقلی، دیافراگمها و پیوستگی قائم و افقی
سیستم ثقلی ساختمان از دیوارهاي باربر به ضخامت هاي متغیر و با مصالح آجرفشاري تشکیل شده است (شکل .(6 ساختمان مدرسه از نوع بنایی کلاف دار می باشد که از کلافهاي افقی و قائم استفاده شده است در این ساختمان دیوارهاي باربر، سیستم مقاوم در برابر بار جانبی را تشکیل میدهند که توسط کلافهاي افقی و قائم به یکدیگر متصل شده اند(شکل7و.(8
4
شکل-6 سیستم بابر ثقلی شکل-7سیستم باربر جانبی شکل-8 کلاف افقی ساختمان
دیافراگم کف از نوع سقف تیرچه بلوك است. در این ساختمان، دیافراگم کف داراي جزئیات لرزه اي مناسبی است لیکن اتصال بین دیافراگم و اجزاي باربر جانبی قائم مناسب نمی باشد و تیرچه هاي سقف به صورت یکپارچه با کلاف افقی دیوارها اجرا نشده اند(شکل .(9
پی ساختمان احتمالا به صورت شبکه اي و به صورت کلاف بتن مسلح در زیر دیوارها اجرا شده است. به دلیل بالا بودن سطح آب زیرزمینی و پایین بودن تراز کر گیري، اسکن آرماتور پی انجام نشدو لذا اطلاع دقیقی در دست نیست اما در آزمایش مقاومت فشاري بتن پی این مقاومت 150 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع به دست آمد(شکل .(10 در تمام پانلهاي این ساختمان نسبت طول دهانه به عرض دیافراگم کمتر از 3 بوده و دال به لحاظ تغییر شکل زیاد آسیب پذیر نمی باشد. در این ساختمان پیوستگی قائم در تمام دیوارهاي باربر ساختمان تا روي پی وجود دارد. همچنین بررسی نظم ساختمان در ارتفاع و پلان نشانمیدهد که ساختمان در پلان و ارتفاع نامنظم است.
شکل-9 سونداژ سقف شکل-10 سونداژ فونداسیون شکل-11آزمایش برش ملات
-5-2-3 آزمایشات مقاومت مصالح
آزمایشات مقاومت مصالح نشان می دهد که مقاومت فشاري بتن کلافها، در بسیاري از نقاط از 100 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع کمتر است و لذا کلافها بر اساس دستورالعمل آسیب پذیر می باشند. اتصال بین کلافهاي افقی و قائم نیز به واسطه فاصلهي زیاد خاموتها مناسب نیست.
مقاومت برشی ملات در آزمایشات برابر 8/02کیلوگرمبرسانتیمترمربع بدست آمد که محدودیت حداقل 2 کیلوگرمبرسانتیمترمربع دستورالعملبهسازي را برآورده می کند و نشان از کیفیت مناسب ملات ماسه سیمان مصرفی دارد(شکل.(11
-6-2-3 بررسی دیوارها و کلافهاي افقی و قائم
نتایج بررسی تراکم نشان می دهد که در برخی از دیوارهاي ساختمان که بازشو دارند ضوابط مربوط به تراکم دیوارها رعایت نشده است. کنترل مقاومت برشی دیوارهاي ساختمان نشانمیدهد که تنش برشی ناشی از نیروي برشی و لنگرپیچشی طبقه در تمام دیوارهاي باربر بنایی از مقاومت برشی ملات کمتر است و از این لحاظ ساختمان مشکلی ندارد. تعداد میلگردهاي
