بخشی از مقاله
بهسازي لرزه اي ساختمانهاي بتني با قاب خمشي در برابر زلزله
چکيده :
باتوجه به ساخت و ساز برخي از بناهاي مهم کشور براساس استاندارد۲۸۰۰ (ويرايش دوم )، و اهميـت آنهـا، دسـتگاههاي ذيربط اقدام به مقاوم سازي اين ساختمانها بر اساس دستورالعمل بهسازي لرزه اي مي نمايند، مقايسه ساختمانهاي طـرح شـده بر اساس استاندارد ۲۸۰۰(ويرايش دوم ) و سپس بررسي آسيب پذيري و مقاوم سازي آنها بـا توجـه بـه دسـتورالعمل بهـسازي لرزه اي مي تواند مثمر ثمر واقع شود. به اين منظور پنج قاب خمشي بتني ۲ ، ۴ ، ۵ ، ۷ و ۱۰ طبقه انتخاب شـده و بـر اسـاس استاندارد ۲۸۰۰(ويرايش دوم ) و آيين نامه بتن ايران (آبا) تحليل و طراحي گرديـد، و مطـابق ضـوابط دسـتورالعمل بهـسازي لرزه اي به دو روش استاتيکي غيرخطي و ديناميکي خطي تحت هـدف بهـسازي مبنـا توسـط نـرم افـزار SAP٢٠٠٠ تحليـل گرديد. در ادامه اعضايي که مورد پذيرش دستورالعمل نبودند با مقاطع قوي تر جايگزين شده و درصد افزايش وزن سازه هـا در هر حالت مشخص شدند.در نهايت مشخص شد که بجـز در سـاختمان دو طبقـه در روش اسـتاتيکي غيـر خطـي ، در تمـامي حالات ديگر سازه ها تحت بهسازي مبنا بين ۱۱ تا ۶۶ درصد اعضايشان مورد پذيرش نبوده و احتياج به مقـاوم سـازي دارنـد و درصد اضافه وزن اين ساختمانها حداکثر به ۴۴ درصد مي رسد
کليد واژه : بهسازي لرزه اي ، ساختمانهاي بتني ، استاتيکي غيرخطي ، ديناميکي خطي
۱-مقدمه
بدليل قرار گرفتن ايران در بخشي از کمربند کوهزايي آلپ ع هيماليا که به عنوان آخرين و جوان ترين نواحي کوهزايي جهان ، شناخته شده اسـت ، پديـده هـاي دگرشـکلي بـه اشـکال گونـاگون در آن متظـاهر مي گردند.
آمار نشان مي دهد که از ابتداي قرن بيستم تاکنون بيش از ۴.۲ ميليون نفر انسان در اثـر سـوانح طبيعـي جان خود را از دست داده اند، از اين ميان ۵۱ درصد ناشي از زمين لرزه است که ۸۵.۵ درصد آن مربـوط به کشورهاي آسيايي و اقيانوسيه است ، که تنها دليل و توجيه آن عدم توجه به اقدامات پيشگيري مي باشد.
ضمناً بايد توجه داشت که اين تلفات با خسارت هاي اقتصادي فراوان توام بوده است (مرجع [۱]).
بنابراين مقاوم سازي ساختمانهاي مختلف در برابر زلزله اهميت بسزايي خواهند داشت . در ايـن تحقيـق به بهسازي لرزه اي ساختمانهاي بتني با سيستم قاب خمشي پرداخته شده است .
در حال حاضر دستورالعمل بهسازي لرزه اي ساختمانهاي موجود(مرجع [۲و۳]) جديدترين مرجع براي مقاوم سازي ساختمانها در ايران مي باشد. لذا جهت مقايـسه آيـين نامـه ۲۸۰۰ زلزلـه ايـران (ويـرايش دوم ) (مرجع [۴]) با اين دستورالعمل براساس هدف بهسازي مورد نياز براي ساختمانهاي موجـود سـاخته شـده ، نمونه هايي انتخاب گرديده و طبق آيين نامه ۲۸۰۰ طراحي شدند، سپس نمونه هاي طراحي شده به کمـک دستورالعمل بهسازي لرزه اي مورد بررسي و مقايسه قرار گرفتند.
۲-ضوابط دستورالعمل بهسازي لرزه اي ساختمانهاي بتني
هدف طراحي در آيين نامه هاي فعلي ، حفظ ايمني جاني تحت زلزله هاي شديد مـي باشـد و شـرايط خدمت پذيري نيز به طور ضمني و نه بطور مستقيم کنترل مي شود. اين هدف طراحي يـک هـدف حـداقل است که براي تمامي سازه ها لازم الاجرا مي باشد، اما ممکن اسـت بـراي سـازه هـاي خـاص و در شـرايط خاصي احتياج به اهداف کاملتر و مشخص تري داشته باشيم . آيين نامه هـاي فعلـي سـعي کـرده انـد بـا وارد کردن ضريب اهميت ، اين مساله را در نظر بگيرند که تجربه نشان داده است اين روش نمي تواند نيازهاي مختلف طراحي را برآورده سازد. به اين منظور در روشهاي عملکردي به جاي دو سطح عملکرد (خدمت پذيري ) و (ايمني جاني ) چهار سطح عملکرد (قابليت استفاده بي وقفه )، (خدمت رساني بـي وقفـه )، (ايمنـي جاني ) و (آستانه فروريزش ) تعريف مي شود [۲و۳].
۳-معرفي مدلهاي مورد مطالعه
مدل مورد بررسي يک قاب خمشي بتني با شکل پذيري متوسط مي باشد. اين سازه دو بعدي ، قـاب مياني يک ساختمان مي باشد که داراي ۵ دهانه پنج متري بوده و ارتفاع تمامي طبقات مساوي و برابر ۳ متر در نظر گرفته مي شود.وزن سقف طبقات ۶۰۰ کيلوگرم بر متر مربع ، بار زنده طبقات برابـر ۲۰۰ کيلـوگرم بر متر مربع و بار زنده بام در همه مدلها برابر ۱۵۰ کيلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است .
محل ساختمان در تهران با خطر نسبي زلزله بسيار زياد بوده و زمين منطقه طبق گروه بندي استاندارد۲۸۰۰ نوع ۲ مي باشد. همچنين ساختمان مطابق با استاندار ۲۸۰۰ جزء ساختمانهاي با اهميت متوسط بوده و سيستم باربر جانبي نيز قاب خمشي بتني با شکل پذيري متوسط مي باشد[۵].
نرم افزار مورد استفاده در تحليـل و طراحـي مـدلها SAP٢٠٠٠ (مرجـع [۶]) مـي باشـد و بمنظـور تحليل و طراحي مدلها از استاندارد ۲۸۰۰(ويرايش دوم ) و ضوابط آيين نامه بتن ايـران (آبـا) (مرجـع [۷]) استفاده مي شود.
در اين پروژه قاب مورد بررسي در ۵ حالت ۲-۴-۵-۷-۱۰- طبقه مورد بررسي قـرار گرفتـه اسـت .
ابتدا سازه ها مطابق آيين نامه هاي ايران تحليل و طراحـي شـده سـپس بـا معيارهـاي دشـتورالعمل بهـسازي لرزه اي تحت بهسازي مبنا مور ارزيابي قرار گرفته و نقاط ضعف سازه ها مشخص مي شوند. در پايان هـم به تغييرمقاطع اعضاي ضعيف براي منطبق شدن آنها با معيارهاي بهسازي مبنا پرداختـه خواهـد شـد. بـراي تحليل اعـضاء مطـابق دسـتورالعمل بهـسازي از يـک روش خطـي (روش دينـاميکي خطـي ) و يـک روش غيرخطي (روش غيرخطي استاتيکي Push over) استفاده شده است .
براي انجام تحليل استاتيکي غيرخطـي (push over) از نـرم افـزار SAP٢٠٠٠ اسـتفاده شـده اسـت ، مشخصات مفصل خميري اسـتفاده شـده بـراي تيرهـا از نـوع مفـصل M٣ و بـراي سـتونها از نـوع مفـصل خمشي عمحوري M٣-P-M٢ مي باشد.براي انجام تحليل ديناميکي خطي سازه نيز از نرم افزار SAP٢٠٠٠ استفاده شده است .از طيف ارائه شده در استاندارد ۲۸۰۰ استفاده و شتاب مبناي طرح نيـز g ۰.۳۵ در نظـر گرفته شده است .
براي تيرها در همه مدلها از مقطع ۴۰*۳۵ استفاده مي شود و بـراي سـتونهاي طبقـه اول تـا سـوم در مدل ۱۰ طبقه ، از مقطع ۵۰ *۵۰ و براي بقيه ستونها از مقطع ۴۰*۴۰ استفاده مي شود.مقاومت تسليم فـولاد ٤٠٠٠= fy کيلوگرم بر سانتي متر مربـع و مقاومـت فـشاري بـتن ٢١٠= .fc کيلـوگرم بـر سـانتي متـر مربـع مي باشد.
۴-آناليز بهسازي لرزه اي و استخراج نتايج
۴ . ۱-روش استاتيکي غيرخطي
در ابتدا مقادير تغييرمکان نقطه کنترل در همه مدلها محاسبه مي شود، خلاصه نتايج مقادير تغييرمکان نقطه کنترل در مدلهاي مورد بررسي در جدول ۱ ارائه شده است :
سپس مقادير نيروي برش پايه براي هر يک از مدلها محاسبه شده و سازه براساس اين نيروي بـرش پايـه تحليل مي شود و مقادير نيروهاي داخلي اعضا بدست مي آيد. در ادامه تحليل استاتيکي غيرخطي بر اساس دو نوع توزيع بار جانبي ( توزيع متناسب با توزيع بار جانبي در روش استاتيکي خطـي بعنـوان توزيـع اول و توزيع يکنواخت بعنوان توزيع دوم ) انجام مي گيرد و اعضا ضعيف مطـابق ضـوابط دسـتورالعمل بهـسازي لرزه اي مشخص مي شوند. در جدول ۲ نتايج آماري کنترل سازه هـا در روش تحليـل اسـتاتيکي غيرخطـي آمده است :
براي مثال در مدل ۱۰ طبقه ۵۰ عضو تير و ۶۰ عضو ستون وجود دارد، که ۱۵ عدد از تيرها و ۲۴ عـدد از ستونها احتياج به بهسازي دارند. اگر اين مقادير بصورت درصد بيان گردند ۳۰ درصد کـل تيرهـا و ۴۰ درصد کل ستونها و ۳۵.۵ درصد کـل اعـضا احتيـاج بـه
