بخشی از مقاله
چکیده
بر اساس آخرین تحقیقات ارائه شده مشخص شده است که میزان تلفات و جراحات زمینلرزه با نحوه خرابی ساختمانها و میزان کاهش فضاي داخلی ناشی از ریزش آوار ارتباط مستقیم دارد و تاکنون مدلهاي ارائه شده براي تخمین تلفات، اثر این عوامل را در نظر نگرفتهاند. در این پژوهش به طراحی و توسعه مدل احتمالاتی به منظور تخمین تلفات جانی بر اساس آسیبپذیري سازهاي، الگوهاي خرابی ساختمانی و میزان کاهش فضاي داخلی ساختمان در اثر ریزش آوار پرداخته شده است. همچنین سعی شده است تا علاوه بر آسیبپذیري ساختمانی عوامل جمعیتی نیز در نظر گرفته شود. براي تعیین جمعیت در معرض خطر درون ساختمان ضرایبی تعریف شده و به جمعیت ساکن گزارش شده از سرشماريهاي جمعیتی اثر داده شده است.
با در نظر گرفتن احتمال هر یک از مراحل و با روش درخت منطقی ماتریس احتمالاتی تلفات و جراحات بر اساس نوع آسیب وارده و شدت آسیب، مختص هر یک از ساختمانها بدست میآید. با اثر دادن این ماتریس در تعداد افراد در معرض خطر تعداد افراد به تفکیک نوع و شدت آسیب وارده تخمین زده میشود. در ادامه با استفاده از مدل پیشنهادي، تحلیلی براي ارزیابی آسیبپذیري انسانی و تلفات جانی براي ساختمانهاي منطقه 3 شهرداري شهر تهران و با استفاده از سناریوهاي محتمل شبیه سازي شده براي شهر تهران انجام شده و مقادیر تلفات و جراحات پیشبینی شده ارائه شده است. کلید واژهها: ارزیابی ریسک زمین لرزه، تلفات جانی، الگوي خرابی ساختمانی، کاهش فضاي داخلی، مدل احتمالاتی
مقدمه
با وجود پیشرفتها و دستاوردهاي شگرف فناوري در سده گذشته در بیشتر مناطق جهان روند کاهش خسارتهاي جانی زلزله در مقیاس جهانی به نسبت کم بوده و در آغاز سده بیست و یکم شاهد کشتهشدگان زیاد و روستاها و شهرهاي تخریب شده هستیم. تلفات جانی و مجروحین به عنوان مهمترین ضربهي اجتماعی ناشی از زلزله هستند. از این رو بررسی چگونگی فرایند مرگ و میر و عوامل موثر بر آن به منظور کاهش تلفات و جراحات با استفاده از مدلهاي تخمین تلفات اهمیت فراوان دارند.اولین گام در زمینه کاهش تلفات ناشی از زلزلهها شناخت عوامل و پدیدههاي موثر در تلفات میباشد.
ارتباط بین بسیاري از پارامترهاي زلزله و میزان تلفات به اثبات رسیده است که از جمله این عوامل میتوان به شدت زلزله، شتاب زلزله، تراکم جمعیتی منطقه، عمق زلزله، مدت زمان زلزله و زمان روي دادن آن و عکسالعمل و رفتار انسانی اشاره نمود. اکثر مدلهاي ارائه شده به صورت منطقهاي بر اساس تجزیه و تحلیلهاي آماري و رگرسیون1 دادهها بین میزان تلفات و شدت زلزله و میزان ساکنین حاصل از زلزلههاي پیشین بدست آمده و از این رو مدلهاي تجربی نامیده شدهاند.اولین تحقیقات قابل توجه پس از زمینلرزه بزرگ نوبی ژاپن در سال 1891 میلادي آغاز شده است. به دلیل ماهیت تصادفی پدیده مرگ و میر در اثر زمینلرزه مدلهاي ابتدایی سعی بر تخمین نه چندان دقیق تلفات بر اساس شدت و مقیاس بزرگی زمینلرزه داشتهاند.
اولین مدل توسط کاواسومی در سال 1954 ارائه شد - Kawasumi H - 1954 - - ، در ادامه روابط رگرسیونی به عنوان توابع آسیبپذیري2 انسانی براي انواع مختلف سازهها توسط محققین دیگر مانند اوهتا، اوکادا و میاکوشی ارائه شده است . - Okada, Kagami - 1991a - - میزان قابلیت اعتماد این مدلها ارتباط مستقیمی با کافی بودن دادهها و در دسترس بودن آنها دارد که دسترسی به اینگونه داده ها بسیار مشکل میباشد. به منظور غلبه بر این مشکلات روشهاي نیمه تجربی و تحلیلی براي تخمین تلفات مورد توجه قرار گرفت.مدلها تحلیلی میزان تلفات و جراحات را با استفاده از میزان تخریب سازهها در اثر زلزله بدست میآورند.
احتمال خرابی سازهها تحت اثر شتاب زلزله و همچنین احتمال تلفات و جراحات در اثر قرار گرفتن سازهها در سطوح مختلف خرابی نقش اساسی را در تخمین تلفات بر اساس روشهاي تحلیلی ایفا میکنند - - . - Coburn and Spence - 2002 اولین مدلها در این زمینه توسط ویتمن و آییننامه ATC-13 آمریکا ارائه شده است . - Coburn et all - 1987 - - در سال 1992 مدلی تحلیلی توسط کوبرن و همکاران ارائه شد - - . - Coburn et all - 1992 در سالهاي 1999 و 2003 آییننامههاي HAZUS99 و HAZUS-MH با همکاري موسسه ملی علوم ساختمان3 ارائه شدند . - FEMA, - 1999 - - در مقایسه با تابع آسیب پذیري سازه که میتواند به صورت تابعی از شدت زمینلرزه بیان شود، رابطه بین میزان مرگ و میر با خسارت سازهاي وارد به ساختمان بسیار پیچیده بوده و تابع بسیاري از عوامل است.
تحقیقات صورت گرفته توسط اوکادا در سال 1991 نشان داد که احتمال وقوع مرگ و میر تا حد بسیار زیادي به میزان کاهش فضاي داخلی سازه مرتبط است . - Furukawa et all - 2010 - - در ادامه هنگ جیان و همکاران در سال 2001 این نتیجه رسیدند که استفاده از سطوح خرابی سازهاي معمول روش مناسبی براي تعیین تلفات انسانی نیست. آنها پیشنهاد نمودند که در سطوح خرابی با شدت زیاد دستهبندي جدیدي براي متمایز کردن خانههاي ویران شدهاي که داراي یک فضاي خالی حیات بخش هستند از سایرین اعمال گردد - - . - Hengjian et all - 2003 تاباتا و همکاران سعی بر توسعه مدل تخمین تلفات بر اساس رابطه تجربی بین میزان تخریب سازهاي و کاهش فضاي داخلی براي سازههاي چوبی داشتهاند . - Tabata et all - 2004 - -
همچنین تحقیقاتی با مدلسازيهاي پیشرفته به کمک روش المانهاي گسسته سه بعدي4 توسط فوروکاوا و همکاران صورت گرفته است. در این مطالعه رابطه بین میزان خسارت سازهاي و میزان کاهش فضاي داخلی سازهها و همچنین رابطه بین کاهش فضاي داخلی و میزان احتمال وقوع مرگ و میر و جراحت بدست آمده است . - Furukawa et all - 2009 - - در این مقاله به تشریح مدل پیشنهادي احتمالاتی براي تخمین تلفات جانی در ساختمانهاي مسکونی در اثر زمینلرزه با در نظر گرفتن بسیاري از پارامترهاي مؤثر در فرآیند تلفات جانی پرداخته شده است.
مدل احتمالاتی پیشنهادي این مطالعه براي تخمین تلفات جانی زمین لرزه
بر اساس مشاهدات عامل اصلی تلفات، آسیبهاي سازهاي مخصوصاً تخریب ساختمانهاي مسکونی میباشد. تاکنون تحقیقات بسیاري در مورد تقسیمبندي شدت تخریب ساختمانها در اثر زمینلرزه صورت گرفته این دستهبنديها بیشتر به منظور ارزیابی آسیب ساختمانها از لحاظ سازهاي مناسب بوده و الگوهاي خرابی5 را که عامل بسیار مهم و حیاتی در ارزیابی آسیبهاي انسانی میباشد را در نظر نمیگیرند - Hengjian et . - all - 2003 - از این رو در این مدل احتمالاتی سعی بر آن است تا علاوه بر در نظر گرفتن آسیب پذیري سازهاي الگوهاي خرابی محتمل براي هر یک از تیپهاي ساختمانی در نظر گرفته شود.
در شکل - 2 - الگوریتم و سازوکار مدل پیشنهادي ارائه شده است. در این مدل با استفاده از روابط کاهندگی شدت شتاب بر روي سازهي مورد نظر که مرکز یک واحد مسکونی میباشد، بدست میآید. سپس بر اساس نوع سازه و سیستم سازهاي آن و با استفاده از نمودارهاي شکنندگی مخصوص میزان آسیب وارده مشخص میشود. با توجه به این که فرایند مرگ و میر بیشتر در سازههاي با تخریب بالا و آسیب شدید دیده میشود در نتیجه میزان آسیبپذیري سازه فقط در دو سطح تخریب کامل و تخریب شدید ارزیابی میشود. درادامه بایستی الگوهاي خرابی براي هر یک از سطوح آسیب در نظر گرفته شود همانطور که بیان شد الگوهاي خرابی سازه و در نتیجه میزان کاهش فضاي داخلی نقش بسیاري در فرایند تخمین تلفات دارد.
به منظور ارزیابی بهتر نوع آسیب وارده به مجروحین شاخصهاي جراحت6 مورد استفاده قرار گرفته است.با انجام فرایند فوق براي هر سازه یک ماتریس که میزان احتمال وقوع هر فرد در یک سطح خاص از یک نوع شاخص جراحت را نشان میدهد به دست میآید و اصطلاحاً به آن ماتریس تلفات انسانی7 گفته میشود. با ضرب این ماتریس در تعداد افراد تحت خطر زمین لرزه تعداد افراد مجروح و تعداد تلفات بدست میآید.
نحوه مدلسازي الگوهاي خرابی سازهاي
در نتیجه تحقیقات اوکادا و تاکایی بعد از زلزلهي 1995کوبهي ژاپن، چارتی براي تعیین مشخصات الگوي خرابیهاي مختلف ساختمانها در مقابل آسیبپذیري ساختمان ارائه شد که در بررسیهاي بعد از زلزله مورد استفاده قرار گیرد؛ اما قسمت اعظم این تحقیق در رابطه با ساختمانهاي چوبی بوده است. علاوه بر این تحقیقاتی از سال 2004 بر روي اشکال خرابی سازهها انجام شده است که هدف از آن تهیهي یک بانک اطلاعات خرابی براي ساختمانها بر اساس خرابی در زلزلههاي گذشته است. نمونهاي از کاتالوگ خرابی که شامل انواع مختلف خرابیهاي ساختمانها از لحاظ تغییرات در ویژگیهاي هندسی ساختمان مانند کاهش میزان حجم، کاهش ارتفاع سازه نسبت به حالت اولیه، انحراف و کج شدگی8 و غیره میباشد، توسط مارکوس و همکاران در قالب سیستمی جدید از طبقهبندي ساختمانهاي خراب شده ارائه شده که به دلیل قابلیت استفاده براي تخمین تلفات جانی زمینلرزه حائز اهمیت میباشد . - Schweier et all - 2004 - -
به منظور تعیین فراوانی وقوع الگوهاي خرابی، دیتابیس بزرگی از سازههاي تخریب شده در زلزلههاي متفاوت جمعآوري شد. براي تهیه این بانک اطلاعاتی از گزارشات و تصاویر زلزلههاي مهم که از زلزلهي 1906 سانفرانسیسکو شروع و به زلزله ي 2010 شیلی ختم میشود، شامل 159 گزارش و 9000 عکس بوده، استفاده شده است. 47، 38، 6 و 9 درصد از اطلاعات موجود در این دیتابیس به ترتیب مربوط به اطلاعات زلزله ایران، ترکیه، هائیتی و ما باقی کشورها میباشد - احسان حسینزاده ارومی،. - 1390 دیتابیس جمعآوري شده توسط ذوالفقاري و حسینزاده - 1390 - که به آن اشاره شد از لحاظ تطابق آن با کاتالوگ لرزهاي
