بخشی از مقاله
راهکارهاي مرمت و بهسازي لرزه اي در ساختمان هاي آجري ایران
چکیده
متاسفانه بخش عظیمی از ساختمانهاي کشور بر اساس ضوابط فنی استوار نیستند. در حالی که استحکام و مقاوم سازي ساخت و سازها باید در برنامه ریزي و سیاست گذاریهاي کلان مسئولان اجرایی از اولویتی ویژه برخوردار باشد. بعد از زلزله بم و فجایعی که براي مردم این منطقه پیش آمد، مجددا بحث مقاوم سازي سخن روز همه مسئولین و حتی مردم شده است. عده اي مقاوم سازي را به عنوان »ساختن مقاوم ساختمانهاي نوساز« مطرح نموده اند و عده اي دیگر بحث »تعمیر، مرمت و مقاوم سازي ساختمانهاي قدیمی« را مد نظر دارند. ولی نکته ي نگران کننده این است که متاسفانه حتی بعد از وقوع زلزله هاي اخیر، هنوز ساختمانهاي خصوصی، عمومی، آموزشی و دولتی در حال احداث است که کلیه ضوابط محاسباتی برا ي مقاوم سازي در برابر زلزله به طور اصولی و صحیح اجرا نمی شود. به هرحال مسئله مقاوم سازي در هر دو زمینه یاد شده (چه ساختمانهاي قدیم یا بافت هاي فرسوده و چه ساختمانهاي جدید و نوساز) مطرح می باشد. از میان حوادث طبیعی، زلزله معمولا بیشترین صدمه را بر بناهاي مصالح بنایی (آجري، سنگی و خشتی) وارد می سازد. این امر صرفا به دلیل شدت امواج ناشی از زلزله نیست، این مصالح، خود از مقاومت کششی اندکی برخوردار هستند و اصولا در طراحی و ساخت این بناها نیز، مقابله با نیروهاي افقی مورد توجه قرار نگرفته است. در میان مصالح بنایی نیز، کشور ما را بیشتر بناهاي آجري تشکیل می دهند. رویکرد این مقاله نیز ارائه راهکارهاي اجرایی در خصوص ایمن سازي لرزه اي این دسته از ساختمانها خواهد بود.
واژه هاي کلیدي: بهسازي، لرزه اي، مقاوم سازي، مرمت، فناوري
مقدمه
کاهش خسارات ناشی از زلزله در ساختمانها از دو جنبه قابل بررسی است. یکی توجه به مسئله ایمنی در ساختمانهاي در حال احداث است که با اینکه در شرایط کنونی امري بدیهی و اجتناب ناپذیر تلقی می شود ولی کاستی ها و نواقص شدیدي در این زمینه وجود دارد و در عمل فاصله زیادي با استانداردهاي جهانی داریم. از سوي دیگر چون بخش زیاد ي از ساختمانهاي در حال احداث از نوع اسکلت فلزي است که ایمنی آنها بیش از هر چیز به کیفیت جوش کاریها بستگی دارد، یکی از مهمترین علل عدم رعایت موازین فنی و اصول ایمنی در ساخت و سازهاي جدید، نبود کارگران ماهر و آموزش دیده می باشد. لازم است نظارت کافی بر رعایت استانداردها در ساخت و سازهاي جدید صورت گیرد زیرا هرگونه مسامحه در نظارت وعدم رعایت استانداردهاي ساخت و جوشکاري موجب اضافه شدن بر انبوه ساختمانهاي غیر استاندارد خواهد شد.
مسئله بعدي بهسازي لرزه اي (مقاوم سازي) یا هم آهنگ سازي ساختمانهاي موجود است که در سالهاي اخیر در دستور کار دولت هم قرار گرفته است.
مراحل بهسازي لرزه اي
با توجه به مراحل بهسازي لرزه اي که در فصول مختلف دستور العمل پژوهشکده زلزله شناسی نشان داده شده[1]، مراحل بهسازي لرزه اي ساختمان ها را به چهار مرحله زیر تقسیم میکنیم:
مرحله اول: این مرحله مربوط به اولویت بندي ساختمانها است که باید با توجه به معیارهاي موجود ساختمان ها را برا ي بهسازي با اولویت دسته بندي کنیم.
مرحله دوم: قبل از هر گونه اقدام به بهسازي لرزه اي، باید ویژگیهاي ساختمان مورد نظر به طور دقیق بررسی شود. ویژگیهاي ساختمان شامل مشخصات اجزاي معماري، اجزاي سازه اي، میزان خطرهاي لرزه اي و ژئو تکنیکی ساختگاه و نتایج ناشی از ارزیابی مقدماتی لرزه اي است. سپس باید به جمع آوري اطلاعات ساختمان مورد نظر پرداخته شود، اطلاعات شامل پیکر بندي، سیستم سازه اي، مشخصات مصالح، ساختمانهاي مجاور و ساختگاه خواهد بود. پس از جمع آوري اطلاعات دروضعیت موجود براي سطح عملکرد انتخابی، نیاز یا عدم نیاز ساختمان به بهسازي مشخص خواهد شد.
مرحله سوم: در صورتی که ساختمان موجود با توجه به سطح عملکردي که دارد از نظر سازه اي مناسب تشخیص داده نشد، باید بهسازي شود. در این مرحله باید گزینه هاي مناسب راهکارهاي بهسازي انتخاب شود و بهترین گزینه با توجه به ملاحظات اقتصادي و اجرایی انتخاب شود.
مرحله چهار: پس از تصویب طرح بهسازي و تهیه نقشه هاي اجرایی، مرحله اقدام فرا خواهد رسید
2
مرحله اول
در خصوص مقاوم سازي ساختمانهاي موجود باید سازماندهی لازم صورت گیرد و اولویت بندي خاصی لحاظ شود، با توجه به اینکه ساختمانهاي آجري، یکی از پر تعدادترین نوع ساختمانها در کشور می باشند و زمینه آسیب پذیري بیشتر ي دارند که زلزله هاي پیشین موید این نکته می باشد. در این مقاله بیشترین تاکید را بر »بهسازي لرزه اي در ساختمانهاي آجري« قرار می دهیم.
مرحله دوم ویژگیها و رفتار ساختمانهاي آجري در برابر زلزله
ساختمانهاي آجري تعداد بسیاري از ساختمانهاي موجود در ایران را تشکیل می دهند. این ساختمانها نسبتا کوتاه می باشند و بندرت از سه طبقه تجاوز می کنند. سقف این ساختمانها آجري قوسی، طاق ضربی، چوبی و... می باشد. درساختمانهاي آجري بارهاي ثقلی توسط دیوارهاي باربر تحمل شده و به پی منتقل می گردند. این ساختمانها اغلب فاقد عنصر مقاوم لرزه اي خاصی می باشند و عموما به واسطه شکل نامناسب سازه اي، ضعف مصالح و نحوه نامناسب اجرا در برابر زلزله ضعیف هستند.
بطور خلاصه می توان رفتار یک ساختمان مثلا یک طبقه با دیوار ساخته شده از مصالح بنایی و بدون قاب خمشی را چنانچه در شکل نشان داده شده، بدین ترتیب توضیح داد که، ابتدا نیروهاي اینرسی سقف به دیوارهاي دو سمت B وارد می شود. به عبارت دیگر سقف مانند یک تیر پهن روي تکیه گاه عمل می کند و لذا لازم است، اتصال سقف به دیوارها، توانایی حمل نیروهاي تکیه گاه را داشته باشد. به بیان دیگر سقف نیروي اینرسی خود را به دیوار منتقل می کند. در اینجا سوال در مورد چگونگی توزیع نیروي اینریس سقف به دیوار پیش می آید. جواب بستگی به سختی نسبی سقف یا دیافراگم و دیوارها دارد. چنانچه دیافراگمها نرم باشد، مثل کف چوبی، در این صورت توزیع نیروها در دیوارها مطابق شکل خواهد بود. یعنی دیافراگم مانند یک تیر ساده بر روي تکیه گاه عمل می کند. در صورتیکه سختی دیافراگم نسبت به دیوارها بیشتر باشد، مانند دال بتنی، در این صورت هنگام توزیع نیروها، دیوارها به تناسب سختی شان نیرو دریافت می کنند شکل . چنانچه اتصال صحیحی بین سقف و دیوار نباشد، و سقف روي دیوار نشسته باشد، تنها نیروي اصطکاکی است که در برابر نیروهاي اینرسی سقف مقاومت می کند که در بسیاري موارد کافی نیست. اکنون دیوار B را در نظر می گیریم. این دیوار نه تنها نیروي اینرسی خود، بلکه نیروي انتقال یافته از سقف را نیز تحمل کرده و به پی منتقل می کند. شکل. چنانچه مقاومت کششی و برشی مصالح به کار رفته در دیوار به اندازه کافی نباشد، مجموعه تنشها در دیوار به صورتی در می آید که از مقاومت کششی مصالح فراتر رفته و ترکهاي برشی ایجاد می شود. شکل بالاخره اگر دیوار A را در نظر بگیریم، می بینیم که نیروها
به صورت عمود به صفحه آن وارد می شوند و براي انتقال آنها به پی لازم است که مقداري از این نیروها به دیوار B انتقال یابند و بدین ترتیب دیوارهاي B براي دیوارهاي A همانند تکیه گاه عمل می کنند. با توجه به متغیر بودن جهت زلزله چنانچه اتصالات دیوارها به هم به اندازه کافی نباشد، امکان خارج شدن دیوار A از صفحه خود وجود دارد. حتی اگر چنین اتصالات قابل قبولی نیز وجود داشته باشد، امکان این هست که گشتاور خمشی، تنشهاي بزرگتر از ظرفیت دیوار ایجاد کرده و قسمتی از دیوار فرو بریزد. بنابراین ظرفیت خمشی دیوار لازم است به اندازه کافی باشد.
نیروهاي ایجاد شده در ساختمان در اثر حرکت زمین نیروي زلزله در سقف ساختمان آجري یک طبقه
دیافراگم نرم به مساحت دال متناظر به هر دیوار، با دیوار انتقال میدهد و مانند تیر ساده نرم روي تکیه گاههاي صلب عمل می کند.
دیافراگم صلب به تناسب سختی دیوارها بارها را به آن انتقال می دهد.
نواقص متداول در ساختمانهاي آجري
مطالعه گزارش زمین لرزه هاي گذشته و جمع بندي خساراتی که بر ساختمانهاي آجري وارد شدهاند موید آن است که این ساختمانها عموما دارا ي نواقص مشابهی هستند که در ادامه به آن اشاره شده است.
نقاط ضعف متداول در ساختمانهاي آجري [2]
ـ مصالح: -1 پایین بودن مقاومت و قدرت چسبندگی ملات؛ -2 پایین بودن کیفیت و مقاومت واحد هاي بنایی مانند سنگ، آجر، بلوك سیمانی ـ سیستم سازه اي ساختمان: -1کامل نبودن مسیر بار -2 کافی نبودن مقاومت برشی ساختمان
-3 ناتوانی ساختمان در حفظ انسجام هنگام ارتعاش -4 عدم وجود سیستم مقاوم کمکی مانند کلاف -5 نامنظمی در پلان -6 نامنظمی در ارتفاع -7 عدم وجود پی مناسب -8 عدم وجود فاصله کافی با ساختمان ـ دیوارهاي باربر: -1 نادرست چیدن واحد هاي بنایی -2 خالی بودن درزهاي قائم بین
واحدهاي بنایی از ملات -3 زیاد بودن نسبت ارتفاع به ضخامت دیوار -4 ارتفاع زیاد دیوار -5 طول زیاد دیواره مهار نشده -6 تراکم دیوار به واسطه وجود بازشوهاي بزرگ -7 نزدیکی بازشوها به انتهاي دیوار -8 استفاده از روش هشت گیر در اجراي دیوارها -9 قرار داشتن تیرهاي دال به صورت مستقیم بر روي دیوار -10 عدم مهارت مناسب نیروي رانش ناشی از سقفهاي قوسی در بالاي دیوارهاي باربر -11 عبور لوله و دودکش از درون دیوار ـ دال: -1 زیاد بودن وزن دال -2 عدم انسجام یکنواختی دال -3 کافی نبودن طول تکیه گاهی
تیرهاي سقف -4 وجود بازشو در دال -5 بالا بودن نسبت طول دهانه به عرض دال ـ اتصلات اعضاي سازه اي: -1 نامناسب بودن اتصال بین دیوارهاي متقاطع -2 نامناسب بودن
اتصال بین تیغه ها و دیوارهاي باربر تیغه ها و دال ها -3 نامناسب بودن اتصال بین دیوارهاي باربر و دال ها ـ سیستم کمکی کلاف: -1 عدم استفاده از کلاف قائم و کلاف افقی در تراز پی -2 کافی نبودن
تعداد و فواصل کلافها، ابعاد و میلگرد گذاري -3 ضعف مصالح بتنی کلاف -4 درگیر نبودن میلگیردهاي کلاف و کافی نبودن طول همپوشانی آنها در اتصالات -5 انفصال در کلاف به واسطه اجراي بازشوهاي بلند و یا وجود نیم طبقه -6 انفصال در کلاف بواسطه عبور لوله و دود کش از آن ـ اعضاي غیر سازه اي: -1 اتصال ضعف و نامناسب بین نما و دیوار -2 وزن زیاد و عدم کفایت
لاغري و مقاومت -3 عدم پایداري جان پناهها و دودکشها
مرحله سوم
راه کارهاي بهسازي لرزه اي به صورت پیشنهادي[1] با هدف افزایش مقاومت، افزایش سختی، افزایش شکل پذیري و یا کاهش نیروي زلزله به کمک یکی و یا ترکیبی از چندین روش انجام می گیرد که به آنها اشاره می شود:
1ـ اصلاح موضعی اجزاي سازه با عملکرد نامناسب در زلزله:
هنگامیکه پس از ارزیابی لرزه اي و بررسی معیارهاي پذیرش اجزا مشخص شود که فقط تعدادي از اجزاي سازه ظرفیت کافی براي تحمل نیروها و تغییر شکل ها را ندارند، اصلاح موضعی اجزا به عنوان یک راهکار مناسب بهسازي براي رساندن ساختمان به سطح عملکرد مورد انتظار چه از نظر مقاومت و چه سختی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
2ـ حذف یا کاهش بی نظمی در ساختمان موجود:
هر گاه نتیجه ارزیابی لرزه اي بیانگر آن باشد که وجود بی نظمی در ساختمان مانع پاسخ گویی ساختمان به سطح عملکرد مورد انتظار است و در صورت حذف یا کاهش بی نظمی اجزاي ساختمان، ظرفیت کافی را چه از نظر مقاومت و چه از نظر سختی براي آن سطح از عملکرد برآورد نمی نماید، در این حالت استفاده از روش ذکر شده یک روش موثر براي بهسازي خواهد بود.(که حتی المقدور از روشهاي جایگزین استفاده خواهد شد.) نامنظمی در ساختمان ممکن است به دلیل ناپیوستگی در اجزاي باربر جانبی ایجاد شود. در
این موارد، با تغییر در سیستم باربر جانبی و ایجاد پیوستگی ممکن است بتوان از نامنظمی ساختمان کاست. البته این راهکار در بعضی ساختمانها (بناهاي تاریخی) ممکن است امکان پذیر نباشد.
اصلاح و یا کاهش بی نظمی در ساختمانهایی که داراي طبقه نرم یا ضعیف میباشند را می توان با اضافه کردن مهار بندي در این طبقات براي متناسب نمودن سختی جانبی طبقات ذکر شده با سایر طبقات تامین نمود. در مورد نامنظمیهاي پیچشی نیز اضافه نمودن اجزاي بار بر جانبی به منظور کاهش فاصله مرکز جرم و مرکز سختی می تواند موثر در کاهش این نامنظمی باشد (اعم از روش هاي مکانیکی، صنعتی و یا ساختمانی) 3ـ تامین سختی جانبی لازم براي کل سازه:
هر گاه بر اثر ارز یابی لرزه اي مشخص شود که ساختمان براي سطح عملکرد مورد نظر، سختی لازم راندارد اضافه نمودن مهار بندها یا دیوارهاي برشی می تواند روش موثري براي رفع این نقص محسوب گردد.
4ـ تامین مقاومت لازم برا ي کل سازه:
در مواردي که اکثریت اجزاي سازه معیارهاي پذیرش مربوط به سطح عملکرد مورد انتظار ساختمان را جوابگو نمی باشند، لازم است برا ي کل ساختمان، سیستم باربر جانبی با ظرفیت کافی ایجاد نمود.
5ـ کاهش جرم ساختمان:
هنگامی که پس از ارزیابی لرزه اي مشخص شود که ساختمان سختی جانبی کافی و یا اکثریت اجزا، مقاومت کافی براي سطح عملکرد انتخابی را ندارند، استفاده از روش کاهش جرم به عنوان یک رو.ش موثر به کار گرفته شود.
6ـ به کارگیري سیستمهاي جداساز لرزه اي:
