مقاله شناسایی نقاط ضعف و روشهای متداول مقاومسازی و بهسازی لرزه ای ساختمانهای موجود در برابر نیروی زلزله ( ایران )

بخشی از مقاله

شناسایی نقاط ضعف و روشهاي متداول مقاومسازي و بهسازي لرزه اي ساختمانهاي موجود در برابر نیروي زلزله(ایران)

چکیده

با توجه به قرار گیري کشور ایران بر روي کمربند زلزله آلپاید( آلپ – هیمالیا) و وقوع زلزله هاي متعدد در منطقه و تحقیقات زمین شناسی انجام یافته درباره گسلهاي موجود، همگی براین مطلب صحه میگذارند که ایران در منطقه لرزه خیز قراردارد و هر از چند گاهی یک زلزله مخرب، بخشی از سازه هاي مسکونی را ویران کرده و باعث از دست رفتن و کشته شدن عزیزان و هموطنانمان می شود. لذا توجه به پایداري ساختمانها در برابر زلزله و مقاومسازي سازه هاي موجود یک ضرورت اصلی می باشد و شناسایی صحیح سازه هایی که نیاز به مقاومسازي دارند و همچنین ارائه روشی سودمند (از لحاظ زمانی ، اقتصادي و مکانی) براي مقاومسازي و بهسازي لرزه اي از اهمیت خاصی برخوردار است. این مقاله کوششی هدفمند در جهت کنکاش و ارائه روش هاي مقاومسازي (خصوصاٌ سازه هاي بنایی) و

مقایسه بین آنها بوده و عملیات افزایش ظرفیت باربري ، افزایش تغییر شکل پذیري و بالابردن استهلاك انرژي و ... در آن مورد بحث قرار خواهند گرفت.

واژههاي کلیدي: مقاومسازي، بهسازي لرزه اي، زلزله، پایداري سازه ها

1

.1 مقدمه

عملکرد ساختمان همانطور که می دانیم مشتمل بر دو مولفه عملکرد سازه اي و عملکرد غیر سازه اي است. عملکرد سازه اي بدون شک به سازه ساختمان مربوط می شود و عملکرد غیر سازه اي مربوط به معماري و تاسیسات می شود لذا می توان نتیجه گرفت که مقاومسازي جزئی از یک کل به نام بهسازي لرزه اي است و اطلاق نام جز به کل و کاربرد واژه مقاومسازي به جاي بهسازي لرزه اي گمراه کننده بوده چون در این صورت فقط به مقاومت تمرکز کرده ایم ومی خواهیم سازه و اجزاي آن را چنان تقویت کنیم که در برابر زلزله مقاومت کند. و این کار هم پرهزینه بوده و هم زمان بر است ولی در صورتیکه بهسازي تمام اجزا و عناصر ساختمان را شامل می شود و با رعایت قوانین و موازین آن متناسب با امکانات موجود درجه ایمنی مورد نیاز را کم یا زیاد می توان اختیار نمود و در هزینه و زمان مدیریت لازم را نمود. در واقع تفاوت میان مقاومسازي و بهسازي لرزه اي، تفاوت بین یک جزء محدود و غیر قابل انعطاف با یک کل فراگیر و انعطاف پذیر است. با ارائه این مقدمه در ادامه به مفاهیم مقاومسازي و بهسازي لرزه اي اشاره کرده و راهکارهاي مقاومسازي ستونها، تیرها، دیافراگم ها و دیوارهاي برشی متداول در جهان و ایران توضیح داده می شود و جهت هدفمند سازي مطلب فلوچارت بهسازي مرسوم را که در کشور ژاپن اجرا می شود، ارائه خواهد شد.[ 3]

.2 بهسازي لرزه اي:

بهسازي لرزه اي عبارتست از اصلاح خردمندانه ویژگی هاي سازه اي ساختمان موجود به منظور بهبود عملکرد در زلزله هاي آینده که با توجه به تنوع و گوناگونی ساختمانها و نواقص و کاستی هاي موجود همچنین گوناگونی اهداف بهسازي، روش هاي بهسازي نیز متفاوت و متنوع می باشد.که عمده ترین آنها عبارتند از:[ 4]

الف) سازه هاي آسیب دیده در برابر نیروي زلزله

ب) ساختمانهایی که کاربري آنها عوض شده است

ج ) ساختمانهایی که به دلایل تغییر ضوابط آئین نامه ها مقاومت مورد نیاز را ندارند

د) ساختمانهایی که ممکن است در آنها افزایش طبقات یا دخل وتصرف سازه اي نیاز باشد

ه) ساختمانهایی که آثار ضعف به صورت ترك در آنها پدیدار شده است.

.1-2 هدف از بهسازي لرزه اي

عبارت از دستیابی به مقاومت بیشتر، شکل پذیري بیشتر و آمیزه اي مناسب از این دو هدف به منظور پاسخگویی به توان مورد نیاز سازه است.
.2-2 اصول بهسازي منطبق بر هدف بهسازي

.1-2-2 افزایش مقاومت:این روش معمولاً هنگامی که مقاومت سازه کافی نبوده و بالا بردن شکل پذیري سازه میسر نباشد مورد استفاده قرار میگیرد. و این روش مناسب براي ساختمانهاي کوتاه تا متوسط است.

.2-2-2 افزایش شکل پذیري: اگر مقومت سازه کافی نبوده و بهسازي آن از طریق باد بند و دیوارهاي جانبی امکان پذیر نباشد، اصلاح شکل پذیري آن میتواند به عنوان یک گزینه مورد توجه قرارگیرد.به عنوان نمونه با کاربرد تقویت برشی ستونها، می توان شکست برشی آنها را به گسیختگی خمشی تغییرداد و به این ترتیب از فرو پاشی ناگهانی ستونها جلوگیري کرد.

.3-2-2 افزایش مقاومت و شکل پذیري: ترکیب مقاومت و شکل پذیري مستلزم تعادلی مناسب بین مقاومت و سختی است. یک سازه ساختمانی ممکن است داراي عدم پیوستگی سختی در طبقات باشد.

2

بهسازي فرآیند افزایش یا بازیابی ظرفیت در یک عضو یا کل سازه است. روش هاي بهسازي شامل افزایش فولاد، الیاف پلیمري( (FRP، بتن یا دیگر مصالح ویژه براي ایجاد مقاومت و ظرفیت بیشتر اعضاي موجود سازه می باشد.

قبل از اقدام به بهسازي ساختمان باید ویژگی هاي ساختمان را مورد بررسی قرار داد تا شناخت بهتر موجب ارزیابی بهتر و ارائه طرح مناسب تر گردد.

.3-2 انتخاب سطح عملکرد

انتخاب سطوح عملکرد به عنوان مبنایی یراي طرح بهسازي می باشد، هرچند با استفاده از دستورالعمل بهسازي سعی شده است که سطح عملکرد مورد نظر تامین گردد اما به وجود دلایل زیر این امر تضمین نمی گردد:

الف) عدم اطلاع از هندسه سازه ب) عدم اطلاع صحیح از ابعاد سازه

ج) عدم شناخت دقیق مصالح به کار رفته د) اطلاعات ناقص از منطقه احداث سازه

ه) عدم اطلاعات مناسب از مطالعات ژئوتکنیک و) غیر قابل پیش بینی بودن شدت پدیده زلزله حتی با وجود پهنه بندي ها

سیستم هاي بهسازي باید با یک روش مرکب در سازه موجود اجرا شوند تا موثر واقع شوند و بارهاي وارده را به طور مناسب تقسیم کنند. اثرات بهسازي روي سختی، مقاومت و تغییر شکل ساختمان باید در ساماندهی الگوي تحلیلی ساختمان بهسازي شده در نظر گرفته شود.با توجه به تغییر شکلهاي مورد انتظار در سطح عملکرد انتخابی، باید سازگاري اعضاي موجود و جدید کنترل گردد.در شکل((1 به عنوان نمونه انواع روشهاي بهسازي که در کشور ژاپن مرسوم است نشان داده شده است.

مقاومسازي

هدف از مقاومسازي، کاهش آسیب پذیري ساکنان ساختمان و خود بنا (عناصر سازه اي، عناصر غیر سازه اي، و محتویات درون ساختمان) از گزند آسیب هاي زلزله است. در واقع مقاومسازي یک ساختمان به معناي ارتقاي عملکرد لرزه اي آن است. به عنوان مثال، لس آنجلس، سان فرانسیسکو و ولینگتون براي سالیان متمادي اقداماتی در راستاي پیش گیري از وقوع حادثه را به منظور افزایش انعطاف پذیري جوامع خود در برابر زلزله به وسیله آسیب پذیري آنها در برابر خطرات ناشی از زلزله به عمل آورده اند. در شهر سان فرانسیسکو یک بروشور براي صاحبان ساختمانهاي ساخته شده از مصالح بنایی غیر مسلح ارسال می شود که به آنها توصیه می کند تا اقدامات لازم در راستاي مقاومسازي را انجام دهند.

.1-3 ارزیابی

چنانکه پیش از این عنوان شد اولین مرحله فرایند مقاومسازي ارزیابی است. باید پیش از تصمیم گیري در مورد اینکه یک ساختمان نیازمند مقاومسازي است یا خیر ، آسیب پذیري لرزه اي آن اثبات شود.

3

معمولاً ارزیابی ساختمان شامل دو مرحله می شود. این فرایند با نوعی ارزیابی و براورد اولیه آغاز می شود. برخی کشورها روال ارزیابی هاي خود را بر پایه آگاهی گسترده بومی نسبت به انواع ساختمانهاي محلی، روش هاي ساخت، مصالح و تاریخچه توسعه آیین نامه هاي لرزه اي خود بسط و توسعه می دهند.پس از یک بازرسی چشمی اجمالی به منظور تشخیص هرگونه ضعف سازه اي جدي مانند مشکلات بحرانی پیکربندي، مهندسان سازه به ساختمان "امتیاز" می دهند که این امتیاز بیانگر مقاومت بنا بر اساس درصدي از الزامات آیین نامه هاي موجود است. بسته به نتیجه این مرحله ممکن است تصمیم به عدم مقاومسازي بنا گرفته شود یا اینکه وارد مرحله بعدي شویم که مستلزم انجام مطالعات دقیقتر و موشکافانه تري است.پیکر بندي سازه اي ضعیف، مانند ستونهاي یا طبقات نرم معمولا انجام مقاومسازي را ایجاب می کند. [4]طراحی جزئیات نامناسب و ناکارآمد نیز می تواند دلایل دیگري باشد. جزئیات ضعیفی مانند خم نادرست خاموتهاي ستون در یک ساختمان قابی بتن مسلح به شکل موثري ستون را بیشتر از مقاومت برشی و توانایی محدودکنندگی بتن در بطن خود طی وقوع زلزله مبناي طرح ، محروم می کند.چنین جزئیات کوچکی مانند اینکه قلاب خاموت 90 یا 135 درجه باشد چنین پیامدهاي شدیدي بر ایمنی لرزه اي ساختمان به دنبال خواهد داشت. شکل(( 2

شکل– 2جزئیات اجرایی خاموتهاي 90 و 135 درجه

مصالح ساختمانی نامرغوب مانند بتن هاي ضعیف و کم مقاومت یا میلگردهاي ضعیف یا شکننده، هم می تواند سبب ساز این مشکلات شوند. شاید حتی کیفیت ساخت، بد باشد. میلگردهاي مسلح کننده از همپوشانی لازم برخوردار نبوده یا در جاي مناسب بسته نشوند.[5]

.2-3 ارتقاي عملکرد سازه

براي اینکه حداقل دخالت را در ساختمان داشته باشیم باید تا سرحد امکان از حداکثر قابلیت هاي سازه موجود استفاده کنیم. ممکن است بوسیله افزایش مقاومت یک یا دو عضو منفرد یا اتصالات سازه اي، به عملکرد مورد نظر دست یافت و لازم نباشد یک سیستم سازه اي جدید کامل را به درون بنا وارد کنیم. اما اول باید کفایت مقاومت، سختی و شکل پذیري همه اعضاي سازه اي و اتصالات را در مسیر انتقال نیرو هاي لرزه اي ارزیابی کنیم. براي نیرو هاي لرزه اي موثر بر هریک از راستاهاي متعامد اصلی ساختمان، نیازمند یک مسیر انتقال نیروي پیوسته می باشد. فهرست معمول از اجزاي مسیر انتقال نیرو که باید در هر دو راستا کنترل شود:

الف) مقاومت دیوارهاي داخلی و خارجی در برابر نیروهاي برون صفحه اي

ب) اتصالات این دیوارها به دیافراگم ها

ج) اتصالات دیافراگم ها به سازه عمودي اصلی مانند دیوارهاي برشی

د) سازه عمودي اصلی مانند دیوارهاي برشی، قابهاي مهاربندي شده یا قاب هاي خمشی

ه) اتصال سازه عمودي به فونداسیون

و) فونداسیون

چنانچه نتایج حاصل از ارزیابی پیکربندي و مسیر انتقال نیرو به گونه اي باشد که ارتقا و بهبود وضعیت

موجود، بهتر از بازسازي و نوسازي باشد باید اعضا و اتصالاتی که ضعیف و مشکل دار شناخته شده اند را بوسیله استفاده از یک یا چند روش منطقی ارتقا داد.

4

.4 فنون مقاومسازي

برخی روش هاي متداول و قابل اجرا براي عناصر تیر و ستون به صور زیر قابل اجرا می باشد.[ 6]

.1-4 ستون بتنی

:1-1-4 با استفاده از غلاف روش کار: یک غلاف فولادي ستون را در بر گرفته، بتن را محصور کرده و بر مقاومت برشی و شکل پذیري ستون می افزاید. شکل(( 3

شکل– 3مقاومسازي ستون بتنی با غلاف فولادي

:2-1-4 تسمه هاي فولادي روش کار: تسمه هاي فولادي می توانند از میان سوراخ هاي ایجاد شده در تیر بگذرند. تا اتصالات تیر و ستون

محدود و تقویت کنند.شکل((4

شکل– 4 مقاومسازي ستون بتنی با تسمه هاي فولادي

:3-1-4 فیبرهاي کامپوزیت : FRC

روش کار: لایه اي از الیاف پلیمري با اپوکسی با مصالح دیگر چسباننده سبب افزایش محدودشدگی ستون ، مقاومت برشی و شکل پذیري آن می شود.شکل(( 5

شکل– 5 مقاومسازي ستون بتنی با الیاف کامپوزیت

:4-1-4 غلاف بتنی روش کار: غلاف بتنی بر محدودشدگی ستون، مقاومت خمشی و برشی و شکل پذیري آن می افزاید. مسلح

سازي عمودي باید به خوبی در شالوده ها مهار شده و به صورت ممتد از تراز طبقه عبور کند. اتصالات تیر ستون باید به واسطه عبور دادن خاموت هاي عرضی از میان تیر هاي موجود، تقویت شوند.شکل((6

شکل– 6 مقاومسازي ستون بتنی