بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
عدم کفایت نرم در طول زلزله و دستورالعمل ها برای بازسازی لرزه ای
١. مقدمه
طبقه نرم )Soft Storey( طبقه اي است که سختي جانبي آن کمتر از ٧ درصد سختي جانبي طبقه روي خود و يا کمتر درصد متوسط سختي هاي سه طبقه روي خود است . بيشتر خسارت هاي ناشي از زلزله در ساختمان ها در سراسر دنيا به دليل بي قاعدگي و بي نظمي طبقه نرم مي باشند. انواع مختلف ي از پلان هاي معماري و سازه به سمت تشکيل طبقه نرم سوق داده مي شوند که اين طبقات بسيار آسيب پذيرتر از طبقات بالايي روي خود بوده و به علت اينکه يا داراي سختي کمتر ويا مقاومت کمتر و يا هر دو مورد هستند، نسبت به لرزش هاي زمين لرزه حساس تر مي باشند. در بسياري ازمناطق کشور طبقات همکف عموما براي اهدافي همچون : فروشگاه ، پارکينگ و يا اهداف تجاري ساخته مي شوند ، به ويژه اينکه در بعضي از آنها دو طرف ساختمان ها رو به سوي خيابان هاي اصلي قرار گرفته و با ديوارهاي پارتيشن بندي شده شيشه اي که براي اهداف نمايشي و عرضه کالا کاربرد دارند، ساخته مي شوند. ساختن مقاطع ستون هاي پيوسته بتن مسلح و ديوارهاي برشي بتن آرمه و مه اربند هاي فولادي نيازمند آيين نامه هاي معتبر زلزله مي باشند. طبقه نرم به علت سنگيني و افزايش وزن ديوار هاي آجري نيز رخ مي دهد. علارغم توسعه تکنولوژي در مهندسي زلزله ساختمان هايي که داراي نامنظمي طبقه نرم هستند هنوز در حال ساخته شدن مي باشند. در سال هاي اخير مطابق شکل (١) بيشتر ساختمان هاي معمول در اکثر مناطق کشور به سمت احداث پارکينگ در طبقه زيرزمين و همکف ساختمان هاي چند طبقه بتن مسلح و فولادي بدون ديوارهاي بنائي و مهاربند، سوق داده مي شوند. اين مطلب سبب مي شود که پايه هاي طبقه نرم ، نرم تر و ضعيف تر از ظبقات مجاور داراي ديوارهاي بنايي پر شده از مصالح گردد. اکثر اين ساختمان ها بدون نظارت مهندس ناظر و فقدان طراحي لرزه اي صحيح و جزئيات شکل پذيري مناسب ساخته مي شوند. اين گونه ساختمان ها مطابق شکل (1) متحمل خسارات شديد و يا منتج به واژگوني سازه در اثر زمين لرزه مي شوند.
تحليل ها وآزمايشات نشان داده اند که ديوارهاي مابين ستون ها در مقابل مقاومت لرزه اي وجانبي ساختمان بسيار موثر هستند. زمانيکه نتايج زلزله ها به صورت کلي موردآناليز قرار گرفت ، مشاهده شد که بيشتر ساختمان ها در اثر نامنظمي طبقه نرم خسارات مهيبي ديده اند. براي مثال ، گزارش شده است که 725 ساختمان از 1215 ساختمان در کشور به علت طبقه نرم در اثر زلزله هاي مختلف خسارت ديده اند. مطالعه اي روي٣ ساختمان موجود صورت گرفته و مشاهده شد که 72 درصد از ساختمان هاي مورد آزمايش داراي نامنظمي طبقه نرم بودند. اين ميزان روي ساختمان هايي که از دو طرف رو به خيابان هاي لي قرار گرفته اند به 100درصد مي رسد. نکته مهم ديگر در مورد مسئله طبقه نرم آن است که ارتفاع طبقه نرم در حدود تا 50 درصد بيشتر از ساير طبقات مي باشد.
عوامل يا پارامترهاي زير روي تشکيل نامنظمي طبقه نرم در ساختمان ها اثرگذارند:
*- ارتفاع طبقه نرم
*- وجود نيم طبقه
*- صلبيت و توزيع ستون ها در طبقه نرم
*- وجود پيش آمدگي تير طره و يکسر آزاد
* مشخصات مصالح پر شده در ديوار
*- طبقه بندي و مشخصات خاک
*- شماره طبقه (چندمين طبقه )
*- شرايط لرزه اي
اين عوامل براي حذف اثرات مخرب نامنظمي طبقه نرم بايد در نظر گرفته شوند که در اين مقاله بعضي از اين عوامل مورد مطالعه قرار گرفته شده اند. پروژه طبقه نرم يکي از بيشترين موضوعات مورد مطالعه در کاهش خسارات زلزله وارد بر سازه است .[٣_١].
آزمايشگاههاي متفاوتي صورت گرفته و گروههاي بزرگ کاري گرد هم آمده اند تا بر روي پروژه طبقه نرم مطالعه و تحقيق کنند. مسئله طبقه نرم در آيين نامه زلزله هر ساله با استفاده از اطلاعات ، نتايج و مطالعات آزمايشگاهي بازسازي و تجديد نظر مي شوند. به ويژه ساختمان با طبقه نرم يکي از انواع ساختمان هايي است که در تمام کشورها وجود دارد. به اين علت اين ساختمان ها مطابق شکل (٣) تقريبا در هر زلزله اي آسيب مي بينند.
يکي از کاربرد هاي رايج در تشکيل طبقه نرم مطابق شکل (4) قرار گرفتن گاراژ و پارکينگ در طبقه همکف است . همچنين براي راحتي و احتياجات معماري، عمق ستون ها براي صلبيت جانبي سازه به سمت خيابان ها قرارگرفته و بازشوهاي طويل و بلندي قرار گرفت که باعث شد سختي درآن جهت از ساير طبقات کمتر شود.
تمام اين موارد اثرات مخرب روي طبقه نرم مي باشند. اگر گزارشات زلزله مورد بررسي قرارگيرند، مشاهده مي شود که مطابق شکل (٥) فرم معمول خسارات زلزله ناشي از نامنظمي طبقه نرم مي باشد. بنابراين آيين نامه زلزله تمام کشورها بايد مسئله نا منظمي طبقه نرم را در نظر داشته باشند. اگر ديوارهاي پرشده با مصالح بنايي ميان ستون ها وجود داشته باشند ديوارها باعث جلوگيري از حرکات آزاد ستون ها مي شوند. به عبارت ديگر، ستون ها در طبقات نرم با ديوارها به مانند بتن محبوس شده و بدون ديوارها مانند بتن محبوس نشده رفتار مي کنند. در طبقات نرم ، فواصل بين خاموت ستون ها بايد براي شکل پذيري بيشتر به ١ سانتيمتر کاهش داده شوند[٧].
٢- جلوگيري از نامنظمي طبقه نرم
اگر طبقه نرم در ساختمان هاي موجود وجود داشته باشد، اقدامات احتياطي جهت جلوگيري از اثرات نا مطلوب اين نامنظمي بايد صورت گيرد. اگر ساختن ديوارها بر روي استفاده از فضا ها در معماري تاثير بگذارد، راه حل هاي زير مي توانند مورد استفاده قرار بگيرند.
١. سختي ستون ها در طبقات نرم مطابق شکل مي تواند افزايش پيدا کند بر طبق آيين نامه زلزله ترکيه (شکل
. چنانچه در جايي که سطح مقطع ستون بين طبقات متوالي تغيير کند، شيب آرماتور هاي طولي در محل اتصال تير- ستون نبايد بيشتر از ١ به 6 نسبت به عمود باشد.
زمانيکه تغيير مقطع ستون طبقه بالايي زياد باشد، طول آرماتور طولي فرو رفته در ستون تا وجه بالايي تير( e) نبايد کمتر از ١.٥ برابر طول توسعه يافته lb داده شده درTS و يا کمتر از Φ نباش . در صورتيکه در طرف ديگر ستون تيري وجود نداشته باشد مي توان در صورت نياز انتهاي آرماتور خمشي طبقه زيرين را به سمت پايين خم کرد. طول قلاب افقي خمشي 90 درجه يا قلاب عمودي خمشي حداقل بايد Φ ١ باشد، در غير اينصورت نا منظمي ديگري شکل مي گيرد.
٣. ديوار هاي با مصالح بنائي در طبقات فوقاني مطابق شکل (c ) مي توانند توسط فواصلي از ستون هاي کناري مجزا شوند.
4. اجزاي سازه اي متقاطع (مهاربند) در طبقه نرم مطابق شکل (d ) مي توان ن د در ميان ستون ها ساخته شوند.
در کشور علاوه بر ساختمان هاي بتن مسلح و فولادي سازه هاي بنائي با ديوارهاي آجري پر شده با مصالح بنائي نيز به طور معمول مشاهده مي شوند. زلزله هاي گذشته نشان دادند که ديوارهاي آجري پر شده با مصالح بنائي اگرچه براي تحمل بار طراحي نشده اند ولي در تحمل بار هاي جانبي ناشي از زلزله کمک کرده و مؤثر بوده اند. و با توجه به سختي آنها ديوارهاي آجري بنائي شکل پذيري و ضريب رفتار قاب ها را که در آيين نامه توضيح داده شده اند تغيير مي دهند. علاوه بر اين ، سيستم هاي سازه اي بايد داراي سختي، مقاومت و شکل پذيري کافي باشند. در استاندارد 2800زلزله ايران اثر ميان قابها در نظر گرفته شده به اينصورت که چنانچه جداگرهاي ميانقابي مانعي براي حرکت قابها ايجاد نمايند، زمان تناوب اصلي نوسان (T) درصد زماني است که جداگرهاي ميان قابي مانع حرکت سازه در آن راستا نباشند و بدين ترتيب روي ضريب بازتاب ساختمان (B)80 تاثير گذار خواهد بود.[٩]
در آيين نامه هاي زلزله اثر ديوارهاي بنائي به طور کامل شرح داده شده است . در ساختمان هاي با نامنظمي نوع B١ (B١ : نا منضمي مقاومتي ميان طبقاتي ) اگر مجموع مساحت ديوارهاي بنائي در طبقه i ام از طبقه بالايي آن بيشتر باشد، ديوارهاي بنائي نبايد در تعيين ŋic در نظر گرفته شوند. در سازه هاي بتن مسلح در آيين نامه زلزله ، در مواردي که واکنش هاي قائم زلزله i باشد، ضريب نامنظمي مقاومت ŋic(معادله ١) که به عنوان نسبت مساحت برشي مؤثر هر طبقه به مساحت برشي مؤثر طبقه بالايي آن مي باشد بايد کمتر از .0.8باشد(معادله ١).
Ae∑ مجموع مساحت برشي در هر طبقه براي در نظر گرفتن راستاي زلزله است ، Ag∑ مجموع مساحت مقطع اجزاي سازه اي در هر طبقه مي باشد که به عنوان ديوارهاي سازه اي در راستاي موازي با راستاي زلزله در نظر گرفته مي شوند، Ak∑ مجموع مساحت ديوارهاي بنائي(شامل در و بازشوي پنجره ) در هر طبقه مي باشند که در راستاي موازي با راستاي زلزله در نظر گرفته مي شوند و Aw∑ مجموع مساحت مؤثر جان مقاطع ستون مي باشد، Aw نيز در هر طبقه اي موجود مي باشد.
شکل ٧. اثر ديوارهاي بنائي در آئين نامه زلزله ترکيه
درنشريات اخير مشاهده شده که مقاومت ديوارهاي بنائي در آئين نامه هاي زلزله ناديده گرفته شده است و بايد در نظر گرفته شوند زيرا آنها در تحمل بارهاي جانبي دخيل بوده و باعث افزايش ظرفيت سيستم سازه اي مي شوند[١٠,١١].
معيارهاي آئين نامه هاي بين المللي سازه درباره اين مسئله عبارتند از[١٢] :
١- نامنظمي در سختي : طبقه نرم طبقه اي است که سختي جانبي آن کمتر از 7 درصد سختي جانبي طبقه روي خود و يا کمتراز 80درصد متوسط سختي هاي سه طبقه روي خود است .
٢- نا منظمي وزن (جرم ) : نا منظمي جرم بايد زماني در نظر گرفته شود که جرم مؤثر هر طبقه بيشتر از ١٥ درصد جرم مؤثر طبقه مجاور آن باشد و طبقه بام که سبکتر از طبقه زيرين آن است نبايد در نظر گرفته شود.
٣- نا منظمي هندسي عمودي : نا منظمي هندسي عمودي بايد زماني در نظر گرفته شود که ابعاد افقي سيستم باربر جانبي در هر طبقه بيشتر از١٣ درصد آن در طبقه مجاور باشد و نيازي به در نظر گرفتن تک طبقه بالاي خانه (پنت هاوس ) نمي باشد.
٤- عدم پيوستگي در ظرفيت طبقه ضعيف : يک طبقه ضعيف طبقه اي است که مقاومت جانبي آن نسبت به طبقه بالاي آن کمتر 130 درصد باشد. مقاومت طبقه ، مجموع مقاومت هاي اجزاي مقاوم لرزه اي است که برش طبقه در آن در راستاي مورد نظر تقسيم مي شود. نامنظمي طبقه ضعيف مطابق (شکل8 در طبقات مياني نيز وجود دارد. در اين گونه موارد، اين طبقات به جاي طبقات همکف مي توانند مورد آسيب قرار بگيرند. در سازه ها، آسيب هاي زلزله روي اجزاي سازه اي اتفاق مي افتد که قسمتي از آنها نظم و تقارن خود را از دست داده اند. به اين علت تقارن اجزاي سازه اي در هر دو راستاي عمودي و افقي ضروري مي باشد.
مواد و روش هاي نظير ساخت ديوارگلي، ديوار آجري، ديوارسنگي، بتن مسلح ، سازه هاي اسکلت فولادي، سازه هاي چوبي و ديگر ديوارهايي مانند ديوارهاي کاه گلي و بام پوش هاي ني نيز در سازه مورد استفاده قرار مي گيرد. براي به حداقل رساندن خسارات زلزله ، بايد از خسارت و آسيب ديدگي به سيستم هاي سازه اي جلوگيري بعمل آيد. به عنوان مثال سازه هاي بتن مسلح بتن ريزي و قالب گيري شده در محل ، بنائي و فولادي و سازه هاي پيش ساخته مطابق (شکل ) مي توانند با وجود طبقه نرم خسارت و آسيب ببينند. طبقه نرم تهديدي براي هر نوع ساختمان تلقي مي شود.
٣. نامنظمي طبقه نرم در ساختمان هاي موجود
در مطالعه اي که روي 788 ساختمان در /8خيابان اصلي درشهر تهران صورت گرفت مطابق (شکل 10) مشخص شد که 46 درصد ساختمان ها داراي طبقه نرم ، 36 درصد ساختمان ها داراي نيم طبقه و 18 درصد ساختمان ها فاقد طبقه نرم بودند. به عنوان مثال در آنکارا نيز 912سازه مورد آزمايش قرار داده شد و نتايج مشابهي به دست آمد. اين مطلب نشان مي دهد که ساختن ساختمان هاي با طبقه نرم تقريبا يک سنت شده است .
٤. اثرمواد به کار رفته در ديوار هاي بنائي :
