بخشی از مقاله
مقايسه روش هاي طراحي بر اساس مقاومت و عملکرد در مطالعه آسيب پذيري و مقاوم سازي ساختمانهاي فولادي
چکيده :
در جوامع در حال توسعه سازه هاي بسياري وجود دارند که در سالهاي گذشته طراحي و اجرا شـده انـد و اغلـب فاقـد ايمني کافي در مقابل اثرات زلزله مي باشند. نحوه شناسائي و برخورد با چنين سازه هائي مقوله بسيار مهمي اسـت کـه عـدم توجه به آن مي تواند صدمات جبران ناپذيري بر اينگونه جوامع تحميل کند.کشور ايران نيز بدليل قرار گرفتن بـر کمربنـد لرزه خيز، داراي پتانسيل آسيب پذيري بالائي مي باشد. همچنين وجود ساختمانهاي بسياري که در سـالهاي گذشـته بـدليل عدم نظارت کافي بصورت غير اصولي طراحي شده اند، بر اهميت توجه به اين موضوع مي افزايد.
هدف کلي از انجام اين تحقيق ، شناسائي عوامل خطرساز در طراحي ساختمانها بخصوص ساختمانهاي موجـود مـي باشـد که در سالهاي گذشته طراحي شده اند. بديهي است در شناسائي اين عوامل بايد از روشهاي دقيقتر تحليـل و طراحـي بهـره برد، چرا که مهندسان طراح عموما از روش استاتيکي معادل و طراحي به روش تنش مجاز استفاده مـي کننـد کـه فرضـيات ساده کننده بسياري در آن بکار ميرود. در اين تحقيق تعداد ٢٠ ساختمان فلزي با کاربري مسکوني و با اشکال مختلف پـلان و انواع سيستم هاي سازه اي مورد مطالعه قرار گرفته و علاوه بر کنترل تمامي ضوابط اسـتاندارد ٢٨٠٠، ضـوابط دسـتورالعمل بهسازي نيز مورد بررسي قرار گرفته است . در انجام تحليل ها از سـه تحليـل اسـتاتيکي معـادل ، شـبه دينـاميکي و اسـتاتيکي غيرخطي استفاده شده است . پس ازتعيين ميزان آسيب پذيري، اقدام به ارائه طـرح مقـاوم سـازي شـده و بررسـي توجيـه اقتصادي اين طرح ها نيز توسط مدل هاي معتبر انجام شده است .
کليد واژه ها : مقاوم سازي،ارزيابي آسيب پذيري، ارزيابي اقتصادي ،،طراحي بر اساس عملکرد، ساختمانهاي فلزي
١- مقدمه
با توجه به اهميت شناسائي عوامل خطرساز در آسيب پذيري ساختمانها، در اين تحقيـق سـعي شـده تـا بـا شناسائي اين عوامل ، ضمن تعيين ميزان آسيب پذيري ساختمانهاي فولادي ، عوامـل مـؤثر در ايـن آسـيب پذيري را شناسائي و با ارائه و توجه به آنهااز بروز حوادث جبران ناپذيردر آينده جلوگيري شـود.ضـمنا مباني طراحي بر اساس عملکردو مقاومت نيز به عنوان يکـي از اهـداف ايـن تحقيـق ، مـورد مقايسـه قـرار گرفته است . در اين تحقيق تعداد ٢٠ساختمان از ساختمانهاي فولادي شهر زنجان با کاربري مسکوني انتخاب و مـورد مطالعه قرار گرفته است . نحوه انتخاب نمونه ها به گونه اي بوده که تمام انواع طرح هاي رايج در اين شهر پوشش داده شود. تحليل هاي انجام شده در اين ساختمانهانيز از نوع اسـتاتيکي معـادل ، شـبه دينـاميکي و استاتيکي غيرخطي بوده و تمام ضوابط استاندارد ٢٨٠٠ و دستورالعمل بهسازي در آنها رعايت شده است .
نرم افزارهاي مورد استفاده نيز ETABS٢٠٠٠ وSAFE و نرم افزارهاي صفحه گسترده مي باشـد.پـس از تعيين ميزان آسيب پذيري اقدام به ارائه طرح مقاوم سازي شده و توجيه اقتصادي اين طرح ها نيـز توسـط مدل هاي شناخته شده مورد بررسي قرار گرفته است .بدليل گستردگي مطالعات انجام شده ،فقط بـه ارائـه رئوس مطالب کفايت مي شود.
٢- طراحي بر اساس عملکرد
در روش تحليل استاتيکي معادل نيروهاي واقعي زلزله با در نظر گرفتن ميـزان شـکل پـذيري مشخصـي براي هر سازه کاهش داده مي شوند (توسط ضريب رفتار) و سازه با نيروهاي حاصـل طراحـيمـي شـود.
روشن است که خطاي اين روش بسيار زياد خواهد بود چرا که اولا بدليل عدم قطعيت هاي بسيار، تخمين دقيقي از نيروهاي زلزله را نمي توان داشت و ثانيا اعمال ضريب رفتار ثابت براي سازه هـاي مشـابه نيـز بـا توجه به وابستگي زياد مشخصات ديناميکي سازه ها به فاکتورهاي بسـياري مثـل جـرم ، سـختي، ارتفـاع و شکل سازه ، به دور از منطق مهندسي مي باشد. از طرفي در طراحي به اين روش نيز تـلاش مـي شـود کـه نيروهاي بوجود آمده در اعضاء از حد مقاومت عضو (که کسري از مقاومت تسليم مي باشد) فراتر نـرود، در صورتي که نيروهاي طراحي با فرض وارد شدن سازه به حوزه خميري بدست آمده اند.
با توجه به مطالب مذکور، روش دقيق تر براي تخمين نيروهاي زلزله و طرح سـازه هـا عبـارت اسـت از تعيين نيروهاي طراحي کاهش يافته براي هر سازه با توجه به مشخصات ديناميکي و رفتار غيرخطي همـان سازه و طرح اعضاي مختلف با توجه به شکل پذيري مجاز همان عضو مي باشد. شکل پـذيري مجـاز هـر عضو نيز با توجه به عملکرد مورد انتظار آن عضو و نقش آن در شکل پذيري سيستم تعيـين مـي شـود. در اين روش مي توان با تسليم بعضي از اعضاء که از درجه اهميت کمتري برخوردارند، شکل پذيري سيستم را افزايش و تقاضاي نيروها را کاهش داد. به اين ترتيب مي توان از خاصيت ميرائي سازه پس از ورود بـه ناحيه خميري به نحو مطلوب و کنترل شده بهره بردو سازه اي اقتصادي و در عين حال مطابق با اهداف از پيش تعيين شده طرح نمود. امروزه اين روش با نـام «روش طراحي بر اساس عملکـرد» در رأس مباحـث مربوط به طرح لرزه اي و بهسازي سازه ها مطرح است .
٣- معرفي نمونه هاي مورد مطالعه
نمونه هاي مورد مطالعه ساختمانهاي فولادي با سيستم هاي سازه اي مختلف و کاربري مسکوني در شهر زنجان مي باشند که بين سالهاي ٧٨تا ٨٥طراحي ودر جدول ١بطورخلاصه معرفي شده اند.
٤- تحليل و طراحي بر اساس استاندارد ٢٨٠٠ ويرايش ٢
با تهيه پرسشنامه جامعي که تمام ضوابط اين استاندارد بخصوص ضوابط خاص مربوط به سازه هاي فولادي مقاوم در برابر زلزله را پوشش ميدهد، به ارزيابي وضعيت ساختمانها پرداخته شد، تا مشخص شود که طراحان تمامي ضوابط اين استاندارد را در طرح هاي خود رعايت کرده اند يا خير؟ بدليل گستردگي نتايج فقط به رئوس نتايج حاصل در اين قسمت اشاره مي شود. در جدول ٢وضعيت کنترل گريز طبقات و ميزان برکنش ستونها ارائه شده و همچنين در جدول ٣وضعيت کنترل ضوابط بندهاي (٥-١) در مورد مقاومت ستونهاو (٧-٢)در مورد چشمه اتصال و (٨-٢)در مورد مهاربندهاي هم محور اشاره شده است .
در جدول 4 نیز نتایج بررسی فوندانسیون ها ارائه شده است.
٥- نتايج تحليل استاتيکي غيرخطي
تحليل استاتيکي غيرخطي نيز با توجه به ضـوابط دسـتورالعمل بهسـازي انجـام شـده اسـت . مشخصـات مفاصل خمشي در اين تحليل با توجه به ضوابط دستورالعمل بهسازي و توسط قابليت تحليل غيرخطي نرم افزار معرفي شده است .در انجام اين تحليل از دو نوع توزيع بارجانبي مختلـف ، يکـي توزيـع متناسـب بـا وزن و ديگري توزيع متناسب با تحليل طيفـي اسـتفاده شـده اسـت . همچنـين مطـابق توصـيه دسـتورالعمل بهسازي، دو حد بالاو پائين نيز در بارگذاري ثقلي در نظر گرفته شـد. بـا انجـام يکبـار تحليـل ،سـتونهاي کنترل شونده توسط نيرو شناسائي و مشخصات مفاصل در آنها اصلاح شده است .همچنين جهـت کنتـرل کشش در ستونها،مفاصل کششي درآنهـا نيـز تعريـف شـده اسـت . در جـدول ٥مشخصـات دينـاميکي و بررسي اعتبار کاربرد روش Pushover بر اساس بند ٢-٣-٢دستورالعمل ارائه شده است .
با توجه به اينکه هدف بهسازي در اين ساختمانها هدف مطلوب تعريف شده ، لذا بايد سطح عملکرد ايمني جاني در زمين لرزه سطح خطر ١و سطح عملکرد آستانه فروريزش در زمين لرزه سطح خطر ٢ تأمين شود. در جدول ٦اين مسأله بررسي شده است .
