بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
تخمين مقاومت لرزه اي ساختمان هاي بتني پس از زلزله
چکيده :
ايران در کمربند زمين لرزه آسيا – اروپا واقع شده است . با توجه به سابقه لرزه خيزي ايران هر ۱۰ سال يکبار شاهد زلزله بزرگي با تخريب بسيار هستيم .
پس از زلزله با انبوهي از ويراني مواجه هستيم . تعداد زياد بي خانمانها و لزوم سکونت ايشان و همچنين لزوم تمرکز فعاليتهاي امدادي و مديريتي اهميت انتخاب ساختمانهاي مقاوم و ايمن در برابر پسلرزه ها را براي اين موارد را آشکار مي گرداند .لذا پس از عمليات امداد اوليه و تقريبا همزمان با آن بررسي ساختمان هاي باقيمانده شروع مي شود. همچنين بدليل پس لرزه ها بايد ساختمانهايي که پتانسيل فرو ريزش دارند مشخص شوند تا باعث افزايش صدمات و تلفات پس از زلزله نشوند.پس از تعيين اوليه ايمني ساختمانها و پس از گذشت حدود يک تا سه ماه پس از زلزله ، بايد مقاومت باقيمانده ساختمانهايي که در زلزله آسيب ديده اند با دقت بيشتري تخمين زده شود تا توانايي کاربري آنها در برابر زلزله هاي آينده مورد بررسي قرار گيرد . با انجام اين بررسي مي توان در مورد لزوم مقاوم سازي و تقويت ساختمان آسيب ديده و يا تخريب آن تصميم گرفت . اين امر بسيار حايز اهميت است ، زيرا ساختمانهايي که پس از زلزله آسيب ديده اند اما مي توان آنها را مقاوم سازي کرد ، باعث صرفه جويي زيادي در هزينه بازسازي شهر آسيب ديده مي شود ، همچنين ساختمانهايي که دچار صدمه سازه اي شده اند اما تنها به برطرف کردن خسارت غيرسازه اي آنها پرداخته مي شود در برابر زلزله هاي آينده آسيب پذير هستند.
در اين تحقيق به بررسي دو روش مطرح در جهان بر اساس آيين نامه هاي ژاپن و آمريکا در مورد تخمين مقاومت لرزه اي ساختمانهاي بتني پس از زلزله در مورد دو ساختمان در شهر بم پس از زلزله انجام گرفته و با مقايسه جوابها با شرايط عيني و نتايج تحليل ديناميکي غير خطي در مورد دقت اين روشها و کارايي آنها بحث مي شود .
کليد واژه :ساختمانهاي بتني، انديس خسارت ، شاخص خسارت ، FEMA ، تحليل ديناميکي غير خطي
۱-۱- ساختمان بلوار جمهوري اسلامي
ساختمان مورد مطالعه ، اسکلت بتني در حال ساخت بوده است که شامل يک طبقه زيرزمين و سه طبقه بالاي آن است . ساختمان در هر دو جهت سيستم قاب خمشي است طبقه اول (بالاي زير زمين ) داراري کاربري تجاري بوده و تنها اين طبقه ساخته شده است .ساختمان از راستاي قائم منحرف شده است و داراي خسارات سازه اي زيادي مخصوصا در تيرها است . بررسي اسکلت از لحاظ باربري لرزه اي در آينده مد نظر است .ساختمان در منطقه اي با شدت زمين لرزه اي برابر VIII در مقياس مرکالي و IV در مقياس JMA قرار گرفته است . عمده خسارت در طبقه اول ( بالاي زير زمين ) ديده مي شود. مقاومت ويژه بتن بوده است . آرماتورها از نوع A II بوده اند و تنش تسليم آنها مي باشد. مقطع ستونهاي ساختمان در طبقات اول و دوم با آرماتورهاي طولي و خاموتهاي است . مقطع ستون در طبقات سوم و چهارم به ابعاد با همان آرماتورگذاري تغيير مي کند. مقطع ستونهاي پله ( ستونهاي با شماره با آرماتورهاي طولي Φ٨١٨ و خاموتهاي است .
سقف ساختمان از نوع تيرچه با بلوکهاي مياني سفالي است .
بارمرده طبقات بدون در نظر گرفتن بار تيغه بندي و کف سازي در نظر گرفته شده است .
بار زنده سقف در طبقات برابر ۲۰۰ کيلوگرم بر مترمربع و در بام برابر ۱۵۰ کيلوگرم بر مترمربع در نظر گرفته شده است .
ارتفاع طبقات به شرح زير است . طبقه اول ۲۸۰ سانتيمتر ، طبقه دوم ۴۲۰ سانتيمتر و طبقات سوم و چهارم ۳۰۰ سانتيمتر ميباشد.
شکل ١-١-اسکلت ساختمان
۱-۲- بررسي اثر زلزله بر اساس آيين نامه ژاپن
۱-۲-۱- تخمين عملکرد لرزه اي ساختمان قبل از زلزله :
شاخص Is براي هر طبقه از ساختمان در هر جهت محاسبه بايد شود و نتيجه بدست آمده بيانگر حداکثر ضريب برشي الاستيکي است که هر طبقه ميتواند تحمل کند . بنابراين مقادير بزرگتر اين شاخص ها بيانگر دارا بودن مقاومت لرزه اي بالا تر است . اين روش شامل ۳ سطح مختلف ارزيابي است .
هر سه سطح ممکن است به منظور محاسبه Is استفاده شود اما هر سطح بالاتر جواب مطمئن تري را از خصوصيات لرزه اي ساختمان به ما مي دهد. خلاصه ۳ سطح در زير آمده است :
۱) سطح اول ارزيابي :
مقاومت نهايي ساختمان توسط روش ساده اي محاسبه مي شود. شاخص E٠ از مقاومت افقي ساختمان محاسبه ميشود. مقاومت افقي ساختمان از مجموع سطوح ستونها و ديوارها و مقاومت متوسط آنها بدست مي آيد. محاسبه SD و T نيز به صورت ساده انجام ميشود. اين روش براي ساختمانهاي با ديوارهاي زياد معقولانه به نظر مي آيد .
۲) سطح دوم ارزيابي :
ظرفيت و شکل پذيري اعضاي عمودي مانند ديوارها و ستونها بايد بر اساس مقاومت نهايي محاسبه شود .
E٠ از مقاومت نهايي مود شکست و شکل پذيري ستونها و ديوارها با فرض مقاومت بي نهايت تيرها و سيستم سقف محاسبه مي شود. روشهاي SD و T به نسبه پيچيده تر از آنچه در سطح اول انجام مي شد ميباشد.
۳) سطح سوم ارزيابي :
مکانيزم شکست ساختمان ، مقاومت و ظرفيت تغيير شکل تمام اعضاي سازه اي در اين روش لحاظ ميشود. E٠ از مقاومت نهايي ، مود گسيختگي و شکل پذيري ستونها و ديوارها بر پايه مکانيزم شکست قابها و احتساب مقاومت تيرها و واژگوني ديوارها محاسبه ميشود. روش محاسبه SD و T مانند روش ارزيابي سطح دوم مي باشد .
براي تخمين عملکرد لرزه اي ساختمان قبل از زلزله از سطح دوم ارزيابي [۱] و [۲] استفاده شده است .
Is : شاخص لرزه اي سازه اي
E٠ : شاخص لرزه اي وابسته به خصوصيات پايه سازه
SD: شاخص لرزه اي وابسته به خصوصيات هندسي سازه
T: شاخص لرزه اي زمان ميرايي
براي تعيين مقادير پارامترها از جداول منابع ۱و۲ استفاده شده است .
۱-۲-۲- تخمين عملکرد لرزه اي ساختمان بعد از زلزله :
در محاسبه ، شاخص بعد از زلزله از اصلاح ظرفيت افقي Qi و ظرفيت عضو قائم قبل از زلزله توسط ضريب کاهش مقاومت که در جدول ۱-۱ آورده شده بدست مي آيد .
۱-۲-۳-درجه خسارت و قضاوت در مورد مقاوم سازي
۱-۳- بررسي اثر زلزله بر اساس آيين نامه FEMA[]
قبل از زلزله
١- فرضيات اوليه
- سختي موثر اعضا مطابق جدول ۶-۴ ، ٢٧٣ FEMA تصحيح شده است .
- مفاصل پلاستيک براي تحليل غير خطي استاتيکي مطابق جداول ۶-۶ و ۷-٢٧٣۶ FEMA تعيين شده است .
بر اساس منحني برش پايه بر حسب جابجايي سقف ، رفتار غير خطي کل سازه از برش پايه برابر ۶۰ تن شروع ميشود. با افزايش جابجايي جانبي ، برش پايه تا ۱۰۷ تن افزايش مي يابد. با توجه به نتايج آناليز ستونهاي طبقه اول اولين اعضايي هستند که به سطح عملکرد حفظ جان افراد در جابجايي متناظر سقف برابر ۵.۲ سانتيمتر مي رسند . اين مقدار جابجايي برابر dc ساختمان در سطح عملکرد جان افراد است .
همچنين در جابجايي متناظر سقف برابر ۶.۵ سانتيمتر ساختمان به حد عملکرد قبل از فرو ريزش ميرسد .
مقدار Sa براي طيف پاسخ سطح حفظ جان افراد در برابر است .
مقدار Sa براي طيف پاسخ سطح قبل از فروريزش در برابر است .
x پس از زلزله
با توجه به خسارتهاي مشاهده شده در سايت سختي اعضا و رفتار آنها پس از زلزله تصحيح ميشود .
- ستونهاي با آسيب ديدگي کم يا بدون آسيب : کليه ستونهاي طبقات سوم و چهارم INF1C2
٢- ستونهاي با آسيب ديدگي کم در طبقات اول و دوم INF1C1
۳- ستونهاي پله INF3C
۴- ستونهاي C8,C7,C6 در طبقات اول و دوم INF1C1
۵- تيرهاي پله INF3C
نتايج آناليز نهايي توسط برنامه ETABS بشرح زير است .
بر اساس منحني برش پايه بر حسب جابجايي سقف ، رفتار غير خطي کل سازه از برش پايه برابر ۳۳ تن شروع ميشود . با افزايش جابجايي جانبي ، برش پايه تا ۸۹.۴ تن افزايش مي يابد . با توجه به نتايج آناليز ستونهاي طبقه اول اولين اعضايي هستند که به سطح عملکرد حفظ جان افراد در جابجايي متناظر سقف برابر ۳.۰۶ سانتيمتر مي رسند . اين مقدار جابجايي برابر dc ساختمان در سطح عملکرد جان افراد است .
همچنين در جابجايي متناظر سقف برابر ۴.۳ سانتيمتر ساختمان به حد عملکرد قبل از فرو ريزش ميرسد .
برش پايه متناظر جاري شدن ساختمان برابر ۷۵ تن است .
مقدار Sa براي طيف پاسخ سطح حفظ جان افراد در برابر g٠٤٢٧ است .
با توجه به نتايج بدست آمده ساختمان پس از زلزله در سطح حفظ جان افراد حدود ۴۳ درصد و در سطح قبل از فروريزش حدود ۴۸ درصد از شاخص کارايي اوليه خود را از دست داده است .
۲-۱- ساختمان خيابان تعاون (شماره ۲ )
ساختمان مورد مطالعه ، اسکلت بتني در حال ساخت بوده است که شامل يک طبقه زيرزمين و يک طبقه بالاي آن است . ساختمان در هر دو جهت سيستم قاب خمشي است . همچنين در دو سمت ساختمان کنسولهاي بزرگي قرار دارد که يک سر آنها بر روي ديوار باربر بنايي قرار داشته است . در جريان زلزله ديوارهاي باربر آجري غير مسلح فرو ريخته اند و بدليل بزرگي کنسولها ،
