پایگاه علمی سعید سان دانلود رایگان مقالات علمی کنفرانس و ژورنال
آسیب پذیری ساختمانهای بنایی
آسیب پذیری ساختمانهای بنایی
هر ساله تعدادی زلزله ویران کننده در ایران اتفاق می‌افتد که عمدتاً کانون این زلزله‌های در بافت‌‌های روستایی هستند. تجارب بدست آمده از زلزله‌های گذشته نشان از آسیب پذیری بالای ساختمانهای بنایی است. به دلیل سنتی بودن ساخت و ساز در روستاهای ایران و ساخت خانه‌های با مصالح بنایی و همچنین عدم استفاده از علم مهندسی، باعث وقوع خسارات مالی و جانی فراوانی شده است. لذا مقاوم‌سازی دیوارهای بنایی موجود، جهت کاهش آسیب پذیری و بهبود عملکرد لرزهای ساختمانهای بنایی توسط یک راهکار مناسب ضرورت می‌یابد.
ساختمانهای بنایی سهم عمده‌ای از ساخت و ساز در سطح دنیا را به خود اختصاص داده‌اند. علت این موضوع، ارزان بودن مصالح و دسترسی آسان و از همه مهمتر اجرای راحت، این نوع از سازه‌ها توسط افراد غیر متخصص است. با توجه به آمار موجود حدود ۶۸٪ از کل ساختمانهای را سازه‌های بنایی تشکیل می‌دهند.
این نوع از سازه‌ها زمانی استفاده میشود که فاصله دو دیوار موازی به علت نیاز به فضای معماری بزرگتر، زیاد میشود. با افزایش این فاصله، سیستم باربر ثقلی به علت دهانه بزرگ بین این دو دیوار دچار مشکل میشود. برای حل این مشکل از یک ستون فولادی کمکی در وسط فاصله بین این دو دیوار موازی به همراه تیرهای باربر که در طرفین این ستون قرار گرفته و انتهای این دو تیر بر روی این دو دیوار موازی قرار گرفته است، استفاده میشود.
بررسی آسیب‌های وارده در ساختمانهای بنایی
مشاهدات نشان داده که در تغییر مکان کم، سازه بنایی دچار خسارت عمـده مـی‌شـود. عمـده ترک‌های مشاهده شده در این ساختمان در محل اتصال تیرهای خورجینی و تیرهای طاق ضربی است. توجه شود که این ترک‌ها سبب کاهش مقاومت دیوار و افزایش تغییر مکان جانبی شده و موجبات فروریزش سازه را فراهم می‌سازد. ساختمان بنایی نیم اسکلت بدون کلاف تنها با معیار کنترل برای نیرو قابل پذیرش بوده و در بقیه موارد برای هیچ سطح عملکردی قابل پذیرش نیست. این سطح عملکرد پایین به دلیل عدم وجود کلاف برای مهار تیرها بوده و سبب میشود بعد از اعمال بار، تیرهای بالای دیوار لغزیده و یک ناپایداری حاصل از لغزش در بالای دیوار اتفاق بیفتد. در نتیجه دیوار دچار تغییر مکان بیشتر شده و سازه فرو ریزد. در اثر تغییر مکان، میزان تنش کششی ناشی از خمش بیشتر از مقاومت کششی دیوار بوده و سازه از این جهت آسیب پذیر است.
وجود کلاف افقی، زمان آسیب پذیری را به تأخیر انداخته و سازه را تا حدی شکل پذیر‌تر می‌کند ولی با این وجود این کلاف افقی نمی‌تواند تأثیر به سزایی در آسیب پذیری داشته باشد. همپنین ترک‌ها در محل تیر خورجینی بیشتر در کلاف بتنی و زیر دیوار آجری متمرکز شده است.
محاسبه آسیب پذیری
در محاسبات آسیب پذیری ساختمان بنایی کلاف بندی شده، از کلاف‌های افقی و قائم استفاده شده است. کلاف‌های افقی در بالای تمام دیوارها قرار داده و کلاف قائم در گوشه‌ها ودر وسط دیوار قرار داده شده است. در این ساختمان تمامی بندهای آیین نامه‌ای رعایت شده است. به کار بردن کلاف افقی و قائم در ساختمان بنایی، به شدت در رفتار ساختمان تأثیر گذاشته و شکل‌پذیری ساختمان بسیار بیشتر و سازه از حالت رفتار ترد خارج شده است. ترک‌ها در محل اتصال کلاف مشهود بـوده و کلاف در محل اتصال با تیرها مخصوصاً تیر خورجینی ترک بیشتری داشته و در انتها این افزایش ترک سبب از دست دادن مقاومت و تخریب ساختمان شده است. در کل ساختمان بنایی نسبت به ساختمانهای دیگر کمتر دچار آسیب شده است.
انواع آسیب پذیری‌های ساختمانهای بنایی
آسیب پذیری خارج از صفحه دیوارها
خطرناک‌ترین نوع آسیب پذیری دیوارهای بنایی خرابی خارج از صفحه دیوارها است. زیرا این نوع آسیب پذیری می‌تواند باعث از بین رفتن تکیه‌گاه سقف و در نتیجه فرو ریختن آن شود. از طرفی شکست خارج از صفحه دیوارهای بنایی باعث حذف خصوصیات مثبت داخل صفحه دیوار، سختی و مقاومت، میشود. ترک‌های ناشی از حرکات خارج از صفحه دیوارها ناشی از نیروهای لرزهای اولین ترک‌هایی هستند که در ساختمانهای بنایی اتفاق می‌افتند. تحت نیروهای خارج از صفحه، دیوارها به صورت خمشی رفتار نموده و به علت مقاومت کششی کم مصالح بنایی، ترک‌های خمشی در سطح دیوار ایجاد میشوند.
الگوی ترک‌های دیوارهای بنایی تحت نیروهای خارج از صفحه بستگی به وضعیت تکیه گاهی دارد. اگر دیوار در تمام محیط خود توسط تیر و ستون احاطه شده باشد و در نتیجه دارای تکیه‌گاه‌های مناسبی باشد، الگوی ترک خوردگی، مانند خطوط سیلان یک دال ۴ طرف گیردار است. بدین معنا که ترک‌ها از ۴ گوشه دیوار به صورت مایل شروع شده و تا وسط دیوار ادامه می‌یابند. اگر دیوار تنها در بالا و پایین خود دارای تکیه گاه باشد رفتار آن شبیه یک تیر دو سر ساده بوده و تنها یک ترک افقی در وسط آن ایجاد میشود. دیوارهایی که تنها در پایین دارای تکیه‌گاه هستند مانند یک تیر طره رفتار می‌کنند و بسیار تحت نیروهای خارج از صفحه آسیب پذیر هستند.
عوامل موثر افزایش مقاومت
عواملی که باعث افزایش مقاومت خارج از صفحه دیوارها میشوند، شامل موارد زیر است.
- نسبت ارتفاع به ضخامت دیوارهای بنایی (لاغری دیوار).
- اتصال بین دیوار و اجزای پیرامونی، مانند سقف و ستون‌های اطراف.
- بار قائم وارد بر دیوار. هرچه این نیرو بیشتر باشد پایداری دیوار بیشتر است.
- فاصله بین تکیه‌گاه‌های جانبی. هرچه فاصله بین کلاف‌های قائم یا دیوارهای متقاطع کمتر باشد مقاومت خارج از صفحه دیوار بیشتر است.
آسیب پذیری داخل صفحه دیوارها
دیوارهای بنایی در راستای داخل صفحه خود دارای سختی و مقاومت بسیار زیادی بوده و باعث افزایش باربری جانبی ساختمان میشوند. نیروهای داخل صفحه ایجاد شده در این دیوارها باعث ایجاد ترک‌های درون صفحه میشوند که الگوی آنها بستگی به نسبت ابعادی دیوار (ارتفاع به طول)، نیروی قائم، شرایط تکیه‌گاهی و مشخصات مصالح بنایی دیوار دارد.
انواع ترک خوردگی‌های داخل صفحه دیوارهای بنایی
ترک‌های قطری کششی
این گونه ترک‌ها بعلت ایجاد تنش‌های کششی در دیوار تحت نیروی جانبی ایجاد میشوند. به علت ماهیت رفت و برگشتی نیروهای لرزهای این ترک‌ها به صورت ضربدری شکل روی سطح دیوار ظاهر میشوند. ایجاد این ترک‌ها باعث میشود که مقاومت درون صفحه دیوار بشدت کاهش یابد.
ترک‌های برشی
این ترک‌ها بعلت تنش‌های برشی ایجاد شده در ملات بین مصالح بنایی ایجاد میشوند. معمولاً به صورت پله‌ای بر روی سطح دیوار ظاهر میشوند.
ترک‌های ناشی از خردشدگی کنج
این ترک‌ها بعلت تمرکز تنش‌های فشاری در کنج‌های دیوار بوجود می‌آیند.
ترک‌های خمشی
اگر نسبت ارتفاع به طول دیوار زیاد باشد رفتار درون صفحه آن خمشی بوده و در نتیجه ترک‌های افقی خمشی در پایین دیوار ایجاد میشوند. این ترک‌ها به علت مقاومت کششی پایین مصالح بنایی در وجه کششی ایجاد میشوند. به علت ماهیت رفت و برگشتی نیروهای لرزهای این ترک‌ها در پایین دیوار در دو طرف دیوار بنایی مشاهده میشوند.
آسیب پذیری دیوارهای با بازشو
ترک خوردگی در گوشه بازشوها رایج‌ترین نوع ترک در دیوارهای بنایی است. به علت تمرکز تنش در این قسمت‌ها ایجاد میشوند. این ترک‌ها از گوشه‌ها آغاز شده و بصورت قطری به بالا و پایین دیوار ادامه می‌یابند.
ناپایداری موضعی
مجموع ترک‌های ایجاد شده در ساختمان می‌تواند باعث ایجاد قطعات جدا از هم و در نتیجه ناپایداری موضعی شود. این نوع آسیب پذیری معمولاً در انتهای دیوارها به علت وجود بازشوها ایجاد میشود.
آسیب پذیری در محل تقاطع دیوارها
در محل تقاطع دیوارها یکی از دیوارها تحت زلزله در جهت خارج از صفحه حرکت کرده و باعث ایجاد ترک‌های قائم میشود. با ایجاد این ترک تکیه گاه قائم دیوار از بین رفته و احتمال خرابی خارج از صفحه دیوار را افزایش می‌دهد.
لغزش بین دیوارها و سقف
در ساختمان‌ها با سقف سبک در صورتی که اتصال مناسبی بین سقف و دیوار وجود نداشته باشد احتمال لغزش سقف بر روی دیوار تحت ارتعاشات لرزهای وجود دارد. این نوع آسیب پذیری بسیار خطرناک بوده زیرا در صورت افزایش جابجایی نسبی سقف و دیوار تیرچه‌های سقف ممکن است از روی دیوار خارج شده و عملاً تکیه گاه خود را از دست بدهند، که در این صورت سقف بصورت یکپارچه فرو می‌ریزد.
انواع شکست ساختمانهای مصالح بنایی
شکست ساختمانهای بنایی به دو دسته کنترل شونده از طریق تغییر شکل و کنترل شونده از طریق نیرو تقسیم میشوند. شکست‌های کنترل شونده از طریق تغییر شکل انعطا‌ف‌پذیری بیشتری از شکست‌های کنترل شونده از طریق نیرو دارند. لذا در فروریزش‌ها دارای خطر کمتری هستند و قادر به جذب مقدار قابل توجهی از انرژی پس از ترک خوردگی هستند و سازه را به سمت ایمنی بیشتر سوق می‌دهند. در صورتی که شکست‌های کنترل‌شونده از طریق نیرو در طبیعت به صورت ترد و شکننده بوده و به فروریزش‌های ناگهای منتج میشوند.
مقاوم سازی ساختمانهای بنایی نیم اسکلت
ساختمانهای بنایی که مطابق آیین نامه‌های لرزهای، طراحی و ساخته میشوند، کم و بیش رفتاری رضایت بخش دارند. فرو ریختگی و خسارت سنگین نیز در آنها ندرتاً اتفاق می‌افتد. ساختمانهای جدید که کاملاً مطابق مقررات طرح لرزهای، طراحی و اجرا میشوند و ضوابط کنترل مصالح نیز در آنها رعایت میشود، تنها خسارات کمی را متحمل میشوند. رفتار ساختمانهای بنایی نیم اسکلت بدون کلاف با توجه به بررسی‌های انجام گرفتـه بـسیار نامناسب بوده و در حین بارهای لرزهای دچار خسارت‌های عمده جانی و مالی میشود. علت این امر، تردی مصالح بنایی و شکل پذیری کم این گروه از ساختمان‌ها است.
کلاف‌های بتن مسلح، نقش بسیار مهم و تعیین کننده‌ای در جلوگیری از فرو ریختن ساختمان‌هـا داشته و تا حد زیادی باعث کاهش آسیب پذیری میشود. با توجه به نقش کلاف برای بهبود رفتار ساختمان بنایی نیم اسکلت، با ایجاد کلاف، از تمام ظرفیت برشی دیوار استفاده کرده و شکل پذیری سازه را افزایش داد. همچنین در سازه‌هایی که کلاف‌ها در فاصله‌ای بیشتر از حد مجاز قرار داشته با ایجاد کلاف در حد فاصله بین آنها، این گروه از سازه‌ها را مقاوم می‌کنند. نکته مهم این است که در هنگام کلاف بنـدی سازه‌های نیم اسکت باید به مهار مناسب و کامل تیرها در داخل کلاف افقی توجه کامل داشت. بعد از کلاف بندی به بررسی رفتار خارج صفحه دیوار که در اکثر ساختمانهای بنایی تعیین کننده است پرداخته و با ایجاد مهار و تگیه‌گاه مناسب دیوارها را در برابر بار خارج صفحه مقاوم نمایند.
دیوار کلاف بندی شده برای رفتار خارج صفحه دارای عملکرد مناسب‌تری نسبت به بقیه ساختمان‌ها بوده و شـکل پذیری بیشتر نسبت به دیگر سازه‌ها از خود نشان می‌دهد. این در حالی است که در دو نوع دیگر ساختمان‌ها رفتارها تقریباً مشابه بـوده و تفـاوت چندانی با هم ندارند. بنابراین مقایسه نتایج تأثیر بسزای کلاف را در رفتار مناسب سازه بنایی نشان داده و علت این امر به تأخیر انداختن مود گسیختگی ناشی از لغزش است.