کاربرد شمع - ستون لوله ای در بهسازی لرزه ای ساختمان های کوتاه
چکیده:
کاهش آسی بپذیری ساختمانها در برابر زلزله، در دو دهه اخیر، یکی از مهمترین چالش های پیش روی مسؤلان کشور بوده است. حساسیت این موضوع با توجه به بافت فرسوده نقاط لرز هخیز، ساخت و ساز بناها بدون رعایت استانداردهای اجرایی و استفاده از آیین نامه های طراحی قدیمی در دهه های گذشته دو چندان شده است، در نتیجه بهسازی لرزه ای ساختمانهای موجود برحسب اهمیت ساختمانها در برنام ههای کلان مدیریتی مطرح گردیده و در حال پیشرفت م یباشد. در این میان ساختمانهای کوتاه مرتبه که اکثریت ساختمانهای موجود در کشور را تشکیل می دهند و از مقاومت لازم در برابر نیروهای جانبی ناشی از زلزله برخوردار نمی باشند، در اولویت اول قرار م یگیرند. در این مقاله کاربرد شمع – ستون لوله ای به عنوان یک روش نوین برای مقاوم سازی ساختمانهای کوتاه معرفی می گردد. در این روش بدون ایجاد تخریب قابل توجه در سازه و متوقف نمودن طولانی مدت بهره برداری از ساختمان، می توان با ایجاد یک سیستم باربر جانبی، آنرا در برابر زلزله مقاوم نمود. سیستم اصلی باربر متشکل از یک شمع ستون جدار نازک توخالی به شکل لوله یا قوطی می باشد که با رفتار طر های، بارهای ناشی از زلزله را تحمل نموده و انرژی ناشی از آن را جذب م ینماید. در این مقاله جزئیات سیستم باربر جانبی ارائه شده و مشخصات آن به کمک یک روش تحلیلی برای یک ساختمان نمونه سه طبقه بررسی گردیده است.نتایج نشان می دهند که سیستم پیشنهادی، معیارهای آیی ننامه های طراحی لرزه ای را برآورده نموده و در عین اینکه دارای هزینه قابل قبول می باشد از نظر اجرایی عملی و امکان پذیر است.
واژه های کلیدی : مقاوم سازی، ساختمانهای کوتاه مرتبه، بهسازی لرزه ای، ساختمانهای با مصالح بنایی
١‐ مقدمه
واقع شدن کشور ایران در پهنه لرزه خیز، همواره در طول تاریخ سبب خسارات انسانی و اقتصادی فراوانی گردیده است. از آنجائیکه خطر ناشی از زلزله دامنة وسیعی از ساختمانهای واقع در روستاهای کوچک تا شهرهای بزرگ کشور را در بر می گیرد. لذا ساختمانهایی که در معرض خطر پذیری جدی ناشی از زلزله م یباشند را می توان در سه گروه تقسیم بندی نمود :
١ ‐ ساختمانهایی که بدون تأمین مقاومت در برابرنیروهای جانبی زلزله طراحی و اجراء شده اند .
٢ ‐ ساختمانهایی که بر اساس آئین نامه های قدیمی طراحی شده و از پتانسیل مقاومت، سختی و شکل پذیری مناسب بر اساس معیارهای جدید برخوردار نم یباشند .
٣ ‐ ساختمانهایی که بر اساس ضوابط جدید طراحی شده ولی از نظر اجرا مطابق با استانداردها ساخته نشد هاند .اکثر ساختمانهایی که از خطر پذیری زیادی برخوردار می باشند، در گروه اول قرار گرفته و خسارات انسانی و اقتصادی متحمل شده در زلزله های گذشته مربوط به این گروه از ساختمانها می باشد. برای کاهش آسیبهای ناشی از زلزله برای این گونه ساختمانها که مبحث اصلی این مقاله میباشد دو راه حل کلی وجود دارد :
الف – تخریب و بازسازی مجدد
ب – مقاوم سازی و بهسازی بنای موجود
با توجه به اینکه راه حل اول، هزینه و زمان بسیار زیادی را طلب می کند ، در اکثر موارد سعی می شود راه حل دوم برگزیده شود.
در دو دهة اخیر، روشهای گوناگونی برای بهسازی ساختمانها مطر ح و اجرا شده است ولی قدمت تدوین معیارها و آئی ننامه های جدید بهسازی مربوط به این مسأله حتی به یک دهه نیز نم یرسد . این موضوع در حالی است که در کشور ایران مسأله بهسازی بسیار نوپا بوده و در حال تکامل می باشد . در این راستا مقاله حاضر یک روش جدید برای مقاوم نمودن ساختمانهای کوتاه مرتبه (با ارتفاع تا سه طبقه) که از سیستم باربری جانبی برخوردار نمی باشند ،معرفی می نماید .در قسمتهای بعد ابتدا اهداف مورد انتظار از این روش بیان می گردد ، سپس مشخصات این روش و نحوه عملکرد آن تشریح شده و محاسبات اولیه برای یک ساختمان نمونه ارائه می شود.
٢‐ اهداف روش نوین بهسازی لرز های
هدف اصلی از ارائه روش نوین بهسازی لرزه ای برای ساختمانهای کوتاه مرتبه، همان هدف آیین نامه طرح ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد ٢٨٠٠ ) می باشد که در حقیقت کاهش تلفات جانی و خسارات مادی در برابر زلزله های شدید ( زلزله های با دوره بازگشت ٤٧٥ سال و ١٠ % احتمال رویداد در ٥٠ سال عمر مفید ساختمان ) می باشد. در عین حال اهداف دیگری نیز برای این روش وجود دارد که عبارتند از :
‐ کاهش هزینه عملیات اجرایی
‐ کاهش زمان اجرا
٣‐ تشریح روش نوین بهسازی لرزه ای
اساس این روش بر این فرض استوار است که ساختمان در برابر نیروهای جانبی زلزله از هیچگونه سیستم ساز های مقاوم برخوردار نبوده و حداکثر تعداد طبقات ساختمان به سه طبقه محدود می گردد. به این ترتیب با اضافه نمودن یک سیستم جدید باربر جانبی به سازه موجود، سختی، مقاومت و شکل پذیری مورد نیاز در زلزله در حالیکه وظیفه حمل بارهای ثقلی به عهده سیستم باربر قائم موجود ساختمان می باشد، تأمین می گردد.
٤‐ سیستم سازه ای پیشنهادی
بطور کلی از نظر ساز های سیستم جدید متشکل از یک ستون فلزی طر های بوده، که بصورت شمع در داخل خاک قرار می گیرد، بطوریکه بارهای جانبی زلزله را با تغییر شکل های خمشی و تکیه جانبی بر خاک به زمین انتقال می دهد. در این قسمت جانمایی این سیستم در پلان و در ارتفاع نشان داده شده و چگونگی اتصال آن با سقفها و پی ساختمان ارائه م یگردد.
4-1- جانمایی سیستم در پلان
در این روش باید دو فضای مناسب که نسبت به یکدیگر، در پلان بصورت متقارن قرار م یگیرند ، برای نصب سیستم مقاوم پیش بینی گردد. مساحتی که این دو فضا اشغال می کنند به تعداد طبقات، مساحت زیربنا و کاربری ساختمان بستگی دارد. در شکل ١ محل این فضاها بصورت شماتیک نشان داده شده است. برای کاهش اثرات ناشی از پیچش حاصل از خروج از مرکزیت، فضاهای مورد نظر باید تا حدامکان در کناره ها و گوشه های ساختمان قرار گیرند.
