مرکزآهن

دفتر فروش     35155-031

031-33332323

درس هایی از زلزله آبان ماه سر پل ذهاب (قسمت اول)

درس های زلزله کرمانشاه

درس هایی از زلزله کرمانشاه در جهت بهینه سازی ساختمان ها

زلزله ای که سال گذشته در کرمانشاه رخ داد، نه تنها  باعث ویران شدن خانه هموطنان گردید بلکه بر روی ذهن آنها نیز تاثیر چند برابر گذاشته است. به گفته متخصصان این حوزه زلزله و آثار روانی آن باعث تاثیر زیادی در افراد می گردد. با مرور زمان این وضعیت زندگی را برای آن ها بسیار سخت خواهد کرد. با بررسی خانه های ویران شده در این زلزله مشاهده شد که عواملی از جمله  اتصال ضعیف تیرآهن و ستون و اتصالات میلگرد سبب این اتفاق ناخوشایند گشته است. واقعیت این است که کشور عزیزمان ایران، در منطقه ای زلزله خیز قرار دارد که ضروری است آمادگی مواجهه با این خطر طبیعی را داشته باشیم و با رعایت عواملی همچون اتصال تیرآهن به ستون می توان از این وقایع ناخوشایند جلوگیری کرد. زلزله یکی از فاجعه های طبیعی است که زندگی ما را تهدید می کند اگر چه اقدامات لازم برای رویارویی با زلزله از اهمیت خاصی برخوردار است اما ترس ناشی از زلزله باعث ایجاد تغییرات روانی در سطوح مختلف بر اساس فرد می شود.

وظیفه مهندسان عمران ساختن ساختمان های ایمن برای مردم است. برای رسیدن به یک ساختمان ایمن باید طبق آیین نامه های لرزه ای و طراحی اقدام گردد. در کشور ما ساختمان سازی بر اساس اصول و قواعد فنی طراحی و اجرا نمی شود و این امر باعث بروز تلفات بسیار زیاد و غیر قابل جبرانی در نقاط مختلف ایران می شود. ساختن خانه های مقاوم در برابر زلزله در کشور، کار چندان دشواری نیست.

می توان با رعایت یک سری اصول اساسی و مهم که آیین نامه های لرزه ای و طراحی از جمله آیین نامه لرزه ای ایران (استاندارد ۲۸۰۰) اشاره می نماید، خانه ها و ساختمان هایی بسیار امن و مقاوم در برابر زلزله های محتمل منطقه ساخت. اما تنها موردی که ما را در ساختن این خانه ها ناتوان نموده است؛ عدم اعتقاد و  وجود باور به رخداد زلزله و امکان خرابی سازه ها در طی آن می باشد.

بحث حاکم در ساخت ساختمان ها توسط اشخاص اعم از  اشخاص فنی و غیر فنی این است که زلزله چه زمانی قرار است اتفاق بیافتد؟ و یا اینکه اگر هم اتفاق بیافتد چیزی نمی شود. تا زمانی که چنین تفکری جای تفکر علمی و تجربه های حاصل از زلزله باشد، کشور ایران شاهد ساخت خانه های بسیار ضعیف و غیرمقاوم در برابر زلزله بوده و در هر زلزله ای تلفات سنگینی خواهد پرداخت.

وظیفه ایجاب می کند که برای جلوگیری از تکرار چنین تلفاتی، از زلزله ی رخداده درس عبرت گرفته و بیاموزیم که برای ساختن خانه های مقاوم چه باید کرد. در این گزارش به برخی از دلایل عمده که اکثر خرابی ها ناشی از این موارد می باشد پرداخته شده و ضوابط آیین نام های و تحقیقی آنها نیز آورده شده است

مشخصات زلزله

مشخصات این زمین لرزه به همراه مشخصات اعلام شده از سوی برخی از مراجع داخلی و بین المللی در جدول زیر آورده شده است.

مشخصات زلزله کرمانشاه

آمار زمین لرزه های ثبت شده در مرکز لرزه نگاری کشوری نشان می دهد که این زمین لرزه تا ساعت ۱۶:۳۰ روز  دوشنبه مورخ  ۲۲ / ۰۸ / ۹۶  با ۱۴۸ پس لرزه همراه بوده است. آمار کلی این زمین لرزه ها در جدول زیر آورده شده است.

اطلاعات زمین لرزه کرمانشاه

خرابی ناشی از وجود میانقاب

با توجه به اهمیت وجود میانقاب ها در طراحی لرزه ای سازه ها در سالهای اخیر کوشش هائی جهت ارائه ضوابط ویژه مربوط به میانقاب ها در آئین نامه های زلزله انجام پذیرفته است. در این راستا با توجه به پیچیدگی، گستردگی و گاه رفتار غیرقابل پیش بینی، آئین نامه ها یا با کلی گوئی، تنها اهمیت میانقاب ها را بر رفتار لرزه ای سازه متذکر شده اند و یا بر اساس پژوهش های پیچیده و با صرف هزینه بسیار به بیان برخی ضوابط ویژه در رابطه با چگونگی در نظر گرفتن اثر میانقاب ها بر رفتار سازه پرداخته اند.

بعنوان مثال آئین نامه زلزله ایران از نوع اول و آئین نامه زلزله اروپا و دستورالعمل های FEMA از نوع دوم این گونه آئین نامه ها هستند. در اینجا لازم است، با توجه به اهمیت موضوع میانقاب ها، ابتدا با دیدگاه آئین نامه لرزه ای ایران (استاندارد ۲۸۰۰) در رابطه با تأثیر میانقاب ها بر رفتار لرزه ای سازه، آشنائی صورت پذیرد.

بطور خلاصه پیشنهادات آئین نامه در این زمینه  به دو صورت کلی زیر بیان گردیده است

الف: در سازه های دارای میانقاب یا باید با جداسازی، مانع مزاحمت میانقاب برای حرکت جانبی قاب شد و یا در غیر اینصورت اثرات اندرکنشی قاب و میانقاب در تحلیل سازه، مد نظر قرار گرفته شود.

حتما بخوانید :  وصله جوشی میلگرد

ب: آئین نامه در یک راهکار ساده و کلی، پیشنهاد نموده، تا زمان تناوب اصلی سازه در ساختمانهای دارای میانقاب به میزان ۲۰ درصد کاهش یابد، تا بطور ضمنی سختی قابهای میان پرشده و در نتیجه افزایش نیروی زلزله وارد بر سازه مد نظر قرار گیرد.

اکنون این پیشنهادها، مورد نقد و بررسی قرار می گیرند، تا شناخت لازم در مورد آنها صورت پذیرد. در رابطه با جداسازی میانقاب از قاب باید گفت، در حالی که اکثر ساختمانهای موجود دارای میانقاب هستند، اما تقریباً شناختی کافی از چگونگی جداسازی میانقاب از قاب به ویژه در بین عموم وجود ندارد. ضمن آنکه، جداسازی میانقاب از قاب بعلت عدم مقرون به صرفه بودن و همچنین عدم به وجود آمدن جداسازی واقعی، توصیه نمی شود. از سوی دیگر، تحلیل سازه با در  نظر گرفتن اثر میانقاب ها نیز، به علت عدم آگاهی از چگونگی در نظر گرفتن میانقاب ها در تحلیل، در عمل مورد استفاده قرار نمی گیرد.

خرابی پیوسته در ستونها

همچنان که در شکل زیر مشاهده می شود با توجه به اینکه در طرفین طره ستون وجود دارد و دیوار انتهایی طره که در حدود ۱ الی ۲/۱ متر اجرا شده است به ستونها چسبیده و مانع حرکت آزادانه ستونهای طرفین خود شده است. لذا این امر باعث شده است که همه ستونها در روی هم دارای شکست برشی شده و گسیخته شوند.

خرابی ساختمان کرمانشاه
شکل راست مربوط به خرابی پیوسته در ستون ها و شکل سمت چپ مربوط به خرابی برشی در ستون توسط میانقاب می باشد.

همچنان که در شکل بالا مشاهده می گردد، دیوار بالکن تا ارتفاع کمتری اجرا شده و بقیه ارتفاع ستون آزاد است؛ لذا بالای ستون حرکت جانبی آزادی داشته ولی در پایین ستون دیوار مانع حرکت شده و گسیختگی اتفاق افتاده است. این نوع شکست در اثر تشکیل ستون کوتاه ایجاد می شود. وقتی طول ستون کاهش پیدا میکند (طولی که آزادانه حرکت می کند)، سختی خمشی افزایش یافته و شکست خمشی به تعویق میافتد، لذا شکست برشی زودتر از شکست برشی اتفاق افتاده و باعث شکست ترد در ستون میگردد. برای جلوگیری از ایجاد ستون کوتاه باید رفتار ستون در محدوده ی ارتجاعی باقی بماند.

همچنین با توجه به ابعاد سطح مقطع ستون و بر حسب ارتفاع بخش ستون کوتاه، مکانیزم های گوناگونی برای شکست آن ممکن است. اگر ارتفاع ستون کوتاه در مقایسه با ابعاد مقطع ستون بسیار کم باشد، شکست برشی رخ خواهد داد که منجر به ترکهای قطری و ترک خوردگی بتن خواهد شد. تاثیر میانقاب در ایجاد ستون کوتاه در شکل های زیر نشان داده شده است.

خرابی زلزله کرمانشاه

تصاویر بالا نشان دهنده تاثیر میانقاب در تشکیل ستون کوتاه می باشند.

همچنین می توان تاثیر کاهش ارتفاع در افزایش مقدار برش ستون را در شکل زیر مشاهده نمود.

خرابی ساختمان کرمانشاه

کاهش ارتفاع ستون و افزایش برش در ستون کوتاه

تشکیل طبقه نرم

نکته بسیار مهم این است که یک طراح حرفه ای باید توجه کند تغییرات شدید در تعداد میانقاب ها در دو طبقه مجاور ممکن است بسیار مساله ساز باشد. این مساله به خصوص در موضوع پیلوت ساختمان ها بسیار جدی است. آنچنان که در ساخت و ساز شهری ایران عرف است، معمولا در طبقه اول ساختمان ها از حجم میانقاب ها به صورتی قابل ملاحظه کاسته می شود. دلیل این موضوع نیز تامین کاربری پارکینگ در پیلوت  است. شکل زیر نمونه ای از یک طرح معماری است که به شکلی آشکار این مساله را نشان می دهد.

تاثیر میانقاب

حذف میانقاب های طبقه همکف

کاهش عمده میانقاب ها در پیلوت نسبت به طبقات بالا به معنای تغییر قابل ملاحظه سختی دو طبقه مجاور است. این کاهش سختی بر اساس آموخته های مهندسی زلزله پذیرفتنی نیست. در یک سازه با سختی یکنواخت در ارتفاع، انتظار می رود در هنگام زلزله های شدید مفاصل پلاستیک در ارتفاع سازه توزیع شده و استهلاک انرژی زلزله در چندین ایستگاه صورت پذیرد. اما نرم بودن یک طبقه نسبت به طبقات فوقانی کاملا این توزیع یکنواخت خرابی را مختل می کند.

به طوری که تمام تقاضای شکل پذیری تنها در طبقه پیلوت متمرکز می شود. به عبارتی دیگر، در دو انتهای ستون های پیلوت مفصل پلاستیک شکل گرفته و عملا طبقات فوقانی از استهلاک انرژی معاف می شوند. اگر انرژی عظیم زلزله تنها در مفاصل محدودی مستهلک شود، افت شدید سختی و مقاومت ستون های پیلوت امری مورد انتظار خوهد بود. نتیجه عینی این موضوع، افزایش احتمال رخداد فروریزش در پیلوت است (شکل زیر)

حتما بخوانید :  آیا پشم شیشه سرطان زاست ؟

خرابی ساختمان کرمانشاهتمرکز انرژی در طبقه همکف و خرابی طبقه

خرابی ساختمان کرمانشاه

تمرکز انرژی در ستون های طبقه همکف

با توجه به تصاویر منتشر شده از سازه های شهر سرپل ذهاب و مناطق آسیب دیده در زلزله اخیر، اکثر ساختمان های مجتمع های مسکونی در طبقه همکف بدون میانقاب بوده و در طبقات بالایی میانقاب ها به ستونهای کناری چسبیده اند. این موضوع باعث تغییر سختی جانبی طبقات شده است. بر اساس توضیحات ارائه شده در بالا، به دلیل اینکه طبقه همکف سختی کمتری نسبت به طبقات بالایی دارد، تغییر شکل های فرا ارتجاعی در این طبقه متمرکز شده و اکثر انرژی زلزله در این طبقه تخلیه می شود. لذا این موضوع سبب خرابی طبقه همکف شده است. تصویر پایین طبقه همکف این سازه ها را بدون میانقاب نشان می دهد.

خرابی ساختمان ها کرمانشاه
حذف میانقاب از طبقات همکف

عدم وجود میانقاب ها در طبقه همکف باعث شده است که در اکثر این سازه ها، طبقه همکف به کلی حذف شده و طبقات بالایی بر روی آن طبقه فروریخته و عملا یک طبقه را حذف کنند. این موضوع به وضوح در شکل پایین نشان داده شده است.

خرابی ساختمان کرمانشاه

تشکیل طبقه نرم و فرو ریزش سازه ها

ناپایداری ستونها

ستون ها اعضای مقاوم ثقلی برای تمام سازه ها محسوب می شوند. در سیستم قاب خمشی ستون ها جز اعضای مقاوم جانبی نیز هستند. لذا پایداری این اعضا برای پایداری سازه ها بسیار مهم و ضروری است. دقت در طراحی و اجرای ستونهای بتنی باید بگونه ای باشد که ستون در موقع وقوع زلزله پایداری و مقاومت خود را حفظ نماید. برای حفظ پایداری ستون باید رفتار لرزه ای ستونها مناسب بوده و عملکرد آنها بهبود یابد.

در زلزله اخیر کرمانشاه عواملی که برای پایداری ستونها می بایست رعایت شود، در نظر گرفته نشده بودند و باعث آسیب دیدگی این اعضا شده اند که ذیلا مورد بررسی قرار گرفته است. تحقیقات و گزارش های موجود در زمینه  شکست سازه های بتنی در اثر زلزله نشان می دهد که نزدیک به نود درصد این سازه ها در اتصالات دچار شکست شده اند. هنگام وقوع زمین لرزه اتصال تیرآهن به ستون در سازه های بتن مسلح دچار تنش های زیادی می شود.

بر اثر این تنش ها اکثراً گره اتصال دچار آسیب شده و حتی بعضاً گسیخته می شوند. گسیخته شدن گره اتصال می تواند باعث خرابی و فرو ریزش کل ساختمان گردد. با توجه به این مسئله در سال های اخیر اکثر آئین نامه های لرزه ای توجه خاصی به گره اتصال معطوف داشته اند. در آئین نامه های طراحی، فلسفه طراحی بر مبنایی استوار است که آخرین قسمتی که آسیب می بیند اتصال تیرآهن به ستون باشد. به این دلیل که بعد از زمین لرزه:

الف- ترمیم اتصال مشکل است

ب- گره اتصال نیروهای ثقلی را بعد از زمین لرزه باید بتواند تحمل کند

بدین منظور آئین نامه های مختلف برای تقویت اتصالات ضوابط مختلفی را ارائه کرده اند. این ضوابط عمدتاً برای اطمینان از وجود مقاومت کافی و محصور شدگی اتصال به منظور تامین شکل پذیری لازم در باربری نهایی تنظیم گردیده اند، اما در بسیاری از سازه های بتنی به دلیل دشواری اجرا، جزئیات آرماتور گذاری مورد نظر آئین نامه ها اجرا نمی گردد.

از طرف دیگر بسیاری از سازه های بتنی موجود بر اساس آئین نامه های قدیمی طرح شده اند، به همین دلیل تقویت اتصالات بتن آرمه به منظور جبران ضعف ناشی از کمبود آرماتور گذاری عرضی، مسئله حائز اهمیتی محسوب می شود.

تاثیر میانقاب در شکست اتصالات ستونها

ستونها در مقابل بارهای جانبی باید بصورت آزادانه تغییر شکل داده و مانعی در مقابل حرکت جانبی آنها وجود نداشته باشد. همچنان که از تصاویر حاصل از زلزله نشان می دهند، میانقاب ها در اکثر سازه ها چسبیده به ستونها هستند؛ لذا این مورد باعث جلوگیری از حرکت آزادانه ستونها در مقابل زلزله شده و نیروی برشی ناشی از میانقاب شکست ترد در ستونها را حاصل شده است.

نمونه ای از آن شکستها در  شکل ۱۲ آورده شده است. همچنان که در شکل پایین نشان داده شده است، وجود میانقاب مانع حرکت آزادانه ستونها شده و شکست برشی را برای ستونها تحمیل نموده است. بر اساس آیین نامه ۲۸۰۰ وقتی در سازه میانقاب در نظر گرفته می شود، باید اثرات میانقاب هم بر روی قاب در نظر گرفته شده و قاب در مقابل این اثرات کنشی طراحی گردد. در اکثر سازه های ساختمانی کشور، این موضوع بعنوان یک مشکل اساسی در هنگام وقوع زلزله می باشد.

حتما بخوانید :  100 نکته طلایی در ساختمان سازی و محاسبات مربوطه

خرابی ساختمان های کرمانشاه

شکست ستون توسط میانقاب

ستون ضعیف و تیرآهن قوی

تجربه زمین لرزه های سراسر جهان همراه با صدمات قابل توجه و آموزه های بیشمار آنها، عامل و انگیزه پیشرفت دانش مهندسی زلزله و سازه در راستای رسیدن به مرحله ای از طرح سازه ها بوده است که بتواند رفتار لرزه ای آنها را درست مطابق با خواست و منظور طرح فراهم آورد؛ عواملی همچون تنوع سازه ها، سرشت تصادفی و عدم قطعیت زلزله ها و اثرگذاری عوامل بیشمار بر عملکرد یک سازه در زمان زلزله، تاکنون مانع از دستیابی به هدف مذکور بوده است.

وقوع زلزله در مناطق مختلف جهان همراه با صدمات قابل توجه به مستحدثات می باشد که نتیجه آن تلفات جانی و اقتصادی قابل توجه به ساکنین مناطق مذکور است.  کشور ایران نیز به علت واقع شدن بر روی کمربند زلزله از یک سو و عدم رعایت دقیق ضوابط و مقررات آیین نامه ای توسط طراحان از سوی دیگر، هر از چند گاهی در اثر وقوع زلزله های مهیب و وقوع خسارات شدید در ساختمان ها، شاهد آسیب های جانی و مالی فراوانی بوده است.

تجربه حاصل از زلزله های گذشته در سراسر جهان و ایران بیانگر این موضوع هستند که ساختگاهی که در آن ساختمان ها بایستی بطور مناسب برای تقویت خمشی بتن مسلح طراحی شده باشند، به دلیل یک یا ترکیبی از عوامل زیر از عملکرد قابل قبولی برخوردار نیستند. منظور از رعایت ضابطه تیرآهن ضعیف و ستون قوی این است که در سیستم های باربر جانبی قاب خمشی، مفصل پلاستیک در اثر نیروهای ناشی از زمین لرزه در تیرآهن به جای ستون تشکیل گردد.

زیرا اول اینکه تیرآهن در سیستم های قاب خمشی، از شکل پذیری مناسب برخوردار است و پس از تشکیل مفصل پلاستیک می تواند با شکل پذیری خود، نیروهای ناشی از زلزله را تا گسیختگی جذب کند؛ این در حالی است که ستون رفتاری ترد داشته و با تشکیل مفصل پلاستیک در ستون هر لحظه احتمال شکست ستون وجود دارد. ضمناً مبنای طراحی بر اساس خرابی تیرآهن است نه ستون، چرا که با خرابی تیرآهن قسمتی از سازه تخریب میشود و این در حالی است که ممکن است با خرابی ستون، کل سازه در معرض خطر خرابی و خسارت عمده قرار بگیرد. برای برداشت صحیح از فلسفه تیرآهن ضعیف و ستون قوی به شکل زیر توجه نمایید. وزن تیرآهن نیز باید در این وضعیت مورد توجه قرار گیرد.

خرابی منازل کرمانشاه
نمایش تیر ضعیف و ستون قوی

همچنان که در شکل پایین مشاهده میشود، تیرآهن باید ضعیف تر از ستون بوده و در موقع وقوع زلزله تیرآهن زودتر از ستون خراب شده و با استهلاک انرژی زلزله از ایحاد خرابی در ستون جلوگیری نماید. رفتار لرزه ای سازه در حالتی که تیرآهن ضعیف و ستون قوی و در حالتی که تیرآهن قوی و ستون ضعیف است در شکل پایین نمایش داده شده است.

خرابی منازل کرمانشاهتاثیر تیر و ستون در رفتار لرزه ای سازه

همچنان که در شکل های پایین مشاهده میشود، در صورتی که ستون زودتر از تیرآهن خرابی شود، مقدار خرابی در یک طبقه متمرکز شده و احتمال تشکیل طبقه نرم نیز وجود دارد. در این صورت سازه توانایی تحمل تغییر شکلهای بزرگ را ندارد. اما در صورتی که ستون قوی و تیرآهن ضعیف باشد، مقدار خرابی در کل طبقات پخش می گردد که این امر باعث بهبود عملکرد لرزه ای سازه ها شده و سازه توانایی تحمل تغییر شکل های جانبی بیشتری را خواهد داشت.

لازم به توضیح است که تیرآهن ضعیف و ستون قوی در هر طبقه ای از سازه می تواند رخ دهد. در زلزله کرمانشاه عدم وجود تیرآهن ضعیف و ستون قوی باعث خرابی بسیاری از سازه ها شده است. همچنان که از تصاویر و مشاهدات پیدا است، اکثر تیرهای بتنی در سازه های خراب شده سالم بوده ولی ستون ها دچار خرابی بیشتری شده اند. این موضوع در اشکال ۱۵ الی ۱۷ آورده شده است.

تیر ضعیف ستون قوی

عدم رعایت تیر ضعیف و ستون قوی

خرابی منازل کرمانشاه

عدم رعایت تیر ضعیف و ستون قوی

تیرآهن ضعیف ستون قوی

عدم رعایت تیر ضعیف و ستون قوی

تاریخ
نام آیتم
درس هایی از زلزله آبان ماه سر پل ذهاب (قسمت اول)
امتیار نویسنده
51star1star1star1star1star

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *