مرکزآهن

خط ویژه 35155-031

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

درس های زلزله کرمانشاه2

عدم رعایت طول مهاری میلگرد ها

بررسی شکست های مشاهده شده در سازه ها در زلزله های گذشته نشانگر آن است که در اکثر موارد، خرابی ها به علت طول کوتاه وصله، شکل پذیری پایین، فاصله زیاد آرماتورهای عرضی و محبوس شدگی نامناسب آرماتورهای وصله شده، بوده است. با توجه به ضوابط آیین نامه ها که در آنها برای سطوح پذیری متوسط و معمولی وصله در پای ستون مجاز دانسته شده است و به دلیل سهولت در اجرا، در اغلب موارد برای این سطوح شکل پذیری طراحی وصله ستونها در پای ستون اجرا می شود.

این محل نامناسب ترین محل برای وصله در ستون است چرا که دقیقاً منطبق بر محل ماکزیمم لنگر در ستون بوده و احتمال وقوع تغییر شکلهای غیرخطی (تشکیل مفاصل پلاستیک ) در آن بسیار زیاد است. بارهای رفت و برگشتی زلزله و تمرکز تغییر شکلهای غیرخطی در این محل منجر به وقوع لغزش در وصله شده، میتواند رفتار ستون را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. مطالعات نشان دهنده ی این است که وجود وصله در ستون و همچنین عدم تامین طول مهاری کافی در آن باعث کاهش ظرفیت سازه و  انهدام ستون می گردد. برای بررسی تاثیر وصله در ظرفیت خمشی و محوری ستون به شکل ۱۹ کنید

طول مهاری میلگردها

در زلزله اخیر کرمانشاه تعدادی از ستونها به دلیل عدم رعایت طول مهاری دچار گسیختگی شده اند. طول مهاری از جمله آن مباحث بحث براگیز در اجرا و طراحی است که متاسفانه مهندسان طراح و اجرا و حتی ناظرین نیز به این مورد اهمیت چندانی قائل نمی شوند. سهل انگاری و ساده انگاری در مورد تاثیر طول مهاری در رابطه با شکست اعضای بتنی می تواند آسیب های جدی و شدیدتری را به سازه وارد نماید. در شکل ۲۰ نمونه ای از این مهم آورده شده است.

طول مهاری میلگردها

طول مهاری میلگردها

طول مهاری میلگردها

طول مهاری میلگردها

عدم خاموت گذاری مناسب در دو انتهای بحرانی ستونها

پس از تجربیات زلزله ۱۹۷۱ ژاپن که کمبود آرماتورهای عرضی ای که مقاومت برشی ستون ها را تامین می کردند موجب گسیختگی ستونها گردید و نهایتاً گسیختگی این ستون ها مسئول فروریختگی کلی یا جزئی ساختمان ها و پل های راه آهن و بزرگراه ها شد. الزام به طراحی برشی مناسب تر، خطر لرزه ها را کاهش داد بطوریکه در زلزله ۱۹۹۵ کوبه سازه های بتنی ساخته شده بعد از سال ۱۹۷۱ بطور قابل توجهی بهتر از همتایات قبل از خود عمل کردند که عمدتا بعلت بهبود در طراحی برشی ستون ها بود. تجربیات متعدد نشان داده که انتهای این میلگرد های دور پیچ بایستی حداقل ۱۳۵ درجه به سمت داخل خم شوند تا در زیر تنش ها بسته باقی بمانند. مساله ای که عمدتا در اجرا رعایت نمی شود.

به گفته miyamoto خاموت بخش ترسناکی از سازه است چراکه آخرین خط دفاعی سازه در برابر تنش های ناشی از زلزله محسوب می گردد.

ستونهای بتنی بشرط آنکه خاموتهایی که اطراف میلگرد های طولی را احاطه می کنند با زاویه مناسبی به داخل خم شوند در برابر زلزله های قدرتمند قادر به مقاومت خواهند بود.

بنا به سخنی از پروفسور تاکادا که گفته بود ما کوبه را دوباره ساختیم و این موضوع اهمیت ندارد که چقدر برای آن هزینه کردیم، مهم اینست که انسانهایی را که برای آینده کشور ژاپن تربیت کرده بودیم اینک در میان ما نیستند.

شاید دانستن اینکه چگونه کارهای ساده اینچنینی قدمهایی است که تغییرات اساسی ایجاد می کنند؛ بتواند فعالان ساخت و ساز را به این باور برساند که زحمت چند ثانیه ای برای خم کردن مناسب خاموت ها و رعایت فاصله آنها خصوصا در نقاط بحرانی اعضا، می تواند مانع از فروریختن ساختمان بر سر فرزندانشان باشد.

خاموت ها علاوه بر تحمل نیروهای برشی وظیفه بسیار مهمتری هم در سازه های بتن آرمه دارند. خاموت ها با دورگیری هسته داخلی بتن، باعث افزایش شکل پذیری شده و رفتار سازه را بهبود می بخشند. هر سازه ای که شکل پذیری مناسبی داشته باشد قادر به تحمل بیشتر زلزله در ناحیه فراارتجاعی خواهد بود. هر چقدر مقدار خاموت ها و میلگرد های عرضی بیشتر بوده و فاصله آنها کمتر و از سنجاق های یا خاموت های بیشتری در داخل مقطع استفاده شود، دورگیری هسته داخلی بتن افزایش یافته و شکل پذیری مقطع نیز افزایش خواهد یافت. در شکل ۲۴ تاثیر خاموت در دورگیری میلگرد های طولی و هسته داخلی بتن نشان داده شده است.

خاموت زنی

همچنان که در شکل مقابل دیده می شود؛ هرچقدر میلگرد های طولی در گوشه های خاموت ها قرار بگیرند، دورگیری هسته داخلی بتن مقطع بیشتر بوده و بهتر صورت می گیرد که در این صورت شکل پذیری مقطع و المان نیز افزایش می یابد. در زلزله کرمانشاه موارد متعددی مشاهده می شود که بخاطر عدم رعایت فاصله خاموت گذاری در طول بحرای ستونها (دو انتهای ستون)، ستون ها قادر به تحمل تغییر شکل های بیشتری نشده و از شکل پذیری کمتری برخوردار بوده و شکست در آنها رخ داده است.

خاموت گذاری

کمانش ستونها

همچنان که از تصاویر ارسالی از زلزله کرمانشاه مشاهده می گردد در بسیاری از موارد ستونها دچار کمانش موضعی و کلی شده و باعث افت ظرفیت در سازه و سازه را در آستانه خرابی و فروپاشی قرار داده است. در طراحی ستونها، خصوصا ستونها بتن آرمه باید دقت کافی در خصوص انتخاب مناسب ابعاد نسبت به ارتفاع ستون رعایت گردد تا ستونها دچار کمانش نگردیده و باعث خرابی سازه نگردند. نمونه ای از خرابی ناشی از کمانش ستون ها در شکل ۲۶ آورده شده است.

حتما بخوانید :  ضوابط پذیرش آزمایش میلگرد و بتن

کمانش ستون

کمانش ستون

خروج از مرکزیت در پلان

با نگاهی به زلزله های گذشته مشخص می شود که ساختمان های نامنظم، در مقایسه با ساختمانهای منظم، در هنگام وقوع زلزله، از عملکرد مناسبی برخوردار نبوده اند و تاثیر مودهای بالاتر ارتعاشی در پاسخ لرزه ای این ساختمانها تعیین کننده است. بر این اساس، بی نظمی های موجود در سازه که در هنگام وقوع زلزله موجب تشدید اثر آن در سازه خواهد شد، باید مورد توجه بیشتری قرار بگیرد. اما با این حال، بیشتر روش های مطرح شده برای سازه های منظم مورد بحث و ارزیابی قرار گرفته اند و توجه چندانی به سازه های نامنظم نشده است.

بیشتر آیین نامه های لرزه ای، نیروهای زلزله را بسیار کمتر از نیروهای واقعی که در طی یک زلزله شدید به یک سازه ی الاستیک خطی وارد می شود، در نظر می گیرند. با این وجود، طبق این آیین نامه ها،  طوری باشد که ایستایی ساختمان در زلزله ، باید پاسخ غیرخطی سازه طرح شده های شدید حفظ شده و تلفات جانی به حداقل برسد.

بی نظمی در ارتفاع و پلان سبب می شود که نیرو ها و تغییر مکانهای سازه، به طور عمده با مقادیری که از روش معادل استاتیکی بدست می آید، فرق کند. بایستی توجه داشت که بی نظمی زیاد ممکن است ایستایی ساختمان را در زلزله های شدید که هدف آیین نامه هاست، دچار مشکل کند. تقریبا در بیشتر ساختمانها بی نظمی وجود دارد، ولی به دلیل ناچیز بودن، می توان از اثر آن چشم پوشی کرد.

ولی اگر بی نظمی عمده ای در سازه وجود داشته باشد که نتوان از آن اجتناب کرد یا با تغییرات طراحی اثر آن را حذف نمود، طراح می بایست برای بررسی دقیق تر سازه از تحلیل های دینامیکی استفاده نماید تا پاسخ لرزه ای را با منظور نمودن اثر پیچش ایجاد شده در سازه محاسبه نماید.

عوامل متعددی باعث ایجاد خروج از مرکزیت در سازه ها شده و پیچش در سازه القاء می گردد. از جمله موارد عدم استفاده متقارن و صحیح مهاربندها در پلان می باشد. شکل ۲۸  نمونهای از مهاربندی نامتقارن در راستای X را نشان می دهد.

مرکزیت در پلان

مرکزیت در پلان

کمانش موضعی مهاربندها و تشکیل مفاصل پلاستیک درتیرهای پیوند

در طراحی اعضای کششی و فشاری از جمله مهاربندها، علاوه بر مقاومت کششی و فشاری، کمانش حاصل از بارهای فشاری نیز باید کنترل شود. کمانش در مهاربندها در صفحه و خارج از صفحه می توان اتفاق بیافتد که باید توسط مهندس طراح هر دو کمانش داخل و خارج از صفحه کنترل گردد. علت اصلی کمانش افزایش لاغری مهاربند است. برای کاهش لاغری میتوان شعاع ژیراسیون مقطع را افزایش داده و از ایجاد کمانش جلوگیری نمود. در زلزله کرمانشاه مشاهده می گردد که در اکثر سازه ها برای مهاربند از تک ناودانی استفاده شده است که از لحاظ لاغری جوابگوی نیاز کمانش نبوده و کمانش داخل صفحه و خارج صفحه در آن ها رخ داده است. نمونه ای از کمانش ها در شکل ۳۰ و ۳۱ نشان داده شده است.

کمانش موضعی مهاربندها

کمانش موضعی مهاربندها

فروریختن دیوارهای پیرامونی بدون Wall Post

برخلاف عناصر سازه ای، بیشتر عناصر غیرسازه ای از جمله عناصر معماری در زلزله های خفیف تا متوسط نیز دچار آسیب می شوند. از جمله عناصر غیرسازه ای که بیشترین پتانسیل تخریب کلی ساختمان را دارد، دیوارهای پرکننده می باشد.خسارات وارده بر دیوارها می تواند خطراتی برای سازه، ساکنین و سایر عناصر غیرسازه ای ایجاد کرده و همچنین مشکلات اساسی برای کارایی سازه و کاربری ساختمان ایجاد نماید.

 در آئین نامه ۲۸۰۰ ایران، واژه تیغه ها و جداگرها، معادل دیوارهای غیرسازه ای می باشد. در آیین نامه Eurocode 8 دیوار غیرباربر، دیواری است که برای مقاومت در برابر نیروها نبوده و می تواند برداشته شود بدون این که آسیبی به یکپارچگی سازه باقی مانده وارد گردد. در استاندارد نیوزلند، پانل پرکننده، دیواری است که از هر چهار طرف توسط تیرها و ستون ها قاب شده و در مقاومت برشی درون صفحه ای قاب مشارکت می کند، ولی برای مقاومت در برابر بارهای عمودی به غیر از وزن خود طراحی نمی شود. تیغه نیز یک دیوار غیر باربر بوده و به عنوان بخشی از سازه مقاوم در برابر زلزله نمی باشد.

دیوار غیر باربر، دیواری است که نیروهای قائم به غیر از وزن خود را تحمل نمی کند و پرکننده، یک پانل بنایی است که در میان یک قاب فولادی یا بتنی محصور شده است. دیوار غیرسازه ای، شامل تمام دیوارها به غیر از دیوارهای باربر یا دیوارهای برشی است. تیغه نیز جزء عناصر داخلی غیرسازه ای است که فضاها را تقسیم می کند.

حتما بخوانید :  میلگرد کلاف چیست ؟

عملکرد نامطلوب دیوارها در زلزله

بر اساس تجارب زلزله های گذشته آسیب های وارد بر دیوارها و آن دسته از آسیب های وارد بر سازه که در اثر عملکرد دیوارها ایجاد می شود در سه سطح کلی قابل بررسی می باشد؛ در سطح یک تنها دیوار دچار آسیب می گردد، این آسیب ها تحت عنوان شکست درون صفحه ای دیوار قابل بررسی بوده و در مورد دیوارهای مجزا و میان قاب ها صادق است. در سطح دو، دیوار دچار آسیب شده و احتمال وارد شدن آسیب به دیگر عناصر غیر سازه ای و انسان ها نیز ایجاد می گردد.

این دسته از آسیب ها تحت عنوان شکست برون صفحه ای دیوارها شامل دیوارهای مجزا و میان قابها قابل بررسی است. در سطح سه، دیوار موجب وارد شدن آسیب به سازه ساختمان می گردد. در این سطح ممکن است ابتدا دیوار دچار شکست، به ویژه شکست درون صفحه ای گردیده و سپس سازه دچار آسیب شود و یا دیوار دچار آسیب نشده بلکه به دلیل فرم، مصالح، نحوه اتصاالت و چیدمان موجب آسیب دیدن سازه گردد، بدیهی است در صورت آسیب دیدن سازه، آسیب های وارد بر عناصر غیرسازه ای از جمله دیوارها و ایجاد خطرات جانی برای انسانها نیز مورد انتظار می باشد.

سطح یک: شکست درون صفحه ای

شکست درون صفحه ای زمانی به وقوع می پیوندد که جهت نیروهای وارده موازی دیوار باشد. بسته به این که دیوار به صورت مجزا بوده یا داخل قاب قرار گرفته باشد، حالت های مختلفی جهت شکست درون صفحه ای قابل بررسی می باشد. در ادامه ابتدا به بررسی شکست درون صفحه ای این دو حالت پرداخته شده و سپس دو عامل اصلی شکست درون صفحه ای که ناشی از ضعف پیوند اجزای دیوار و موقعیت و ابعاد بازشوهاست مورد بررسی قرار می گیرد

شکست درون صفحهای دیوار مجزا

شکست درون صفحه ای دیوار مجزا بسته به تناسبات دیوار و ترکیب نیروهای وارده به سه صورت ذیل رخ میدهد.

 شکست برشی: دیوارهای پهن که از نسبت ارتفاع به طول کمتر از واحد برخوردارند و بار قائم زیادی نیز بر آنها وارد می شود، تحت نیروهای جانبی دچار شکست برشی می شوند. در شکست برشی، ترک های ۴۵ درجه در دیوار ایجاد می شود که از گوشه پایین دیوار شروع شده و بالا می رود، به دلیل عوض شدن جهت نیروهای زلزله این ترک ها به صورت ضربدری و دو طرفه خواهد بود.

شکست برشی لغزشی: زمانی که دیوار تحت برش خالص قرار گرفته یا بار جانبی در مقایسه با بار قائم بزرگ باشد و نسبت ارتفاع به دیوار کمتر از ۵/۱ به ۱ و در حدود ۱ به ۱ باشد در پایه دیوار ترک افقی ایجاد خواهد شد که به ترک برشی لغزشی معروف است.

 شکست خمشی: در صورتی که مقاومت برشی دیوار به اندازه کافی بوده و نسبت ارتفاع به طول در حدود ۲ به ۱ باشد، شکست خمشی رخ می دهد.

شکست درون صفحه ای میان قاب

 لهیدگی گوشه ها: این حالت هنگامی رخ می دهد که میان قاب از بلوکهای آجری ضعیف تشکیل شده  و قاب دارای اعضای قوی و اتصاالت ضعیف باشد.

 شکست برشی لغزشی: این حالت هنگامی رخ می دهد که ملات مورد استفاده در دیوارچینی، ضعیف بوده و قاب قوی باشد، در این حالت شکست برشی در محل درز نسبتا افقی بین آجرها اتفاق میافتد.

کمانش قطر فشاری: در صورتی که میان قاب باشد، بخش مرکزی به علت کمانش برون صفحه ای دچار لهیدگی می گردد.

ترک قطری: چنانچه مقاومت میان قاب در مقایسه با قاب زیاد باشد. دیوار در امتداد قطر فشاری ترک می خورد و رفتار آن، وارد ناحیه غیرخطی می گردد. این ترک معمولا با صدا همراه است و از امتداد درزهای افقی و قائم به طور زیگزال می گذرد. ترک قطری بیانگر شکست برشی میان قاب است.

شکست کنج: در صورتی که مقاومت میانقاب در مقایسه با قاب زیاد بوده و قاب دارای اتصالات ضعیفی باشد. افزایش نیرو و تمرکز تنش، موجب شکست مصالح کنج میان قاب شده و در نزدیکی کنج تیر یا ستون، لولای خمیری ایجاد میشود. این حالت شکست را شکست کنج می نامند. در واقع این آسیب بر اساس تقسیم بندی مقاله حاضر در سطح سه آسیب ها به شمار می آید.

سطح سه: شکست سازه در اثر دیوارها

در این سطح ممکن است ابتدا دیوار دچار شکست، به ویژه شکست درون صفحه ای گردیده و سپس سازه دچار آسیب شود و یا دیوار دچار آسیب نشده بلکه به دلیل فرم، مصالح، نحوه اتصالات و چیدمان موجب آسیب دیدن سازه گردد. بر این اساس جهت پیشگیری از آسیب های این سطح الزام است تمهیدات ویژه ای هم در طراحی فاز یک هم در طراحی فاز دو معماری و سازه درنظر گرفته شود. در جدول ۱ آثار منفی دیوارها بر عملکرد لرزه ای سازه ارائه شده است.

شکست سازه

در شکل ۳۲ عملکرد خرپایی میانقاب در داخل قاب تحت تاثیر بارهای جانبی آورده شده است. همچنانکه مشاهده میشود، عملکرد قطری میانقاب باعث تغییر کنشهای داخلی تیرها و ستونها شده و می تواند آثار مثبت و منفی را در روی آنها داشته باشد. در طی زلزله کرمانشاه فروریختن دیوارهای آثار منفی بسیار زیادی در روی سازه داشته و خسارت اساسی را به سازه وارد نموده اند که در بخش اول این گزارش مفصلا به آنها پرداخته شده است. اما در بسیاری از موارد مشاهده می گردد که اعضای سازه ای آسیب ندیده ولی دیوارها، خصوصا دیوارهای پیرامونی فروریخته اند.

حتما بخوانید :  ورق اسیدشویی چیست ؟

شکست سازه

بر اساس اصول طراحی مبتنی بر عملکرد، سطح عملکرد معین سازه هنگامی تامین میشود که هم اعضای سازه ای و هم اعضای غیرسازه ای به آن سطح از عملکرد رسیده باشند. یعنی در بسیاری سازه های سرپل ذهاب تیر و ستون سازه آسیب ندیده ولی دیوارها فروریخته است. آیا بعد از زلزله امکان سکونت در آنها میسر است؟ آیا فروریختن دیوارها خسارات مالی و جانی ایجاد ننموده است؟ اگر دیوارها بصورت مناسب از قاب جدا می شدند و به قاب مهار می گشتند باز این اتفاق رخ می داد؟

برای جواب دادن به این سوالات باید گفت که، نه تنها اهمیت اعضای غیرسازه ای کمتر از اعضای سازه ای نیست بلکه در بسیاری از مواقع اهمیت اعضای غیرسازه ای بیشتر از اعضای سازه ای نیز می گردد. چرا که امروزه بیشترین خرابی سازه ها در طی زلزله ناشی از فرو ریختن خارج از صفحه دیوارها می باشد.  نمونه ای از خرابی های دیوارهای پیرامونی ساختمان ها در زلزله کرمانشاه در شکل ۳۳ نشان داده شده است.

در همه این ساختمان ها مشاهده می گردد که اگر، دیوارهای پیرامونی بصورت مناسبی از سازه فاصله مناسب جهت حرکت آزادانه قاب را رعایت کرده و به قاب مهار می شدند، امکان خرابی خارج از صفحه آنها بسیار کاهش می یافت. با بررسی مقدار خسارت حاصل از خرابی این سازه ها مشاهده می گردد که، دیوارهای پیرامونی بصورت کامل خراب شده و خسارت قابل توجهی نیز به سازه وارد کرده اند.

شکست سازه

عدم تامین سطوح عملکرد در سازه ها

در یک ساختمان، به علت تاثیر حرکات زمین، اجزای ساختمان چه به خاطر سختی زیاد و چه به خاطر داشتن فرکانس طبیعی نزدیک به فرکانس ساختمان، تحت تاثیر نیروهایی هستند که بزرگتر از مقدار تراز زمین می باشند. لذا در اغلب زلزله ها، اجزای غیرسازه ای که می تواند دارای ارزش های اقتصادی قابل توجهی نیز باشند. دچار آسیب دیدگی های جدی می گردند. در تقسیم بندی سازه ها از نظر اهمیت، سازه های بیمارستانی جزء سازه های با اهمیت خیلی زیاد هستند. چرا که این سازه ها باید دارای عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه داشته باشند تا بعد از وقوع زلزله بدون ایجاد اختلال در بهره برداری سازه، بتوان به آسیب دیدگان خدمات پزشکی ارایه نمود.

متاسفانه در زلزله های اخیر رخ داده از جمله زلزله ورزقان در سال ۹۱ و زلزله کرمانشاه در سال ۹۶ مشاهده میشود که بیمارستانه ایی که بیش از دو سال از زمان بهره برداری آن ها نمی گذرد، دچار آسیب های سازه ای و غیرسازه ای شده و عملکرد بیمارستان عملا مختل شده است. همچنان که قبلا نیز ذکر شده است، عملکرد سازه مربوط به اعضای سازه ای و غیرسازه ای است که باید در مواقع رخداد زلزله هر دو مورد از عملکرد قابل قبولی برخوردار باشند.

در بیمارستان تازه افتتاح شده سرپل ذهاب مشاهده می گردد که بسیاری از اعضای غیرسازه ای دچار آسیب شده و عملا استفاده از بیمارستان دچار اختلال گشته و عملکرد بیمارستان ضعیف مشاهده می شود. نمونه ای از موارد خرابی بیمارستان سرپل ذهاب در شکلهای  ۳۴ الی ۳۶ نشان داده شده است.

سطوح عملکرد در سازه ها

سطوح عملکرد در سازه ها

سطوح عملکرد در سازه ها

بررسی عوامل مختلف و متعدد در زلزله اخیر کرمانشاه نشان از سهل انگاری طراحی و اجرای ساختمان سازی در کشور ایران است. این زلزله و زلزله های دیگر درس های بسیار ارزشمندی برای مهندس می دهد اما، آموختن و رعایت موارد لازم جهت کاهش آسیب های ناشی از زلزله، بحثی است که با وجدان کاری مهندسان در ارتباط است. تا سیستم مهندسی، آموزشی و نظارتی اصولی بر ساختمان سازی ما حاکم نگردد متاسفانه شاهد چنین حوادث تلخی خواهیم بود.

لازم می دانم عرض نمایم که، از مابین مواردی که در این گزارش آورده شده است میتوان به جرات بیان کرد که، هیچ آسیب غیرقابل پیش بینی در این زلزله مشاهده نمی گردد. پس میتوانستیم با رعایت موارد بسیار ساده ای از پیش آمدن این حوادث جلوگیری نماییم.

این مقاله چقدر برای شما مفید بود ؟

روی یک ستاره کلیک کنید تا امتیاز دهید!

میانگین ۲٫۳ / ۵٫ تعداد رای: ۷

دیدگاهتان را بنویسید

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

Call Now Button