وقوع زمین لرزه است. شتاب‌هایی که در حین زمین لرزه بر ساختمانهای بنایی وارد می‌شوند گاهی تا حدود شتاب ثقل نیز می‌رسد. نیروهای ایجاد شده در ساختمان بر اثر شتاب زمین در حین زلزله، بسیار بزرگتر از نیروی طراحی سازه بنایی است. برای اتلاف این نیروهای اضافی از خاصیت شکل پذیری ساختمان استفاده میشود. هر چه ساختمان بیشتر توانایی تغییر شکل پلاستیک را داشته باشد می‌تواند قبل از فروریختگی نیروهای بیشتری را تحمل کند. نمونه واضح این مورد ساختمانهای فولادی هستند که دارای پریود ارتعاشی زیاد و تغییر شکل زیاد هستند در حالی که ساختمانهای بنایی به محض رسیدن به مقاومت نهایی دچار فروریختگی می‌شوند. در حالی که ممکن است مقاومت یک ساختمان بنایی از سازه فولادی معادل آن بیشتر باشد. در نتیجه پایداری نهایی هر ساختمان بستگی به توانایی آن سازه برای تغییر شکل پلاستیک دارد و در ساختماهای بنایی مسلح که با تعبیه کلاف‌های قائم و افقی و یا استفاده از میلگرد که به منظور مسلح کردن ساختمان در بندهای ملات و یا در بین اجزای بنایی قرار می‌دهند؛ با بهبود خاصیت شکل پذیری در برابر نیروهای زلزله مقاوم تر می‌شوند.
انواع عملکرد ساختمانهای بنایی در زلزله
عدم شکل پذیری در ساختمانهای بنایی غیرمسلح سبب میشود که روند تخریب و یا ایجاد ترک‌ها در این ساختمان‌ها تدریجی نباشد. ساختمانهای بنایی تا حد معینی می‌توانند نیروهای زلزله را تحمل کنند و در این حد تنها ترکهای جزئی در آن‌ها ایجاد می شود ولی با افزایش نیرو بطور ناگهانی دچار فروریختگی جزئی یا کلی می‌شوند.
از دلایل عملکرد ضعیف ساختمانهای بنایی در برابر نیروهای زلزله می‌توان به ترد بودن مصالح و وزن زیاد که سبب جذب انرژی بیشتر در هنگام وقوع زلزله و سختی زیاد اشاره کرد. هنگامی که ساختمان در معرض زمین لرزه قرار می‌گیرد نیروهای اینرسی متناسب با وزن ساختمان بر آن وارد میشود این نیروها براساس حرکات رفت و برگشتی زلزله و مؤلفه های آن هر لحظه تغییر کرده و ارتعاشات پیچیده ای را سبب می شوند. این ارتعاشات به نحوه اتصال دیوارها به یکدیگر و مهار آن ها در سقف و کف بستگی زیادی دارد وقتی دیوارها اتصال مناسبی با یکدیگر نداشته باشند ارتعاش آن‌ها یکنواخت نبوده و هر کدام دچار خمش خارج از صفحه شده و ترک‌هایی در گوشه‌های دیوار یا نزدیک انتهای دیوار ایجاد میشود. زیرا دیوارها مقاومت کششی لازم برای مقابله با نیروهای ایجاد شده از زلزله را ندارند. هنگامی که در ساختمانهای بنایی مسلح دیوارها به وسیله کلاف‌های قائم به یکدیگر و بوسیله کلاف‌های افقی بصورت مناسب در کف و سقف مهار می‌شوند، ارتعاش کل دیوارها با یکدیگر به صورت همزمان صورت می‌گیرد و خمش خارج از صفحه که در دیوارها ایجاد میشود کمتر اهمیت دارد و دیوارها بر مقاومت ساختمان در برابر نیروهای زلزله می‌افزایند. در این ساختمان‌ها چون دیوار از چهار طرف به تکیه گاه‌های صلب متصل است رفتار بسیار مناسبی از خود نشان میدهد.
در مقاومت ساختمانهای بنایی در مقابل زلزله فاکتورهای اصلی زیر تأثیر زیادی دارند:
- کیفیت مصالح و اجرا
- شکل و سیستم سازه
- دیوارهای ساختمان
- سیستم سقف
- انسجام اجزاء ساختمان
- اجزای غیرسازه ای
- سیستم کلاف
- خاک محل
در این قسمت به شرح مختصر و ضعفهای هر کدام از این عوامل می پردازیم:
کیفیت مصالح و اجرا
پایین بودن کیفیت و مقاومت مصالح بنای ساختمان مانند آجر و بلوک سیمانی، یکی از دلایل آسیب پذیری ساختمانهای بنایی است. استفاده از ملات‌های نامناسب مانند ملات گل و یا رعایت نکردن نسبت مناسب ماسه و سیمان که موجب پایین آمدن مقاومت کششی دیوارهای ساخته شده با این مصالح میشود از عوامل دیگر نامناسب بودن کیفیت مصالح بنایی است.
در مورد اجرا نیز مواردی چون عدم همپوشانی کافی بین واحدهای بنایی و قرارگرفتن درزهای عمودی در امتداد یکدیگر و یا درزهای افقی با ضخامت زیاد و درزهای قائمی که از ملات پر نمی‌شوند، باعث کاهش شدید مقاومت خارج از صفحه و کاهش ظرفیت برشی درون صفحه دیوار میشود. زنجاب نکردن آجر قبل از استفاده در دیوار باعث جذب آب از ملات و کاهش مقاومت و چسبندگی آن‌ها میشود و استفاده از روش هشتگیر در اتصال دیوارها، باعث اتصال نامناسب دیوارها و کاهش مقاومت خارج از صفحه دیوار می‌گردد.
شکل و سیستم سازه ای
از اشکالات عمده در سیستم سازه ای به موارد زیر می‌توان اشاره کرد:
1) کافی نبودن مسیر بار
نیروهای زلزله از طریق دیافراگم های افقی سقف به دیوارهای برشی منتقل و نهایتاً به پی و زمین منتقل می‌شوند. سیستم مقاوم باربر جانبی باید مسیری مستقیم میان دیافراگم ها، دیوارهای برشی و پی تشکیل دهد، هر نوع اتصال و یا وجود بازشوها و یا حذف یک جزء از این سیستم می‌تواند کار این سیستم را مختل کند.
2) کافی نبودن مقاومت برشی ساختمان
در صورتی که مقاومت دیوارهای برشی در امتداد نیروهای زلزله کم و یا تراکم آن‌ها نسبت به سطح ساختمان بدلیل وجود بازشوهای بزرگ در دیوار کم باشد مقاومت برشی ساختمان در برابر نیروی زمین لرزه کافی نخواهد بود.
3) توزیع نامتقارن دیوارها در پلان
این مورد سبب ایجاد پیچش در ساختمان شده و پیچش در نواحی بحرانی تنش در دیوارها را افزایش میدهد. استفاده از دیوارهای باربر در یک جهت از فرم‌های نامناسب سازه می‌باشد که در این صورت دیوارهای جهت دیگر که نمی‌تواند مقاومت قابل قبولی در مقابل نیروهای زلزله داشته باشند و در نتیجه دچار گسیختگی برشی و دچار خمش خارج از صفحه می‌شوند و ساختمان فرو می‌ریزد.
4) توزیع نامناسب سختی در ارتفاع
تغییرات سختی در اثر نامنظمی در طبقات مختلف شامل طبقه ضعیف، طبقه نرم، نامنظمی هندسی قائم طبقات، نامنظمی در وزن می‌باشد. این دیوار موجب جذب نیروهای زیاد در دیوارهای ترازی که دچار تغییرات ناگهانی شده است میشود.
5) اثر ساختمانهای مجاور
ساختمان‌هایی که در کنار یکدیگر هستند ولی درز انقطاع مناسب ندارند به دلیل هم فازنبودن ارتعاشات در حین زمین لرزه ممکن است به یکدیگر ضربه بزنند. مخصوصاً در ساختمانهای مجاور هم که سقف طبقاتشان در یک تراز باقی نیست ممکن است در اثر ضربه حین زلزله متحمل خسارات بسیار بیشتری شوند. در ساختمان‌هایی که دارای اشکال هندسی نامتقارن در پلان هستند می‌توان با ایجاد درز انقطاع مناسب از ایجاد تغییر شکل‌های نامنظم و تمرکز تنش در نقاط بحرانی جلوگیری کرد.
دیوارهای ساختمان
از دلایل تخریب ساختمانهای بنایی آسیب پذیر بودن دیوارها است. زیاد بودن ارتفاع و مهار نبودن خارج از صفحه و طول مهارشده زیاد دیوار و وجود بازشوهای بزرگ در دیوار و یا نزدیکی بازشو به انتهای دیوار و قرار گرفتن مستقیم تیرهای باربر سقف بر روی دیوار از علل آسیب پذیری دیوارهای ساختمانهای بنایی است.
سیستم سقف
استفاده از مصالح سنگین و کاه‌گل و آسفالت کردن‌های مکرر سقف‌ها باعث سنگین شدن سقف‌ها میشود که نه تنها باعث افزایش نیروهای جانبی ساختمان میشود بلکه ارتعاش قائم سقف‌ها را نیز موجب میشود.
وجود سقف‌های انعطاف پذیر باعث ایجاد ترکهای قائم در اتصال دیوار یا در دیوارهای متقاطع میشود. بایستی حتی المقدور از سقف‌های صلب با کلاف‌های خارجی استفاده شود. از معایب دیگر سقف‌ها می‌توان عدم رعایت طول تکیه گاهی مناسب برای تیرهای سقف سوی دیوارهای باربر و وجود بازشوهای بزرگ در سقف و زیاد بودن ابعاد دال سقف که باعث انعطاف پذیری و کاهش عملکرد دیافراگمی سقف‌ها خواهند شد را نام برد.
انسجام اجزای ساختمان
از بیشترین مواردی که در اکثر زلزله‌های گذشته در ساختمانهای بنایی تخریب شده دیده شده است عدم انسجام اجزاء مختلف ساختمان بوده است. ضعف در اتصال دیوارهای متقاطع و بین دیوارهای باربر با سقف و تیغه‌ها و دیوارها غیرساز‌های با سقف از مواردی است که انسجام ساختمان را تهدید می‌کند. استفاده از روش هشتگیر در اتصال دیوارها و یا نزدیکی بازشو به انتهای دیوار و یا عدم استفاده از مهار مناسب در اتصال سقف و دیوارها باعث ضعف در اتصال اجزاء ساختمان میشود.
اجزای غیرسازه ای
ضعف در تیغه‌ها و دودکش و جان پناه و نمای ساختمان و تأسیسات مکانیکی در بسیاری از زلزله‌ها باعث تلفات جانی و مالی شده است وجود نداشتن مهار جانبی مناسب در جان پناه و دودکش‌ها و اتصال ضعیف قطعات نمای ساختمان با دیوارهای سازه ای و وزن زیاد و ضخامت کم تیغه‌ها از جمله معایب عمده این اجزاء است.
سیستم کلاف
نبود یا ضعف در سیستم کلاف ساختمان از عوامل مهم در تخریب ساختمانهای بنایی است. از عمده ضعفهای سیستم کلاف بندی ساختمان محل قرارگیری و پخش نامناسب کلاف‌ها در پلان، ضعف مصالح و ضعف میلگردها می‌باشد. نسبت‌های اختلاط نامناسب و عمل آوردن ناقص بتن و استفاده از نخاله‌های ساختمانی در بتن کلاف‌ها، عدم طول مهاری کافی میلگردها و همپوشانی نامناسب آن‌ها با یکدیگر و بسیاری از موارد دیگر که در بخش اجزای ساختمانی مصالح بنایی ذکر شد، از اشکالات سیستم کلاف ساختمان است که وجود این موارد باعث ناپایداری و فروریختن کلی ساختمان در بسیاری از زمین لرزه‌ها خواهد شد.
خاک محل
گاهی نامناسب بودن خاک و گسیختگی زمین از عوامل تخریب ساختمانهای بنایی است. روانگرایی که می‌تواند موجب نشست پی‌ها و کج شدن ساختمان و در نهایت فروریختن آن شود و لغزش زمین‌های شیب دار که می‌تواند باعث نشست ناهمگون یا حرکت پی‌ها شود از نمونه‌هایی که در زلزله‌های گذشته بیشتر دیده شده است.
انواع مدهای شکست در دیوارهای مصالح بنایی
دیوارهای باربر در ساختمانهای مصالح بنایی نقش انتقال نیروهای قائم یا ثقلی را بر عهده دارند ولی در صورت ایجاد نیروهای جانبی ناشی از زلزله همین دیوارها به کمک سقف‌های صلب و کلاف‌ها باید این نیروها را در جهت افقی تحمل کنند. یعنی دیوارها باید قادر باشند تا خمش و برش اضافی ناشی از ارتعاش افقی ساختمان را تحمل کند. اگر سقف‌های صلب به صورت نامناسب در دیوارها مهار شده باشد؛ عامل اصلی انتقال نیروی ناشی از زلزله از پی‌ها به ساختمان، همین دیوارهای برابر می‌باشند و چون سقف‌ها بر دیوارها تکیه دارند با تخریب دیوارها احتمال فروریختن کل ساختمان وجود دارد. در نتیجه اهمیت دیوارهای باربر بیش از پیش نمایان میشود.
در اثر مؤلفه‌های نیروی زلزله و با توجه به نحوه و جهت اعمال بار دو نوع نیرو بر دیوارهای باربر اعمال میشود:
- بارهای صفحه ای: بارهایی که در راستای سطح دیوار اعمال می‌شوند.
- بارهای بر صفحه ای: بارهایی که عمود بر صفحه دیوار به آن اعمال می‌شوند.
از نظر این نوع توزیع بارها دیوارهای ساختمان بنایی نیز به دو دسته برشی و عرضی تقسیم می‌شوند. دیوارهای برشی که تحت تأثیر بارهای صفحه ای هستند و دیوارهای عرضی که تحت تأثیر بارهای بر صفحه ای هستند.
دیوارهایی که بدون مهار جانبی هستند چنانچه تحت تأثیر نیروهای عمود بر صفحه خود قرار بگیرند (دیوارهای عرضی) مقاومت چندانی از خود نشان نمی‌دهند. در این دیوارها مقاومت جانبی دیوار به وزن و مقاومت کششی ملات بستگی دارد. در صورت مسلح شدن قائم دیوار در صورت ایجاد ترک افقی در تراز پی همچنان مقاومت خواهند کرد. در صورتی که دیوارهای عرضی در طرفین خود به وسیله دیداری متعامد مهار شوند در مورد این دیوارها که عمود بر جهت زمین لرزه هستند گسیختگی به صورت شکست خمشی خارج از صفحه صورت می‌گیرد و رفتار خمشی آن‌ها مانند دال تخت دو طرفه (اگر فاصله دیوارهای متعامد با این دیوارها کم باشد) و مانند دال یک
طرفه (چنانچه فاصله دیوارهای عمودی طرفین زیاد باشد) عمل می‌کنند. دیوارهای عرضی تحت تأثیر نیروهای اینرسی ناشی از وزن خود هستند.
در صورت اعمال نیروها به صورت صفحه ای و در امداد طول، به دلیل اینرسی زیاد دیوار در جهت نیرو، مقاومت جانبی قابل توجهی از خود نشان میدهد. در اینصورت گسیختگی دیوارهای برشی غیرمسلح به مشخصات هندسی دیوار (نسبت ارتفاع به طول) و مشخصات مصالح بستگی دارد. در این دیوارها که تمام بارجانبی زلزله را تحمل می کند تسلیح و تقویت آن‌ها اهمیت زیادی دارد و دو نوع حالت شکست محتمل است. شکست خمشی یا شکست برشی. در دیوار باریک بیشتر حالت شکست خمشی غالب است. یک ویژگی مشترک دیوارهای آجری غیرمسلح این است که تحت شتاب دیواری که نسبت بعدی (ارتفاع به طول) کوچکی دارد بقدر کافی پهن بوده و امکان شکست خمشی در آن کم است. به عکس پی در هنگام وارد آمدن نیروی زلزله به صورت لحظه ای مادام که به حد آستانه نرسیده است آثار تخریب چندانی در آن‌ها ظاهر نمی‌شود اما به محض عبور از حد آستانه دیوار تحت این نیروهای جانبی متناوباً برروی پاشنه و پنجه تلو می‌خورد.
در اثر این نیروی رفت و برگشتی، دیوار تا چندین سانتیمتر از پی جدا و مجدداً با یک ضربه محکم به پی، در جهت دیگر حرکت می‌کند. این ضربات باعث خرد شدن پنجه و پاشنه دیوار میشود و از عرض مؤثر پایه می‌کاهد و دیوار ضعیف میشود. در نتیجه این حرکت دیوار نیروهای افقی بزرگی ایجاد میشود که ممکن است سبب گسیختگی برشی شود.
بنابراین در نتیجه شکست خمشی دیوار، شکست برشی به صورت ایجاد ترکهای مورب در دیوار بوجود می‌آید و به دلیل عوض شدن جهت نیروی زلزله، به صورت ضربدری و دو طرفه در دیوار ظاهر میشود. در دیوارهای مصالح بنایی با کاهش نسبت ارتفاع به طول احتمال وقوع شکست برشی بیشتر میشود.
حالت‌های شکست در دیوارهای برشی
نیروهای اینرسی در سازه در نتیجه شتاب حاصل از حرکات زمین که قابل به تغییر شکل دادن ساختمان دارند بوجود می‌آیند. در یک ساختمان بنایی پایه‌های بین دو بازشو در یک دیوار انعطاف پذیرتر از قسمت بالا و پایین بازشو هستند. بنابراین تقریباً تمامی تغییر شکل دیوار در پایه‌ها صورت می‌گیرد. در مقاطع پایین و بالای بازشوها، پایه‌ها بیشترین تنش‌های فشاری یا کششی را متحمل می‌شوند. همچنین در مقطع وسط بازشو، پایه ها بیشترین تنش برشی را دارا می‌باشند. این تنش‌ها همگی بستگی به مقدار نیروی اینرسی افقی دارد.
سوالات متداول
عمده ضعفهای ساختمانهای بنایی چیست ؟
استفاده نکردن از سیستمهای سازه ای مقاوم در مقابل نیروهای ثقلی و جانبی، نداشتن طراحی و محاسبه سازه ای، کاربرد پروفیلهای ضعیف برای تیرها و ستونها، اتصال نداشتن تیرهای طاق ضربی به همدیگر، نداشتن اتصال مناسب دیوارهای متقاطع، اجرای نادرست دیوارچینی، نداشتن انسجام قسمتهای مختلف مانند سقف با دیوارها و دیوارها با پی، رعایت نکردن ضوابط آئین نامه ای
روش‌ها مقاوم سازی ساختمانهای بنایی کدام است؟
ﯾﮑﭙﺎرﭼﻪ ﺳﺎﺧﺘﻦ ﺳﻘﻒ، روش و تکنیک مقاوم سازی با FRP،تعبیه میلگرد در دیوار و روکش بتنی، و استقرار ديوارهاي جديد
لزوم مقاوم سازی سازههای بنایی چیست؟
ساختمانهای روستایی و بنایی قدیمی جمعیت زیادی را در خود سکونت داده اند و اتفاقات تلخ گذشته همانند زلزله بم نتیجه میدهد لازم است نسبت به مقاوم سازی سازههای سنتی در کشور اقدام کرد.
تاثیر شکل پذیری بر سازه بنایی هنگام زلزله چیست؟
پایداری نهایی هر ساختمان بستگی به توانایی آن سازه برای تغییر شکل پلاستیک دارد و در ساختمانهای بنایی مسلح که با تعبیه کلاف‌های قائم و افقی و یا استفاده از میلگرد که به منظور مسلح کردن ساختمان در بندهای ملات و یا در بین اجزای بنایی قرار می‌دهند؛ با بهبود خاصیت شکل پذیری در برابر نیروهای زلزله مقاوم تر می‌شوند.
بیشتر بدانید:
سلام
چه عوامل و فاکتورهایی در مقاومت ساختمان های بنایی موثر است ؟
با سلام و احترام
کیفیت مصالح و اجرا، شکل و سیستم سازه، دیوارهای ساختمان، سیستم سقف، انسجام اجزاء ساختمان، اجزای غیرسازه ای، سیستم کلاف، خاک محل عواملی هستند که در مقاومت ساختمانهای بنایی در مقابل زلزله تاثیر به‌سزایی دارند.