ارزیابی عملکرد لرزه ای دیوارهای غیرسازه ای
در ساختمان های میان مرتبه ی متعارف
برخلاف عناصر سازه ای، بیشتر عناصر غیرسازه ای از جمله عناصر معماری در زلزله های خفیف تا متوسط نیز دچار آسیب میشوند.از جمله عناصر غیرسازه ای که بیشترین پتانسیل تخریب کلی ساختمان را دارد، دیوارهای پرکننده میباشد.خسارات وارده بردیوارها میتواند خطراتی برای سازه، سا کنین و سایر عناصر غیرسازه ای ایجاد کرده و همچنین مشکالت اساسی برای کارایی سازه و کاربری ساختمان ایجاد نماید.
مشاهده تجربیات زلزله های گذشته نشان میدهد که میان قاب میتواند آثار مثبت یا منفی روی رفتار کلی ساختمان داشته باشد. برخی از ساختمانهای طراحی و اجرا شده توسط مهندسان به دلیل عدم توجه به آثار منفی دیوارها، آسیب دیده ، در حالی که برخی از ساختمانهای ساخته شده توسط افراد غیرمتخصص به علت آثار مثبت دیوارها کاملا پایدار باقی مانده اند. بررسی عملکرد میان قابها نشان میدهد که علاوه بر اجرای نادرست، کاربرد مصالح ضعیف در ساخت و بی توجهی در طراحی سازه های دارای میان قاب نیز از دالیل مهم تخریب آنها در برابر نیروهای جانبی بوده است .
معمولا مهندسین سازه در روند تحلیل و طراحی ساختمان،دیوارهای پرکننده را به عنوان عناصر غیرسازه ای به شمار آورده و تنها جرم آنها را در طراحی سازه درنظر میگیرند. درنتیجه تحلیل سازه بر پایه قاب بدون دیوار میباشد از طرف دیگر معماران نیز، مشخصات دیوارهای پرکننده را بدون توجه به عملکرد لرزه ای آنها تعیین میکنند، در حالی که این عناصر بسته به جزییات ساخت، بر رفتار لرزه ای سازه تاثیر گذارند.
در ارتباط با آثار ا بر عملکرد سازه، تحقیقات متعددی توسط محققین علوم سازه و زلزله با دیدگاه جزءنگر انجام گردیدهاست، لکن در کمتر تحقیقی به صورت جامع و با شیوه ای مفهومی به بررسی کلیه عوامل موثر بر عملکرد لرزه ای دیوارها به نحوی که برای جامعه معماران نیز قابل درک و استفاده کاربردی باشد، پرداخته شده است. لذا در این مقاله سعی خواهد شد با مطالعه خسارات وارد بر دیوارها در زلزله های گذشته و آثار مثبت و منفی آنها بر عملکرد لرزه ای ساختمان، در سه سطح اصلی به بررسی علل اصلی خسارات پرداخته شود تا طراحان و به ویژه معماران در هر مرحله از طراحی به پیامدهایی که تصمیمات آنها در زلزله به همراه خواهد داشت، آ گاهی داشته و بر این اساس تمهیدات الزم را پیش بینی نموده و بستر الزم جهت عملکرد لرزه ای مطلوب تر ساختمان را فراهم آورند.
تعاریف
با توجه به واژه های متعددی که در خصوص انواع دیوارها وجود دارد نخست الزم است به بررسی تعاریف ارائه شده در آیین و منابع معتبر پرداخته شود تا معانی یکسانی از واژه های مورد استفاده در بخشهای بعدی استنباط گردد.
در آیین نامه 2800 ایران، واژه تیغه ها و جدا گرها، معادل دیوارهای غیرسازه ای میباشد .در آیین نامه((EN 111996( Eurocode 6 ،)دیوار غیرباربر، دیواری است که برای مقاومت در برابر نیروها نبوده و میتواند برداشته شود بدون این که آسیبی به یکپارچگی سازه باقی مانده وارد گردد. .در استاندار2004NZS:4230 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 میکند، ولی برای مقاومت در برابر بارهای عمودی به غیر از وزن خود طراحی نمیشود.تیغه نیز یک دیوار غیر باربر بوده و به عنوان بخشی از سازه مقاوم در برابر زلزله نمیباشد.
در 273FEMA و FEMA 450 ،دیوار غیرباربر، دیواری است که نیروهای قائم به غیر از وزن خود را تحمل نمیکندپرکننده، یک پانل بنایی است که در میان یک قاب فوالدی 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 میکند.
در خصوص مفهوم دیوارهای پرکننده اندرو چارلسون در کتاب طراحی لرزه ای برای معماران اشاره میکند؛ دیوارهای پرکننده، دیوارهای غیرسازه ای هستند که در فاصله بین ستون ها ساخته میشوند. عبارت «دیوار غیرسازه ای»، عبارت غلط اندازی است. چرا که این دیوارها به منظور تحمل هیچ گونه بار ثقلی و جانبی طراحی نشدهاند لکن به دلیل سختی و مقاومت ذاتی درون صفحه ای خود، در برابر نیروهای جانبی مقابله کرده و میتواند زمینه ساز بروز آسیبهای شدید سازه ای به ساختمان گردد
با توجه به تعاریف ارائه شده فوق الزم است اشاره شود حوزه مطالعات این مقاله دیوارهای غیرسازه ای به معنی هر دیواری به غیر از دیوار برشی و دیوار باربر میباشد. به عبارتی هم دیوارهای پرکننده و هم تیغههای جدا کننده را شامل میشود.
روش تحقیق
رویکرد اصلی در این مقاله یک رویکرد تحلیلی است و روش به کار رفته روش تجربی میباشد، در واقع با مشاهده خسارت وارد بر دیوارها در زلزله های گذشته به نوعی از یک آزمایشگاه با مقیاس یک به یک استفاده شده است. این روش در مقایسه با روشهای مدلسازی کامپیوتری یا آزمایشگاهی به لحاظ مقیاس، خواص مصالح و … هیچ گونه محدودیتی نداشته و با توجه به رویکرد تحقیق که یک رویکرد پهنانگر به معنی شناسایی کلیه عوامل تاثیرگذار بر عملکرد لرزه ای دیوارها در ساختمانهای میان مرتبه متعارف میباشد بسیار راهگشا خواهد بود. دادههای اصلی مقاله از خسارات وارد بر ساختمانها در زلزله های 1369 رودبار منجیل،1381 چنگوره (آوج)، 1382بم، 1968 تاکاچی اوکی ژاپن، 1985 مکزیکوسیتی، 1925 سانتاباربارا، 1971سان فرناندو، 1994 نورث ریچ آمریکا، 1995 کوبه ژاپن، 1998 آدانا جیحان ترکیه، 1999 ایزمیت (کوکایلی) ترکیه، 2001 آرکیپا پرو، 2002 مولیس ایتالیا،2007 سوماترای اندونزی،2008 سیچوآن چین،2009 آبروزو ایتالیا، 2011 توهوکوی ژاپن، 2011 وان ترکیه و 2011 لیتلتون نیوزلند حاصل شده است. ساختار این مقاله با توجه به نتایج به دست آمده از عملکرد لرزه ای دیوارها در یک نمودار شامل سه سطح در جهت مثبت و سه سطح در جهت منفی تنظیم گردیدهاست (تصویر یک)
1. عملکرد نامطلوب دیوارها در زلزله
بر اساس تجارب زلزله های گذشته آسیبهای وارد بر دیوارها و آن دسته از آسیبهای وارد بر سازه که در اثر عملکرد دیوارها ایجاد میشود در سه سطح کلی قابل بررسی میباشد؛ در سطح یک تنها دیوار دچار آسیب میگردد، این آسیبها تحت عنوان شکست درون صفحه ای دیوار قابل بررسی بوده و در مورد دیوارهای مجزا و میان قابها صادق است. در سطح دو، دیوار دچار آسیب شده و احتمال وارد شدن آسیب به دیگر عناصر غیرسازه ای وانسانها نیز ایجاد میگردد. 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 میگردد. 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، آسیبهای وارد بر عناصر غیرسازه ای از جمله دیوارها و ایجاد خطرات جانی برای انسانها نیز مورد انتظار میباشد. در ادامه به بررسی این سه سطح اصلی از آسیب های به وقوع پیوسته پرداخته میشود
1-1. سطح یک: شکست درون صفحه ای
شکست درون صفحه ای زمانی به وقوع میپیوندد 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 میباشد. 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.
1-1-1. شکست درون صفحه ای دیوار مجزا
شکست درون صفحه ای دیوار مجزا بسته به تناسبات دیوار و ترکیب نیروهای وارده به سه صورت ذیل رخ مید هد .
- شکست برشی: دیوارهای پهن که از نسبت ارتفاع به طول کمتر از واحد برخوردارند و بار قائم زیادی نیز بر آنها وارد میشود، تحت نیروهای جانبی دچار شکست برشی میشوند.در شکست برشی، ترک های45درجه در دیوار ایجاد میشود که از گوشه پایین دیوار شروع شده و باال میرود، به دلیل عوض شدن جهت نیروهای زلزله این ترک ها به صورت ضربدری و دو طرفه خواهد بود(تصویر 2 الف)
- 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 طول دیوار کمتر از 1.5 به 1 و در حدود 1 به 1 باشد در پایه دیوار ترک افقی ایجاد خواهد شدکه به ترک برشی لغزشی معروف است (تصویر 2 ب)
- شکست خمشی:در صورتی که مقاومت برشی دیوار به اندازه کافی بوده و نسبت ارتفاع به طول در حدود 2 به 1باشد، شکست خمشی ر خ میدهد(تصویر 2 ج)
2-1-1. شکست درون صفحه ای میان قاب
- لهیدگی گوشه ها: این حالت هنگامی ر خ میدهد که میان قاب از بلوکهای آجری ضعیف تشکیل شده و قاب دارای اعضای قوی و اتصاالت ضعیف باشد(تصاویر 3 الف)
- شکست برشی لغزشی: این حالت هنگامی ر خ میدهد که مات مورد استفاده در دیوارچینی، ضعیف بوده و قاب ً قوی باشد، در این حالت شکست برشی در محل درز نسبتا افقی بین آجرها اتفاق میافتد(تصاویر 3 ب)
- کمانش قطر فشاری: در صورتی که میان قاب الغر باشد، بخش مرکزی به علت کمانش برون صفحه ای دچار لهیدگی میگردد(تصاویر 3 ج)
- ترک قطری: چنانچه مقاومت میان قاب در مقایسه با قاب ً زیاد باشد.دیوار در امتداد قطر فشاری ترک میخورد و رفتار آن، وارد ناحیه غیرخطی میگردد. این ترک معمولا با صدا همراه است و از امتداد درزهای افقی و قائم به طور زیگزا ک میگذرد. ترک قطری بیانگر شکست برشی میان قاب است(تصاویر 3 د)
- شکست کنج: در صورتی که مقاومت میان قاب در مقایسه با قاب زیاد بوده و قاب دارای اتصاالت ضعیفی باشد .افزایش نیرو و تمرکز تنش، موجب شکست مصالح کنج میان قاب شده و در نزدیکی کنج تیر یا ستون، لوالی خمیری ایجاد میشود. این حالت شکست را شکست کنج مینامند(تصاویر 3 ه) در واقع این آسیب بر اساس تقسیم بندی مقاله حاضر در سطح سه آسیبها به شمار میآید، لکن جهت تکمیل مطالب شکست درون صفحه ای دیوار در این قسمت نیز به صورت مختصر ارائه گردیدهاست.
3-1-1. شکست درون صفحه ای ناشی ازضعف اجزا و پیوند اجزای دیوار
ترک خوردگی درون صفحه ای دیوارها در زلزله های ً ناشی از ضعف ذاتی واحدهای بنایی و گذشته عمدتا مات مورد استفاده و عدم یکپارچگی اجزای دیوار با ً از آنجا که سطح خسارات یکدیگر بودهاست. اصوال درون صفحه ای دیوار متناسب با سطح تغییرمکان درون طبقهای مقاومت و ظرفیت تغییرشکل دیوار میباشد. بر این مبنادر دستورالعمل FEMA 306 محدودیت تغییرمکان بر اساس نوع دیوار به ترتیب 1.5 %برای دیوار آجری،2 %برای بلوک سیمانی با مات و 2.5 %برای بلوک سیمانی بدون مات متغیر میباشد
4-1-1. شکست درون صفحه ای ناشی از موقعیت و ابعاد بازشوها
مشاهده خرابی زلزله های گذشته نشان میدهد که تعداد زیاد و ابعاد بزرگ بازشوها در دیوار خارجی و در مجاورت لبه دیوار یا گوشه ساختمان باعث خرابی در زلزله میشود، این امر به علت تجمع تنش در گوشههای بازشو و قسمتهای ضعیف دیوار در اثر تغییر نا گهان در مقطع آن ایجاد میگردد. در زلزله جرزهای میان بازشوها انعطاف بیشتری نسبت به قسمت باال و پایین بازشوها دارند. با توجه به این که نیروهای ناشی از زلزله به صورت رفت و برگشتی است، ترک های ایجاد شده به صورت ترک های ضربدری خواهد بود )تصویر شش هشت(. ا گر ارتفاع دیوار مابین بازشوها زیاد باشد برخاف این که انتظار میرود، ترک های ضربدری برشی ایجاد شود، آسیب در قسمت ابتدا و انتهای دیوار ناشی از ترکیب خمش و نیروی محوری خواهد بود. برای اجتناب از آثار مخرب در اثر وجود بازشوها در دیوار ا کثر آیین نامه ها توصیههایی در ارتباط با نسبت مساحت و طول بازشو به دیوار و همچنین فاصله بازشو از لبه دیوار یا فواصل بازشوها از یکدیگر ارائه داده اند که با توجه به ساختار مقاله حاضر به بررسی این ضوابط پرداخته نمیشود.
2-1. سطح دو: شکست برون صفحه ای
شکست برون صفحه ای عمدتا زمانی به وقوع میپیوندد که جهت نیروهای وارده عمود بر دیوار باشد، در ادامه ابتدا به بررسی شکست برون صفحه ای دیوار مجزا و میان قاب پرداخته شده و سپس سه عامل اصلی شکست برون صفحه ای که ناشی از تناسبات نامطلوب دیوار، ضعف پیوند اجزای دیوار و ضعف اتصال دیوار به عناصر سازه ای میباشد مورد بررسی قرار میگیرد.
1-2-1. شکست برون صفحه ای دیوار مجزا
شکست برون صفحه ای دیوار مجزا بسته به تناسبات دیوار به دو صورت شکست خمشی درراستای قائم و شکست خمشی در راستای افقی ر خ میدهد. شکست خمشی در راستای قائم:ا گر تنش کششی منجر به شکست، موازی درزهای افقی آجرها باشد، ترک قائم در ارتفاع دیوار به وجود میآید این شکست معمولا هنگامی به وجود میآید که طول دیوار زیاد باشد(تصویر 4 الف)
شکست خمشی در راستای افق: ا گر تنش کششی منجر به شکست، عمود بر درزهای افقی آجرها باشد، ترک افقی در میانه دیوار به وجود میآید این شکست معمولا هنگامی به وجود میآید که ارتفاع دیوار زیاد باشد.(تصویر ب4)
2-2-1. شکست برون صفحه ای میان قاب
شکست برون صفحه ای میان قاب بسته به تناسبات دیوار و نحوه اتصال دیوار به سازه به دو صورت شکست خمشی افقی و شکست خمشی افقی با دو شاخه 45 درجه ر خ میدهد.
شکست خمشی افقی: چنانچه طول دیوار زیاد باشد، ً دیوار مانند دال یک طرفه رفتار کرده و خمش عمدتا بین سقف و زمین صورت میگیرد، در این حالت ترک های خمشی در امتداد افقی ظاهر میشود. در صورتی که قسمت فوقانی دیوار به قاب متصل نبوده و دیوار شبیه به تیر یک سر گیردار رفتار کند نیز این نوع از ترک خمشی به وجود میآید(تصاویر 5 الف و هفت-هشت)
شکست خمشی افقی با دو شاخه45 درجه: چنانچه طول دیوار زیاد نباشد، دیوار مانند دال دو طرفه با چهار تکیه گاه رفتار میکند. در این حالت ترک هایی در نیمه ارتفاع دیوار به صورت افقی و سراسری ایجاد شده که در ً 45 درجه تقسیم نزدیکی انتهای دیوار به دو شاخه تقریبا میشود. در این حالت قسمت فوقانی دیوار از طریق اتصاالت مناسب به قاب متصل شده است (تصاویر 5 ب و هشت-هشت)
3-2-1. شکست برون صفحه ای ناشی از تناسبات نامطلوب دیوار
برخاف شکست درون صفحه ای که بستگی به نسبت ارتفاع به طول دیوار دارد، در شکست برون صفحه ای نسبت طول به ضخامت و ارتفاع به ضخامت دیوار از اهمیت ویژهای برخوردار است. در خصوص انواع دیوارها از جمله دیوارهای باربر، برشی، غیرسازه ای و … ضوابط مختلفی در استانداردها ارائه شده است که در ادامه با توجه به موضوع مقاله حاضر تنها به بررسی موارد مربوط به دیوارهای غیرسازه ای پرداخته میشود.
در آیین نامه 2800 ایران طول دیوار غیرسازه ای بین دو پشت بند به میزان 40 برابر ضخامت دیوار، یا 6 متر و حدا کثر ارتفاع آن به میزان 5m/3 محدود شده است. در Eurocode8 نیز حدا کثر نسبت الغری دیوار به معنی نسبت بعد کوچکتر طول یا ارتفاع به ضخامت، 25 است.در 356FEMAبرای جلوگیری از شکست برون صفحه ای، جهت حدا کثر نسبت ظاهریt/h برای مناطق با خطر لرزه خیزی مختلف و برای سطوح عملکرد متفاوت، نسبتهایی از 8 الی 16 ارائه شده است.
4-2-1. شکست برون صفحه ای ناشی ازضعف اجزا و پیونداجزای دیوار
یکی از عوامل موثر در فروپاشی برون صفحه ای دیوارها ناشی از ضعف ذاتی و عدم یکپارچگی اجزای دیوار با یکدیگر به ویژه ضعف مات به کاررفته در پیوند بین واحدهای بنایی و ضعف اتصال در دیوارهای دوجداره بودهاست. دیوارهای خارجی در سالهای اخیر به دلیل مسائل مربوط به عملکرد حرارتی و اصاح پلهای حرارتی دچار تغییر گردیده و این امر خطرات جدیدی را در اثر کمبود اتصال جدار خارجی به داخلی، کاهش پهنای تکیه گاهی جدار خارجی و … به وجود آوردهاست (تصویر نه-هشت)
5-2-1. شکست برون صفحه ای ناشی از ضعف اتصال دیوار به عناصر سازه ای
اغلب، دیوارها در اثر کمبود اتصاالت مکانیکی با ستون ها و تیرهای پیرامونی، کمبود اتصال به دیوارهای عمودی، عدم پیش بینی کالف قائم در گوشهها در زلزله دچار شکست خار ج از صفحه میگردند(تصویر ده-هشت).
اصولا مقاومت خار ج از صفحه میان قاب به عملکرد قوسی اصوال آن بستگی دارد. هرچه قاب دور سختتر باشد و میزان چسبندگی قاب به میان قاب بیشتر باشد عملکرد قوسی بیشتر است. با به کارگیری مقدار اندکی آرماتور در دیوار، میتوان از خروج دیوار از صفحه جلوگیری نمود.
3-1. 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 اتصاالت و چیدمان موجب آسیب دیدن سازه گردد. بر این اساس جهت پیشگیری از آسیبهای این سطح الزم است تمهیدات ویژهای هم در طراحی فاز یک و هم در طراحی فاز دو معماری و سازه درنظر گرفته شود. در جدول 1 آثار منفی دیوارها بر عملکرد لرزه ای سازه ارائه شده است.
1-3-1. شکست برشی عناصر سازه
اصوال سازه ای از کنش خمشی به کنش محوری تبدیل گردد. این نحوه توزیع نیرو در اندرکنش بین دیوار و قاب را با بادبند معادل میتوان جایگزین کرد که بسته به خصوصیات هندسی و مقاومت دیوار به صورت میله ستون به ستون، تیر به تیر و یا اتصال به اتصال در نظر گرفته میشود. .بر این اساس در اثر برشهای متمرکز در باال و پایین ستون، در ابتدا و انتهای تیرو یا ناحیه اتصال و کمبود مقاومت برشی، شکست برشی در عناصر سازه ای به وقوع خواهد پیوست (تصویر یازده-هشت)
2-3-1. ستون کوتاه
این پدیده یکی از دالیل اصلی فروریختن ساختمانها در زلزله میباشد. پدیده ستون کوتاه در اثر پرشدن تنها بخشی از قاب توسط دیوارهای پرکننده میان قاب ر خ میدهد(تصویر دوازده-هشت)
زمانی که طول ستون ها کوتاه میشود، صلبتر شده و جذب بخش عمدهای از نیروی برشی طبقه توسط این ستون ها با توجه به تناسب سختی ستون با عکس مکعب طول آن اتفاق میافتد.الزم به ذکر است در ستون های کوتاه (نسبت کم ارتفاع به عرض)، شکست برشی ر خ داده وترک ها به صورت قطری پدید میآید(تصویر شش) و در ستون های الغر (نسبت زیاد ارتفاع به عرض)، شکست به صورت خمشی ر خ میدهد (تصویر هفت)
3-3-1. تیر قوی ستون ضعیف
در سازه ای که نیروی زلزله در آن توسط قابها تحمل میشود. الزم است طراحی به نحوی صورت پذیرد که ابتدا مفصلهای پالستیک در تیرها ایجاد شود و ستون ها در حالت االستیک باقی بمانند،زیرا در صورتی که تغییرشکل انعطاف پذیر در ستون ها قبل از تیرها ایجاد شود، فروریزش کل طبقه یا ساختمان قطعی است .در صورتی که بخش پیشانی یا دست انداز پنجره ها در نما به صورت پیوسته با تیرهای سازه اجرا شود، علی رغم پرهیز از اصل تیر قوی ستون ضعیف در طراحی، ساختمان در زلزله رفتاری مشابه را از خود نشان خواهد داد(تصویر سیزده-هشت)
4-3-1. طبقه نرم
طبقه نرم عبارت است از عدم پیوستگی سختی که در اتصاالت طبقه بعدی خودنمایی میکند. چنانچه سختی یک طبقه(اغلب طبقه همکف)به نحو بارزی کمتر از طبقات فوقانی باشد .بخش قابل توجهی از کل تغییرمکان جانبی ساختمان متوجه طبقه همکف شده و این امر منجر به ایجاد مفصل پالستیک در باال و پایین ستون ها میگردد. به این ترتیب عناصر باربر قائم در طبقه همکف به شدت آسیب ً سالم دیده در حالی که سایر عناصر ساختمان معمولا باقی میمانند.
این مطلب اغلب به دالیل معماری برای ایجاد ورودی با دهانههای باز، البی ساختمانها، پارکینگها و… اتفاق میافتد. در بسیاری از مواقع علی رغم طراحی سازه منظم در ارتفاع، در اثر کاهش یا حذف میان قابها در طبقات مجاور، نامنظمی در ارتفاع رخ میدهد .(تصویر هشت-چهارده )
5-3-1. پیچش
ز دیدگاه تحلیل سازه نیروی زلزله به مرکز جرم طبقات وارد می شود و نیروی مقاوم در برابر زلزله در مرکز سختی سیستم مهاری جانبی اثر میکند. چنانچه این دو مرکز در ساختمان بر یکدیگر منطبق نباشند عاوه بر حرکت جانبی زلزله یک ممان پیچشی نیز حول مرکز سختی به آن افزوده خواهد شد. تجارب زلزله های گذشته نشان میدهد پیچش بحرانیترین عاملی است که منجر به خسارات عظیم یا فروپاشی ساختمان میگردد
بخش قابل توجهی از آثار پیچشی ناشی از به هم خوردن توزیع سختی به دلیل عدم مالحظه موقعیت دیوارها در طراحی است.(تصویر هشت-پانزده )
2. عملکرد مطلوب دیوارها در زلزله
مطابق با نمودار ارائه شده در تصویر 1 ،برای عملکرد مطلوب دیوارها نیز سه سطح میتوان درنظر گرفت. بر این اساس در سطح یک، دیوار در برابر نیروهای درون صفحه ای پایدار باقی میماند، در سطح دو، دیوار در برابر نیروهای برون صفحه ای پایدار باقی مانده و آسیبی بر دیگر عناصر نیز وارد نمیکند، در سطح سه، دیواری که پایداری خود را در هر دو سطح قبلی حفظ نموده باشد و از لحاظ مشخصات مصالح، اتصاالت بین اجزا، تناسبات، اتصال به سازه، سطوح و موقعیت بازشوها و نحوه چیدمان در پان و نما از شرایطی مطلوبی که به تفصیل در بخشهای قبل مورد بحث قرار گرفت برخوردار باشد، میتواند موجب پایداری سازه های غیرمقاوم در برابر زلزله گردیده یا پتانسیل اضافی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله به وجود آورد.
دلیل اصلی سودمندی دیوارها از این جهت میباشد که ً کم ولی بر میزان تاثیر آنها بر افزایش نیروی اینرسی نسبتا مقاومت و سختی زیاد است در شرایطی که دیوار به اندازه کافی قوی یا انعطاف پذیر است تا زمانی که به صورت سالم و یکپارچه میباشد خواص لرزه ای قاب را به میزان قابل توجهی بهبود میبخشد
میان قابهای مصالح بنایی تاثیر زیادی در افزایش سختی جانبی قاب دارند .]با توجه به سختی بیشتردیوارها نسبت به قاب، در هنگام زلزله به صورت دیوار برشی عمل میکنند. این امر موجب افزایش سختی و مقاومت قاب از یک طرف و افزایش نرمی و شکلپذیری میان قاب از سوی دیگر میشود
دراین حالت جابهجایی و تغییرشکل دیوارها با قاب مساوی خواهد بود. لذا دیوارها باید به اندازه کافی قوی یا انعطافپذیر باشند تا این تغییرشکلها را جذب کنند در واقع به جای این که نیروهای جانبی توسط اعضای قاب خمشی تحمل شود، نوعی اعضای قطری فشاری در دیوار شکل گرفته و به این ترتیب دیوار پرکننده باعث میشود که رفتار سازه ای از کنش خمشی به کنش محوری تبدیل شود عاوه بر این در قابهای مهاربندی شده نیز دیوار پرکننده آجری در تحمل نیروی محوری فشاری مشارکت نموده و ضعف مقاومت فشاری مهاربندیهای کششی را جبران میکند
در جدول 1 آثار مثبت دیوارها بر عملکرد لرزه ای سازه ارائه شده است.
با توجه به موارد فوق در بسیاری از زلزله های گذشته دیوارهای پرکننده موجب پایداری ساختمانهای فاقد مقاومت جانبی کافی شدهاند. به عنوان نمونه میتوان به زلزله خرداد 1369 رودبار منجیل، وجود میان قابها موجب استقامت ساختمانهای فاقد سیستم لرزهبر و با اتصال خرجینی در لوشان و رشت گردید
در زلزله تیرماه 1381 چنگوره(آوج) استفاده از دیوارهای پرکننده در ساختمانهای فلزی دو طبقه دو جهت مفصل و بدون بادبند موجب پایداری ساختمان شد در مرکز مخابرات بم حضور دیوارهای پرکننده بنایی دلیل اصلی پاسخهای نزدیک به خطی این ساختمان بوده است .در زلزله 2007 سوماترای اندونزی، پرکنندههای آجری غیرسازه ای مقاومت کلی قابهای بتن مسلح را به میزان قابل توجهی افزایش دادند و در زلزله 2011 منطقه وان ترکیه دیوارهای پرکننده به سیستم سازه ای در برابر نیروهای جانبی کمک کردند
3. نتیجه گیری
در حال حاضر اغلب، مهندسین سازه در فرایند طراحی، دیوارها را به عنوان عناصر غیرسازه ای به شمار آورده و تنها جرم آنها را در محاسبات مدنظر قرار میدهند. از طرف دیگر معماران نیز، مشخصات دیوارها را بدون توجه به عملکرد لرزه ای آنها تعیین میکنند. مطالعات حاضر نشان میدهد برخاف این فرایند مرسوم، دیوارها از جمله عناصر غیرسازه ای به شمار میروند که بیشترین پتانسیل تخریب کلی ساختمان را داشته و در زلزله های خفیف تا متوسط نیز دچار آسیب میشوند.
بر اساس مطالعه تجارب زلزله های گذشته که با شیوهای مفهومی و قابل استفاده برای جامعه معماری در این تحقیق مورد بررسی قرار گرفتهاست انواع رفتارهای لرزه ای دیوارها در یک نمودار شامل سه سطح و هر یک در دو جهت مثبت و منفی قابل تحلیل است. در سطح یک از عملکرد نامطلوب دیوارها، تنها دیوار دچار آسیب میگردد، این آسیبها تحت عنوان شکست درون صفحه ای دیوار قابل بررسی بوده و در مورد دیوارهای مجزا و میان قابها صادق است. از عوامل موثر در این شکست به دو عامل ضعف اجزا و پیوندها و موقعیت و ابعاد بازشوها میتوان اشاره کرد.
در سطح دو، دیوار دچار آسیب شده و احتمال وارد شدن آسیب بر دیگر عناصر غیرسازه ای وانسانها نیز وجود دارد. این دسته از آسیبها تحت عنوان شکست برون صفحه ای دیوارها شامل دیوارهای مجزا و میان قابها قابل بررسی است. از جمله عوامل موثر در ایجاد آسیبهای این سطح به سه عامل ضعف اجزا و پیوندها، تناسبات نامطلوب و ضعف اتصال به سازه میتوان اشاره کرد. در سطح سه، دیوار موجب وارد شدن آسیب به سازه ساختمان میگردد. در این سطح ممکن است ابتدا دیوار دچار شکست، به ویژه شکست درون صفحه ای گردیده و سپس سازه دچار آسیب شود و یا نخست 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، آسیبهای وارد بر عناصر غیرسازه ای از جمله دیوارها و ایجاد خطرات جانی برای انسانها نیز مورد انتظار میباشد. در خصوص عملکرد مطلوب دیوارها نیز سه سطح میتوان درنظر گرفت. بر این اساس در سطح یک، دیوار در برابر نیروهای درون صفحه ای پایدار باقی میماند، در سطح دو، دیوار در برابر نیروهای برون صفحه ای نیز پایدار باقی مانده و آسیبی بر دیگر عناصر وارد نمیکند، در سطح سه، دیواری که پایداری خود را در هر دو سطح قبلی حفظ نموده و از لحاظ مشخصات مصالح، اتصاالت بین اجزا، تناسبات، اتصال به سازه، سطح و موقعیت بازشوها و نحوه چیدمان در پان و نما از شرایط مطلوبی برخوردار باشد، میتواند موجب پایداری سازه های غیرمقاوم در برابر زلزله گردد یا پتانسیل اضافی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله به وجود آورد.
به عنوان نتیجه نهایی الزم است اشاره شود برای دستیابی به ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله در کنار طراحی سازه، طراحی دیوارها نیز از اهمیت باالیی برخوردار است. با اندکی توجه به عملکرد لرزه ای دیوارها در مراحل مختلف طراحی معماری و سازه میتوان از آثار نامطلوب دیوارها در زلزله جلوگیری و در مقابل از عملکرد مطلوب آنها بهره برداری نمود. با این شیوه در هزینه های سازه صرفه جویی گردیده و یا در ساختمانهای با کیفیت ساخت پایین، بدون افزایش هزینه یک پتانسیل اضافی جهت پایداری در برابر زلزله ایجاد خواهد شد.
“این مقاله به همت سرکار خانم دکتر آزاده نوری فرد و همکاران” تهیه شده است.
