بهسازی و تقویت سازه ها با الیاف FRP
این گام ها برای کلیه ساختمان ها اعم از فولادی، بتنی و مصالح بنایی قابل اعمال است و بیشتر جنبه عمومی یا کلی داشته و بههیچ نوع از انواع ساختمان ها اختصاص ندارد. تقسیمبندی کلی این گام ها بهشرح زیر است:
در این قسمت با این فرض که خواننده گرامی با گام های کلی آشنایی کامـل و وسـیع دارد، ضـرورتی بـرای طـرح مجدد و مشروح آنها وجود ندارد، لیکن مختصراً به برخی از اجزای آنها به عنوان یادآوری اشاره میشود.
اجزای این قسمت عبارتند از:
مشخصات هرساختمان می تواند شامل اطلاعات مربوط به پیکربندی از نظر معماری و ازنظر سازه ای و همچنـین اطلاعات مربوط به اعضای سازه ای و غیرسازه ای که احتمـالاً در هنگـام رخـداد زلزلـه بـر روی نیروهـا و تغییـر مکانهای اعضای سازه ای اثرگذارند، باشد. در این قسمت باید اطلاعات مربوط به خواص مهندسی مصالح بهکـار رفته و نحوۀ استقرار اعضای سازه ای و اتصال آنها به یکدیگر نیز تعیین شود
کی دیگر از اجزای مربوط به گام های عمومی در فرآیند مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای مشخص کردن وضـعیت ساختگاه از نظر شرایط زیرسطحی و سطحی است که مشتمل بر نوع خاک و طبقهبندی آن اسـت. در ایـن مرحلـه وضعیت شالوده نیز باید در پی بررسیهای میدانی و انجام آزمایش های لازم مشخص گرد
در این قسمت اثر برخورد ساختمان های مجاور به “ساختمان هدف “و احتمال بروز آسیب یا خسـارت در هنگـام رخداد زلزله باید مورد بررسی قرارگیرد. در چنین شرایطی لازم اسـت تـا آسـیب یـا خسـارت محتمـل در هنگـام رخداد زلزله پیشبینی و تخمین زده شود. بهعنوان مثال، سقوط اجزای سست مانند قطعات نما و یا احتمال انفجار، آتشسوزی، نشت مواد آلاینده، ازجمله اطلاعاتی است که باید برای اتخاذ تصمیم نهایی گردآوری شود.
برای تعیین سطح عملکرد مورد انتظار برای ساختمان هدف، لازم است، مهندس مسئول طرح بهسازی با همکـاری کارفرما، به دلایلی که در قسمتهای قبلی مشخص کرده است، یکی از سطوح عملکرد را، تحت خطـر زلزلـه معـین انتخاب نماید. لازم به ذکر است که سطوح عملکرد، شامل چهار سطح اصلی و دو سطح میانی است.
سطوح عملکرد میانی عبارتند از:
هر سطح عملکرد به دو قسمت اصلی وابسته است، یکی سطح آسیب و دیگری سطح خطر لرزه ای. به عبارت دیگـر برای عملکرد هر ساختمان در هنگام رخداد زمین لرزه، باید سطح خطر را دانست و متناسب با آن آسیب قابل قبول یا مورد انتظار را تعریف کرد. فلذا سطح هر آسیب باید متناظر با سطح خطر بوده باشد. از اینرو عملکرد لـرزهای عبارت است از تعیین حداقل خسارت مجاز (سطح عملکرد) برای پذیرش خطر لرزه ای معین (حرکت زمین ناشی از زلزله). هدف از یک سطح عملکرد میتواند مشتمل بر سطوح مختلفی از آسیب برای سطوح مختلفی از حرکت زمین باشد. که در اینصورت بهنام هدف دوگانه یا چند گانه تعبیر میشود. سطح عملکرد بیانگر شرایط حدی مربوط به میزان و نحوه خسارت وارده بر سازه است که برای یک ساختمان معین و تحت اثر یک زلزله معین قابل قبولی تلقی می شود این شرایط حدی بوسیله خرابی های فیریکی در خود سازه، خطر جانی برای ساکنین ساختمان و میزان قابلیت سرویس دهی سازه پس از وقوع زلزله توصیف می گردد. سطوح عملکردی برای سیستم سازه ای و غیرسازه ای به طور جداگانه تقسیم می شود.
سطح عملکرد هدف به دو دسته تقسیم میگردد.
هر یک از این دو سطح میتواند مستقل از یکدیگر و یا با ترکیب هر دو سطح، عملکرد کلـی سـاختمان را بـه دسـت دهد. سطوح و محدوده های عملکرد سازه ای با یک عنوان و یک عـدد معرفـی مـی شـوند . عـدد مـذکور را ” عـدد عملکرد سازه ای ” می نامند و به طور مخفف به n–Sp نمایش می دهند. سطوح عملکردی سازه ای که عبارتنـد از “قابلیت استفاده بی وقفه” ، “ایمنی جانی” و “آستانه فرو ریزش” وضعیتهای خرابی مجزایی هستند که می توانند مستقیما در ارزیابی و بهسازی برای معرفی معیارهای فنی به کار روند. سایر عملکردهای سازه ای تعیین شده که عبارتند از “خرابی محدود” و “ایمنی جانی محدود” و “غیرقابل قبول” در حقیقت موقعیت هایی در سیسـتم طبقـه بندی و شماره گذاری هستند که به صاحب ساختمان اجازه می دهد که بتواند به دلخواه عملکـرد سـاختمان را در این محدوده انتخاب کند. ذیلا تعریف و توضیح وضعیت خرابی در سطوح مختلف عملکرد ارائه می شود.
1.استفاده بی وقفه یا اشغال فوری، Sp-1) Occupancy Immediate)
در این سطح از عملکرد، ساختمان دارای عناصر اساسـی افقـی و قـائم کـه در برابـر زلزلـه مقـاوم باشـند (سیستم های لرزه بر)، بوده و کلیه خواص و شاخصه های قبل از زلزله و ظرفیت لرزه ای خود را حفـظ مـی نمایند. این سطح عملکرد بر روی منحنی ظرفیت در شکل 6 با محدوده A تا B مشخص شده است.
2.کنترل خسارت یا خرابی محدود، Sp-2) Control Damage)
این سطح از عملکرد، بیان عملکردی است که بین دو سطح عملکردی استفاده بی وقفه و ایمنـی جـانی قـرار میگیرد. این سطح عملکرد بر روی منحنی ظرفیت در شکل 6 با محدوده B تا G مشخص شده است. در این حالت در اثر وقوع زلزله خرابی های محدودی ایجاد می گردد، به گونه ای که با انجام مرمت بخشهای آسیب دیده، ادامه بهره برداری میسرمی باشد. این حالت در حقیقت یک سطح عملکردی نیست بلکه یک محدوده ای از خرابی پس از زلزله است که بین سطح 1–Sp( قابلیت استفاده بی وقفه) و 3–sp (ایمنی جانی) متغییراست. این وضعیت می تواند معرف بسیاری از حالاتی باشد که در آن بخواهیم خرابی سازه را به یک سطح بالاتر از ایمنی جانی محدود کنیم ولی مسأله سکونت مورد توجه است. مثالی از این حالت “خرابی محدود”، حفظ جنبه معماری آثار برجسته مثل ساختمان های تاریخی و یا سازه های محتوی وسایل ارزشمند می باشد. لازم به توضیح است که این محدوده غالبا برای مشخص کردن حالات بین سطوح عملکرد “استفاده بی وقفه” و ” ایمنی جانی” بکار می رود و عملکرد قابل انتظار از اکثر ساختمان های جدید برای زلزله ای با 15 درصد احتمال در 50 سال را در بر می گیرد.
3.ایمنی جانی ( Sp–3) (Life Safety)
در این حالت براثر وقوع زلزله در سازه خرابی ایجاد می شود ولی میزان خرابی در حدی که منجر به خسارت جانی شود، نیست. این سطح عملکرد معرف وضعیتی از خرابی پس از زلزله است که در آن خسارت قابل توجهی به سازه اعمال شده ولی هنوز حاشیه اطمینان تا سقوط کل یا بخشی از سازه وجود دارد. سطح خرابی از آنچه که برای سطح عملکرد “آستانه فروریزش” در نظر گرفته می شود، کمتر است. اعضای اصلی و بزرگ سازه ای از جای خود بیرون نزده و نیفتاده اند وخطر جانی در داخل یا خارج ساختمان وجود ندارد. گرچه در خلال زلزله صدمه دیدگی و جراحت ممکن است اتفاق بیفتد ولی احتمال صدمه جدی منجر به مرگ ناشی از خرابی سازه ای بسیار کم است. این سطح از عملکرد، فاصلۀ قابل توجهی با فروریزش کامل یا جزئی دارد و بر روی منحنی ظرفیت در شکل 6 در اطراف نقطۀ G مشخص شده است.
4.ایمنی جانی محدود (Limited Life Safety) (Sp–4)
در این سطح از عملکرد، خسارت ها یا آسیب ها به میزانی است که مابین دو حد ایمنی جانی و پایداری سازه ای واقع میشود. در این حالت براثر وقوع زلزله در سازه خرابی ایجاد می شود ولی میزان خرابی در حدی است که خسارت جانی حداقل شود. این حالت نیز در واقع یک سطح عملکرد نیست بلکه یک محدوده ای از وضعیت خرابی پس از زلزله است که شرایطی بدتر از سطح عملکرد “ایمنی جانی” و بهتر از سطح عملکرد “آستانه فروریزش” دارد و معرف موقعیتی در طبقه بندی سطوح عملکرد است که شرایطی بهتر از سطح آستانه فروریزش دارد. این شرایط، حالتهایی را شامل می شود که تأمین سطح ایمنی جانی به طور کامل، مقرون به صرفه نیست. سطح عملکرد غیرسازه ای که در این محدوده به کار می رود متغییر است و به هدف کنترل خرابی بستگی دارد و محدودۀ G تا I را بر روی منحنی ظرفیت که در شکل 6 آمده مشخص می کند.
5.آستانه فروریزش با پایداری سازه ای(Structural Stability or Near Collapse) ( Sp–5)
در این حالت براثر وقوع زلزله خرابی گسترده ای در سازه ایجاد می شود ولی ساختمان فرو نمی ریزد و تلفات جانی حداقل می باشد . این سطح عملکرد، حد نهایی وضعیت خرابی پس از زلزله است که در آن کل یا بخشی از سیستم سازه ای ساختمان در شرف فروریختن می باشد. خسارت های اساسی به سازه وارد شده و شامل کاهش شدید سختی و مقاومت در سیستم باربر جانبی است. ولی در عین حال تمام اجزای اصلی سیستم باربرقائم همچنان قادر به ادامه باربری هستند. اگرچه ساختمان پایداری کل خود را حفظ می کند ولی احتمال صدمه دیدگی ناشی از سقوط اعضای سازه ای هم در داخل ساختمان و هم در خارج آن به شدت وجود دارد و احتمال سقوط ساختمان در صورت وقوع پس لرزه، زیاد است. باید توجه شود که قبل از اسکان مجدد در ساختمان حتما تعمیرات سازه ای اساسی انجام شود. در این وضعیت برای ساختمان های بتنی قدیمی بسیار محتمل است که خسارات ایجاد شده به هیچ وجه از نظر اقتصادی و فنی قابل جبران و تعمیر نباشد. در این سطح عملکرد خطر سقوط اجزا وجود دارد و به همین دلیل سطح عملکرد غیرسازه ای E–Np) غیرقابل قبول) معمولا با این سطح عملکرد سازه ای ترکیب می شود.
6.سطح عملکرد لحاظ نشده ( Considered Not) ( Sp–6)
این حالت یک سطح عملکرد نیست بلکه موقعیتی را در طبقه بندی سطوح عملکرد نشان می دهد که تنها ارزیابی سیستم غیرسازه ای را در بر می گیرد. لازم به توضیح است که بهسازی لرزه ای برای اجزای غیرسازه ای بدون در نظرگرفتن سازه معمول نیست، ولی در مواردی که آسیب پذیری زیادی محتمل است، مثل اتاق کامپیوتر و یا دستگاههای مهم و حساس، می توان وجود سطح عملکرد سازه ای “غیرقابل قبول” را در طبقه بندی سطوح عملکرد ساختمان ابزار مناسبی برای ارتباط طراح و مالک ساختمان تلقی نمود. به طور خلاصه در این سطح از عملکرد فقط عناصر غیر سازه ای برای تقویت یا بهسازی در نظر گرفته میشوند.
سطوح عملکرد غیر سازه ای به طور مخخف به شکل n–Np نمایش داده می شود. سطوح عملکـرد غیـر سـازه ای که عبارتند از “خدمات رسانی بی وقفه” ، “قابلیت استفاده بی وقفـه” ، “ایمنـی جـانی” و “ایمنـی جـانی محـدود” وضعیتهای خرابی مستقلی هستند که می توانند مستقیما در امر ارزیابی و بهسازی بـه منظـور تعیـین معیارهـای فنی به کاربرده شوند. دیگر عملکرد غیرسازه ای یعنی “غیرقابل قبول” صـرفا بـرای تکمیـل طبقـه بنـدی در نظـر گرفته شده و به کارفرما امکان انتخاب بیشتری برای تعریف عملکرد مورد نیاز می دهد
1.قابلیت خدمات رسانی، A-Np) Operational)
دراین حالت اجزای غیرسازه ای براثر زلزله دچار خرابی بسیار جزئی می شوند، به گونه ای که خدمت رسانی ساختمان به طور پیوسته فراهم است. این سطح بیانگر وضعیتی از خرابی پس از زلزله است که در آن اجزا و سیستم های غیرسازه ای عموما در جای خود هستند و بدون خرابی قادر به انجام وظایفشان می باشند. گرچه مقدار کمی به هم ریختگی و نیاز به تعمیر کردن قابل انتظار است ولی تمام وسایل و ماشین آلات باید در حال کار پابرجا بمانند. وسایل کمکی که ممکن است به علت خرابی های قابل توجه در خارج از ساختمان در دسترس نباشد، باید تامین شود و تمهیدات لازم برای مواجه با مشکلات احتمالی در زمینه حمل و نقل، ارتباط با خارج ساختمان و در دسترس بودن مایحتاج باید در نظرگرفته شود.
2.بهره برداری بیوقفه (Immediate Occupancy Level ( Np-B
وضعیتی از خرابی پس از زلزله است که در آن عموما اجزا و سیستم های غیرساز ه ای در جای خود باقی می مانند. مقدار کمی به هم ریختگی و نیاز به تعمیرکردن به خصوص به علت خرابی یا جا به جا شدن محتویات آنهـا، محتمـل است. با وجود اینکه ماشن آلات و وسایل عموما بسته شده و مهار شده هستند ولی قابلیت کارایی آنها پس از زلزلـه های شدید چندان مورد اطمینان نیست و ممکن است در استفاده از آنها محدودیتهایی ایجاد شود . راههای دسترسـی و فرار مانند درها، راهروها، پله ها و آسانسورها مختل نشده و استفاده از ساختمان، بی وقفه میسر می باشد.
3.ایمنی جانی (Life Safety(NP-C
در این وضعیت پس از وقوع زلزله ممکن است خرابی های اساسی در سیستم ها و اجـزای غیرسـازه ای اتفـاق بیفتـد ولی نباید شامل سقوط و فروریختن وسایل سنگین که باعث بروز مصدومیت های شدید چـه در داخـل سـاختمان و چه در خارج آن می شود، باشد. خطرات ناشی از شکستن لوله ها و نگهدارنه های مواد سمی و یا لوله های مربـوط به سیستم جلوگیری از آتش سوزی نباید وجود داشـته باشـد. سیسـتمهای غیرسـازه ای ممکـن اسـت در وضـعیتی باشند که بدون تعمیر و یا جا به جا کردن قابل استفاده نباشد . با وجود اینکه بـروز صـدمه دیـدگی در خـلال زلزلـه ممکن است اتفاق بیفتد ولی خطر صدمه دیدگی شدید و خطر جانی به علت خرابی اجزای غیرسازه ای بسیار کم است
4.کاهش خطر (Reduced Hazard(NP-D
در این وضعیت، آسیب های جدی به عناصر غیر سازه ای، وارد میشود، ولی نباید عناصر سنگین و بـزرگ دچار آسیب شده باشند که در اثر آن ساکنین صدمه ببینند..
5.لحاظ نشده (منظور نشده)، E-NP) Considered Not)
این حالت یک سطح عملکرد نیست بلکه معرف حالت عامی است که اجزای غیرسازه ای مورد ارزیابی و بررسی قرار نمی گیرد مگر آنکه اثر مستقیمی بر رفتار سازه داشته باشند، مثل دیوارهای پرکننده با مصالح بنایی و سایر جداگرهای سنگین. این موقعیت در طبقه بندی برای توصیف دقیق سطح عملکرد ساختمان در حالت “آستانه فرو ریزش” که در آن اجزای غیرسازه ای در نظرگرفته نمی شود، باید در نطر گرفته شود. این سطح برای اینکه با سطح عملکرد سازه ای4-Sp ترکیب شود، در طبقه بندی درنظرگرفته شده است. به علاوه انتخاب اجزای غیرسازه ای در سطح “نامشخص” در بعضی موارد یک راه حل مدیریتی ریسک است که در ترکیب با سایر سطوح عملکرد بالا مورد استفاده قرار می گیرد. در نظرگرفتن سطح عملکرد E–Np در طبقه بندی وسیله مناسبی برای ارتباط طراح و مالک ساختمان می باشد
برای به دست آوردن سطح عملکرد ساختمان لازم است، ترکیبی بین سطح عملکرد عناصر سازه ای و غیر سازه ای به وجود آید. در جدول 5 این ترکیب برای سطوح عملکرد مختلف آورده شده است. به طور خلاصه سطوح عملکـرد ساختمان را میتوان به صورت زیر دسته بندی کرد.
1.سطح عملکرد بهره برداری (خدمت رسانی) (Operational) (1-A ) یا (1-A-SPNP)
از ترکیب دو سطح عملکرد بهره برداری بیوقفه اعضای سازه ای و عملکرد قابلیت استفاده بیوقفه اعضای غیر سازه ای سطح عملکرد بهره برداری بیوقفه برای ساختمان به دست میآید. در ایـن سـطح از عملکـرد، آسیب وارده به ساختمان چندان اندک است که زنـدگی عـادی در آن ادامـه خواهـد داشـت و بـرای تعمیـر قسمتهای آسیبدیده هیچگونه مزاحمتی برای ساکنین بهوجود نخواهد آمد. همچنین خسـارتهـای وارده به عناصر غیر سازه ای نیز اندک است به نحوی که مشکلی بـرای سـاکنین بـه وجـود نمـیآورد. و از همـه مهمتر سرویسهای موقت و با اهمیت که از بیرون ساختمان تأمین می گردند (مانند خطوط تلفن و حمل و نقل، ورود، پارکینگ ها و …) امکان پذیر می باشد.
2.سطح عملکرد بهره برداری بیوقفه (SPNP-B-1) یا( B-1) (Immediate Occupancy)
این سطح عملکرد مرادف با حالتی است که فضاهای داخلی ساختمان و آمد و شد در آن عادی خواهد بود و اغلب سرویسها پابرجا میباشد ولی تداوم این سرویسها بهصورت عادی مقدور نیست و ممکن اسـت برخی از آنها خسارت دیده باشند.
3.سطح عملکرد ایمنی جانی (Safety Life) (3-SPNPC )یا (3-C )
سطح عملکرد ایمنی جانی به شرایطی اطلاق میشود که پیشبینی خرابی اعضای سازه ای و غیر سـازه ای، مانند افتادن بخشهایی از قسمت های غیرسازه ای ساختمان، به صورت خطر جدی سـاکنین را تهدیـد نکنـد . معمولاً این سطح از عملکرد پایینتر از سطح عملکرد آیین نامه های طراحی لرزه ای جدید است
4.سطح عملکرد در آستانه فروریزش (Salability Structural ) (5-E )یا (5-SPNPE)
در این سطح عملکرد، عناصر سازه ای در حالی تحمل بارهای قائم (ثقلی) را دارند که بارهای جانبی ناشـی از زلزله تحمل نمی شود. در این حالت برای پسلرزه های احتمالی، ازنظـر مقاومـت محـدودۀ رزرو وجـود ندارد و عناصر غیر سازه ای ممکن است فرو ریزند و حتی خسارت ها و آسیب هـای سـازه ای نیـر محتمـل است.
برای هرگونه طرح بهسازی و مقاوم سازی لرزه ای لازم است عوامل مربـوط بـه حرکـت قـوی زمـین را در سـطح زمین برای سطوح خطر مختلف برآورد کرد. روش های این برآورد بهصورت شماتیکی بدین صورت است:
سطوح مختلف خطر زلزله که ناشی از نوع حرکت زمین است به صورت های زیر تعریف می شود:
این سطح خطر بر مبنای سطحی از لرزش های زمین است که احتمال وقوع زلزله ای بزرگتر از آن در50 سال برابر 10 درصد می باشد ، دوره بازگشت زلزله سطح طراحی 475 سال می باشد. این سطح خطر مرادف با سطح زلزله استاندارد 2800 است.
این سطح خطر براساس 2 درصد احتمال رویداد در 50 سال تعریف می شود که دوره بازگشت متوسط آن 2475 سال است.
این سطح خطر برای موارد خاص و با ملاحظات ویژه مناسب می باشد و در واقع می تواند معرف زلزله ای با هر احتمال رویداد در50 سال باشد.
زلزله سطح بهره برداری، زلزله خفیف یا متوسطی است متناظر با سطحی از لرزش های زمین که بر مبنای تئوری احتمالات، احتمال وقوع زلزله ای بزگتر از آن در50 سال برابر50 درصد است. دوره بازگشت متوسط زلزله سطح بهره برداری حدود 72 سال می باشد که تقریبا آنرا 75 سال معرفی می کنند. این سطح زلزله عموما درحدود نصف زلزله سطح طراحی است. زلزله سطح بهره برداری که در مدت 50 سال احتمال وقوع آن بیش از 5/99 درصد می باشد. به عبارت دیگر این زلزله در طول عمر ساختمان اتفاق می افتد.
زلزله سطح حداکثربه عنوان حداکثر سطح زلزله ای که از یک منطقه با شرایط زمین شناسی معین انتظار می رود تعریف می شود . به صورت احتمالاتی زلزله سطح حداکثر بیانگر سطحی لز لرزش های زمین است که احتمال وقوع زلزله بزرگتر از آن در50 سال برابر 50 درصد می باشد.
پس از آنکه زلزله مورد نظر به منظور تعیین هدف عملکردی انتخاب شد، باید مشخصات آن به نحو مناسبی بیان گردد. نحوه بیان و استفاده از مشخصات زلزله مورد نظر به روشی که برای طراحی براساس عملکرد به کارگرفته می شود بستگی دارد. معمولا بیان مشخصات زلزله به دو صورت انجام می گیرد، یکی با استفاده از طیف پاسخ زلزله مورد نظر و دیگری با استفاده از شتاب نگاشت و به شکل تاریخچه زمانی. برای بیان مشخصات زلزله مورد نظر با استفاده از طیف پاسخ، می توان از طیف پاسخ استاندارد ذکرشده در آئین نامه ها استفاده کرد و یا اینکه طیف ویژه ساختگاه را تهیه و استفاده کرد.
طیف طرح استاندارد به دو عامل مهم بستگی دارد. یکی شتاب مبنای طرح(A (و دیگری ضریب باز تاب ساختمان(B .(شتاب مبنای طرح را با استفاده از نقشه های پهنه بندی لرزه ای، که در آنها میزان بیشینه شتاب زمین برای دوره های مختلف بازگشت آورده شده است به دست می آورند. میزان شتاب مرادف با سطح خطر-1 در نقشه پهنه بندی شتاب با دوره بازگشت 475 سال (10 %احتمال وقوع در 50 سال) تعیین می گردد. طیف طرح مرادف با سطح خطر-1 با میرایی 5 %در استاندارد 2800 ایران برای 4 نوع زمین به عنوان طیف طرح استاندارد ارائه شده است.
طیف طرح ویژه ساختگاه که بر مبنای تحلیل خطر ویژه و برای بهسازه ویژه مورد استفاده قرار میگیرد به چند عامل مهم بستگی دارد. این چند عامل عبارتند از شرایط ساختگاه، بزرگای زلزله، فاصله گسل تا ساختگاه، نوع خاک و رابطه کاهندگی مربوط و روش برآورد سطح خطر.
برای تحلیل خطر ویژه ساختگاه باید گسل های فعال در اطراف ساختگاه و تا شعاع 100 کیلومتری تعیین گردد. پارامترهای لرزه خیزی را باید بر اساس بانکهای اطلاعاتی زلزله و پیشینه لرزه خیزی منطقه تعیین کرد. با توجه به شرایط ساختگاه از نظر ژئوتکنیکی، لرزه زمین ساختی و زلزله شناختی، باید رابطه کاهندگی مناسبی را به دست آورد
با توجه به سطوح عملکرد مورد انتظار، روش و سطح مقاوم سازی متفاوت خواهد شد. سطوح مقاوم سازی بـه 4 دسته زیر تفکیک می شوند.
1.بهسازی و مقاوم سازی محدود
در این سطح از بهسازی و مقاوم سازی پایین ترین سطح عملکرد در نظر گزفته می شود، به نحوی که سـاختمان مقاوم شده تخت اثر زلزله ای که خفیف تر از زلزله سطح خطر-1 باشد ایمنی جانی ساکنین تامین گردد.
2.بهسازی و مقاوم سازی مبنا
در این حالت انتظار می رود که ساختمان مقاوم سازی شده تحت اثر زلزله سطح خطر-1 ایمنی جـانی سـاکنین را تامین کند.
3.بهسازی و مقاوم سازی مطلوب
در این سطح از بهسازی و مقاوم سازی، انتظار می رود که اولا هدف بهسازی مبنا تامین گردد و ثانیـا سـاختمان مقاوم شده تخت اثر زلزله سطح خطر-2 فرو نریزد.
4.بهسازی و مقاوم سازی ویژه
در این سطح باید ساختمان مقاوم شده از عملکرد بهتری نسبت به سطح بهسازی مطلوب داشته باشد . بـه عبـارت دیگر ساختمان مقاوم شده باید عملکرد بالاتری نسبت به سطح مطلوب در مقابل اثرات زلزله سطح خطر-2 داشـته باشد.
روش های تحلیلی که برای تعیین نیروهای داخلی و تغییر شکلهای اعضای سازه در اثر نیروهای ناشـی از زلزلـه سطح خطر، به کار میروند عبارتند از:
الف.روش استاتیکی خطی
ب- روش دینامیکی خطی
ج- روش استاتیکی غیر خطی
د- روش دینامیکی غیر خطی
همانطورکه ملاحظه میشود این چهار روش درواقع در دو گروه روش های خطی و غیرخطی قـرار مـیگیرنـد کـه کاربرد هریک از این گروه ها دارای محدودۀ معینی است.که در این قسمت هـای بعد بـه صـورت محتصـر بـه انهـا اشاره می شود.
منظور از گام های ویژه، اقدماتی است که باید برای سازههای مختلف از نظر نوع یا مصالح آنها به کار برده شـود. در این قسمت گام های ویژه مربوط به ساختمان های دارای اسکلت بتنی تشریح میشود.
لازم است ظرفیت اعضای سازه ای و اتصالات آنها برای استفاده در تحلیل مشص شود. برای اینکار باید اطلاعات زیر از ساختمان موجود یا از طریق اسناد و مدارک فنی (درصورت موجود بـودن)، بـه دسـت آیـد، ویـا بـا انجـام آزمایش های ضروری تعیین گردد. این اطلاعات در دو دسته زیر طبقه بندی می شود:
الف-مشخصات مصالح به کار رفته
ب- مشخصات اعضای سازه ای
الف- مشخصات مصالح به کاررفته
برای مصالح به کار رفته و هرنوع میلگرد مصرفی یا قطعه فولادی که در اعضای سازه ای و اتصالات تعبیـه شـده، باید مقدار تنش تسلیم و مقاومت نهایی تعیین شود. چنانچه لازم باشد از طریق آزمایش این کمیتها تعیین گردند، در آنصورت با به دست آوردن منحنیهای تنش ـ کرنش، میتوان اطلاعات دیگری از رفتار مصالح به دست آورد. اطلاعات به دست آمده از اسناد و مدارک فنی از قبیل دفترچه محاسبات یا نقشههای اجرایـی را مشخصـات کرانـه پایین تلقی کرده و برای اینکه آنها به سطح مورد انتظار تبدیل گردند، باید به نحـو صـحیحی افـزایش داده شـوند. برای این کار از ضریب تبدیل استفاده میشود که در جدول 2 آورده شده است.
ب- مشخصات اعضای سازه ای
برای کلیه اعضای سازه ای باید اطلاعات زیر بررسی و مشـخص شـود. لازم بـه یـادآوری اسـت کـه تطبیـق ایـن اطلاعات با شرایط واقعی که در عمل اجرا شده است در تعیین مشخصات اصلی ساختمان بسیار مؤثر است.
برای مدل سازی رفتار غیر خطی اعضای سازه ای و سنجش معیار پذیرش پاسخ ها، باید کرانه پـایین مشخصـات مصالح و همچنین مشخصات مورد انتظار مصالح معلوم باشند. کرانه پایین برای عناصر و پارامترهایی که پاسـخ آن توسط نیرو کنترل میشوند و مشخصات مورد انتظار برای پاسخ هایی که توسط تغییر مکان کنترل مـی شـوند به کار میروند. برای تعیین مشخصات مکانیکی مصـالح بـه دو روش مـیتـوان آزمـایشهـا را انجـام داد کـه ایـن روش ها به شرایط ساختمان هدف بهسازی و سطح عملکرد بستگی دارد.
1 -روش آزمایش های مخرب
2 -روش آزمایش های غیر مخرب
آزمایش های مخرب
برای نمونه برداری باید مقاطعی انتخاب شود که به لحاظ شرایط بارهای ثقلی و تخمین شرایط بارهـای ناشـی از زلزله، تحت کمترین تنش ها قرار میگیرند. این نمونه ها بعداً در آزمایشگاه تحـت آزمـایش هـای اسـتاندارد تعیـین مشخصات می شوند. تعداد نمونهها باید به نحوی باشد که بتـوان بـا میـانگین گیـری نتـایج آنهـا کرانـۀ پـایین را به عنوان، مشخصات مصالح تعیین کرد.
{کرانه پایین مشخصات مصالح} = (میانگین مشخصات نمونه ها) – (انحراف معیار)
آزمایش های مخرب که منطبق بر استانداردهای شناخته شده هستند عبارتند از:
مغزه گیری (Core test):
آزمایش مغزه گیری باید بعد از تعیین و تخمـین محـل اسـ تقرار میلگردهـا بـه نحـوی انجـام شـود کـه در عملیـات مغزه گیری آسیبی به میلگردها وارد شود. برای تخمین محل میلگردها از دستگاه میلگرد یاب (Scanning )اسـتفاده میشود. پس از مغزه گیری باید محل مغزه توسط بتن یا ملاتی که خواص مکانیکی آنها حداقل در حـد مشخصـات بتن موجود باشد، پر و ترمیم گردد. در آزمایش کندن که آسیب جدی به سازه وارد نمی کنـد، تـرمیم سـطحی آن کافی است. این آزمایش ها برای تکمیل کردن اطلاعات انجام میشود. مقاومت به دسـت آمـده از مغـزه گیـری بایـد کالیبره شده و به روش قابل قبولی به مقاومت فشاری بتن تبدیل گردد.
از جمله استانداردهای مغزه گیری میتوان به استاندارد 99-C42M ASTM مراجعه نمود. روش انجام آزمایش نیز بر طبق استانداردهای زیرقابل انجام است:
آزمایش های غیر مخرب
از جمله آزمایش های غیرمخرب که میتواند در تعیین مشخصات مکانیکی بتن به کار رود میتوان به آزمایشهـای فرا صوت (اولتراسونیک) بر طبق استاندارد C597 ASTM و روش مقاومت نفـوذ C803 ASTM و روش سـختی سطحی یا برگشت C805 ASTM اشاره نمود. آزمایش های غیر مخرب نباید به طور کامل جـایگزین آزمـایش هـای مخرب شوند ولی میتوانند بهصورت مستدل جایگزین برخی از آزمایش های مخرب شوند که عملاً انجام آنها غیر ممکن است. لازم به ذکر است که نتایج آزمایش های غیر مخرب چندان با مقاومت واقعی بتن همخـوانی نـدارد و از این رو باید به نحو مناسبی آنها را کالیبره کرد. بـرای تعیـین مشخصـات مکـانیکی میلگردهـای مصـرفی بایـد بـه دفترچه محاسبات و نقشههای اجرایی مراجعه کرد که درصورت در اختیار بودن آنها میتوان به عنوان کرانه پایین تلقی کرد و با استفاده از جدول 1 مشخصات مصالح مورد انتظار را به دست آورد.
تعیین حداقل نمونههای مورد نیاز، بستگی به نوع برنامه ای که در آن برنامه قرار است مشخصات مکانیکی مصالح تعیین گردد، دارد مثلاً اگر قرار است در یک برنامه متعار ف و معمول، این مشخصات تعیین شود، تعداد نمونهها با نمونه هایی که در یک برنامه جامع و کامل لازم است متفاوت خواهد بود. پس اگر برنامه گردآوری اطلاعات در حد متعارف باشد تعداد کمتر است ولی برای یک برنامه جامع تعداد بیشتر خواهد بود که جدول 3 آنرا مشخص کرده است.
حداقل تعداد آزمایش در حالت کلی به عواملی مانند موارد زیر بستگی دارد:
وضعیت موجود ساختمانی که قرار است بهسازی و مقاوم سازی شود باید قبل از هرگونه تحلیل و تعیین شرایط لازم برای تأمین سطح عملکرد مورد انتظار به خوبی بررسی و شناخته شود. بدین منظور لازم است کلیه اعضـا و قطعاتی که در مقاومت در برابر بارهای جانبی مشارکت دارند ارزیابی گردند. این ارزیابی شامل 4 قسمت است که عبارتند از:
اگر هدف بهسازی دستیابی به سطح مطلوب یا سطح پایین باشد و اطلاعات در حداقل ممکـن یـا در حـد متعـارف باشد، ضریب آگاهی به ترتیب برابر با0.75 یا 1 خواهد بود. همچنین اگر هدف بهسازی دستیابی به سطح ویژه عملکردی باشد، و اطلاعات ساختمان در حد متعارف باشد، ضریب آگاهی 75/0 و اگر در حد جامع باشد برابر بـا 1 خواهد بود.
در صورتیکه برای عضوهایی نتوان مشخصات مصالح را معلوم کرد، یـا ضـریب تغییـرات مشخصـات مکـانیکی بیش از 25 ٪باشد یا در خلال ارزیابی خسارت و زوال یافتگی بـه نحـوی باشـد کـه انجـام آزمـایش هـای اضـافی ضروری تشخیص داده شود، باید ضریب آگاهی را 0.75 اختیار کرد.
برای مدل سازی ساختمان های بتنی لازم است ارزیابی نیاز و ظرفیت لرزه ای اعضـای بـتن مسـلح در مقـاطعی از آنها انجام گیرد که ویژگی های زیر را دارا باشند.
در مدلسازی باید ویژگی های سازه ای اعضا مورد بررسی و ارزیابی قرار گیـرد. از مهمتـرین آنهـا مـیتـوان بـه موارد زیر اشاره کرد.
سختی اعضای سازه ای را باید به یکی از دو روش خطی و غیر خطی تعیین کرد . سختی را باید با توجه به اثـرات سختی محوری، برشی و خمشی اعضا درنظر گرفت. میزان تغییر شکل ناشی از بارهای ثقلی و جانبی در سـختی اعضا اثر مستقیم دارد که لازم است در برآورد سختی مورد توجه قرار گیرد.
در روش خطی، سختی مؤثر عضو در منحنی نیرو ـتغییر مکان، عبارت است از خطی که مبـدأ را بـه نقطـۀ تسـلیم وصل میکند. اگر نتوان مقدار سختی را تعیین کرد، میتوان از مقادیر داده شده در جدول4 استفاده نمود.
چنانچه بار محوری ستون ها بین دو مقدار ارائه شده باشد باید از درون یابی خطی استفاده استفاده کرد
در روش غیر خطی منحنی نیرو ـ تغییر مکان به صورت غیر خطی و بر پایه نتایج آزمایش تعیین میشـود. بـرای سرعت بخشیدن به تحلیل، منحنی نیروـ تغییر مکان را ایده آل سازی میکنند. درهرصورت مـیتـوان بـا توجـه بـه روش تحلیل از منحنی های ایده آل شده پیشنهادی استفاده نمود.
الف-سختی برای روش تحلیل استاتیکی غیر خط
سختی مورد نیاز را میتوان بر طبق شکل 2 که رابطه کلی نیرو ـتغییر مکان را نشان می دهد، استفاده کرد. یا اینکه منحنی های دیگری که رفتار عضو را تحت افزایش یکنوای تغییر شکل به دست میدهد، به کار برد.
مقادیر عددی a,b,c,d متناسب با شرایط عملکردی و نوع رفتار عضو تعیین می گردد که در دستورالعمل بهسـازی لرزه ای داده شده است
ب-محدوده کاربرد روش های خطی
برای کاربرد روش های خطی لازم است شرایطی متناظر با رفتار خطی برای کل ساختمان حاکم باشـد. از ایـن رو دو حالت روش استاتیکی خطی و روش دینامیکی خطی را به طور جداگانه در نظر میگیریم. اگر شرایط هفت گانـه زیر برقرار باشد میتوان از روش استاتیکی خطی استفاده کرد.
چنانچه یکی از دو شرط بندهای 6 یا 7 فوق محقق شود، میتوان از روش دینامیکی خطی استفاده کرد. لازم به ذکر است که برای تعیین DCR ،ابتدا باید نیرو اعمالی در اعضا را که برابر با حاصل جمع نیروهای ناشـی از بارهای ثقلی و زلزله است، به دست آورد، سپس ظرفیت اعضا را براساس مقاومت نهایی اجـزای آنهـا محاسـبه میشود. نسبت این دو مقدار برابر با DCR خواهد بود.
( ظرفیت عضو) / (نیرو در عضو)=DCR
همچنین برای به دست آوردن متوسط نسبت نیروی برشی به ظرفیت برشی میتوان از نسبت وزنی مطابق رابطـه زیر استفاده کرد:
ج-محدوده کاربرد روش های غیرخطی
چنانچه لازم باشد که از روش های غیر خطی استفاده شود، باید نیروهای داخلـی اعضـا را بـر مبنـای رفتـار غیـر خطی آنها به دست آورد. برای اینکار باید توجه داشت که اگر برش حاصل از تحلیل دینامیکی خطـی در طبقـهای ( با درنظرگرفتن90 درصد جرم مؤثر) 30 درصد بیشتر از برش حاصل از مود اول باشد، بایـد از روش اسـتاتیکی غیر خطی، بههمراه روش دینامیکی خطی استفاده کرد. در این حالت لازم است معیار پـذیرش بـرای هـر دو روش کنترل شود، با این تفاوت که برای پذیرش اعضایی که به روش تغییر مکان کنترل می شـوند، در تحلیـل دینـامیکی خطی میتوان 30 درصد تخفیف قایل شد. لازم به ذکر است که نتایج حاصل از تحلیـل دینـامیکی غیـر خطـی بایـد توسط یک گروه متخصص و با تجربه در این زمینه کنترل شود. برای آشنایی با معیارهای پذیرش لازم است به دستورالعمل بهسازی لرزه ای مراجعه شود.
رفتار اعضای سازه ای که متناسب با نوع تلاش آنها و منحنی رفتاری ( نیرو ـ تغییرشـکل) بیـان مـیشـود بـه دو صورت مورد ارزیابی قرار میگیرد که عبارتند از :
چنانچه منحنی رفتاری عضو سازه ای مانند شکل 3 باشد، رفتار آنـرا شـکل پـذیر مـیگوینـد. در ایـن شـکل ناحیـه ارتجاعی از OA ،و از AB ناحیه غیر ارتجاعی با سخت کرنشی است. از B تا C رفتار عضو دارای کـاهش شـدید مقاومت است و از C تا D ضمن کاهش در مقاومت رفتاری نرم و شـکل پـذیر در قلمـرو غیـر ارتجـاعی دارد و در نهایت از D تا E مرحله فروریزی خواهد بود.
برای عضوهای اصلی چنانچه نسبت e/g گویند رفتار این عضو توسط تغییر شکل قابل کنتـرل اسـت یـا e باشد می اصطلاحاً کنترل شونده توسط تغییر شکل می گویند. ولی برای اعضای غیر اصلی هر نسبتی کـه بـرای e/g درنظـر گرفته شود، رفتارش توسط تغییر شکل قابل کنترل است.
در شکل4 منحنی رفتاری عضوهای شکلپذیر نشان داده شده است. این منحنی چنانکه مشخص اسـت دارای سـه قسمت است. قسمت OA که رفتار ارتجاعی خطی و قسمت AB رفتار غیر ارتجاعی یا خمیـری بـا سـخت کرنشـی است و در نهایت قسمت BC ناحیه رفتار زوال مقاومت یا تغییر شکل بسیار اندک است.
برای اینکه رفتار اعضای اصلی یا غیر اصلی را بتوان توسط تغییر شکل کنترل کرد لازم است نسبتe/g باشد. در غیر اینصورت رفتار توسط نیرو کنترل میشود. اما اگر منحنی رفتاری مطابق شکل 5 دارای دو قسمت OA و AB باشد بدان مفهوم است که این رفتار ترد و شکننده خواهد بود. در این حالـت رفتـار عضـوهای اصـلی و غیـر اصلی را میتوان با نیرو کنترل نمود که اصطلاحاً کنترل شونده توسط نیرو میگویند.
مقاومت اعضا بر مبنای اینکه رفتار آنها تحت چه کمیتی قابل کنترل است، تعیین میشود. درهر صـورت مقـاوت و تغییر شکل اعضای بتن مسلح باید برمبنای مقادیر به دست آمده از بارگذاری زلزله شامل حداقل سه چرخه کامـل رفت و برگشتی تا سطح تغییر مکان طراحی باشد
در این حالت مقاومت اعضاء همان مقاومت مورد انتظار است که برابر مقاومتهای آزمایشگاهی یـا مقاومـتهـای به دست آمده از روش های محاسباتی براساس اصول متداول مقاومت مصالح میباشد. ارزیابی مقاومت بر مبنـای تنش تسلیم محتمل خواهد بود و همان روش های مندرج در آییننامه بتن ایران (آبا) بـرای محاسـبه مقاومـتهـای نهایی طراحی استفاده می گردد. تنها تفاوت در این است که ضرایب جزئی ایمنی برای بتن و فولاد برابر یک فرض میشود. علاوه بر این برای مقاومت مشخصه فولاد به دلیل مقاومت افزون و سخت کرنشی بـه میـزان 25درصـد نسبت به مقاومت تسلیم، اضافه مقاومت درنظر گرفته میشود.
در این حالت برای تعیین ظرفیت مقاومت و تغییر شکل اعضا باید شـرایط کرانـه پـایین را بـرای مقاومـت درنظـر گرفت زیرا رفتار یا به صورت نیمه شکل پذیر است و یا به صورت ترد و شکننده، لذا لازم است به صورت محافظـه کارانه، از کرانۀ پایین مقاومت مصالح استفاده کرد که شرح آن در قسمت مصـالح گذشـت . در ایـن وضـعیت نیـز ضرائب جزیی ایمنی بتن و فولاد برابر یک درنظر گرفته میشود.
میزان نیاز شکل پذیری هر عضو سازه ای برای رفتار خطی و رفتاب غیر خطی باید به نحو فابل فبولی محـدود و طبقه بندی شود. این طبقه بندی بر اساس نوع رفتار شکل پذیر عضوهای سازه ای که عبارتند از شکل پذیری کـم، متوسط و ریاد مشخص می شود. بنابراین نیاز شکل پذیری می تواند در سه دسته کم، متوسط و زیاد طبقه بندی گردد. چنانچه از روش تحلیل (استاتیکی یا دینامیکی) استفاده شود، طبقه بندی نیاز شکل پذیری بر پایـه بیشـترین مقدار نسبت نیاز به ظرفیت (DCR )که قبلا بدان اشـاره شـد، صـورت مـی گیـرد . و اگـر از دوشـهای غیـر خطـی (استاتیکی یا دینامیکی) استفاده شود، طبقه بندی نیاز شکل پذیری بر طبق جدول 5 خواهد بود.
سیستم های سازه ای مورد بحث بهسازی و مقاوم سازی لـرزه ای تفـاوتی بـا سیسـتم هـای مـورد اسـتفاده در طراحی لرزه ای ندارد. این سیستم ها به 4 دسته کلی تقسیم می شوند که عبارتند از:
چرا عایق رطوبتی دیوار مهم است؟ نکاتی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت اهمیت استفاده از…
عایق ساختمانی چیست و چرا اهمیت دارد؟ عایق ساختمانی مجموعه‌ای از مواد و روش‌هاست که…
تعرفه عایق‌سازی ساختمان: هزینه‌ها را بشناسید و صرفه‌جویی کنید! عایق کاری ساختمان بهعنوان راهکاری برای…
چگونه از نفوذ آب در شرایط فشار بالا جلوگیری کنیم؟ فشارهای وارده به ساختمان که…
آب بندی فشار مثبت بتن چیست؟ آب‌بندی بتن به مجموعه اقداماتی اطلاق میشود که با…
وال مش چیست و چرا به صنعت ساخت و ساز معرفی شد؟ اولین دلیل روی…