نگاھی به رفتار ساختمان ھا در زلزلهٔ کوبه

زلزله “کوبه” از مرگبارترین زمین لرزه‌ها در این کشور بود که بیش از شش هزار کشته برجا گذاشت. در هفدهم ژانویه 1995، شهر کوبه دومین بندر بزرگ این کشور به کلی نابود شد، بزرگراه‌های این کشور از هم گسستند، بسیاری از ساختمان‌ها فرو ریخت و پل‌های زیادی منهدم شد. این زلزله شوک بزرگی در کشور ایجاد کرد و موجب شد همه به خطرهای زلزله پی ببرند.

زمین‌لرزهٔ عظیم “کوبه” یا “هانشین” زلزله‌ای به بزرگی 7.3 ریشتر بود که بندر کوبه را به مدت 20 ثانیه لرزاند و در هم کوبید. کانون این زمین‌لرزه در عمق ۱۴ کیلومتری آبهای سواحل شهر کوبه اعلام شد، مسوولان ژاپنی، علت بالا بودن سطح آسیب‌ها و ویرانی‌های شهر کوبه را نوع این زمین لرزه می‌دانند که تقریباً در زیر منطقه و به صورت عمودی رخ داده بود. ویرانی شهر کوبه به مردم ژاپن این احساس را داد که با وجود پایان یافتن جنگ جهانی دوم، ژاپن همچنان آسیب‌پذیر است.

زمین‌لرزه کوبه در شهری روی داد که ساختمان‌ها و زیرساخت‌های آن از حداقل استانداردهای ایمنی برخودار بود، به همین دلیل مطالعه بر روی این شهر و بهره‌گیری از نتایج آن برای دیگر شهرها ارزشمند است.

نتایج بررسی های به عمل آمده روی ساختمان ها بتنی به قرار زیر گزارش شده است.

1. اکثر ساختمان هایی که بر اساس آئین نامه های موجود طراحی و ساخته شده بودند آسیب شدید سازه ای دیده و سطح عملکرد ایمنی جانی را به خوبی تأمین کرده بودند.
2. درصد ساختمان های بتنی که شدیداً آسیب دیده یا فرو ریخته اند 7.8 درصد گزارش شده اند.
3. درصد ســاختمان هایی که به علت طبقهٔ نرم در همکف آســیب جدی دیده اند 17 درصد و آن هایی که طبقهٔ نرم همکف را نداشتند 7 درصد گزارش شده که خیلی کمتر از ساختمان های با طبقه نرم در همکفهستند.
4. ســاختمان های بتن آرمه ای که آســیب دیده بودند قبل از سال 1981 طراحی و ساخته شده بودند به ویژه آن هایی که مربوط به قبل از ســال 1971 بودند، چون آئین نامهٔ لرزه ای ژاپن مربوط به ســال 1950 است که زیرساخت آن شبیه اولین آئین نامه ژاپن مربوط به سال 1924 می باشد. این آئین نامه طی سال های 1971 تا 1981 مورد بازبینی قرار گرفته بود.

در یک نگاه آماری آســیب شــدید یا فروریزی ســاختمان هایی که فاقد طبقه نرم در همکف بودند و قبل از ســال 1971 طراحی و ســاخته شــده بودند 8.1 درصد و ساختمان های مربوط به سال های قبل از 1981- 3.7 درصد و مواردی که بر اســاس آئین نامه های جاری طراحی و ساخته شــده اند 1.1 درصد گزارش شده است. این نسبت ها برای ساختمان هایی که دارای طبقه نرم در همکف بودند برای قبل از سال 1971 ـ 12.2 درصد قبل از سال 1981 ـ 11.7 درصد و برای آئین نامه های رایج2.4  درصد گزارش شده اند. بنابراین بررســی آســیب پذیری ساختمان های باقی مانده که امکان تجربهٔ زلزله شدید را در آینده دارند بسیار ضروری به نظر می رسد. بدین ترتیب مقاوم سازی تعداد زیادی از پروژه ها بعد از زلزله کوبه آغاز گردید. برای این منظورابتدا برای ارتقاء آئین نامه های موجود دولت ژاپن اقدام به انتشاراستانداردی برای مقاوم سازی ساختمانهای بتنی موجود نموده و همچنین با تخصیص بســته های تشــویقی خاص از جمله وام های کم بهره معافیت های مالیاتی و غیره قوانینی جهت الزام مقاوم ســازی ســاختمان های با اهمیت بالا را وضع نمود. لیکن چون غالب ساختمان ها در سطح خطر زلزله کوبه پاســخگو نبودند اغلب ساختمان ها نیاز به مقاوم سازی داشتند

از طرفی موارد زیر به عنوان موانعی بر سر راه مقاوم سازی بودند.

1. مقاوم سازی لرزه ای برای مالکان ساختمان ها جذابیت کمتری نسبت به از نو ساختن آنها دارد.
2. از آنجایی که دورهٔ بازگشت یک زلزلهٔ بزرگ طولانی است، انجام مقاوم سازی با تردید همراه بود. 3. بهسازی یک ساختمان موجود بسیار پیچیده تر از یک ساختمان نوساز است و برای مهندسین و دست اندرکاران دارای زحمت زیاد و دستمزد کمتری است.

به هر تقدیر پس از اجماع به عمل آمده پس از زلزله کوبه راه کارهای زیر جهت مقاوم سازی پیش او قرار گرفت:

1. گسترش روش های ارزیابی ظرفیت لرزه ای.
2. توسعهٔ روشهای مقاوم سازی ساختمان های موجود.
3. آموزش مهندسین.
4. یارانه هــای دولتــی، وام های کم بهره، معافیت های مالیاتی و نظایر آن، جهت افزایش انگیزه مردم جهت مقاوم ســازی ساختمانهای موجود.

تشکیل شبکه ای از گروه ھای فنی برای افزایش ظرفیت لرزه ای ساختمان ھا

این شبکه متشکل از 76 کمیته بود که به شرکت های مرتبط به طراحی و ساخت ساختمان ها و دانشگاهیان، مهندسین، معماران و مشاوران وابسته بود. فعالیت های این کمیته ها عبارتند بودند از:

1. مبادلهٔ اطلاعات مربوط به بهسازی لرزه ای.
2. برگزاری سمینارها جهت ارتقاء دانش مهندسان.
3. پشتیبانی دولت به گروه های مهندسی برای تأسیس مراکز ارتقای بهسازی لرزه ای و موارد مشابه

استراتژی مقاوم سازی و راه کارھای آن

پیشینهٔ تاریخی:

تحقیقات در خصوص بهســازی لرزه ای ســاختمان های موجود بعد از زلزله Oki -Tokachi واندکی پس از ســال 1968 شروع شد. تعداد زیادی از ساختمان های کوتاه مرتبه بتنی آسیب دیده بودند و در میان آن ها ساختمان هایی بودند که قبل از زلزله و افزودن دیوار سازه ای مقاوم سازی شده بودند، این اولین تجربه ژاپنی ها در این خصوص بود. ژاپنی ها مقاوم سازی را بر اساس عملکرد انجام می دادند ولی مبتنی بر یک دستورالعمل تخصصی نبود. بنابراین مطالعات آزمایشــگاهی آن ها روی بررسی رفتار لرزه ای ساختمان های مقاوم سازی شده متمرکز گردید  در سال 1977 و در قالب آئین نامه طراحی و مقاوم ســازی ســاختمان های بتنی (توسط دولت ژاپن) منتشر  گردید. این آئین نامه در سال1990  مورد بازبینی قرار گرفت.

استراتژی مقاوم سازی:

اهداف مقاوم سازی عبارتند از: باز یافتن عملکرد اصلی سازه و ارتقاء آن همچنین کاهش پاسخ لرزه ای سازه با انجام تعمیرات و یا جایگزینی مصالح مناســب امکان باز یافتن عملکرد اصلی ســازه وجود دارد و جهت ارتقاء ســطح عملکرد ساختمان راههای زیر وجود دارد. با افزایش سختی سازه می توان جلوی تغییر شکل های بزرگ را گرفت. با ایجاد تغییرات در پیکربندی ســاختمان می توان نواقصی مانند نامنظمی در توزیع ســختی یا مقاومت را گرفت و این مهم باعث کاهش خرابی در پیچش های بزرگ در یک قسمت خاص از ساختمان می شود. با الحاق میراگرها می توان میرایی ســازه را افزایش داد که اینکار باعث اســتهلاک بیشتر انرژی و کاهش پاسخ لرزه ای سازه می شود. استفاده از جداسازهای لرزه ای باعث کاهش پاسخ سازه به تحریک زمین می گردد و با افزایش زمان تناوب سازه، جرم مؤثر ساختمان کاهش می یابد.

تکنیک ھای مقاوم سازی

بســیاری از روش های مقاوم سازی که در ســاختمان های موجود استفاده شدند اهداف زیر را دنبال می کنند.

1. افزایش مقاومت.
2. افزایش شکل پذیری.
3. ترکیب مناسبی از این دو مورد.

عملکرد مورد نیاز به وســیله مقاومت و شکل پذیری ارزیابی می شود. در ساختمان های کوتاه و متوســط افزایش مقاومت محتمل ترین گزینه جهت افزایش عملکرد است حتی اگر شــکل پذیری لازم هم موجود باشــد مقاومت لازم باید وجود داشــته باشد تا تغییر شکل ها در ناحیه غیر خطی کنترل شود.

جهت افزایش مقاومت قاب های موجود المان هایی به آن ها اضافه شده اند و یا به منظور افزایش ظرفیت خمشــی و یا بهبود شکل پذیری ساختمان های موجود اجزای قاب ها با الحاق مصالح جدید مسلح شده اند.

المان هایــی که بــه منظور افزایش مقاومت ســاختمان های موجود به کار گرفته شــده اند عبارتند از میانقاب ها، بادبندها، دیوارهای دو طرف ستون ها، پشــت بندها و نیز افزایش قاب های پیرامونی و میانقاب ها و دیوارهــای کناری داخل قاب هــا و قطعات پیش تنیده بین قاب ها و یا بین ستون ها نصب می شــوند. امکان استفاده از دیوارهای فولادی به عنوان میانقاب در قاب های موجود وجود دارد.

زمانی که نیاز به مقاومت جانبی بالا داشــته باشیم باید دیوار یکپارچه عمل کند و بدین منظور بین قاب ها میانقاب ها باید اتصال مناســبی برقرار باشد.

بــرای ایجاد یکپارچگی اگر بازشــوهایی هم در دیوارهای جانبی قرار داشته باشند باید با بتن پر گردد یک دیوار سازه ای موجود ممکن است به وســیله جایگزینی یک دیوار بتنی تقویت شود جزئیات اتصالات در ساز های موجود بتنی در شکل زیر نمایش داده شده است.

نمونه اتصال تیپ شــکل زیر قسمت( a) جهت اتصال میانقاب ها به دیوارهای کناری مورد اســتفاده قرار می گیرند شــکل زیر قسمت ( c) نمونه اتصالی است که در آن میله مهارها به وســیلهٔ چســب در بدنه موجود نصب شده است.

شکل زیر قسمت ( d) اتصالی است که در آن المان های فولادی به وسیلهٔ پرکردن ملات به قطعات بتنی متصل شــده اند ضمن اینکه این قطعات می توانند مانند شــکل زیر قسمت( b) به صورت مستقیم و باپیچ و رول پلاک به قاب ها متصل شوند.

سیستم با بندها و پانل های فولادی در قاب های محیطی توسط یاماتو مــورد مطالعه قرار گرفته که در شــکل پایین منحنــی رفتاری آن نمایش داده شده است.

جهت برقراری اتصال بین میانقاب ها و ســتون ها فولادی بدین ترتیب عمل می شــود که روی ســتون ها گل میخ هایی نصب می شود و بعد مهارهایی هم با چسب به میانقابها چسبانده می شودو بعد فضای بین این دو بتن ریزی می شــود بنابراین علی رغم اینکه با هم اتصال ندارند با هم درگیر می شوند این نوع اتصال رو اداری زیادی را جهت اتصال قاب های فولادی به قاب یا میانقاب های موجود دارا می باشد.

ظرفیت خمشــی قاب ممکن است به وسیلهٔ پوشش بتنی یا فولادی افزایش داده شوند که در شکل 5 نشان داده شده است.

و ایــن افزایش به شــرطی صورت می گیرد که طــول عضو از نظر جانبی مقاوم ســازی شوند. مقاوم شــدن جانبی برای رسیدن به رفتار شکل پذیر مهم است اتصال تیر به ستون هم نیاز به محصور شدن توسط المان های فولادی دارند هر چند که اجرای آن آسان نمی باشد.

همانطور که در شــکل زیر نشان داده شده شکل پذیری ستون می تواند با اجرای ژاکت افزایش داده شود. زمانی که قصد داریم فقط شــکل پذیری یک ستون را با استفاده از ژاکت فلزی یا بتنی افزایش دهیم باید یک فاصله در ابتدا و انتهای ســتون قرار گیرد که این افزایش ظرفیت خمشی باعث ایجاد سختی برشی نشود.

نتیجه گیری

رفتار میانقاب ها شــبیه دیوارهای یکپارچه هستند و مقاومت آن ها کمی کمتر از دیوارهای یکپارچه هستند.

بلوک های بتنی باعث افزایش مقاومت قاب اصلی می شوند.

بادبندهای کششی اگر شکل پذیری مناسبی داشته باشند مفید هستند.

بادبندهای فشاری و دیوارهای فولادی به دلیل جاری شدن اتصالات و یا ستون های مرزی نمی توانند وارد

مرحله غیر خطی شوند.

بادبندهای X و V باعث افزایش مقاومت و شکل پذیری می شوند.

شــکل زیر نمودار بار تغییر شــکل سیســتم های مختلف مورد استفاده در مقاوم سازی به تصویر کشیده شد است.