نگاھی به رفتار ساختمان ھا در زلزلهٔ کوبه

راهنمای مطالعه

زمین‌لرزه 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.

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.
درصد ساختمان های بتنی که شدیداً آسیب دیده یا فرو ریخته اند 7.8 درصد گزارش شده اند.
درصد ساختمان هایی که به علت طبقهٔ نرم در همکف آسیب 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.
ساختمان های بتن آرمه ای که آسیب دیده بودند قبل از سال 1981 طراحی و ساخته شده بودند به ویژه آن هایی که مربوط به قبل از سال 1971 بودند، چون آئین نامهٔ لرزه ای ژاپن مربوط به سال 1950 است که زیرساخت آن شبیه اولین آئین نامه ژاپن مربوط به سال 1924 می‌باشد. این آئین نامه طی سال های 1971 تا 1981 مورد بازبینی قرار گرفته بود.

در یک نگاه آماری آسیب شدید یا فروریزی ساختمان هایی که فاقد طبقه نرم در همکف بودند و قبل از سال 1971 طراحی و ساخته شده بودند 8.1 درصد و ساختمان های مربوط به سال های قبل از 1981- 3.7 درصد و مواردی که بر اساس آئین نامه های جاری طراحی و ساخته شده 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 بررسی آسیب پذیری ساختمان های باقی مانده که امکان تجربهٔ زلزله شدید را در آینده دارند بسیار ضروری به نظر می‌رسد. 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 ساختمان های بتنی موجود نموده و همچنین با تخصیص بسته های تشویقی خاص از جمله وام های کم بهره معافیت های مالیاتی و غیره قوانینی جهت الزام مقاوم سازی ساختمان های با اهمیت بالا را وضع نمود. لیکن چون غالب ساختمان ها در سطح خطر زلزله کوبه پاسخگو نبودند اغلب ساختمان ها نیاز به مقاوم سازی داشتند.

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

مقاوم سازی لرزه ای برای مالکان ساختمان ها جذابیت کمتری نسبت به از نو ساختن آنها دارد.
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:

گسترش روش های ارزیابی ظرفیت لرزه ای.
توسعهٔ روشهای مقاوم سازی ساختمان های موجود.
آموزش مهندسین.
یارانه های دولتی، وام های کم بهره، معافیت های مالیاتی و نظایر آن، جهت افزایش انگیزه مردم جهت مقاوم سازی 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:

مبادلهٔ اطلاعات مربوط به بهسازی لرزه ای.
برگزاری سمینارها جهت ارتقا دانش مهندسان.
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 بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود بعد از زلزله Oki -Tokachi واندکی پس از سال 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 می‌دادند ولی مبتنی بر یک دستورالعمل تخصصی نبود. بنابراین مطالعات آزمایشگاهی 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 سازی ساختمان 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 مناسب امکان باز یافتن عملکرد اصلی سازه وجود دارد و جهت ارتقاء سطح عملکرد ساختمان راههای زیر وجود دارد. با افزایش سختی سازه می‌توان جلوی تغییر شکل های بزرگ را گرفت. با ایجاد تغییرات در پیکربندی ساختمان می‌توان نواقصی مانند نامنظمی در توزیع سختی یا مقاومت را گرفت و این مهم باعث کاهش خرابی در پیچش های بزرگ در یک قسمت خاص از ساختمان می‌شود. با الحاق میراگرها می‌توان میرایی سازه را افزایش داد که اینکار باعث استهلاک بیشتر انرژی و کاهش پاسخ لرزه ای سازه می‌شود. استفاده از جداسازهای لرزه ای باعث کاهش پاسخ سازه به تحریک زمین می‌گردد و با افزایش زمان تناوب سازه، جرم مؤثر ساختمان کاهش می‌یابد.

تکنیک ھای مقاوم سازی

بسیاری از روش های مقاوم سازی که در ساختمان های موجود استفاده شدند اهداف زیر را دنبال می‌کنند.

افزایش مقاومت.
افزایش شکل پذیری.
ترکیب مناسبی از این دو مورد.

عملکرد مورد نیاز به وسیله مقاومت و شکل پذیری ارزیابی می‌شود. در ساختمان های کوتاه و متوسط افزایش مقاومت محتمل ترین گزینه جهت افزایش عملکرد است حتی اگر شکل پذیری لازم هم موجود باشد مقاومت لازم باید وجود داشته 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 خمشی و یا بهبود شکل پذیری ساختمان های موجود اجزای قاب ها با الحاق مصالح جدید مسلح شده اند.

المان هایی که به منظور افزایش مقاومت ساختمان های موجود به کار گرفته شده اند عبارتند از میانقاب ها، بادبندها، دیوارهای دو طرف ستون ها، پشت بندها و نیز افزایش قاب های پیرامونی و میانقاب ها و دیوارهای کناری داخل قاب ها و قطعات پیش تنیده بین قاب ها و یا بین ستون ها نصب می‌شوند. امکان استفاده از دیوارهای فولادی به عنوان میانقاب در قاب های موجود وجود دارد.

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

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

نمونه اتصال تیپ شکل زیر قسمت( a) جهت اتصال میانقاب ها به دیوارهای کناری مورد استفاده قرار می‌گیرند شکل زیر قسمت ( c) نمونه اتصالی است که در آن میله مهارها به وسیلهٔ چسب 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 شده اند ضمن اینکه این قطعات می‌توانند مانند شکل 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 مورد مطالعه قرار گرفته که در شکل پایین منحنی رفتاری آن نمایش داده شده است.

جهت برقراری اتصال بین میانقاب ها و ستون ها فولادی بدین ترتیب عمل می‌شود که روی ستون ها گل میخ هایی نصب می‌شود و بعد مهارهایی هم با چسب به میانقابها چسبانده می‌شودو بعد فضای بین این دو بتن ریزی می‌شود بنابراین علی رغم اینکه با هم اتصال ندارند با هم درگیر می‌شوند این نوع اتصال رو اداری زیادی را جهت اتصال قاب های فولادی به قاب یا میانقاب های موجود دارا می‌باشد.

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

و این افزایش به شرطی صورت می‌گیرد که طول عضو از نظر جانبی مقاوم سازی شوند. مقاوم شدن 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 نمی‌باشد.

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