کاربرد شمع - ستون لوله ای در بهسازی لرزه ای ساختمان ها

كاهش آسیب پذیری ساختمانها در برابر زلزله، در دو دهه اخیر، یكی از مهمترین چالش های پیش روی مسؤلان كشور بوده است. حساسیت این موضوع با توجه به بافت فرسوده نقاط لرز هخیز، ساخت و ساز بناها بدون رعایت استانداردهای اجرایی و استفاده از آیین نامه های طراحی قدیمی در دهه های گذشته دو چندان شده است، در نتیجه بهسازی لرزه ای ساختمانهای موجود برحسب اهمیت ساختمانها در برنام ههای كلان مدیریتی مطرح گردیده و در حال پیشرفت میباشد.
در این میان ساختمانهای كوتاه مرتبه كه اكثریت ساختمانهای موجود در كشور را تشكیلمیدهند و از مقاومت لازم در برابر نیروهای جانبی ناشی از زلزله برخوردار نمی باشند، در اولویتاول قرار م یگیرند. در این مقاله کاربرد شمع – ستون لوله ای به عنوان یك روش نوین برایمقاومسازی ساختمانهای كوتاه معرفی می گردد. در این روش بدون ایجاد تخریب قابل توجه درسازه ومتوقف نمودن طولانی مدت بهره برداری از ساختمان، می توان با ایجاد یك سیستم باربرجانبی،آنرا در برابر زلزله مقاوم نمود. سیستم اصلی باربر متشكل از یك شمع ستون جدار نازكتوخالیبه شكل لوله یا قوطی می باشد كه با رفتار طر های، بارهای ناشی از زلزله را تحملنموده وانرژی ناشی از آن را جذب مینماید. در این مقاله جزئیات سیستم باربر جانبی ارائه شدهومشخصات آن به كمك یك روش تحلیلی برای یك ساختمان نمونه سه طبقه بررسی گردیدهاست.نتایج نشان می دهند كه سیستم پیشنهادی، معیارهای آیی ننامه های طراحیلرزه ای رابرآورده نموده و در عین اینكه دارای هزینه قابل قبول می باشد از نظر اجرایی عملی وامكان پذیراست.
واژه های كلیدی : مقاوم سازی، ساختمانهای كوتاه مرتبه، بهسازی لرزه ای، ساختمانهایبامصالح بنایی
١‐ مقدمه
واقع شدن كشور ایران در پهنه لرزه خیز، همواره در طول تاریخ سبب خسارات انسانی واقتصادیفراوانی گردیده است. از آنجائیكه خطر ناشی از زلزله دامنه وسیعی از ساختمانهایواقع درروستاهای كوچك تا شهرهای بزرگ كشور را در بر می گیرد. لذا ساختمانهایی كه درمعرض خطرپذیری جدی ناشی از زلزله م یباشند را می توان در سه گروه تقسیم بندی نمود :
١ ‐ ساختمانهایی كه بدون تأمین مقاومت در برابرنیروهای جانبی زلزله طراحی و اجراء شده اند .
٢ ‐ ساختمانهایی كه بر اساس آئین نامه های قدیمی طراحی شده و از پتانسیلمقاومت،سختی و شكل پذیری مناسب بر اساس معیارهای جدید برخوردار نم یباشند .
٣ ‐ ساختمانهایی كه بر اساس ضوابط جدید طراحی شده ولی از نظر اجرا مطابق بااستانداردهاساخته نشد هاند .اكثر ساختمانهایی كه از خطر پذیری زیادی برخوردار می باشند،در گروه اولقرار گرفته و خسارات انسانی و اقتصادی متحمل شده در زلزله های گذشته مربوطبه این گروه ازساختمانها می باشد. برای كاهش آسیبهای ناشی از زلزله برای این گونهساختمانها كه مبحثاصلی این مقاله میباشد دو راه حل كلی وجود دارد :
الف – تخریب و بازسازی مجدد
ب – مقاوم سازی و بهسازی بنای موجود
با توجه به اینكه راه حل اول، هزینه و زمان بسیار زیادی را طلب می كند ، در اكثر موارد سعیمیشود راه حل دوم برگزیده شود.
در دو دهه اخیر، روشهای گوناگونی برای بهسازی ساختمانها مطر ح و اجرا شده استولیقدمت تدوین معیارها و آئی ننامه های جدید بهسازی مربوط به این مسأله حتی به یك دههنیزنم یرسد . این موضوع در حالی است كه در كشور ایران مسأله بهسازی بسیار نوپا بوده و درحالتكامل می باشد . در این راستا مقاله حاضر یك روش جدید برای مقاوم نمودن ساختمانهایكوتاهمرتبه (با ارتفاع تا سه طبقه) كه از سیستم باربری جانبی برخوردار نمی باشند ،معرفیمینماید .در قسمتهای بعد ابتدا اهداف مورد انتظار از این روش بیان می گردد ، سپسمشخصاتاین روش و نحوه عملكرد آن تشریح شده و محاسبات اولیه برای یك ساختمان نمونهارائه میشود.
٢‐ اهداف روش نوین بهسازی لرزه ای
هدف اصلی از ارائه روش نوین بهسازی لرزه ای برای ساختمانهای كوتاه مرتبه، همان هدفآییننامه طرح ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد ٢٨٠٠ ) می باشد كه در حقیقت كاهشتلفاتجانی و خسارات مادی در برابر زلزله های شدید ( زلزله های با دوره بازگشت ٤٧٥ سال و١٠ % احتمال رویداد در ٥٠ سال عمر مفید ساختمان ) می باشد. در عین حال اهداف دیگری نیزبرایاین روش وجود دارد كه عبارتند از :
‐ كاهش هزینه عملیات اجرایی
‐ كاهش زمان اجرا
٣‐ تشریح روش نوین بهسازی لرزه ای
اساس این روش بر این فرض استوار است كه ساختمان در برابر نیروهای جانبی زلزله ازهیچگونهسیستم ساز های مقاوم برخوردار نبوده و حداكثر تعداد طبقات ساختمان به سه طبقهمحدودمی گردد. به این ترتیب با اضافه نمودن یك سیستم جدید باربر جانبی به سازه موجود،سختی،مقاومت و شكل پذیری مورد نیاز در زلزله در حالیكه وظیفه حمل بارهای ثقلی به عهدهسیستمباربر قائم موجود ساختمان می باشد، تأمین می گردد.
٤‐ سیستم سازه ای پیشنهادی
بطور كلی از نظر ساز های سیستم جدید متشكل از یك ستون فلزی طر های بوده، كهبصورتشمع در داخل خاك قرار می گیرد، بطوریكه بارهای جانبی زلزله را با تغییر شكل هایخمشی وتكیه جانبی بر خاك به زمین انتقال می دهد. در این قسمت جانمایی این سیستم درپلان و درارتفاع نشان داده شده و چگونگی اتصال آن با سقفها و پی ساختمان ارائه م یگردد.
4-1- جانمایی سیستم در پلان
در این روش باید دو فضای مناسب كه نسبت به یكدیگر، در پلان بصورت متقارن قرار م یگیرند،برای نصب سیستم مقاوم پیش بینی گردد. مساحتی كه این دو فضا اشغال می كنند بهتعدادطبقات، مساحت زیربنا و كاربری ساختمان بستگی دارد. برای كاهش اثرات ناشی از پیچش حاصل از خروج از مركزیت،فضاهای مورد نظر باید تا حدامكان در كناره ها و گوشه های ساختمان قرار گیرند.