کاربرد شمع - ستون لوله ای در بهسازی لرزه ای ساختمان های کوتاه
چكيده
كاهش آسي بپذيري ساختمانها در برابر زلزله، در دو دهه اخير، يكي از مهمترين چالش هاي پيش روي مسؤلان كشور بوده است. حساسيت اين موضوع با توجه به بافت فرسوده نقاط لرز هخيز، ساخت و ساز بناها بدون رعايت استانداردهاي اجرايي و استفاده از آيين نامه هاي طراحي قديمي در دهه هاي گذشته دو چندان شده است، در نتيجه بهسازي لرزه اي ساختمانهاي موجود برحسب اهميت ساختمانها در برنام ههاي كلان مديريتي مطرح گرديده و در حال پيشرفت م يباشد. در اين ميان ساختمانهاي كوتاه مرتبه كه اكثريت ساختمانهاي موجود در كشور را تشكيل مي دهند و از مقاومت لازم در برابر نيروهاي جانبي ناشي از زلزله برخوردار نمي باشند، در اولويت اول قرار م يگيرند. در اين مقاله کاربرد شمع – ستون لوله ای به عنوان يك روش نوين براي مقاوم سازي ساختمانهاي كوتاه معرفي مي گردد. در اين روش بدون ايجاد تخريب قابل توجه در سازه و متوقف نمودن طولاني مدت بهره برداري از ساختمان، مي توان با ايجاد يك سيستم باربر جانبي، آنرا در برابر زلزله مقاوم نمود. سيستم اصلي باربر متشكل از يك شمع ستون جدار نازك توخالي به شكل لوله يا قوطي مي باشد كه با رفتار طر هاي، بارهاي ناشي از زلزله را تحمل نموده و انرژي ناشي از آن را جذب م ينمايد. در اين مقاله جزئيات سيستم باربر جانبي ارائه شده و مشخصات آن به كمك يك روش تحليلي براي يك ساختمان نمونه سه طبقه بررسي گرديده است.نتايج نشان مي دهند كه سيستم پيشنهادي، معيارهاي آيي ننامه هاي طراحي لرزه اي را برآورده نموده و در عين اينكه داراي هزينه قابل قبول مي باشد از نظر اجرايي عملي و امكان پذير است.
واژه هاي كليدي : مقاوم سازي، ساختمانهاي كوتاه مرتبه، بهسازي لرزه اي، ساختمانهاي با مصالح بنايي
١‐ مقدمه
واقع شدن كشور ايران در پهنه لرزه خيز، همواره در طول تاريخ سبب خسارات انساني و اقتصادي فراواني گرديده است. از آنجائيكه خطر ناشي از زلزله دامنة وسيعي از ساختمانهاي واقع در روستاهاي كوچك تا شهرهاي بزرگ كشور را در بر مي گيرد. لذا ساختمانهايي كه در معرض خطر پذيري جدي ناشي از زلزله م يباشند را مي توان در سه گروه تقسيم بندي نمود :
١ ‐ ساختمانهايي كه بدون تأمين مقاومت در برابرنيروهاي جانبي زلزله طراحي و اجراء شده اند .
٢ ‐ ساختمانهايي كه بر اساس آئين نامه هاي قديمي طراحي شده و از پتانسيل مقاومت، سختي و شكل پذيري مناسب بر اساس معيارهاي جديد برخوردار نم يباشند .
٣ ‐ ساختمانهايي كه بر اساس ضوابط جديد طراحي شده ولي از نظر اجرا مطابق با استانداردها ساخته نشد هاند .اكثر ساختمانهايي كه از خطر پذيري زيادي برخوردار مي باشند، در گروه اول قرار گرفته و خسارات انساني و اقتصادي متحمل شده در زلزله هاي گذشته مربوط به اين گروه از ساختمانها مي باشد. براي كاهش آسيبهاي ناشي از زلزله براي اين گونه ساختمانها كه مبحث اصلي اين مقاله ميباشد دو راه حل كلي وجود دارد :
الف – تخريب و بازسازي مجدد
ب – مقاوم سازي و بهسازي بناي موجود
با توجه به اينكه راه حل اول، هزينه و زمان بسيار زيادي را طلب مي كند ، در اكثر موارد سعي مي شود راه حل دوم برگزيده شود.
در دو دهة اخير، روشهاي گوناگوني براي بهسازي ساختمانها مطر ح و اجرا شده است ولي قدمت تدوين معيارها و آئي ننامه هاي جديد بهسازي مربوط به اين مسأله حتي به يك دهه نيز نم يرسد . اين موضوع در حالي است كه در كشور ايران مسأله بهسازي بسيار نوپا بوده و در حال تكامل مي باشد . در اين راستا مقاله حاضر يك روش جديد براي مقاوم نمودن ساختمانهاي كوتاه مرتبه (با ارتفاع تا سه طبقه) كه از سيستم باربري جانبي برخوردار نمي باشند ،معرفي مي نمايد .در قسمتهاي بعد ابتدا اهداف مورد انتظار از اين روش بيان مي گردد ، سپس مشخصات اين روش و نحوه عملكرد آن تشريح شده و محاسبات اوليه براي يك ساختمان نمونه ارائه مي شود.
٢‐ اهداف روش نوين بهسازي لرز هاي
هدف اصلي از ارائه روش نوين بهسازي لرزه اي براي ساختمانهاي كوتاه مرتبه، همان هدف آيين نامه طرح ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد ٢٨٠٠ ) مي باشد كه در حقيقت كاهش تلفات جاني و خسارات مادي در برابر زلزله هاي شديد ( زلزله هاي با دوره بازگشت ٤٧٥ سال و ١٠ % احتمال رويداد در ٥٠ سال عمر مفيد ساختمان ) مي باشد. در عين حال اهداف ديگري نيز براي اين روش وجود دارد كه عبارتند از :
‐ كاهش هزينه عمليات اجرايي
‐ كاهش زمان اجرا
٣‐ تشريح روش نوين بهسازي لرزه اي
اساس اين روش بر اين فرض استوار است كه ساختمان در برابر نيروهاي جانبي زلزله از هيچگونه سيستم ساز هاي مقاوم برخوردار نبوده و حداكثر تعداد طبقات ساختمان به سه طبقه محدود مي گردد. به اين ترتيب با اضافه نمودن يك سيستم جديد باربر جانبي به سازه موجود، سختي، مقاومت و شكل پذيري مورد نياز در زلزله در حاليكه وظيفه حمل بارهاي ثقلي به عهده سيستم باربر قائم موجود ساختمان مي باشد، تأمين مي گردد.
٤‐ سيستم سازه اي پيشنهادي
بطور كلي از نظر ساز هاي سيستم جديد متشكل از يك ستون فلزي طر هاي بوده، كه بصورت شمع در داخل خاك قرار مي گيرد، بطوريكه بارهاي جانبي زلزله را با تغيير شكل هاي خمشي و تكيه جانبي بر خاك به زمين انتقال مي دهد. در اين قسمت جانمايي اين سيستم در پلان و در ارتفاع نشان داده شده و چگونگي اتصال آن با سقفها و پي ساختمان ارائه م يگردد.
4-1- جانمايي سيستم در پلان
در اين روش بايد دو فضاي مناسب كه نسبت به يكديگر، در پلان بصورت متقارن قرار م يگيرند ، براي نصب سيستم مقاوم پيش بيني گردد. مساحتي كه اين دو فضا اشغال مي كنند به تعداد طبقات، مساحت زيربنا و كاربري ساختمان بستگي دارد. در شكل ١ محل اين فضاها بصورت شماتيك نشان داده شده است. براي كاهش اثرات ناشي از پيچش حاصل از خروج از مركزيت، فضاهاي مورد نظر بايد تا حدامكان در كناره ها و گوشه هاي ساختمان قرار گيرند
