بررسي آسيب ها در ساختمانهاي اسكلت فلزي شهر بم
بررسي آسيب ها در ساختمانهاي اسكلت فلزي شهر بم
Computer For Civil Softeare Engineering Group : www.CCSofts.com , www.CompCivil.com
بررسي آسيب ها در ساختمانهاي اسكلت فلزي شهر بم
ودسته بندي روشهاي مقاوم سازي سازه هاي آسيب ديده در زلزله
منصور ترابي زاده 1، حامد صفاري 2
-1 كارشناس ارشد سازه بخش مهندسي عمران دانشگاه آزاد اسلامي واحد كرمان
-2 دانشيار بخش مهندسي عمران دانشگاه شهيد باهنر كرمان
Torabi_Mansoor@Yahoo.Com
خلاصه
در اين مقاله خصوصيات فيزيكي وضعف هاي سازه هاي اسكلت فلزي كه در عملكرد لرزه اي سازه تأثير مي گذارد مورد بحث قرار مي
گيرد وراهكارهايي جهت مقاوم سازي خرابيهايي كه در اثر زلزله در سقف، اتصالات وغيره اين سازه ها به وجود آمده، ارائه شده است.
دسته بندي روشهاي انجام شده تعمير و تقويت اجزاي ساختمان همانند، پي ها، سيستم مهاربند جانبي، سقف و مهاربندها در شهر بم
هدف اصلي اين مقاله است. هدف از اين روشها ميتواند تعمير يك ساختمان به منظور كسب مقاومتي باشد كه آن ساختمان قبل از زلزله
دارا بوده است، و يا هدف ميتواند توسعه مقاومت يك ساختمان و ايجاد شكلپذيري بيشتر براي مقابله با زلزلههايي باشد كه در آينده رخ
خواهد داد.
كلمات كليدي: مقاوم سازي، آسيب پذيري، عملكردلرزه اي
مقدمه
با بررسي زلزله هاي ثبت شده در تاريخ ايران مي توان دريافت كه هرچند يك بار زلزله شديدي در يكي از مناطق ايران رخ داده و سبب بروز خسارات
فراوان گرديده است. احياي ساختمانهاي آسيب ديده، در كنترل بحران پس از زلزله و همچنين حفظ سرمايه ملي، موثر مي باشد. در اين تحقيق آسيب
پذيري لرزه اي ساختمانهاي با اسكلت فلزي شهر بم در مقابل نيروهاي ناشي از زلزله و اثراتي كه طرح نامناسب يا فرمهاي ساختماني در نارسايي
عملكرد بهينه يك سيستم سازه اي فولادي خواهد داشت، مورد بحث قرار گرفته است. در ادامه شيوه هاي تقويت و مقاوم سازي عناصر سازه اي و غير
سازه اي در ساختمان هاي آسيب پذير خصوصاً ساختمان هاي آسيب ديده در اثر زلزله پنجم ديماه 1382 ، ارائه گرديده است.
ساختار سازه اي ساختمانهاي شهر بم
ساختمانها ساخته شده در شهر بم را ميتوان به سه دسته كلي مهندسي، نيمهمهندسي و غيرمهندسي تقسيمبندي نمود. ساختمانهاي مهندسي به
ساختمانهايي گفته ميشود كه داراي اسكلت فلزي و يا بتني بوده كه سيستم مقاومت جانبي آن تعريف شده باشد و يا ساختمان آجري با ديوار باربر به
همراه شناژ باشد. ساختمانهاي نيمهمهندسي به ساختماني گفته ميشود كه نيروي ثقل توسط اسكلت عمدتا فلزي و يا تركيبي از اسكلت فلزي و يا
ديوار بار بر غير مسلح تحمل ميشود و براي مقابله با نيروهاي جانبي تمهيدي درنظرگرفته نشده است. ساختمانهاي غيرمهندسي به ساختمانهايي
اطلاق ميشود كه بار قائم و جانبي توسط ديوارها با مصالح بنايي و يا خشتي غير مسلح تحمل ميشود.
% بر اساس مطالعات آماري انجام گرفته نمودار شكل ( 1)، بر روي ساختمان هاي شهر بم در سال 1375 ، از كل ساختمانهاي موجود در شهر بم، 29
.[ ساختمانها غيرمهندسي ، 70 % ساختمانها نيمهمهندسي و تنها 1% از ساختمانهاي موجود در شهر بم بصورت مهندسيساخته شده است [ 1
1 مدرس بخش مهندسي عمران دانشگاه آزاد اسلامي واحد كرمان
2 عضو هيئت علمي بخش مهندسي عمران دانشگاه شهيد باهنركرمان
Computer For Civil Softeare Engineering Group : www.CCSofts.com , www.CompCivil.com
.[1] شكل 1- ساختار سازه اي ساختمان هاي شهر بم سال 1375
پارامترهاي مهم زلزله بم
شهر بم و حومه كه در ارتفاع 1094 متر ازسطح دريا واقع شده است، بر روي گسل واقع گرديده است تاريخ نشان ميدهد كه درگذشته بارها زلزلههاي با
5 دقيقه صبح روز پنجم دي ماه 1382 زلزلهاي به / دامنه آسيبپذيري كم رخ داده است. براساس گزارش مركز ژئوفيزيك دانشگاه تهران در ساعت 28
6 در مقياس ريشتر منطقه شهرستان بم از استان كرمان واقع در جنوب شرقي ايران را لرزاند، مولفه هاي شتاب زلزله در جهت قائم برابر شتاب / بزرگي 3
.[2 ]( 0 برابر شتاب جاذبه زمين گزارش شده است شكل( 2 / 0 برابر شتاب جاذبه زمين ودر طول گسل 794 / جاذبه زمين عمود بر جهت گسل 636
.[ شكل 2- شتاب نگاشت زلزله بم [ 2
دلايل ضعف سازههاي اسكلت فلزي
در بررسيهاي انجام گرفته در منطقه زلزله زده بم و مطالعات صورت گرفته بر روي سازههاي اسكلت فلزي عامل عمده ضعف سازههاي اسكلت فلزي را
بطور كلي ميتوان در چهار دسته تقسيم بندي نمود.
- ضعف طراحي: طراح بدليل عدم شناخت صحيح نسبت به رفتار انواع سيستم هاي سازهاي و عملكرد آن در هنگام وقوع زلزله قادر به انجام محاسبات
صحيح نبوده است.
- ضعف اجرايي: نبودن دتايلهاي اجرايي و محاسباتي و وجود افراد فاقد صلاحيت فني، عدم آشنايي استاد كاران ( در بخشهاي مختلف سازه اي از
جمله آرماتور بند، قالب بند، جوش كار و بتن ريز ) نسبت به اصول صحيح اجرايي، باعث پائين آمدن سطح كيفيت درسازههاي اسكلت فلزي شده است.
- عدم كنترل نظارت بر اجرا: بدليل نداشتن كنترل بر عوامل اجرايي وكار نهايي بيشتر عمليات ساختماني خالي از نقص و ضعف نبوده و لذا كيفيت كار
اصلي با كار انجام شده و طرح و نقشههاي اصلي تفاوت داشته. بيشتر ساختمانهاي شهر بم فاقد نظارت فني بوده و يا اينكه كنترلهاي فني بطور ضعيف
صورت گرفته است.
- مشكلات اقتصادي و عدم آگاهي مردم به فرهنگ ساخت: بعلت وجود ساختمان سازي بصورت شخصي و سليقهايي و نداشتن آگاهي مالك ساختمان
به اصول صحيح ساخت و ساز و همچنين باحذف كردن و يا ضعيف كردن مقاطع پروفيل به علت ضعف اقتصادي مالك ساختمان، از عوامل تاثير گذار
در آسيبپذيري سازهها ميباشد.
دلايل آسيب پذيري كف ستونها در زلزله بم
.( 1) ابعاد نامناسب كف ستون و عدم توزيع مناسب بار كه به علت تمركز تنش باعث گسيختگي در پي شده است(شكل 3
مهندسي
%١
غير مهندسي
%٧٠
نيمه مهندسي
%٢٩
Computer For Civil Softeare Engineering Group : www.CCSofts.com , www.CompCivil.com
.( 2) استقرار نامناسب ستون بروي كف ستون در صورتيكه ابعاد كف ستون براي نيروهاي خارج از مركز طراحي نشده است(شكل 4
شكل 3- كوچك بودن كف ستون. شكل 4- استقرار نامناسب ستون بر روي كف ستون.
.( 3) سطح مقطع كم ميل مهارها، بخصوص در كف ستونهايي كه بادبند نيز به آنها متصل شده است(شكل 5
4) لقي پيچ مهارها در كف ستونها بطوريكه در هنگام وقوع زلزله احتمال خارج شدن صفحه ستون از محل رزوه وجود دارد،كه در سازههاي اسكلت فلزي
بم به علت شتاب قائم وهمچنين نيروي بركنش بادبندي اين عمل در بعضي از سازها رخ داده است.
5) عدم يكپارچگي كف ستونها بطوريكه كف ستونها از صفحات وصله شده اجرا گرديده.
6) كوتاه بودن طول رزوه در ميل مهارها بطوريكه فاصله كافي براي بستن پيچها باقي نميماند وكف ستون در محل رزوه شده قرار ميگيرد كه اين عمل
.( خود باعث ضعف در برابر نيروهاي برشي در كف ستونها، به علت كاهش سطح مقطع ميل مهارها در محل رزوه ميباشد(شكل 6
7) نامناسب بودن كيفيت، بعد و طول جوش.
8) پوسيدگي كف ستونها در اثر تماس با رطوبت به علت اينكه معمولاً كف ستونها در پائين تراز سطح زمين قرار دارند و در اثر بارندگي و شتشوي كف
ساختمان و موارد ديگر رطوبت به آنها ميرسد وبه تدريج باعث پوسيدگي كف ستون ميگردد.
شكل 5- كم بودن سطح مقطع ميله مهارها- شكل 6- كوتاه بودن طول رزوه در ميله مهار و پارگي ميله مهار.
لقي پيچ مليه مهارها- عدم يكپارچگي كف ستون ها.
دلايل تخريب سقفها در زلزله بم
سقفها عمدتاً از نوع طاقضربي بدون مهاربندهاي افقي بوده كه بدليل وزن زياد و عدم انسجام و وجود بازشوهاي بزرگ دچار خسارت كلي شدهاند. در
بعضي موارد سنگيني سقف باعث شكست تمامي ستونها شده بطوريكه سقف يكپارچه فروريخته است. نبودن اتصالات كافي در محل اتصال سقف به
ستونها و همچنين به علت وجود مؤلفه قائم زلزله اينگونه خرابيها حادث شده است. سقفهاي تيرچه بلوك عملكرد مناسبتري را در برابر بارهاي جانبي
از خود نشان دادهاند فقط در بعضي موارد كه ضخامت سقف تا حدود 30 تا 35 سانتيمتر نيز اجرا گرديده است به علت سنگيني سقف ستونها دچار
كمانش شدهاند، ولي سقف يكپارچگي و انسجام خود را ازدست نداده است. شكسته شدن بلوكها و ريختن آنها يكي ديگر از عوامل ضعف سقفهاي
تيرچه بلوك به شمار ميرود كه درهنگام زلزله جان ساكنين را تهديد ميكند. در نتيجه نقص هاي عمده در سقفهاي طاق ضربي عبارتنداز:
.( الف) عدم صلبيت كافي وانتقال مناسب نيروي زلزله به سيستم مقاوم باربر جانبي(شكل 7
ب) عدم پيوستگي سقف با اسكلت ساختمان.
Computer For Civil Softeare Engineering Group : www.CCSofts.com , www.CompCivil.com
شكل 7- سقف با صلبيت ناكافي
سيستمهاي مقاومت جانبي در ساختمانهاي فولادي شهر بم
طي مشاهدات انجام شده در شهرستان بم تعداد قابل توجهي از ساختمانهاي فلزي موجود درشهر بم بكلي فاقد هرگونه سيستم باربر در برابر زلزله بوده
و بدون هيچگونه سيستم مهاربندي، از قاب ساده و يا قاب با اتصالات خورجيني و يا اين كه از سيستم مهاربندي بسيار ضعيف با پركننده هاي ميان
قابي ساخته شدهاند، كه صرفاً قابليت تحمل بارهاي قائم را داشتهاند. كه در هر دو حالت به علت سختي كم و عملكرد مناسب پركننده هاي ميان قابي،
قابها تحت تاثير نيروي زلزله كمتري قرار گرفته اند و ساختمان تخريب كلي نگرديده است شكل ( 8و 9). درتعدادي از سازههاي بادبندي شده نيز به علت
شكل تامين گرديده است كه اين امر باعث ايجاد U عدم توزيع مناسب محل مهاربندها سختي جانبي ساختمان توسط سيستمي از بادبندها با پلان
فاصله بين مركز سختي با مركز جرم شده كه عامل بروز پيچش در ساختمان گرديده است، همچنين در بسياري از سازههاي مهندسي كه تقريبا اصول
اوليه محاسبه در آنها رعايت گرديده بود به دليل اجراي نامناسب و نبودن شكلپذيري در محل اتصالات در همان چند لحظه اوليه پس از وقوع زلزله،
بادبند دچار گسيختگي شده و باقي زمان، سازه بدون مهاربند در برابر زلزله دچار آسيبپذيري شده است.
شكل 8- قاب بدون مهاربند با سختي كم. شكل 9- عملكرد مناسب پر كننده هاي ميان قابي.
اصول پايه انجام اصلاحات در تعمير و مقاوم سازي
-1 ممكن است ساختمان با جايگزيني محدود مصالح تخريب شده تعمير گردد
-2 ميتوان اجزاء غير قابل تعويض سازهاي و اتصالات آنها را به روشهايي از جمله افزايش ضخامت قطعه و اندازه آن، مسلح نمودن بيشتر المان مورد
نظر و يا افزايش مقاومت اتصالات تقويت نمود.
-3 سيستمهاي ساختماني را ميتوان با افزودن ديوارهاي برشي و يا مهار بندهاي قائم تقويت نمود، و به منظوركاهش دهانه، در بعضي حالات ميتوان
تعداد ستونها را افزايش داد و در اسكلتهاي فلزي ميتوان اتصالات ساده برشي را به اتصال صلب نزديك كرد. در تمام اين حالات طراح بايد اطمينان
حاصل نمايد كه يك مسير مناسب و پايدار جهت تحمل بار در سيستم سازه تغيير يافته برقرار شده است.
-4 گاهي ممكن است با برداشتن تعداد طبقات فوقاني از وزن سازه و نتيجتا از نيرويهاي ناشي از زلزله كه به سازه وارد ميشود كاست.
-5 چون كه پريود سازه اصلاح شده ممكن است كوتاهتر شود و يا پاسخهاي لرزهاي آن افزايش يابند لذا ضروري است كه مقاومت لرزهاي چنين سازهاي
.[ اصلاح شده مجددا ارزيابي شود[ 3
Computer For Civil Softeare Engineering Group : www.CCSofts.com , www.CompCivil.com
روش هاي تقويت سيستم مهاربند جانبي ساختمانهاي فلزي شهر بم
در قاب هاي خمشي و سيستم هاي مهاربندي شده آسيب ديده در شهر بم جهت تقويت اين قابها از كاهش نيروها در قاب هاي موجود با تعبيه اجزاي
قائم باربر جانبي جديد استفاده گرديده است. و سعي شده است كه به صورت متقارن تعدادي از قابها را با افزودن مهاربند و يا ميانقاب مسلح و يا تقويت
.( ميانقابها مقاوم گردند اشكال ( 10 تا 13
شكل 10 - اضافه كردن بادبند 8شكل شكل 11 - اضافه كردن بادبند ضربدردي
شكل 12 - تقويت ميانقاب ها با آرماتور. شكل 13 - اضافه كردن ميانقاب مسطح در قاب خمشي.
مقاوم سازي سقف هاي طاق ضربي
جهت صلب نمودن سقفهاي طاق ضربي مراحل زير انجام شده است:
الف) اجراي شبكه آرماتور روي سقف ب) اجراي نبشي برش گير روي تيرهاي طاق ضربي
ج) اتصال آرماتورهاي سقف به اسكلت د) اتصال تيرهاي طاق ضربدري به وسيله ورق به يكديگر
ه) بتن ريزي سقف
شكل 14 - تقويت سقف. شكل 15 - اجراي بتن.
Computer For Civil Softeare Engineering Group : www.CCSofts.com , www.CompCivil.com
روشهاي مقاوم سازي شالوده ها
مقاوم نمودن شالوده ها به دو روش زير انجام گرديده است:
.( الف) افزايش مقاومت تكيه گاه (خاك) شالوده بوسيله ايجاد پيهاي اضافي بزرگتر زير پيهاي موجود( شكل 16
ب) افزايش وزن شالوده بوسيله پي هاي اضافي وبستن آنها به پي هاي موجود و غيره.
شكل 16 – تقويت شالوده ها
نتيجه گيري
-1 از مهمترين دلايل عمده ضعف سازه هاي اسكلت فلزي اجرا شده، مخصوصا در شهر بم ضعف طراحي، ضعف اجرايي، عدم كنترل و نظارت كافي بر
اجرا، مشكلات اقتصادي و عدم آگاهي مردم به فرهنگ ساخت ساختمان نام برد.
-2 در ضعف هاي ديده شده در ساختمانهاي اسكلت فلزي مي توان عدم استفاده از نيروهاي متخصص در ساخت را از مهمترين دلايل تخريب ساختمانها
دانست.
-3 سقف هاي طاق ضربي بدليل وزن زياد و عدم صلبيت از مقاومت كافي در برابر نيروي زلزله برخوردار نيستند، كه در ساختمانهاي شهر بم مشاهده
گرديده است.
-4 از ديگر معايب ساختمانهاي اسكلت فلزي اجرا شده مي توان به عدم توجه به سيستم مقاوم در مقابل نيروهاي جانبي اشاره نمود. كه به صورت
مشخص ساختمانهاي اسكلت فلزي شهر بم يا فاقد هرگونه سيستم باربر در برابر زلزله بوده و يا اينكه از سيستم مهاربند بسيار ضعيف استفاده شده بود.
-5 در روش هاي مقاوم سازي و تقويت سازه هاي آسيب پذير خصوص اً سازه هاي آسيب ديده پس از زلزله، روش هاي تعمير و تقويت اجزاي زير توصيه
گرديده است :
الف) مقاوم سازي پي ها
ب) مقاوم سازي سيستم هاي مهاربند جانبي
ج) مقاوم سازي سقف
مراجع
1] ”سالنامه آماري استان كرمان سال 1380 “، سازمان مديريت و برنامه ريزي استان كرمان ]
2] مرندي، س. م.، رهگذر، ر.، صفاري، ح ( 1382 )، ”تحليل ساختمان هاي آسيبديده زلزله شهر بم و حومه“، انتشارات شركت ساختماني و راهسازي ]
.115
3] ناطقي الهي، ف ( 1378 )، ”راهنماي مقاوم سازي ساختمانهاي فولادي موجود“، انتشارات بنياد مسكن انقلاب اسلامي، چاپ اول. ]