نوشته های مشابه
بررسي امکان استفاده از نگهدارنده هاي الاستومری و سيستم لغزشي در جهت بالا بردن ضريب مقاومت ابنيه تاريخي در مقابل زلزله در متن پیش رو بررسی خواهیم کرد. در سالهاي اخير ، عمل مجزا سازي پايه و شالوده به عنوان يک تکنيک طراحي رو به رشد و به کار رفته در ساختمانها و پلهاي مناطق زلزله خيز شناخته شده است . امروزه دو نمونه ساده از سيستمهاي مجزا سازي موجود مي باشد :
۱ـ استفاده از نگهدارنده هاي الاستومری
۲ـ سيتم لغزشي
از آنجا که در مرمت شالوده هاي فرسوده در ابنيه تاريخي ، ابتدا اقداماتي نظير شمع بندي و تخليه زير ديوارها و سپس تزريق مواد مسلح صورت مي گيرد ، ممکن است بتوان از سيستمهاي فوق در اين مرحله بهره جست .
مقدمه :
ايران که کشوري لرزه خيز است و بر روي يکي از دو کمربند بزرگ لرزه خيزي جهان موسوم به آلپا قرار دارد . تا کنون زمين لرزه هاي مخرب و گاه ويران کننده مناطق مختلف کشور را با خسارات و تلفات سنگيني رو به رو کرده است . کارشناسان فن معتقدند در صورتي که هزينه هاي گزاف امداد رساني و جبران خسارتهاي مادي و معنوي حوادث طبيعي نظير زلزله ، در مسير بازسازي و ايجاد تغييرات بنيادي در حوزه شهرسازي و تمهيدات لازم براي پيشگيري از حوادث غير مترقبه قرارگيرد ، نتايج به مراتب بهتر از گذشته خواهد بود .
بيشتر شهرهاي قديمي ايران ، امروزه دربردارنده بافتي تاريخي هستند که اکثر ابنيه آنها فرسوده و رو به تخريب است . از سويي ديگر بسياري از بناهاي با ارزش تاريخي در اين محدوده ها قرار دارند که در بردارنده هويت و فرهنگ گذشته نسلهاي پيشين هستند . از همين رو مساله مرمت و استحکام بخشي اين ابنيه بسيار مورد توجه است .
وقوع زلزله در کشور ما ايران يک شايعه نيست حقيقتي است که با گذشت زمان احساس آشناتري به آن داريم . زلزله هاي اخيري که در کشور رخ داد بيشتر و مؤثرتر از هر زمان ديگري ، عواقب سهل انگاري در امر ساخت و ساز را به تصوير کشيده است و ضرورت استفاده از مجريان صاحب صلاحيت و ساختمانهايي که بر اساس اصول فني ساخته مي شوند را براي هر بيننده و شنونده آگاهي نمودار ساخت. نگهدارنده هاي الاستومری و سيستم لغزشي .
مطالعه خسارات زمين لرزه ، منبع اصلي معيار طراحي سازه هاي مقاوم در برابر زمين لرزه به شمار مي رود . بدون شک شديدترين و خاطره انگيزترين خسارات زلزله مربوط به خرابي سازه مي شود . از ويراني قابل پيش بيني ساختمانهاي آجري غير مسلح و خشتي که در آنها سکنه زيادي در کشورهاي توسعه نيافته زندگي مي کنند ، تا خرابي غير منتظره ساختمانهاي خيلي مدرنتر، خرابي سازه عامل اصلي ضايعات جاني و اقتصادي در زلزله هاي بسياري بوده است .
اساسا طراحي براي مقاومت در برابر زمين لرزه کار دشواري است نه به اين دليل که روشهاي پيشنهادي موجود سخت است ، بلکه به اين دليل که طبيعت بارگذاري آنها با ديگر بارها تفاوت دارد . در يک بررسي کلي مي توان به اين نتيجه رسيد که در زلزله هايي که تا کنون رخ داده ، بيشترين تلفات جاني و مالي ناشي از فرو ريختن ساختمانهاي سنتي ساخته شده با مصالح بومي مانند سنگ ، آجر ، بلوک بتني ، خشت خام و چوب بوده است .
يکي از مسايلي که بايد همواره آن را مد نظر قرار داد ، اين است که براي تامين احتياجات مسکوني مردم بايد از خودياري و سليقه و نبوغ مردم محلي حداکثر استفاده به عمل آيد . به همين دليل بايد سازندگان محلي را تا حدي آموزش داد تا در موقع ساختن خانه خود با رعايت مواردي ساده بدون آنکه هزينه اجرايي افزايش چشمگيري داشته باشد بتوانند ساختمانهايي مقاوم در برابر زلزله بسازند. نگهدارنده هاي الاستومری و سيستم لغزشي .
ـ ساختمانهاي مصالح بنايي :
ساختمان اسکلت بنايي (Masonary) به ساختمانهاي خشتي ،آجري،سنگي وبلوک بتني اطلاق مي گردد که در آن قسمت اعظم بار ساختمان توسط ديوارهاي باربر تحمل مي گردد. بسياري از ساختمانهاي ساخته شده در شهرها واکثر ساختمانهاي روستايي در ايران،از نوع کم ارتفاع (يک يا دو طبقه و ندرتا سه طبقه) بنايي مي باشد.
از نظر تاريخي ساختن بناهاي آجري و خشتي چند هزار سال سابقه دارد . طراحي و اجراي اين نوع ساختمانها به طور تجربي صورت گرفته و مبناي علمي نداشته است . به تدريج طرق تقريبي براي محاسبه ساختمانهاي آجري محاسبه گرديد و همين محاسبات پايه آيين نامه هاي محلي را تشکيل دادند . استفاده از روشهاي تجربي باعث گرديد که ديوارها به طور خارق العاده اي ضخيم باشند .
ساختمانهاي آجري در ايران را مي توان به دو دسته تقسيم کرد:
۱ـ ساختمانهاي اسکلت بنايي معمولي
ساختمانهاي اسکلت بنايي معمولي خود به دو دسته:ساختمانهاي روستايي و ساختمانهاي شهري قابل تقسيم است. مصالح مصرفي در ساختمانهاي روستايي و همچنين ابنيه تاريخي به جا مانده از دوران گذشته عبارتند از:خشت خام،سنگ،سنگ و ملات گل و سقفي با تيرهاي چوبي و پوشش گل و گاهي سقفهاي گنبدي. مصالح مصرفي ساختمانهاي شهري نيز عبارتند از:آجر فشاري با ملات ماسه سيمان و سقف طاق ضربي يا تيرچه بلوک. در اين گونه ساختمانها نيروهاي وارد بر ساختمان توسط ديوارهاي باربر مهار مي شوند.
۲ـ ساختمانهاي اسکلت بنايي مرکب
در اين گونه ساختمانها علاوه بر ديوارهاي باربر موجود ،در ساخت بنا سازه فلزي يا بتني به صورت ترکيبي با ديوارهاي باربر وجود دارد وبارهاي وارد بر ساختمان به وسيله هر دو يعني هم ديوار باربر وهم سازه فلزي يا بتني مهار مي گردد.
ـ آسيب شناسي ابنيه تاريخي :
اساسي ترين بخش قبل از هر اقدام مرمتي تشخيص ضايعه يا عارضه است . نوع مصالح ، پيوند منطقي عناصر ساختماني ، توزيع متناسب نيروها ، مقاومت شالوده ها در مقابل بارهاي وارده ، تناسب نيروهاي داخلي با توجه به توانايي مصالح ، حفاظت صحيح کل ساختمان در برابر عوامل خارجي ، در مجموع از عوامل و شرايط لازم براي تامين ايستايي و ادامه حيات و بقاي ساختمان محسوب مي شود .
به طور کلي عوامل تخريب مجموعه اي از کنشها و آسيبها هستند که در تغيير شکل و تخريب بنا موثر واقع مي شوند . نحوه تعمير بنا نيز بستگي به نوع اين عوامل مخل و مخرب دارد . پس ابتدا بايد عواملي را که موجب صدمه ديدن بنا و يا نهايتا ويراني آن شده اند بررسي کرد و سپس چگونگي تعمير ، حفظ و نگهداري آن را طراحي و اقدام را آغاز کرد نگهدارنده هاي الاستومری و سيستم لغزشي .
ـ شناسايي نحوه رفتار ساختمانهاي تاريخي در مقابل زلزله :
مهمترين عوامل در آسيب پذيري ساختمان در برابر زلزله ، وزن زياد ساختمان ، مقاومت کم مصالح در برابر کشش و برش ، فقدان به هم پيوستگي کامل اجزاي ساختمان و ضعف اتصالات ، کيفيت ضعيف اجراي ساختمان و بالاخره از دست رفتن مقاومت با گذشت زمان مي باشد .
زلزله در ساختمانها در سه جهت طولي ، عرضي و قايم ايجاد ارتعاش مي کند . به طور کلي در رابطه با اين گونه ساختمانها نکات عمده زير مورد توجه است :
۱ـ مجموعه ساختمان همراه با اشيا موجود در آن در موقع زلزله به ارتعاش در مي آيد .
۲ـ حرکات در جهات مختلف ساختمان به صورت رفت و برگشت بوده و در يک زلزله ممکن است چندين رفت و برگشت در ثانيه رخ دهد. تعداد اين حرکات بستگي به ويژگيهاي زلزله و مشخصات ساختمان دارد .
۳ـ بر اثر شتاب حرکت زمين نيروهاي جنبشي (اينرسي) در جرم ساختمان ايجاد مي شود . اين نيرو متناسب با جرم ساختمان است . بنابراين هر چه وزن ساختمان بيشتر باشد اين نيرو افزايش مي يابد . نتيجه آنکه کاربرد مصالح سبک در ساختمان موجب خواهد گرديد که نيروهاي کمتري بر اثر زلزله به ساختمان وارد شود .
۴ـ بر اثر ارتعاش در امتداد قايم ، بار قايم تيرها و ستونها در لحظات مختلف زلزله کاهش و افزايش مي يابد . (با توجه به حرکت رفت و برگشت زلزله)
۵ ـ اجزاي باربر ساختمان مانند ديوارها و ستونها که قبل از زلزله فقط بار قايم را تحمل مي کردند ، بر اثر نيروهاي جانبي ناشي از زلزله بايد خمش و برش را نيز تحمل کنند . وضع تنش نيز در اين اعضا در هر لحظه متغير مي باشد . بنابراين در هنگام بروز زلزله چنانچه در قسمتي از ديوار يا ستون مقدار تنش کششي ناشي از خمش از ميزان تنش فشاري مربوط به بار قايم بيشتر شود و مقاومت کششي مصالح بکار برده شده در اين قسمت کم باشد (نظير سنگ ، آجر يا خشت ) در اين قسمت ترک ايجاد خواهد شد .
۶ ـ ميرايي (Damping) ساختمان هر چه بيشتر باشد شتاب موثر بر جرم ساختمان کمتر خواهد بوده و در نتيجه نيروي وارد بر ساختمان کاهش مي يابد .
۷ـ جواب ديناميکي که به وسيله طيفهاي زلزله (Response Spectra) مشخص مي شود نمايانگر اين حقيقت است که براي ساختمانهاي صلب و با پريود کم مانند ساختمانهاي کوتاه و سنتي ، شتاب موثر بر ساختمان ممکن است خيلي بيش از حداکثر شتاب زمين در موقع زلزله باشد و بايد در انتظار بروز خساراتي به ساختمان بود . بر عکس در مورد ساختمانهاي شکل پذير (Ductile) يعني ساختمانهايي که حد جاري شدن آنها با تغيير شکل زياد همراه باشد ، ساختمان شانس زيادتري دارد که در زلزله سالم بماند يا اينکه خسارات جزيي بردارد نگهدارنده هاي الاستومری و سيستم لغزشي .
ـ سيستمهاي جداکننده پي و سازه :
زلزله عبارت است از لرزش زمين در اثر آزاد سازي سريع انرژي .انرژي آزاد شده از کانون زلزله به صورت امواج در همه جهات منتشر مي شود .فرکا نس ارتعاشي سازه هاي کوتاه تا متوسط در محدوده فرکانسهايي است که در آن زلزله معمولا بيشترين انرژي را داراست اين بدان معناست که سازه هنگام زلزله نقش تشديد کننده ارتعاشات زمين را خواهد داشت و اين باعث بوجود آمدن شتابهاي بالا و تفکيک مکانهاي زياد در سازه مي شود که مي تواند باعث خرابي سازه شود .
براي آنکه تمام انرژي موجهاي حاصل از زلزله به سازه انتقال نيا بد مي توان از روشهاي متعددي استفاده کرد .
يکي از روشهايي که براي طرح مقاوم سازي سازه هاي ميان مرتبه طي قرن گذشته پيرامون آن بحثهاي بسياري شده ايجاد انعطاف پذيري (جهت دور کردن سازه از محدوده انرژي حداکثر زلزله ) در پايه سازه مي باشد که به جداسازي پايه معروف مي باشد .
اين نظريه با عنوان کلي “Seismic Isolation ” (جداسازي و محافظت ساختمان از حرکات لرزشي زمين ) مطرح شده است .مبناي نظريه جدا سازي از حرکات زلزله عبارت است از ايجاد انعطاف پذيري در پايه سازه در صفحه افقي و همزمان با آن ايجاد عناصر مستهلک کننده جهت جذب کامل و يا بخش عمده اي از انرژي ناشي از زلزله .
هدف اصلي نيز دور کردن پريود سازه به مقدار مطلوب از پريود حرکات زمبن و يا کاهش اثر تغيير مکان انتقال از زمين به سازه است .
” دفع نيروهاي ناشي از زلزله توسط پي لغزشي“
– انواع سيسيتم هاي مجزا سازي پي و سازه :
در حال حاضر دو نمونه از سيستمهاي جداکننده موجود مي باشد :
الف ) نگهدارنده هاي الاستومری
ب ) سيستم لغزشي
الف ) نگهدارنده هاي الاستومری :
“الاستومر” از لاستيک طبيعي و يا ” نئوپرن ” تشکيل شده است . در اين سيستم ساختمان در برابر حرکات و تکانهاي زميني و افقي زمين لرزه مقاومت خود را نشان مي دهد . بدين صورت که لايه اي ما بين ساختمان و شا لوده با سختي افقي کم وجود دارد که به هنگام زمين لرزه نقش خود را ايفا مي کند .
اين لايه يک فرکانس اصلي به ساختمان مي دهد که بسيار پايين تر از فرکانس اصلي پايه و شا لوده مي باشد و بسيار پايين تر از فرکانسهاي برجسته ناشي از تکانهاي زمين است .
سيستم مجزا سازي انرژي زمين لرزه را در خود نگه نمي دارد . بلکه اين انرژي را از فعاليت سيستم منحرف مي سازد .
ب ) سيستم لغزشي :
“سيستم لغزشي ” يا اصطکا کي خالص يکي از ساده ترين و کم هزينه ترين سيستمهاست . اين سيستم که به جهت عدم نياز به تکنولوزي بالا و نبز امکان استفاده از مصالح محلي مي تواند در ايران و به وبژه خانه هاي روستايي نيز به کار گرفته شود .
ايجاد اين سيستم نياز به تامين يک لايه جداساز در زير کف سازه دارد . اين لايه جداساز در کشور چين با استفاده از لايه اي از ماسه تجربه شده است .
نتايج آناليز عددي موثر بودن اين سيستم را در کاهش شتاب منتقل شده به سازه و تغيير شکل نسبي آن تائيد مي کند
– نحوه کاربرد سيستمهاي جدا کننده لغزشي :
از آنجا که سامانه پي لغزشي يک روش کم هزينه و آسان براي کاهش ميزان اثر زلزله است که مي تواند در سازه هاي بنايي استفاده گردد ، از اين رو از بين سيستمهاي جدا کننده پي و سازه که ذکر شد اين روش را مورد بررسي قرار مي دهيم .
همانطور که پيش از اين گفته شد ، عملکرد اين نوع سيستم بر پايه اصطکاک لغزشي خالص است ، به اين صورت که در محل اتصال ديوار و پي ، يک لايه از مواد دانه اي (به عنوان مثال شن و ماسه)ريخته مي شود که اتصال ديوارو پي را قطع کرده به طوري که در هنگام زلزله ، سازه بتواند بر روي اين لايه لغزش کرده و از انتقال شتابهاي بزرگتر از mg به سازه جلوگيري کند .(m ضريب اصطکاک لايه لغزنده مي با شد .)
جهت بررسي عملکرد سيستم فوق در سازه هاي بنايي ، پروژه تحقيقاتي در پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله (IIEES) انجام شده که طي آن بررسيهاي عددي و آزمايشگاهي فراواني بر روي اين سيستم انجام شد . در اين آزمايشات مدلي از يک ديوار آجري L شکل که مبين قسمتي از يک سازه بنايي مي باشد ، ساخته شده و تحت بارهاي ديناميکي توسط ميز لرزان آزمايش شد .
“آزمايش مدلي از يک ديوار آجري L شکل تحت بارهاي ديناميکي بر روي ميز لرزان جهت بررسي پي لغزشي “
نتايج آزمايش فوق حاکي از آن بود که سيستم پي لغزشي ساده ، کارايي زيادي در کاهش شتابهاي منتقل شده به سازه دارد .
همچنين مطالعات انجام شده براي شناسايي خواص مصالح و به ويژه رفتار لغزشي آنها نشان مي دهد که مصالح محلي مي توانند پاسخگوي نيازهاي سيستم پي لغزشي باشند . در اين زمينه آزمايشات گسترده اي براي تحليل رفتار مصالح در شرايط گوناگون انجام گرفته است .
پايداري خواص مصالح تحت شرايط محيطي و بارگذاري مختلف در محدوده عوامل مرتبط با ساختمانهاي مورد مورد مطالعه از پيش نيازهاي کاربرد آن است .
آزمايشات نشان مي دهد که نوع مواد مصرفي در لايه لغزشي بايد با توجه به خصوصيات لرزشي محل ساخت و ساز و تنش پاي ديوار انتخاب شود ، به طوريکه شتابها و تفکبک مکانهاي سازه در زلزله محتمل ساختگاه در حد و اندازه هايي باشد که به سازه صدمه وارد نشود .
نحوه عملکرد سيستم لغزشي
– کاربرد سيستم لغزشي در مرمت و استحکام بخشي ابنيه تاريخي :
چنانچه مي دانيم “پي ها ” در ساختمانهاي قديمي به صورت ماسونري ، اتکاي بنا در سطح مقطع وسيع از پايه اجرا شده اند و اين يکي از عناصر اصلي ايستايي ابنيه محسوب مي گردد.
از آنجا که تمام بار وارد بر عناصر باربر ساختمان از همين سطح مقطع وسيع به زمين منتقل مي گردد ، تا زماني که ابن انتقال نيرو به صورت قائم از مرکز ثقل پي به زمبن منتقل شود ، ضايعه عمده اي در ساختمان پديد نخواهد آمد ، اما با گذشت زمان و مداخله هاي مختلف در بنا و يا پيرامون آن و همچنين دخل و تصرف در داخل بنا ممکن است ، نيروهاي اصلي تعادل خود را از دست بدهند و باعث ايجاد انحراف برايند نيروهاي قائم شوند .
در مرمت ابنيه ضروري است که در وهله نخست ضايعات پي را شناسايي و طرحهايي براي تقويت و پيشگيري از اين ضايعات تهيه کنيم . آنچه امروز معمول است تزريق بتن مسلح در زير ديوار هاست تا با استفاده از آن در رفع کشش و رانش و نشست اقدام کند .
تزريق بتن در زير پي ها و يا احداث چاههاي تقويتي در کنار پي و پر کردن اين چاهها از بتن از جمله اقداماتي است که مي توان در راستاي تقويت پي ها انجام داد .
قبل از اين اقدام ، لازم است بار وارد بر پي کاملا بر روي چوب انتقال يابد و شمع بنديهاي لازم پيش از هر اقدام اجرايي انجام شود . پس از اين اقدامات حفاظتي،با احتياط خالي کردن کناره هاي پي و زير آن را شروع مي کنيم .
“استفاده از شمع بندي موقت براي نگهداشتن بار وارده”
اين تزريق بايد به دقت و با بستن و قا لب گرفتن پي انجام شود تا بتن تزريقي به طور کامل با مصا لح قبلي پيوند خورده و يکپارچه شود تا پس از باز کردن شمع بندي و قا لب و انتقال بار مجدد ساختمان بر پي هيچ گونه ترک و نشستي در ديوارها ايجاد نشود .
همانطور که ذکر شد پيش از بتن ريزي و جايگزيني پي بتني به جاي پي قبلي ، بايستي پي سابق ساختمان ، به صورت مرحله به مرحله تخليه و سپس بتن جاي آن را بگيرد . با استفاده از اين موقعيت مي توان از لايه لغزشي جهت جدا کردن پي از ديوار استفاده نمود و پس از پهن کردن اين لايه قالب بندي و بتن ريزي انجام گيرد .
“جزييات اجراي پي لغزشي”
اقدامات مرمتي نقش بسياري در زمينه استحکام بخشي به اين ساختمانها دارد، اما پيشنهاد استفاده از لايه جدا کننده پي و ساختمان مي تواند به عنوان عاملي جهت کاهش خطر اثر زلزله بر اين ساختمانها باشد . هر چند اين شيوه به طور عملي اجرا نشده است ، اما به لحاظ تئوريک عملي به نظر مي رسد .
