مقاوم سازی و بهسازی ساختمانها در برابر زلزله

مقدمه و کلیات :

در ادامه مقالات آموشی مهندسی عمران در این مقاله به مقاوم سازی و بهسازی ساختمان ها در برابر زلزله می پردازیم . هدف از مقاوم سازی ساختمان ها بررسی وضعیت ( یا ارزیابی میزان خرابی یا تغییر شکل ماندگار و یا نیرو) اعضای سازه در تغییر مکان ( تقریبی ) لازم جهت استهلاک انرژی زلزله (یا نیروی خطی متناظر با این تغییر مکان در بررسی به روش های خطی). این کار در سازه با کنترل آنها بلا حداکثر معیارهای قابل قبول برای هر عضو (بررسی عملکرد) صورت می گیرد که یا نیرویی است یا تغییر مکانی .

به زبان ساده تر هدف از بهسازی و مقاووم سازی لرزه ای ساختمان ها این است که اعضای سازه ای ( هر جز از سازه که با تامین مقاومت در برابر بارهای جانبی و یا ثقلی ، نیروها را از طریق مسیری پیوسته تا فونداسیون منتقل می کند ) و ملحقات غیر سازه ای (هر جز معماری ، مکانیکی یا الکتریکی از ساختمان که به صورت دائمی نصب شده است ) به گونه ای تقویت شوند که در صورت وقوع زلزله ، آسیب های کمتری به این اجزاء وارد شود .

نویسندگان آیین نامه های FEMA و ATC با توجه به اهمیت ساختمان و کارایی آن بعد از وقوع زمین لرزه، آسیب های احتمالی را تقسیم بندی و سطوح بهسازی را بر این اساس تعریف کرده اند. این آیین نامه ها کل ساختمان را به دو گروه اجزای سازه ای و اجزای غیر سازه ای تقسیم کرده و برای هر کدام از اجزای سازه ای و غیر سازه ای یک سری معیارها از سطح کارکرد کامل تا خرابی های زیاد برای یک زلزله با دوره بازگشت معین در نظر گرفته اند . به عنوان مثال برای ساختمان هایی که بعد زلزله باید سرویس دهی خود را کاملا حفظ کنند بالاترین سطح بهسازی را تعربف کرده اند . در بالاترین سطح بهسازی ، اجزای سازه ای و غیر سازه ای نباید دچار خسارت خرابی شوند یا اگر احتمالا  خرابی در این اجزا به وجود آید ، بتوان آن ها را سریعا به قابلیت سرویس دهی کامل رساند .

در پایین ترین سطح بهسازی ، اجزای سازه ای می توانند به حد گسیختگی برسند و تغییر شکل های ماندگار در سازه به وجود آید و اجزای غیر سازه ای نیز کارایی نداشته باشند ولی اسکلت ساختمان باید حفظ شود ، به گونه ای که افراد بتوانند از ساختمان خارج شوند و خسارات جانی به بار نیاید . بقیه سطوح معرفی شده در این آیین نامه در بین این دو سطح عملکرد قرار دارند .

با توجه به نظر کار فرما و انتظاری که از عملکرد سازه ی موجود بعد از زلزله می رود ، برای مهندسین بهساز مشخص می شود که به عنوان مثال اجزای غیر سازه ای و سازه ای تا چه حد دچار خرابی قابل قبول می شوند و تا چه حد کارایی خود را حفظ می کنند . طراحی و بهسازی در FEMA و دستورالعمل بهسازی (نشریه 360) بر مبنای سطوح عملکرد است ، ولی طراحی بر مبنای سطوح عملکرد روشی جدید است که هنوز بسیاری با آن آشنا نیستند . بهمین دلیل لازم است برای انتخاب مناسب هدف بهسازی ، طرح آشنایی کامل با سطوح مختلف عملکرد (Performance Levels) ساختمان داشته باشد و کار فرما را نیز با این مبانی آشنا کند و در هماهنگی با صاحب ساختمان سطح عملکرد مورد انتظار را انتخاب کند .  سطوح عملکرد مختلف سازه در شکل زیر نشان داده شده است .

اهداف عملکرد سازه

الف) سطح عملکرد 1:

یک سطح عملکردی، همانند ایمنی جانی (LS) ، به  تنهایی معنادار نخواهد بود ، مگر این که  یک تراز لرزه ای مشخص که سازه به این سطح عملکرد می رسد ، مشخص شده باشد . رفتاری که به عنوان هدف عملکردی شناخته می شود متشکل از حرکت زمین و سطح عملکرد سازه است . هدف عملکردی ، یک حالتی از سطح عملکرد مورد نظر برای ساختمان برای یک سطح (خطر) زمین لرزه می باشد . مطابق تعریف فوق اهداف عملکردی در واقع ارتباط سطوح عملکردی، سطوح عملکرد و سطوح زمین لرزه را بررسی نمود .

ب) سطح عملکرد 2 :

هر سطح عملکردی نشان دهنده حداکثر میزان خرابی مورد انتظار از ساختمان مدنظر می باشد و اگر خرابی از حد مربوط به سطح عملکرد مورد نظر بیشتر شود ، سطح عملکرد ساختمان تغییر کرده است . وضعیت کلیه اجزای سازه ای و غیر سازه ای در تعریف این سطوح عملکرد دخیل می باشند .

روش های آسیب پذیری ساختمان ها

جهت تصمیم به تقویت یک ساختمان ، اولین گام ، بررسی و ارزیابی ساختمان و مصالح به کار رفته می باشد . روشهای ارزیابی آسیب پذیری ساختمان ها در برابر زلزله را می توان به دو گروه عمده تقسیم کرد که عبارتند از  :

الف) ارزیابی آسیب پذیری کیفی

ب) ارزیابی آسیب پذیری کمی

برای آشنایی بیشتر با نرم افزار مهندسی عمران مانند Matlab , Abaqus , Etabs , sap2000 , Opensees  , safe  می توانید با کلیک بر روی نام نرم افزار ها به مقاله مورد نظر هدایت شوید .

نرم افزار های نام برده شده دارای کاربرد فراوانی در مقطع کارشناسی ارشد می باشند و بسیاری از دانشجویان و فارغ التحصیلان با استفاده از نرم افزار های نام برده شده به ارایه مقالات علمی و پژوهشی , پایان نامه های کارشناسی ارشد و دکترا و پروژه های صنعتی می پردازند .