روشی برای مقاوم‌سازی سازه در برابر زلزله

به گزارش اخبار ساختمان، در طول سالیان گذشته مطالعات بسیاری بر روی رفتار سازه در هنگام زلزله انجام شده است که نتایج این بررسی‌ها نشان می‌دهد رفتار اجزای غیرسازه‌ای همانند اجزای سازه‌ای، در ایمنی ساختمان‌ها مهم و تاثیرگذار است.

با وجود اهمیت اجزای غیر سازه‌ای، بیشتر مطالعات بر روی اجزای سازه‌ای و سیستم‌های سازه‌ای انجام شده و بررسی خرابی‌های زلزله‌های گذشته نیز نشان از عملکرد مناسب اجزای سازه‌ای و عملکرد ضعیف اجزای غیر سازه‌ای دارد. یکی از مهمترین اجزای غیر سازه‌ای در ساختمان‌ها، دیوارها است که به عنوان جدا کننده فضاهای معماری استفاده می‌شوند که لازم است برای بهبود عملکرد این اجزا مطالعات بیشتری صورت می‌گرفت.

علاوه آن، در بسیاری از ساختمان‌های با اهمیت زیاد مانند بیمارستان‌ها و بانک‌ها که نیاز به عملکرد بدون وقفه پس از زلزله دارند، عملکرد نامناسب اجزای غیر سازه‌ای در هنگام زلزله می‌تواند آسیب‌های مالی و جانی غیر قابل جبرانی به وجود آورد.

برای این منظور تیم تحقیقاتی پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله با بررسی جامع خرابی‌های زلزله کرمانشاه راهکارهایی برای تقویت دیوارها و بهبود عملکرد دیوارها ارائه کردند.

به گفته دکتر فریبرز ناطقی الهی، مسوول تیم ارزیابی این پروژه و عضو هیات علمی پژوهشگاه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله با استفاده از جزئیات بست‌های مناسب که با نام "وال پست" در صنعت ساختمان شناخته می‌شوند، در کنار میلگردهای بستر، دیوار به طریق مناسبی از قاب پیرامونی جدا شده و ظرفیت و مقاومت دیوار نیز افزایش می‌یابد، همچنین دیوار از آسیب‌های وارد از تیر و ستون اطرافش در امان است و رفتار شکل پذیری‌تری پیدا خواهد کرد.

طرحی برای بهبود عملکرد رفتار دیوارها در زمان زلزله

مهندس سعید قشلاقی، فارغ التحصیل پژوهشگاه بین المللی زلزله و از محققان این طرح، با اشاره به مراحل اجرای این پروژه تحقیقاتی، توضیح داد: در این طرح تحقیقاتی ابتدا بر روی روش‌های مدل‌سازی و اجرایی دیوارها مطالعاتی را اجرایی کردیم تا راهکارهای پیشنهادی قابل اعتماد و قابل اجرا برای تقویت دیوارها را ارائه دهیم و مهندسین طراح و مجری نیز با مشکلی مواجه نشوند.

وی ادامه داد: به طور کلی دو راه حل کلی برای مدل سازی و در نظر گرفتن دیوارها در فرآیند طراحی وجود دارد که شامل "استفاده از دیوار به عنوان عضو سازه‌ای با در نظر گرفتن سختی آن" و "در نظر گرفتن دیوار به عنوان عضو غیر سازه‌ای بدون در نظر گرفتن سختی آن" می‌شود.

قشلاقی با بیان اینکه با توجه به پارامترهای تاثیرگذار در دیوار، مدل سازی آن در نرم افزارهای تحلیل و طراحی سازه کاری پیچیده و سخت است، اظهار کرد: همچنین در هنگام طراحی باید جزئیات دقیق اجرایی در نظر گرفته شوند که این مورد در کارگاه‌های ساختمانی مشکلات زیاد در پی خواهد داشت. به همین دلیل راه حل دوم مورد تایید قرار گرفت.

این دانش آموخته پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی ادامه داد: از این طریق با جدا کردن دیوار از قاب پیرامونی، بدون نیاز به مدل‌سازی دیوارها، توانستیم عملکرد این اجزا (دیوارها) را در مقابل زلزله بهبود دهیم.

وی با اشاره به مطالعات انجام شده در زمینه تقویت دیوارها یادآور شد: در این مطالعات که از سوی دکتر ناطقی الهی اجرایی شده است، نشان داده شد که بسیاری از راهکارها، دارای هزینه اجرایی بالایی هستند و گاها قابل اجرا نیستند. همچنین در سایر موارد از جمله اضافه کردن میلگرد و ورق‌هایFRP در دیوارهای متصل به قاب پیرامونی، باعث افزایش اولیه سختی دیوار می‌شوند که این مورد باعث ایجاد نیروی بیشتر در اجرا، تخریب بیشتر دیوارها و قاب‌های پیرامونی خواهد شد.

قشلاقی خاطر نشان کرد: بعد از بررسی‌های جامع ما برای تقویت دیوارها و بهبود عملکرد دیوارها در هنگام زلزله، استفاده همزمان از میلگردهای بستر و "وال پست" های قائم و عمودی در دیوار را پیشنهاد کردیم؛ به گونه‌ای که برای جدا کردن دیوارها از قاب پیرامونی، از مقاطع ناودانی و نبشی استفاده شد و از این طریق دیوار از طرف تیر و ستون‌های اطراف آسیب نمی‌بینند و همچنین این اجزا باعث پایداری دیوار در جهت خارج کردن از صفحه می‌شوند.

استفاده همزمان از میلگردهای بستر و "وال پست" های قائم و عمودی برای تقویت دیوار در برابر زلزله

وی اضافه کرد: در ادامه میلگردهای بستر در رج‌های دیوار قرار می‌گیرند که باعث افزایش سختی و مقاومت خارج از صفحه دیوارها می‌شود.

محققان این طرح، برای اطمینان از روابط استفاده شده و نحوه مدل سازی دیوارها در این مطالعات از آیین نامه های معتبر جهانی از جمله ASCE۰۷-۲۰۱۶، Eurocode ۶ و آیین نامه لرزه‌ای استرالیا و همچنین آیین نامه‌های داخلی (استاندارد ۲۰۰۸)، نشریه ۷۲۹ و مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان بهره بردند.

علاوه بر آن برای بررسی جامع و دقیق، دیوارهای مهار شده و با وال پست‌ها و میلگردهای بستر، حالت‌های مختلفی با شرایط مختلف (دیوار بدون بازشو، با بازشو و شرایط مرزی متفاوت) تحت نیروهای باد و زلزله قرار گرفتند، ضمن آنکه حدود ۸۰۰ مدل در این طرح مورد بررسی قرار گرفت و تقریبا همه پارامترهای موثر مورد مطالعه قرار گرفت. به عنوان مثال در تصویر زیر نتایج مربوط به دیوار ۶ متری با ضخامت ۱۵ سانتی متری برآورد شده است:

قشلاقی خاطر نشان کرد: همانطور که در تصویر بالا مشخص است، با گذاشتن وال پست، ظرفیت باربری دیوار در جهت خارج از صفحه تا ۸۰ درصد افزایش می‌یابد و همچنین دیوار رفتار شکل پذیری خواهد داشت که در "مود" فروریزش دیوار نیز موثر است. اما نکته‌ای که در این نتایج قابل ملاحظه است، آن است که وقتی تنها از وال پست در دیوار استفاده می‌شود و میلگردهای بستر حذف می‌شوند، رفتار دیوار چندان تغییر نمی‌کند و این بر خلاف صحبت‌ها و ادعای بعضی از فعالان صنعت ساختمان است.

وی ادامه داد: گاهی در بعضی از جلسات و تبلیغات شرکت‌ها مشاهده شده است که تنها با گذاشتن چند وال پست در دیوار، معجزه ای رخ خواهد داد و تمام مشکلات دیوارها حل خواهد شد، اما همانطور که در شکل مشخص است، وال پست‌ها و میلگردهای بستر با ملاحظات مشخص و جزئیات اجرایی صحیح، در بهبود عملکرد دیوار موثر خواهند بود.

این محقق حوزه سازه‌، یادآور شد: در این طرح، دیوارها با طول و ضخامت مختلف مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده کردیم که با قرار دادن وال پست‌های قائم و افقی در طول و ارتفاع دیوار و میلگردهای بستر در رج دیوار، با جزئیات اجرایی مناسب به طور میانگین ظرفیت باربری دیوار حدود ۷۰ درصد افزایش می‌یابد و حتی در برخی دیوارها، افزایش ۱۶۰ درصدی نیز ایجاد شد.

به گفته وی، این اجزا علاوه بر افزایش ظرفیت باربری دیوارها، باعث افزایش شکل پذیری و بهبود مود شکست دیوارها می‌شوند.

این محقق اضافه کرد: علاوه بر آن ما یک ساختمان با تمام جزئیات که در زلزله کرمانشاه صدمه دیده بود را مدل‌سازی کردیم و مودهای خرابی در آن مورد بررسی و در ادامه یک دیوار پیرامونی از ساختمان مدل‌سازی شده را مورد تحلیل قرار دادیم و حالت‌های مختلف قرارگیری وال پست و میلگرد بستر تحت زلزله مورد بررسی قرار گرفت.

وی اظهار کرد: با توجه به تصویر فوق می‌توان گفت که رفتار رفت و برگشتی زلزله، عملکرد اجزا را بهتر نشان می‌دهد و خرابی دیوارها در حالت‌های بدون میلگرد بستر بیشتر است. در واقع میلگردهای بستر تاثیرگذاری بیشتری از وال پست‌ها دارند که باید این موضوع در صنعت ساخت و ساز بیشتر مورد توجه قرار گیرد.

ناطقی الهی، عضو هیات علمی این پژوهشگاه نیز تاکید کرد: با استفاده از وال پست‌ها و میلگردهای بستر با جزئیات اجرایی مناسب علاوه بر بهبود عملکرد دیوارها، از هزینه‌های به‌سازی و ترمیم بعد از زلزله کاهش می‌یابد و همچنین موجب کاهش خسارات و تلفات مالی و جانی در زلزله‌های آینده در کشور خواهد شد.

ایسنا