الگوهای فروریزش ساختمان های بتنی در اثر زلزله - قسمت 1

۳ آبان ۱۳۹۷
(رای شما: 0)
بروز شده در۱۳۹۷/۸/۶
 در این مطلب الگو های فروریزش ناشی از زلزله را در ساختمان های بتنی را بررسی می کنیم. 

الگوهای فروریزش ناشی از زلزله

ما به طور معمول ریسک بالاتر تخریب در اثر نیروهای طراحی لرزه ای نسبت به سایر بارهای بیشینه قابل قیاس همچون بار بیشینه زنده و یا باد را می پذیریم. نیروهای طراحی لرزه ای متناظر معمولا دارای مقادیر بسیار بالایی هستند که تحمل آن ها در بازه الاستیک پاسخ ماده، مورد انتظار نیست. و معمول است که طراحی برای مقاومت هایی انجام شود، که کسری از آن پاسخ الاستیک باشد، و از سازه انتظار داشته باشیم که توسط تغییر شکل های غیر الاستیک و استهلاک انرژی متناظر با آسیب ماده در برابر زلزله های بزرگ دوام بیاورد. 

لرزش ناشی از زلزله است که باعث آسیب به سازه می شود اما این نیروی گرانش است که منجر به فروریزش می شود. درجات نامعینی و رفتار شکل پذیر سازه  می تواند باعث کاهش شدت و یا جلوگیری از فرور یزش شود. از سوی دیگر، رفتار ترد امکان فروریزش و شدت آن را افزایش می دهد. 

با افزایش آگاهی از این مهم که مقاومت بیش از حد ضرورت ندارد و یا حتی ضرورتا مطلوب نیست، تاکید  طراحی لرزه ای بر مقاومت در برابر نیروهای لرزه ای بالا به اجتناب از این نیرو ها تغییر یافته است. پاسخ غیر الاستیک سازه یک واقعیت ضروری در ارزیابی طراحی سازه برای بارهای لرزه ای است. تغییر شکل هایی که شکل پذیری را فراهم می کنند، به صورت یک خصوصیت ویژه برای حفظ مقاومت هنگامی که سازه در معرض تغییر شکل های غیرالاستیک بازگشتی ناشی از پاسخ زلزله هستند، در نظر گرفته می شوند. طراحی لرزه ای می بایست مشوق پیکره های سازه ای باشد که دارای ویژگی های شکل پذیری بیشتری نسبت به سایر حالات سازه باشد. بنابراین برای سازه های بتنی، مقاومت برشی فراهم شده می بایست از مقاومت خمشی کنونی بیشتر باشد تا تضمینی باشد که تغییر شکل های برشی غیر الاستیک متناظر با زوال بالای سختی و مقاومت که می تواند منجر به شکست شود، رخ ندهد. 

یکی از بیشترین دلایل شکست در زلزله مکانیزم طبقه نرم است. که یک طبقه، معمولا پایین ترین طبقه، ضعیف تار از طبقات فوقانی است، و مکانیزم رانش ستون که دارای نیاز شکل پذیری بالاست، می تواند توسعه یابد. طبقه نرم از این هدف کاربردی مشتق می شود که طبقات پایین تر تا حد امکان با فضای باز تری ساخته می شوند. تحت پاسخ شکل پذیر به زلزله، کرنش های بالای فشاری از اثرات ترکیبی نیروهای محوری و لنگر خمشی انتظار می رود. در صورتی که ارماتور مسلح کننده جانبی به مقدار کافی، نزدیک به هم و با طراحی مناسب در مناطق محتمل به تشکیل مفصل پلاستیک تعبیه نشده باشد، شکست بتن در پی ناپایداری ارماتور فشاری به وجود می آید. در این صورت می بایست درک شود که حتی با وجود فلسفه طراحی تیر ضعیف-ستون قوی که منجر به استهلاک انرژی لرزه ای در مفاصل پلاستیک مناسب در تیر های می شود، ممکن است مفصل پلاستیک کماکان در تراز پایه ستون های به وجود بیاید.

اگرچه که در هر زلزله درس های جدیدی نهفته است اما می توان ادعا کرد اکثریت نکات سازه ای آموخته شده است. اگرچه که هنوز فقدان قدردانی فراگیر از اثار غیر قابل پیش بینی و غیر قابل سنجش زلزله ها بر روی ساختمان ها وجود دارد. 

تکنیک های شناخته شده، که برای طراحی سازه ها در برابر بارهای استاتیکی همچون بارهای باد استفاده می شود را نمی توان به سادگی برای شرایطی که از زلزله منتج می شود تعمیم داده و به کاربرد. در طراحی لرزه ای، در نظر گرفتن نیروهای متناظر با تغییر مکان بیشینه لرزه ای اجتناب ناپذیر است.

افزایش سختی غیر تعمدی

یک منبع اصلی آسیب، به ویژه در ستون ها که به دفعات در زلزله ها مشاهده شده است، مداخله تغییر شکل اعضا با المان های صلب غیر سازه ای همچون دیوار های جدا کننده است.

همان طور که در شکل 1 نشان داده شده است، لبه بالایی دیوار آجری طول موثر یکی از ستون ها را کاهش می دهد و بدین وسیله سختی آن را در ارتباط با نیرو های جانبی افزایش می دهد. به این دلیل که نیرو های لرزه ای متناسب با سختی المان ها جذب می شوند، بنابراین ستون نیروهای برشی افقی بیشتری را نسبت به توان مقاومت خود جذب می کند. ممکن است که شکست غیر منتظره چنین المان های اصلی باربر ثقلی منجر به فروریزش کلی ساختمان شود. بنابراین، بسیار مهم است که تغییر شکل های در نظر گرفته شده، شامل مولفه های اصلی باربر لرزه ای در بازه پاسخ لرزه ای غیر الاستیک، بدون دخالت انجام پذیرد. 

تاثیر تیغه هاشکل1- اشکال در ستون ها در اثر سختی اضافه غیر تعمدی

فروریزش اکثر ساختمان ها در اثر فقدان پایداری به وجود می آید. بین معنا که، شکل اصلی در اثر ترکیب نیروها به صورت چشمگیری تغییر می کند. شکل جدید، توانایی باربری بسیار کمتری دارد، بنابراین سازه به سرعت تغییر، تغییر شکل خود را ادامه می دهد تا شکل پایدار جدیدی را پیدا کند. یک مثال معمول از، ار دست دادن پایداری آن است که ستون های لاغر توسط کمانش از دست نیرو رهایی می یابند،  و نیرو بر روی زمین/شالوده متوقف می شود. 

مقاومت اتصال

شکست سازه  در اثر جنبش ناشی از زلزله ساختمان هایی که دارای اتصالاتی که به صورت ضعیفی با بتن محصور شده اند، به وجود می آیند. تناوب سازه هنگامی که توسط زلزله تحریک می شود منجر می شود که اتصالات خمشی باز شوند به صورتی که قطعات بتن از قفسه ارماتور فولادی کنده شود. ستون های دیگر قادر به تحمل بار های ثقلی نخواهند بود، و منجر می شود تا سازه به سمت زمین حرکت کند تا زمانی که بر روی زمین و یا طبقات پایین تر که دارای مقاومت کافی برای نگاهداری جرم سقوط کننده را داشته باشند، متوقف شود. (شکل2). 

شکست اتصالات ستونشکل2- شکست اتصالات ستون. بتن موجود در ستون ها به خوبی توسط خاموت ها محصور نشده است که منجر به شکست شده و بتن پاره شده و ارماتور ها کمانش می کنند.

شکست های کششی فشاری

این گونه از شکست ها معمولا  در سازه های بلندتر به وجود می آیند(شکل 3). کششی که در مرز های قاب بتنی و یا دیوار برشی متمرکز می شود می تواند منجر به کاهش سریع پایداری شود. در دیوار ها، در صورتی که ارماتور های فولادی دارای ابعاد مناسب نباشند و یا به صورت ضعیفی تعبیه شده باشند، می تواند موجب شکست آن در کشش شود و یا می تواند منجر به فروریزش سریع توسط واژگونی شود.

الگو های فرور یزششکل3- الگوهای فروریزش. a-مقاومت ناکافی برشی. b- مقاومت ناکافی تیر ستون c-شکست کششی فشاری در اثر واژگونی 

شرایط معمول دیگر زمانی اتفاق می افتد که کشش باعث می شود تا اتصالات قاب خمشی بتنی مقاومت خمشی و برشی خود را از دست بدهد. زوال سریع سازه می تواند منجر به فروریزش جزیی و یا کامل مشابه با شکست تیر ستون شود. 

منبع:

«دپارتمان سازه سامانه کارگشا»

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه به شرح لیست زیر، در خواست خود را در لینک مشاوره فنی و مهندسی ثبت نمایید.

1-طراحی اسکلت فولادی و شالوده

2-طراحی اسکلت بتنی و شالوده

3-سبک سازی و بهینه سازی محاسبات طراحی

4- کنترل مضاعف محاسبات طراحی

3-طراحی سقف کامپوزیت عرشه فولادی و کامپوزیت سنتی

4-طراحی دال پس کشیده

5- طراحی دال بتنی مشبک

6-طراحی دال های بتنی 

7- بهسازی لرزه ای و مقاوم سازی

8-طراحی سوله

9-طراحی سازه های با اسکلت LSF

10- مباحث تکمیلی و پژوهشی سازه

با تشکر

امیر فکور

user photo

امیر فکور

دیدگاه ها

اولین نفری باشید که نظر خود را ثبت می کند…

اطلاعات مشاغل و حقوق و دستمزد