رفتار لرزه ای ساختمانهای بلند بتن آرمه .... - Response of Vertically Irregular Tall Reinforced Concrete Buildings

رفتار لرزه ای ساختمانهای بلند بتن آرمه نامنظم در ارتفاع تحت زمین لرزه شدید

Response of Vertically Irregular Tall Reinforced Concrete Buildings Subjected to Strong Ground Motion

چکیده:

احداث بناهای عظیم از زمان های قدیم که غالبا به شکل نمادین مورد استفاده قرار می گرفته است، بیانگر اشتیاق انسان به بلند مرتبه سازی می باشد. ولی آنچه باعث احداث و گسترش روزافزون ساختمان های بلند مرتبه در سده های اخیر شده است، عواملی نظیر شهرنشینی و تمایل به دسترسی سریع و آسان به مراکز تجاری است. با افزایش ارتفاع سازه، پیش بینی رفتار سازه در برابر بارهای دینامیکی باد و زلزله بیشتر از سازه های متعارف حائز اهمیت خواهد بود. عوامل مختلفی در رفتار دینامیکی سازه ها مؤثر است. تغییرات سختی سازه در ارتفاع می تواند تأثیر قابل توجهی در پاسخ سازه در برابر نیروهای دینامیکی داشته باشد. تجربه زلزله های گذشته نشان می دهد که بسیاری از خرابی ها ناشی از نامنظمی در سختی سیستم لرزه بر جانبی سازه است. با توجه به رشد بلندمرتبه سازی در کشور و نیز با درنظر گرفتن اینکه نامنظمی در ارتفاع سازه در سیستم لرزه بر جانبی بسیاری موارد اجتناب ناپذیر است، در این تحقیق سعی شده است با ارائه مدل هایی از قاب های خمشی ویژه نامنظم تحت تأثیر زلزله های شدید و انجام تحلیل های خطی و غیرخطی، اثر این نامنظمی بر پاسخ دینامیکی سازه ها با ارائه اعداد و نمودار، با حالت منظم مقایسه گردد. نامنظمی در مدل های قاب خمشی ویژه شامل مواردی چون طبقه نرم-ضعیف در ترازهای پایینی ،میانی و بالایی در دو حالت "بدون در نظر گرفتن میانقاب مصالح بنایی و با در نظر گرفتن میانقاب مصالح بنایی در دیوارهای محیطی سازه" می باشد.

کلمات کلیدی: رفتار لرزه ای، ساختمان بلند مرتبه، نامنظم درارتفاع، نامنظمی سختی، میانقاب

Abstract:

 

Since long time ago, Construction of magnificent buildings as memorial is an indication of human eagerness to establish tall buildings. However the real reason for the construction and development of tall buildings is transformation of people life from rural into metropolitan. This revolution also creates a desire to access the business centers, faster and easier than what was before. With increasing the height of the structures, it would be more important to predict the responses of the buildings against lateral loads, such as wind and earthquake. There are various factors that could affect the dynamic response of a particular building. Changes in the stiffness of lateral force resisting system, across the height of the structure may produce a large effect in the total response of the structure. Experiences from incidents of past earthquakes reveal that many of collapses in buildings are due to irregularity in the stiffness of lateral force resisting system. Regarding to development and expansion of tall buildings in our country and knowing that the occurrence of irregularity is often unavoidable in the vertical geometry of the building, the main objective in this research is to evaluate the effect of the stiffness irregularities in the lateral force resisting system across the height of the structure and compare it with regular structure by means of graphs and tables. These issues could be executable via modeling the special moment resisting frames including Irregularity cases such that soft-weak storey is located in the first, middle and top storey of the building and with two major assumptions: 1.perimete infilled frames around the building are not considered 2. Perimeter infilled frames are considered.

Keywords: seismic response, tall building, vertically irregular, stiffness irregular, infilled frames

جهت دانلود اصل مقاله اینجا را کلیک کنید.

نیارش گستر ایران - Niaresh Gostar Iran

۱۰ عامل تخریب ساختمان در اثر زلزله - 10Building Destruction Factors Caused By Eathquakes

زلزله یک بلای طبیعی است که در صورت وقوع، خسارات جانی و مالی بسیاری در پی خواهد داشت، هر چند با رعایت راهکارهای ایمنی در برابر زلزله می توان تا حدودی میزان خطرات را کاهش داد اما نمی توان صد در صد از ایجاد حادثه جلوگیری نمود. سالیانه زمین لرزه های بسیاری در شهرهای مختلف کشور رخ می دهند که هر کدام با توجه به شدت لرزش خسارت های متفاتی به جا می گذارند. آنچه که بیشتر در معرض خطر این حادثه قرار می گیرد، ساختمان است. ساختمان ها با روش های گوناگون و مقاومت های متفاوت ساخته می شوند و در صورتی که سازندگان و مهندسین نکات اجرایی در خصوص مقاوم سازی سازه را رعایت نکنند، مسلماً ساختمان در اثر تکان های زمین لرزه فرو خواهد ریخت. فاکتورهای بسیاری نظیر ستون های آسیب پذیر، المان های شکننده، زمین نرم، ستون های کوتاه، اشکال، سایزها، تعداد طبقات، نوع فونداسیون، موقعیت ساختمان های مجاور، پلان ساختمان و … میزان خساراتی که در اثر زلزله به ساختمان وارد می شوند را تحت تاثیر قرار می دهند. در این مقاله از ساختمانچی به بررسی این فاکتورها و تاثیر آن ها بر سازه را می پردازیم. با ما همراه باشید.

ارزیابی و پیش بینی نادرست زمین لرزه

بررسی و ارزیابی نادرست خصوصیات زلزله پیش بینی شده که در طرح زلزله سازه انجام گردیده، رایج ترین و مهمترین عامل آسیب دیدن ساختمان ها است. البته این تنها فاکتور مهم محسوب نمی شود زیرا ویژگی های دیگری از سازه وجود دارند که به عنوان نقطه ضعف در برابر لرزه در نظر گرفته می شوند.

ستون های آسیب پذیر

آمارها نشان داده اند که اکثر تخریبات ناشی از زلزله در ساختمان ها، به دلیل مقاوم نبودن ستون ها و شکست آن ها بوده است. ستون ها ممکن است در اثر تخریب بتن به دلیل بارهای وارده و یا ناکافی بودن تعداد گره ها در مکان های مشخص آسیب ببینند.

عدم قرارگیری هسته سازه در موقعیت مناسب

اصلی ترین و سخت ترین المان در سازه، هسته آن می باشد و موقعیت آن با توجه به ساختمان مسلماً رفتار سازه را در طول زلزله تحت تاثیر قرار داده و نقش مهمی در میزان خسارات ایفا خواهد کرد. با این حال، آمارها نشان داده اند که درصد پایینی از ساختمان ها به علت بی قاعدگی هسته راه پله ها و آسانسورها تخریب شده اند.

طبقه همکف نرم

ساختمان با طبقه نرم به ساختمانی گفته می شود که یک یا چند طبقه از آن به دلیل دارا بودن درب ، پنجره یا فضاهای تجاری بزرگ از مقاومت و سختی لازم در برابر زلزله برخوردار نیستند. نرم بودن طبقه همکف از دیگر عواملی است که می تواند خسارات جبران ناپذیری در اثر زلزله به ساختمان وارد کنند. هنگامی که شدت سختی در سطح مشخصی از سازه کاهش پیدا می کند، تاکید بر المان های ساختاری اعضای انعطاف پذیر افزایش پیدا کرده، در نتیجه دچار شکست می شوند. زمانی طبقه همکف نرم ساخته می شود که برای اهداف تجاری و ایجاد فضاهای وسیع مورد استفاده قرار گیرد.

ستون های کوتاه

شکست ستون های کوتاه در اثر زلزله در مقایسه با شکست ستون های معمولی کمتر رایج است اما با این حال ستون کوتاه ممکن است به روش انفجاری برش خورده و در نهایت منجر به فروپاشی سازه شود.

شکل پلان کف

پلان کف مربعی شکل، بهترین رفتار لرزه ای را در مقایسه با اشکالی نظیر x، I و + از خود نشان می دهد. از این رو می توان گفت میزان تخریب ناشی از زمین لرزه به شکل پلان کف بستگی دارد.

شکل ساختمان در ارتفاع

این واقعیت ثابت شده که ساختمان هایی که دارای طبقات بالایی منظم تری هستند واکنش لرزه ای بهتری در مقایسه با ساختمان هایی که طبقات بالایی آن ها دارای شکست یا عقب نشینی است از خود نشان می دهند.

دال هایی که بدون تیر توسط ستون نگه داشته شده اند

سیستم دال تخت یک سیستم ساختاری آسیب پذیر در نظر گرفته می شود که مقاومت قابل قبولی در برابر تاثیرات لرزه ای از خود نشان نمی دهد. این سیستم ساختاری از قابلیت شکل پذیری کمی برخوردار است. به همین دلیل توصیه می شود از دال های تخت استفاده نشود مگر اینکه ساختارهای مقاوم در برابر لرزش نظیر دیوارهای برشی و قاب های انعطاف پذیر همراه با آن به کار برده شوند.

دال هایی که بدون تیر توسط ستون نگه داشته شده اند

سیستم دال تخت یک سیستم ساختاری آسیب پذیر در نظر گرفته می شود که مقاومت قابل قبولی در برابر تاثیرات لرزه ای از خود نشان نمی دهد. این سیستم ساختاری از قابلیت شکل پذیری کمی برخوردار است. به همین دلیل توصیه می شود از دال های تخت استفاده نشود مگر اینکه ساختارهای مقاوم در برابر لرزش نظیر دیوارهای برشی و قاب های انعطاف پذیر همراه با آن به کار برده شوند.

نوع فونداسیون

نوع فونداسیون ساختمان به طور مستقیم یا غیر مستقیم بر میزان خسارات ناشی از زلزله اثرگذار خواهد بود. در رابطه با تاثیر مستقیم فونداسیون می توان ویژگی هایی نظیر گسیختگی خاک فونداسیون، شکست اعضای فونداسیون نظیر تیرها، نشست خاک، لغزش عمومی یا بخشی از خاک را در نظر گرفت. تاثیرات غیر مستقیم نیز شامل حرکات صفحه پایه ستون های منفرد در فونداسیون های مجزا می باشند که به یکدیگر متصل نشده اند و یا هنگامی که تیرهای بین فونداسیون انعطاف پذیر باشند.

منبع: ساختمان چی.

نیارش گستر ایران  - Niaresh Gostar Iran

اﺛﺮات زﻟﺰﻟﻪ ﺑﺮ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن و راﻫﮑﺎرﻫﺎی مقاوم‌سازی ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن در ﺑﺮاﺑﺮ زﻟﺰﻟﻪ - The Impacts of Earthquakes on buildings and endurance ...

اﺛﺮات زﻟﺰﻟﻪ ﺑﺮ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن و راﻫﮑﺎرﻫﺎی مقاوم‌سازی ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن در ﺑﺮاﺑﺮ زﻟﺰﻟﻪ

The Impacts of Earthquakes on buildings and endurance strategies of buildings against Earthquakes

ﻋﻠﺖ اﯾﺠﺎد زﻟﺰﻟﻪ:

ﺻﻔﺤﺎت زﻣﯿﻦ ﻧﺴﺒﺖ ﺑﻪ ﻫﻢ ﺳﻪ ﻧﻮع حرکت‌دارند: ﻫﻤﮕﺮا، واﮔﺮا و اﻧﺘﻘﺎﻟﯽ. درحرکت ﻫﻤﮕﺮا ﺻﻔﺤﺎت زﻣﯿﻦ ﺑﻪ ﯾﮑﺪﯾﮕﺮ ﻧﺰدﯾﮏ ﺷﺪه و ﺑﺎﻋﺚ اﯾﺠﺎد کوه‌ها می‌شود. درحرکت واﮔﺮا ﻧﯿﺰ ﺻﻔﺤﺎت از ﯾﮑﺪﯾﮕﺮ ﻓﺎﺻﻠﻪ ﮔﺮﻓﺘﻪ و دره‌ها را ﺑﻪ وﺟﻮد می‌آورند. اﻣﺎ ﺣﺮﮐﺖ اﻧﺘﻘﺎل ﻧﻘﺶ ﻣﻬﻤﯽ در زمین‌لرزه اﯾﻔﺎ می‌کند. در اﯾﻦ ﻧﻮع ﺣﺮﮐﺖ ﺻﻔﺤﺎت زﻣﯿﻦ در ﮐﻨﺎر ﯾﮑﺪﯾﮕﺮ ﺷﺮوع ﺑﻪ ﻟﻐﺰش می‌کنند. اﮔﺮ ﺻﻔﺤﺎت در ﻧﻘﻄﻪ ﺿﻌﯿﻔﯽ از ﺳﻄﺢ زﻣﯿﻦ ﺣﺮﮐﺖ ﮐﻨﻨﺪ، ﻟﻐﺰش ﻧﺎﮔﻬﺎﻧﯽ ﺑﺎﻋﺚ ﮔﺴﯿﺨﺘﮕﯽ ﺷﺪه و اﻧﺮژی ﺑﺴﯿﺎر زﯾﺎدی آزاد می‌گردد. اﯾﻦ ﻟﻐﺰش ﺑﺎﻋﺚ اﯾﺠﺎد زﻟﺰﻟﻪ می‌شود.

اﺛﺮات ارﺗﻌﺎش روی ﺳﺎزه:

ﺗﺼﻮر ﮐﻨﯿﺪ در اﺗﻮﺑﻮس ایستاده‌اید و اﺗﻮﺑﻮس ﺷﺮوع ﺑﻪ ﺣﺮﮐﺖ می‌کند، در اﯾﻦ ﻫﻨﮕﺎم ﭘﺎﻫﺎﯾﺘﺎن ﺑﻪ ﺟﻠﻮ ﮐﺸﯿﺪه ﺷﺪه درحالی‌که ﺑﺪﻧﺘﺎن ﺗﻤﺎﯾﻞ دارد ﺳﺮﺟﺎﯾﺶ ﺑﺎﻗﯽ ﺑﻤﺎﻧﺪ(ﻗﺎﻧﻮن اﯾﻨﺮﺳﯽ ﯾﺎ اوﻟﯿﻦ ﻗﺎﻧﻮن ﺣﺮﮐﺖ ﻧﯿﻮﺗﻦ). اﯾﻦ دقیقاً ﻫﻤﺎﻧﻨﺪ زﻣﺎﻧﯽ اﺳﺖ ﮐﻪ زﻟﺰﻟﻪ ﺷﺪه و پایه‌های ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﺷﺮوع ﺑﻪ ﺣﺮﮐﺖ می‌کند درحالی‌که ﺗنه اﺻﻠﯽ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﺗﻤﺎﯾﻞ ﺑﻪ ﺣﻔﻆ ﺣﺎﻟﺖ اوﻟﺶ را دارد.

درﺳﺎﺧﺘﻤﺎﻧﯽ ﮐﻪ ﺳﻘﻔﺶ ﺗﻮﺳﻂ ستون‌ها ﻧﮕﻬﺪاری می‌شود ﺑﻬﻨﮕﺎم زﻟﺰﻟﻪ در ﺳﻘﻒ ﻧﯿﺮوی اﯾﻨﺮﺳﯽ ایجادشده ﮐﻪ ﺑﻨﺎﺑﺮ ﻗﺎﻧﻮن دوم ﺣﺮﮐﺖ ﻧﯿﻮﺗﻦ ﺑﺎ ﺟﺮم و ﺷﺘﺎب ﺳﻘﻒ ﻣﺘﻨﺎﺳﺐ می‌باشد. بنابراین ﻫﺮﭼﻪ ﺳﺎزه سبک‌تر ﺑﺎﺷﺪ(ﺟﺮم ﮐﻤﺘﺮ)ﻧﯿﺮوی اﯾﻨﺮﺳﯽ ایجادشده در ﺳﻘﻒ ﮐﻤﺘﺮ خواهد بود و ﻣﻘﺎوﻣﺖ در ﺑﺮاﺑﺮ زﻟﺰﻟﻪ ﺑﯿﺸﺘﺮ می‌شود.

در ﻫﻨﮕﺎم زﻟﺰﻟﻪ در ستون‌های ﻣﺘﺼﻞ ﺑﻪ ﺳﻘﻒ در ﺧﻼف ﺟﻬﺖ ﺷﺘﺎب ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن ﯾﮏ ﻧﯿﺮوی اﯾﻨﺮﺳﯽ اﯾﺠﺎد می‌شود ﮐﻪ ﺑﺎﻋﺚ ﺧﻢ ﺷﺪن ﺳﺘﻮن می‌گردد اﮔﺮ ﻓﺎﺻﻠﻪ اﻓﻘﯽ ﭘﺎﯾﯿﻦ و ﺑﺎﻻی ﺳﺘﻮن خم‌شده را u در ﻧﻈﺮ ﺑﮕﯿﺮﯾﻢ ﻧﺘﯿﺠﻪ می‌شود ﮐﻪ ﻫﺮﭼﻪ u ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺑﺎﺷﺪ ﻧﯿﺮوی اﯾﻨﺮﺳﯽ ﺳﺘﻮن ﺑﯿﺸﺘﺮ اﺳﺖ. ﻫﻤﭽﻨﯿﻦ ﻫﺮﭼﻘﺪر اﻧﺪازه ستون‌ها بزرگ‌تر ﺑﺎﺷﺪ اﯾﻦ ﻧﯿﺮو ﺑﯿﺸﺘﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد.

نیروی اﯾﻨﺮﺳﯽ واردشده ﺑﻪ ﺳﺎﺧﺘﻤﺎن می‌بایست از ﻃﺒﻘﺎت ﺑﻪ ستون‌ها، دﯾﻮارﻫﺎ، فونداسیون و ﺳﭙﺲ ﺑﻪ ﺧﺎک ﻣﻨﺘﻘﻞ ﺷﻮد. ﺑﻨﺎﺑﺮاﯾﻦ ﻫﺮﯾﮏ از اﯾﻦ ﻋﻨﺎﺻﺮ و اﺗﺼﺎﻻت ﺑﯿﻦ آن‌ها ﺑﺎﯾﺪ به‌گونه‌ای اﯾﻤﻦ ﻃﺮاﺣﯽ ﺷﻮﻧﺪ ﮐﻪ اﻣﮑﺎن اﻧﺘﻘﺎل ﻧﯿﺮو را داﺷﺘﻪ ﺑﺎﺷﻨﺪ. در اﯾﻦ ﻣﯿﺎن ستون‌ها و دﯾﻮار در اﻧﺘﻘﺎل ﻧﯿﺮوی اﯾﻨﺮﺳﯽ ﻧﻘﺶ اصلی‌تری دارﻧﺪ درحالی‌که در ساختمان‌های ﻗﺪﯾﻤﯽ دال‌ها و ﺗﯿﺮﻫﺎ موردتوجه ﺑﯿﺸﺘﺮی ﻗﺮار می‌گرفتند. دﯾﻮارﻫﺎ ﻧﺎزک ﺑﻮده و از ﻣﺼﺎﻟﺢ ﺑﻨﺎﯾﯽ شکننده‌ای ﺳﺎﺧﺘﻪ می‌شدند و باضخامت ﮐﻤﯽ ﮐﻪ داﺷﺘﻨﺪ در ﻣﻘﺎﺑﻞ ﻧﯿﺮوی اﯾﻨﺮﺳﯽ اﻓﻘﯽ زﻟﺰﻟﻪ ﺿﻌﯿﻒ ﺑﻮدﻧﺪ.

ادامه مطلب را اینجا بخوانید.

نیارش گستر ایران - Niaresh Gostar Iran

روانگرایی خاک - Soil liquefaction

Soil liquefaction occurs when a saturated or partially saturated soil substantially loses strength and stiffness in response to an applied stress such as shaking during an earthquake or other sudden change in stress condition, in which material that is ordinarily a solid behaves like a liquid.

In soil mechanics, the term "liquefied" was first used by Allen Hazen, in reference to the 1918 failure of the Calaveras Dam in California. He described the mechanism of flow liquefaction of the embankment dam as:

If the pressure of the water in the pores is great enough to carry all the load, it will have the effect of holding the particles apart and of producing a condition that is practically equivalent to that of quicksand… the initial movement of some part of the material might result in accumulating pressure, first on one point, and then on another, successively, as the early points of concentration were liquefied.

روانگرایی خاک یا شبیه به مایع عمل کردن خاک وقتی رخ می‌دهد که، به خاطر تکانها، دانه‌های مواد اشباع شده با آب (مانند شن و ماسه) به‌طور موقت استحکام خود را از دست داده و از شکل جامد به حالت روان تبدیل شوند. روانگرایی خاک می‌تواند ساختارهای سفت و سخت، مانند ساختمان‌ها و پل‌ها را، کج کند یا به ساختارهای فرورونده تبدیل کند.

در مکانیک خاک ، اصطلاح "روان گرایی" اولین بار توسط آلن هازن ، با اشاره به خرابی سال 1918 سد  کالاوراس در کالیفرنیا، مورد استفاده قرار گرفت. وی مکانیسم روان گرایی جریان خاکریزی سد را اینگونه توصیف کرد:
« اگر فشار آب در منافذ به اندازه کافی زیاد باشد که بتواند تمام بار را تحمل کند، این قدرت را خواهد داشت که ذرات را از هم جدا کرده و شرایطی را تولید کند که عملا معادل فشار باتلاق شنی می باشد ... حرکت اولیه بخشی از قسمت ماده ممکن است در ابتدا  در یک نقطه باعث انباشت فشار شود، و سپس بر نقطه ای دیگر، پشت سر هم  این فشار وارد می آید ، زیرا نقاط اولیه روان شده بودند.»

نیارش گستر ایران - Niaresh Gostar Iran

My Experiences & Activities From Past To Present - تجارب و فعالیت های اینجانب از گذشته تا کنون

      

                      مهندس   جواد بهادر

                       Javad Bahador

• عضو شرکت ساختمانی نیارش گستر بجنورد
• عضو نظام مهندسی ساختمان استان خراسان شمالی از سال 1387 تا 1398
• عضو شورای انتظامی نظام مهندسی ساختمان خراسان شمالی
• عضو نظام مهندسی ساختمان خراسان رضوی
• عضو هیئت مدیره شرکت تعاونی مسکن مهر جوادالائمه (ع) از سال 1388 تا 1389
• مدیر عامل شرکت تعاونی مسکن مهر جوادالائمه (ع) از سال 1389 تا 1394
• عضو سازمان علمی پژوهشی دانشجویان عمران سراسر کشور (دانشگاه صنعتی شریف)
  مدرس دانشگاه دارالفنون بجنورد
• ناظر پایه دوم نظام مهندسی
• مجری حقیقی پایه سوم نظام مهندسی
• مدیریت و اجرای پروژه های محوطه سازی، خیابان کشی و ...

نیارش گستر ایران - Niaresh Gostar Iran