مقاله تحلیلی: پارکینگ‌ های بتنی و زلزله نورثریچ

عملکرد و تغییرات آیین‌نامه ساختمان

یکی از ماندگارترین تصاویر از زلزله سال 1994 نورثریچ، تصویر سازه پارکینگ بتنی پیش‌ساخته فروریخته شده در دانشگاه ایالت کالیفرنیا است. این ساختمان تنها یکی از پارکینگ‌های پیش‌ساخته است که آسیب وسیعی را در زلزله متحمل شد و باوجود فروریزش سازه کلی، شکل‌پذیری فوق‌العاده‌ای را از طریق ستون‌های پیرامونی خود نشان داد. گسیختگی تعداد زیادی از سازه‌های پارکینگ بتنی در طول زلزله، چه از نوع پیش‌ساخته و چه از نوع بتن درجا، باعث بررسی دقیق عملیات طراحی رایج و درنهایت باعث تغییر چندین آیین‌نامه ساختمان به‌منظور بهبود عملکرد این نوع از سازه‌ها شد.

دانشگاه ایالت کالیفرنیا، نورثریچ

این گاراژ در دانشگاه ایالت کالیفرنیا که به‌صورت جزئی دچار فروریزش شده است، گاراژ بتنی پیش‌ساخته چهار طبقه نسبتاً جدیدی بود که در زمان زلزله نورثریچ حدوداً 18 ماه از ساخت آن می‌گذشت. با توجه به عمر سازه، احتمال می‌رود که طبق الزامات آیین‌نامه یکپارچه ساختمان (UBC) طراحی‌شده باشد.

طراحی گاراژ شامل یک قاب جانبی بتنی محیطی شکل‌پذیر با ستون‌های خارجی است که برای تحمل تمامی بار جانبی و ستون‌های داخلی که تنها برای تحمل بارهای قائم طراحی‌ شده‌اند. همان‌طور که درشکه 1 نشان داده شده است، ستون‌های خارجی شکل‌پذیری قابل‌توجهی را نشان دادند؛ بااین‌حال این احتمال وجود دارد که ستون‌های داخلی که تنها برای تحمل بارهای قائم طراحی‌ شده‌اند با تغییر مکان جانبی قابل‌توجه سازه، توانایی تحمل بارهای اعمالی را نداشته‌اند. گسیختگی ستون‌های دارای بار ثقلی در سازه‌هایی که مقاومت جانبی بر قاب‌های مقاوم جانبی محیطی متمرکز است درس آموخته ارزشمندی بود که از زلزله نورثریچ اخذ شد و محرک اصلی برای تغییرات آینده آیین‌نامه ساختمان بود.

مرکز مد نورثریچ

در مرکز مد نورثریچ، دو گاراژ بزرگ پیش‌ساخته پیش‌تنیده بتنی فروریختند (شکل 2). گاراژها جدیداً به بهره‌برداری رسیده بودند چراکه این مرکز در سال 1991 بازگشایی شد. گاراژ گوشه جنوب غربی دارای یک سیستم باربر قائم بود که از ستون‌های بتنی پیش‌ساخته که تیرهای بتنی پیش‌ساخته را نگه می‌داشتند، تشکیل شده بود و سیستم باربر جانبی دارای دیوارهای برشی بتنی در هریک از جهت‌های اصلی سازه بود. شواهد آسیب به ستون‌های پیش‌ساخته و در نتیجه عدم تأمین تکیه‌گاه تیرهای پیش‌ساخته را نشان می‌داد.

شکل ۱- گسیختگی گاراژ بتنی پیش‌ساخته در ایالت کالیفرنیا نورثریچ

دیوارهای برشی بتنی که المان‌های جانبی اصلی بودند، آسیب اندکی را متحمل شدند. گاراژی در گوشه شمال غرب نیز با سازه مشابه دچار گسیختگی شد. چندین عامل منجر به فروریزش گاراژها شد. به نظر می‌رسید با ایجاد تغییر مکان قابل‌توجه سازه، اتصالات بین المان‌های پیش‌ساخته برای تأمین پیوستگی المان‌ها ناکافی بودند. همچنین نبود آرماتور گذاری پیوسته در اتصالات سازه‌ای دال بتنی ممکن است توانایی انتقال کافی بار دیافراگم‌ها را به دیوارهای برشی محدود کرده باشد.

شکل ۲- گسیختگی گاراژ پیش‌ساخته در مرکز مد نورثریچ

سازه بتنی درجای یک طبقه در این مرکز به ستون‌های بتنی دایروی که به رمپ خودروها متصل بودند، آسیب زد. آرماتورهای عرضی ستون که دارای فاصله 12 اینچی مرکز به مرکز بودند احتمالاً به لحاظ تأمین محصورشدگی موردنیاز برای این ستون‌ها کافی نبودند؛ این ستون‌ها به علت سختی افزایش یافته در معرض سطح بالایی از برش قرار گرفتند که می‌تواند به دلیل طول نسبتاً کوتاه آن‌ها بوده باشد.

علاوه بر کاربرد قاب‌های باربر جانبی مستقل که مقاومت و جزئیات متفاوتی از المان‌های استاندارد قائم قاب داشتند، چندین عامل دیگر باعث آسیب قابل‌توجه در پارکینگ‌های بتنی شدند. این عوامل عبارت‌اند از: طراحی سازه‌های پارکینگ مطابق با حداقل الزامات آیین‌نامه، نامنظمی سیستم‌های سازه‌ای که غالباً در پارکینگ‌های چندطبقه دارای رمپ‌های داخلی دیده می‌شوند و اتصال پیرامونی المان‌های پیش‌ساخته.

تغییرات وارد بر آیین‌نامه ساختمان

پس از زلزله سال 1994 نورثریچ، دو نوبت تغییر آیین‌نامه وجود داشت (1995 و 1996) که فرصت اعمال دروس آموخته‌شده را در UBC سال 1997 که آیین‌نامه اصلی طراحی لرزه‌ای در آن زمان بود، ایجاد کرد. اکثر دروس آموخته‌شده قابل اعمال برای پارکینگ‌ها به سه دسته کلی تقسیم‌بندی می‌شدند: سازگاری تغییر شکل، طراحی جمع کننده‌ها و طراحی دیافراگم‌ها.

بخش 1633.2.4 UBC سال 1997، سازگاری تغییر شکل، به علت آسیب ناشی از تغییر شکل در طول زلزله نورثریچ به المان‌های گاراژ که بخشی از سیستم باربر جانبی نبودند، اضافه شد. قسمت اضافه شده بدون توجه به مصالح، نیاز به طراحی و جزئیات المان‌هایی داشت که بخشی از سیستم باربر ثقلی بودند تا در هنگام قرارگیری در معرض تغییر شکل‌های مورد انتظار حاصل از نیروهای لرزه‌ای در برابر بار مرده طراحی بعلاوه بارهای زنده، پایداری را حفظ کنند و تغییر شکل‌های اضافی برای آن‌ها در نظر گرفته شود. 

برای المان‌های باربر جانبی بتنی و مصالح بنایی، حداکثر ویژگی‌های سختی خمشی و برشی به نصف ویژگی‌های مقطع ناخالص محدود شد مگر اینکه تحلیلی منطقی از مقطع ترک خورده انجام شده باشد. همچنین الزامات طراحی و تهیه جزئیات جدید برای بتن به فصل 19 اضافه شد تا شکل‌پذیری در تغییر مکان را افزایش داده و توانایی آن‌ها جهت ادامه تحمل بارهای ثقلی را تضمین شود. این الزامات جدید توسط کمیته لرزه‌شناسی SEAOC (با ریاست Bob Chitteneden) برای تغییر آیین‌نامه 1995 ارسال شده است. این تغییر آیین‌نامه توسط کمیته توسعه آیین‌نامه طراحی جانبی ICBO به‌عنوان بازبینی پذیرفته شد. اصلاحات دیگری به این تغییر آیین‌نامه اعمال شد که در کنفرانس سالانه سال 1995 ICBO با موضوع توسعه آموزش و آیین‌نامه در لاس‌وگاس مورد تائید قرار گرفت.

بخش 1633.2.6 UBC سال 1997، المان‌های جمع کننده، به‌این‌علت اضافه شد که المان‌های جمع کننده در پارکینگ‌ها در طول زلزله نورثریج گسیخته شدند و بارهای جانبی طبق طراحی موردنظر به دیوارهای برشی انتقال داده نشدند. الزامات جدید ملزم می‌کنند که المان‌های جمع کننده، وصله‌ها و اتصالات آن‌ها به المان‌های مقاوم برای تحمل نیروهای افزایش یافته توسط ضریب اضافه مقاومت جدید که در UBC 1997 معرفی شده است، طراحی شوند. ضریب اضافه مقاومت با این شناخت معرفی شد که نیروهای تولیدشده در سیستم باربر جانبی می‌تواند دو یا سه برابر نیروهای طراحی لرزه‌ای باشند. گسیختگی‌های جمع کننده‌ها در زلزله نورثریچ براثر عدم اتصال ساختمان به سیستم باربر جانبی اتفاق افتاد. تغییر آیین‌نامه در بخش المان جمع کننده در طول فرآیند توسعه آیین‌نامه سال 1996 توسط انجمن مهندسان Forell/Elsesser (Mark Jokerst) ارسال شد. این تغییر آیین‌نامه توسط کمیته توسعه آیین‌نامه طراحی جانبی ICBO به‌عنوان بازبینی پذیرفته شد و اصلاحات بیشتر توسط کمیته لرزه‌شناسی SEAOC ارسال شد و در کنفرانس سالیانه آموزش و توسعه آیین‌نامه سال 1996 ICBO در مینه¬سوتا موردپذیرش واقع شد.

بخش 1921.6.12 UBC سال 1997، دیافراگم‌ها به‌این‌علت اضافه شد که دال‌های روی اعضای بتنی پیش‌ساخته که عموماً به‌عنوان دیافراگم برای انتقال بارهای جانبی استفاده می‌شوند، در طول زلزله نورثریچ ضعیف عمل کردند. از الزامات حداقل ضخامت به همراه الزامات جمع کننده‌های مکانیکی برای انتقال نیروها بین دیافراگم و سیستم باربر جانبی استفاده شد. این تغییر توسط کمیته توسعه طراحی جانبی ICBO بدون اصلاحات در جلسات فوریه سال 1996 نوادا پذیرفته شد.

نتیجه‌گیری

گسیختگی شمار زیادی از پارکینگ‌های بتنی در طول زلزله نورثریچ چندین مسئله مهم درباره سیستم‌های باربر جانبی این نوع سازه‌ها را آشکار کرد. در سازه پارکینگ‌ها درس آموخته‌های قابل‌توجه عبارت‌اند از: اهمیت اتصالات داخلیِ شکل‌پذیر بین المان‌های مختلف سیستم باربر جانبی، سازگاری تغییرشکلی بین المان‌های قائم تنها و سیستم باربر جانبی، طراحی اتصال رمپ و دیافراگم و طراحی سیستم‌های غیر لرزه‌ای برای تغییر مکان جانبی لرزه‌ای مورد انتظار. پس از زلزله سال 1994 نورثریچ، شمار زیادی از مهندسان سازه با یکدیگر همکاری کردند تا اصلاحات آیین‌نامه‌ای را سریعاً توسعه داده و بکار گیرند.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.