مقاله تحلیلی: عوامل مؤثر بر میزان آسیب لرزه‌ ای ساختمان‌ ها

عوامل مختلفی مانند ستون‌های شکننده، اعضای سخت، طبقه همکف نرم، ستون‌های کوتاه، شکل‌ها، اندازه‌ها، تعداد طبقات، نوع فونداسیون، موقعیت ساختمان‌های مجاور، طرح سازه و غیره، بر میزان آسیب لرزه‌ای ساختمان‌ها اثر می‌گذارند.

در این مقاله به بحث درباره عوامل مؤثر بر آسیب لرزه‌ای ساختمان‌ها خواهیم پرداخت.

 عوامل مؤثر در میزان آسیب زلزله بر ساختمان‌ها

عواملی که بر میزان آسیب‌های زلزله برسازه‌ها اثر می‌گذارند عبارت‌اند از:

1. تفاوت بین طراحی و طیف پاسخ واقعی
2. ستون‌های شکننده
3. ترتیب نامتقارن اعضای سخت در پلان
4. طبقه همکف نرم
5. ستون‌های کوتاه
6. پلان طبقه
7. شکل ساختمان در ارتفاع
8. دال‌های متکی به ستون‌های بدون تیر
9. آسیب‌های ناشی از زلزله‌های قبلی
10. سازه بتنی با سیستم سازه‌ای قاب
11. تعداد طبقات
12. نوع شالوده
13. موقعیت ساختمان‌های مجاور
14. سطح دال در سازه مجاور
15. طرح سازه‌ای ضعیف

تفاوت بین طراحی و طیف پاسخ واقعی

ارزیابی نامناسب مشخصات زلزله پیش‌بینی‌شده در طراحی سازه، رایج‌ترین و مهم‌ترین عامل آسیب ساختمان‌ها است؛ اما این تنها عامل نیست زیرا ویژگی‌های خاصی در سازه وجود دارند که می‌توانند نقطه‌ضعف آن در یک رویداد لرزه‌ای باشند.

شکل ۱: طیف پاسخ طرح

ستون‌های شکننده

اغلب ساختمان‌ها به دلیل شکست ستون هنگام زلزله خراب می‌شوند. تخریب ستون ممکن است به دلیل خرابی ناشی از بارگذاری چرخه‌ای بتن و تعداد ناکافی خاموت در نقاط بحرانی رخ دهد.

شکل ۲: تخریب ناشی از شکننده بودن ستون

ترتیب نامتقارن عضو سخت در نقشه

هسته‌ها از المان‌های سخت در سازه‌ها هستند و موقعیتشان بر رفتار سازه هنگام زلزله و در نهایت بر میزان آسیب لرزه‌ای تأثیر می‌گذارد. بااین‌حال درصد کمی از ساختمان‌ها به دلیل ناهم مرکز بودن هسته پلکان و آسانسورها تخریب می‌شوند.

طبقه همکف نرم

طبقه همکف انعطاف‌پذیر عامل دیگری است که می‌تواند موجب آسیب ساختمان در هنگام زلزله شود.

وقتی سختی به‌طور ناگهانی در طبقه‌ای از یک ساختمان کاهش یابد، فشار بر اعضای سازه‌ای طبقه انعطاف‌پذیر افزایش می‌یابد و در نتیجه تخریب صورت می‌گیرد؛ بنابراین، وجود طبقه نرم، میزان آسیب لرزه‌ای ساختمان را افزایش خواهد داد.

 شکل ۳: طبقه همکف نرم یک ساختمان چندطبقه که می‌تواند سبب تخریب ساختمان در هنگام زلزله شود.

 شکل ۴: طبقه نرم در هنگام زلزله

ستون‌های کوتاه

تخریب ستون‌های کوتاه در مقایسه با تخریب ستون‌های معمولی کمتر اتفاق می‌افتد اما ستون کوتاه ممکن است در اثر برش به شکل انفجاری تخریب و در نهایت سبب فروپاشی ساختمان شود.

 شکل ۵: ستون کوتاه در یک ساختمان

پلان طبقه

پلان مربعی شکل بهترین رفتار لرزه‌ای را در مقایسه با پلان‌های دیگر مانند X، I و + نشان می‌دهد؛ بنابراین، میزان آسیب لرزه‌ای ساختمان متأثر از پلان طبقه است.

شکل ساختمان در ارتفاع

ثابت شده ساختمان‌هایی با طبقات منظم، پاسخ لرزه‌ای بهتری در مقایسه با ساختمان‌هایی که طبقات بالایی آن‌ها دارای عقب‌نشینی است، دارند.

دال‌های متکی به ستون‌های بدون تیر

سیستم دال مسطح یک سیستم ساختمانی بسیار آسیب‌پذیر است و مقاومت لازم در برابر زلزله را ندارد. این سیستم به‌طور قابل‌توجهی انعطاف‌پذیر است و شکل‌پذیری کمی دارد.

به همین دلیل است که EC8 استفاده از دال‌های مسطح را ممنوع اعلام کرده است. تنها در صورتی می‌توان از این سیستم استفاده کرد که از سیستم‌های مقاوم در برابر زلزله مانند دیوارهای برشی و قاب‌های انعطاف‌پذیر هم استفاده گردد.

 شکل ۶: سیستم دال مسطح

آسیب‌های ناشی از زلزله‌های قبلی

ساختمانی که متحمل آسیب در زلزله‌های گذشته شده، در زلزله بعدی درصورتی‌که تعمیرات به‌درستی انجام نشوند، تخریب خواهد شد.

ساختمان‌هایی که مدت‌ها پیش تعمیر شده‌اند، دچار آسیب‌های مشابهی خواهند شد اما این مسئله در ساختمان‌هایی که اخیراً تعمیر شده‌اند، کمتر رایج است؛ زیرا روش‌های تعمیر بهبود یافته‌اند و در نتیجه تأثیر بیشتری دارند.

ساختمان‌های بتنی با سیستم سازه‌ای قاب

سیستم سازه‌ای قاب منشأ آسیب‌پذیری در ساختمان‌هاست. دلیل این است که دستخوش دریفت بین طبقه‌ای زیادی در هنگام وقوع زلزله می‌شود. این دریفت به دیوارهای میان قاب آسیب می‌زند که تعمیرشان بسیار هزینه‌بر است.

بنابراین، نکته مهمی که سیستم سازه‌ای قابی را آسیب‌پذیر می‌کند، هزینه زیاد لازم برای تعمیر دیوارهای میان قاب است.

تعداد طبقات

بر اساس داده‌های آماری، آسیب‌پذیری ساختمان در زلزله با افزایش تعداد طبقات، افزایش می‌یابد.

در چندین زلزله مانند زلزله بخارست در سال ۱۹۹۷ و زلزله مکزیکوسیتی میزان آسیب‌ها در ساختمان‌هایی با ارتفاع زیاد (بیش از سه‌طبقه) در مقایسه با ساختمان‌های کم ارتفاع بیشتر است.

واضح است که وجود دیوارهای میان قاب در ساختمان نه‌تنها مقاومت سازه را افزایش می‌دهد بلکه سختی آن را هم بهبود می‌بخشد. این اقدامات در ساختمان‌های کم ارتفاع نسبت به ساختمان‌هایی با ارتفاع زیاد، آشکارتر و مؤثرتر هستند.

نوع فونداسیون

نوع فونداسیون بر میزان آسیب‌های زلزله به دو شکل مستقیم و غیرمستقیم اثر می‌گذارد.

اثرات مستقیم فونداسیون شامل گسیختگی خاک، خرابی اجزای فونداسیون مانند تیر، نشست تفاضلی زمین، روانگرایی خاک و زمین‌لغزش کلی یا جزئی خاک می‌شود.

اثرات غیرمستقیم شامل حرکات خارج از صفحه پایه ستون‌ها در پی‌های منفرد و انعطاف‌پذیری تیرهای بین فونداسیون می‌شود؛ بنابراین، شالوده منفرد، شدت آسیب‌های لرزه‌ای را افزایش خواهد داد.

موقعیت ساختمان‌های مجاور در یک بلوک

موقعیت ساختمان‌های مجاور بر پاسخ لرزه‌ای سازه، به‌طور قابل‌توجهی اثر می‌گذارد. عواملی مانند توزیع نامتقارن سختی در پلان ساختمان و انتقال انرژی دینامیکی از طریق ضربات، معمولاً آسیب‌پذیری ساختمان‌های گوشه بلوک را افزایش می‌دهند.

سطح دال در سازه‌های مجاور

بارگذاری ضربه‌ای یک سازه تحت اثر ساختمان‌های مجاور تأثیر چشمگیری بر میزان آسیب‌های لرزه‌ای دارد. گزارش‌شده که میزان آسیب‌ها در سازه‌هایی با سطح دال‌های متفاوت، از ساختمان‌هایی با سطح دال یکسان، به‌طور چشمگیری بیشتر است.

این مسئله را می‌توان در زلزله مکزیکوسیتی که در سال ۱۹۸۵ و در زلزله تسالونیکی که در سال ۱۹۷۸ اتفاق افتاد، مشاهده کرد.

طرح سازه‌ای ضعیف

همکاری ضعیف بین مهندس معمار و مهندس سازه در مرحله طراحی منجر به طرح سازه‌ای ضعیف می‌شود.

ترتیب نامتقارن اعضای سخت در پلان و ارتفاع و نامنظمی در شکل، پلان و ارتفاع نمونه‌ای از سازه‌ها با طرح ضعیف هستند.

گزارش‌شده که حدود یک‌سوم ساختمان‌ها در زلزله آتن در سال ۱۹۹۹ به دلیل طرح سازه‌ای ضعیف دچار فروپاشی شدند.

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.