بررسی شکل پذیری سازه در برابر زلزله

سازه ها از مهم ترین المان هایی هستند که موقوع زمین لرزه مورد آسیب و تخریب قرار می گیرند. از این رو شکل پذیری سازه در برابر زلزله از جمله پارامترهای بسیار مهمی است که در آیین نامه ایمنی ساختمان ها در برابر زلزله به آن اشاره شده است. با دانلود استاندارد ۲۸۰۰ می توانید این آیین نامه را مطالعه نمایید. قرار گرفتن مناطق مسکونی بر روی گسل میزان خرابی ها را دو چندان می کند، لذا مهندسان ساختمان باید تلاش کنند که با رعایت اصول مهندسی نسبت به ایمن سازی سازه اقدام کرده و  جان و اموال شهروندان را حفظ نمایند.

در ادامه مهمترین فاکتورهای که بر میزان شکل پذیری انواع سازه در برابر زلزله تاثیرگذار هستند و روش های شکل پذیری سازه ها را با هم بررسی می کنیم.

اصول شکل پذیری سازه در برابر زمین لرزه

وقوع حوادث و بلایای طبیعی مانند زلزله اجتناب ناپذیر است. از آنجا که پیش بینی زمین لرزه ممکن نیست، مهندسان و معماران همواره تلاش می کنند که طبق اصول کتاب طراحی سازه های فولادی و بتنی عمل کنند و سازه هایی مقاوم در برابر این بلای طبیعی بسازند. همان طور که می دانید کشور ژاپن یکی از مناطق زلزله خیز دنیاست، اما امروزه ژاپنی ها به لطف مقاوم سازی سازه در برابر زلزله موفق شده اند که مقدار خسارت مالی و جانی مردم را کاهش دهند.

مقاوم سازی و افزایش میزان شکل پذیری انواع سازه ها در برابر زلزله تنها مختص به کشور ژاپن نیست، بلکه امروزه مهندسان ساختمان در ایران نیز تلاش می کنند که به کمک فناوری های هوشمندانه سازه ها را در برابر آسیب های ناشی از زلزله مقاوم کنند و به این ترتیب مقدار خسارات وارد شده به ساکنین ساختمان را کم تر نمایند.

شکل پذیری سازه در برابر زلزله به چه معناست؟

شکل پذیری به عنوان قابلیت و توانایی یک ساختمان در برابر تغییر شکل بدون فروریختن شناخته می شود. در هنگام بروز زلزله فشار مضاعفی بر روی سازه وارد می گردد، از این رو طراحی ساختمان باید به گونه ای انجام شود که به راحتی بتواند این بار اضافی را بدون خراب شدن و یا تغییر شکل های بزرگ تر تحمل کند.

شکل پذیری در رفتاری که مصالح هنگام تحمل بار اضافی نشان می دهند، اثر بسیار زیادی دارد، این ویژگی سبب می شود که قبل از این که مصالح به طور کامل شکسته شوند، دچار تغییر در شکل ظاهری شوند و به نوعی از فروریختن و خراب شدن بنا خبر دهند. در هنگام وقوع زلزله تیری که خاصیت شکل پذیری مطلوبی نداشته باشد، با تحمل بار اضافی ناگهان شکسته شده و باعث انهدام سازه می گردد.

 از طرف دیگر تیری که قابلیت شکل پذیری مطلوبی داشته باشد، در صورت تحمل فشار و بار زیاد، قبل از این که کاملا بشکند، تغییرات زیادی در شکل  ظاهری آن به وجود می آید. با توجه به این مطلب می توان شکل پذیری را به عنوان یک علامت برای فروریختن ساختمان تلقی نمود.

شکل پذیری سازه در برابر زلزله به نوع مصالح ساختمانی آن بستگی دارد. فاکتورهای گوناگونی مانند میزان نیروی برشی در المان، میزان فشردگی مقطع، میزان بارمحوری فشاری، میزان آرماتور طولی و عرضی و غیره در مقدار شکل پذیری مصالح اثرگذار هستند.

شکل پذیری سازه های فولادی

به طور کلی مقدار شکل پذیری در اسکلت فلزی در حد مطلوبی است و در مقابل زمین لرزه مقاومت مناسبی از خود نشان می دهد. اسکلت فلزی به هنگام وارد آمدن بار دینامیکی معمولا خم شده، اما دچار شکست نمی شوند و فرو نمی ریزند.

فاکتورهای مؤثر در شکل پذیری سازه های فولادی

شکل پذیری سازه های فولادی نقش بسیار مهمی در مقاوم سازی بنا دارد. اگر متریالی که به هنگام ساختن سازه استفاده می گردد، از انعطاف پذیری مطلوبی برخوردار باشند، زمانی که بار و فشار اضافی به آن وارد می شود، به طور ناگهانی دچار شکستگی نمی شود.

برای افزایش مقاومت ساختمان در مقابل لرزش های زمین لرزه باید میزان استحکام متریال به کار رفته در سازه و همچنین شکل پذیری آن را افزایش داد. به منظور بهبود بخشیدن خاصیت شکل پذیری سازه های فولادی باید درصد کربن در آن بالا رود. فولادهایی با میزان کربن زیاد، موجب بهبود شکل پذیری سازه در برابر زلزله می گردند.

درصد کربن موجود در فولاد مهم ترین فاکتور مؤثر در شکل پذیری این متریال است. لازم به ذکر است که میزان کربن در فولاد مکانیکی و سازه فرق می کند. فولادی که درصد زیادی کربن در آن استفاده شده باشد، تحمل بسیاری در برابر بارهای ناگهانی داشته و یک باره دچار شکست و یا تغییر شکل نمی شود. این مزیت باعث می شود که شکل پذیری سازه در برابر زلزله بیشتر شده و کمتر در معرض تخریب قرار گیرد.

شکل پذیری سازه های بتنی

مولفه های تاثیرگذار در شکل پذیری سازه های بتنی

سازه های ساخته شده از بتن در مقایسه با سازه های فلزی سرعت اجرایی کمتری را دارا هستند. سازه های بتنی اغلب برای مناطق مستعد زلزله توصیه نمی شوند؛ زیرا این متریال انعطاف پذیری پایینی دارد. علاوه بر این در کتاب طراحی اتصالات فولادی از معیار مقاومت کششی و فشار بالایی صحبت شده، از این رو برای مناطق زلزله خیز گزینه مناسب تری می تواند باشد.

مولفه بسیاری در میزان شکل پذیری سازه های بتنی مؤثر هستند که از  جمله  آن ها می توان به مقاومت فشاری بتن و غیره اشاره نمود. با توجه به این نکات بتن را باید به کمک یک سری روش های خاص مقاوم نمود، تا میزان شکل پذیری سازه در برابر زلزله افزایش یافته و امنیت ساکنین آن حفظ گردد.

روش های مقاوم سازی سازه های بتنی

یکی از روش هایی که برای بررسی شکل پذیری سازه در برابر زلزله و افزایش مقاوم سازی آن مخصوصا در ساختمان های بتنی انجام می شود، به کار بردن پوششFRP است. محصور نمودن بتن با پوششFRP باعث می شود که عملکرد این متریال در برابر تنش بهبود یافته و مقاومت بیشتری در برابر زمین لرزه پیدا کند.

بتن های که توسط پوشش FRP محصور می شوند،  نسبت به فشار اضافه استقامت زیادی پیدا می کنند؛ زیرا این پوشش ها در مقابل انبساط جانبی بتن مقاوم هستند. این مزیت سبب می گردد که به این پوشش ها، تنش کششی وارد شود و از سوی دیگر بتن تحت تنش فشاری قرار گیرد. تنش فشاری جانبی، سبب بالا رفتن استقامت فشاری بتن می شود و انعطاف سازه در برابر زلزله را افزایش می دهد.

۳ عامل مختلف در پوشش FRP

1. استفاده از تعداد زیاد لایه های FRP موجب بالا رفتن مقاومت ستون بتنی می شود، هرچه تعداد این لایه ها بیشر شود، مقاومت ستون بتنی نیز به همان نسبت افزایش پیدا می کند.
2. هر چه میزان FRP بیشتری برای پوشش دهی ستون بتنی استفاده شود، قابلیت شکل پذیری آن افزایش می یابد و در برابر بار اضافی دچار شکست ناگهانی نمی شود.
3. اگر بار محوری ستون بالا باشد، از میزان نرمی و شکل پذیری آن کاسته شده و تحت بار اضافی، زودتر دچار شکستگی می گردد.

معیار استفاده از بتن کامپوزیت سیمانی

مقاومت ساختمان در مقابل زمین لرزه به سه عامل بستگی دارد:

• نحوه ساخت سازه با توجه به اصول مهندسی و رعایت قوانین و مقررات ملی
• به کار بردن متریال مقاوم و با خاصیت شکل پذیری بالا
• قدرت زلزله

کنترل قدرت زلزله از عهده بشر خارج است، اما برای مقاوم سازی ساختمان می توان اقدامات مفیدی انجام داد. استفاده از موادی مستحکم و با قابلیت شکل پذیری بالا از جمله این کارهاست. به طور کلی مصالحی که در ساخت بنا مورد استفاده قرار می گیرند، شامل مصالح فولادی، بتنی، آجری و چوبی هستند. امروزه اکثر افراد تمایل دارند که از بتن و فولاد برای ساختمان استفاده کنند و با تقویت کردن این مصالح شکل پذیری سازه در برابر زلزله را بالا ببرند.

بتن نسبت به فولاد در برابر حرارت و آسیب هایی نظیر زنگ زدگی و  پوسیدگی مقاومت بیشتری دارد. یکی از انواع بتن که امروزه مورد توجه مهندسان ساختمان قرار گرفته است، بتن کامپوزیت سیمانی است. این متریال باعث افزایش انعطاف سازه در برابر زلزله می شود.

الیاف پلی پروپلین یا PP در ایران به وفور یافت می شود و نسبت به سایر انواع الیاف قیمت مناسب تری را داراست. از این الیاف مقرون به صرفه برای تولید بتن کامپوزیت سیمانی استفاده می شود. این نوع بتن به دلیل الیاف به کار رفته در آن از قابلیت شکل پذیری خوبی برخوردار است و می تواند به عنوان یک جایگزین مناسب برای بتن های معمولی در سازه مورد استفاده قرار گیرد و موجب افزایش شکل پذیری سازه در برابر زلزله شود.

بتن کامپوزیت سیمانی را می توان به منظور کنترل نمودن عرض ترک در ساختمان های بتن مسلح، تقویت ساختمان های بتنی و انهدام در محل هایی با آرماتورگذاری فشرده مورد استفاده قرار داد.

سخن پایانی

سازه هایی که مصالح آن ها تقویت نشده باشد، هنگام بروز زلزله به شدت تخریب می شوند، از این رو باید به نحوی طراحی شوند که در برابر فشارهای مضاعف، قابلیت شکل پذیری مطلوبی داشته باشند. برای افزایش شکل پذیری سازه در برابر زلزله می توان از روش های مختلفی استفاده کرد. به عنوان مثال محصور کردن پایه های بتنی با پوشش FRP موجب افزایش مقاومت و شکل پذیری ساختمان می گردد، همچنین برای بالا بردن خاصیت شکل پذیری اسکلت فولادی، می توان میزان کربن به کار رفته در آن را افزایش داد.

فروشگاه آنلاین رایان بوک در زمینه فروش کتب تخصصی و دیجیتال فعالیت دارد، بنابراین کسانی که مایلند در زمینه مهندسی ساختمان و عمران اطلاعات بیشتری کسب کنند، می توانند با مراجعه به وب سایت رایان بوک کتاب مورد نظر خود را خریداری نمایند. این مجموعه برای رفاه حال مشتریان خود انواع کتاب را با قیمت مناسب و مقرون به صرفه عرضه می کند.