مروري بر آيين نامه ها و دستورالعمل هاي بهسازي لرزه اي ساختمانهاي موجود و مقايسه كيفي آنها با دستورالعمل بهسازي ايران

 

سيد بهرام بهشتي اول

استاديار دانشگاه شهيد بهشتي، گروه بازسازي لرزه اي و مشاور طرحهاي مقاوم سازي شركت مشانير، تهران، ايران

پست الكترونيكي: sb_beheshti@ yahoo.com

 

خلاصه:

وقوع زلزله هاي اخير در ايران و ديگر مناطق جهان كه سبب خرابي و كشته شدن انسان هاي بيشماري گشته است،  مبين عدم كفايت ساختمانها در تحمل نيروهاي مخرب زلزله مي باشد. لذا در دهه اخير موسسات مختلف در كشورهاي زلزله خيز مبادرت به تهيه دستورالعملهاي خاص آن كشور بر اساس ملاحظات اقتصادي، اجتماعي و فني خود  نموده اند.  در اين راستا اخيراٌ پژوهشگاه  بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله ايران نيز  بر اساس سفارش سازمان مديريت و برنامه ريزي كشور مبادرت به تهيه چنين دستورالعملي نموده است تا مقدمات لازم جهت ارزيابي مقاومت لرزه اي ساختمانهاي موجود و متعاقباٌ مقاوم سازي آنها فراهم گردد. چنانچه در پيشگفتار اين دستورالعمل نيز ذكر شده است، در تهيه اين مدرك از گزارشات و دستورالعملهاي بهسازي منتشره توسط آژانس حوادث غير مترقبه كشور آمريكا FEMA استفاده شده است. اين مدارك هنوز به عنوان آيين نامه يا استاندارد جهت اجرا ابلاغ نشده اند و چنانچه در متن آنها نيز اشاره شده است،  بصورت اختياري توسط صاحبان پروژه و طراحان مي توانند استفاده گردند. هدف از تهيه اين مدارك، معرفي يك چارچوب يكسان براي ارزيابي لرزه اي و  مقاوم سازي ساختمانهاي موجود مي باشد. در اين مقاله ابتدا سعي گرديده است كه  دستورالعمل هاي بهسازي ساختمانهاي موجود كشورهاي آمريكا،  نيوزيلند، هندوستان و اروپا  معرفي گردند. مقايسه دستورالعمل هاي فوق با دستورالعمل ايران زمينه لازم را براي ارزيابي دستورالعمل تهيه شده در نسخه هاي آتي را فراهم مي آورد. نتيجه آنكه نقاط ضعف و قوت دستورالعمل بخصوص تشابهات آن از لحاظ كاربرد اقتصادي و فني با مدارك مشابه ديگر كشورهاي در حال توسعه اي چون ايران را روشن  مي سازد. از آنجا كه مسئله بهسازي داراي جنبه هاي اجرايي مختلفي بخصوص به لحاظ اقتصادي مي باشد، يافتن روشهاي ساده  و در عين حال قابل اطمينان و قوي با در نظر گرفتن منابع موجود و متوسط سطح علمي  مهندسان طراح كشور مي تواند منجر به راهكاري عملي در كشورمان باشد.

كلمات كليدي:

آيين نامه، دستورالعمل بهسازي، مقاوم سازي، زلزله

 

1- مقدمه

ارزيابي كفايت ساختمانهاي موجود در برابر زلزله را مي توان در سه مرحله تقسيم بندي نمود. 1-ارزيابي كيفي (اجمالي و عيني )    2-ارزيابي كمي (محاسبات دقيق بر اساس وضعيت موجود) 3-ارائه طرح بهسازي بر اساس كاستي هاي ملاحظه شده در مراحل اول و دوم. بايد به اين نكته توجه نمود كه هدف از تعاقب اين  سه مرحله آنستكه مميز بتواند بدون ورود به مرحله بعدي و انجام يك طرح بهسازي به كفايت سازه پي ببرد. پس از انجام مرحله اول و پيش بيني رفتار لرزه اي سازه و مقايسه آن با مشخصات ايده آل سازه متناظر چنانچه در اين مرحله مشكل حادي به لحاظ انطباق نقشه و اجرا وجود نداشت و همچنين اگر آيين نامه طراحي لرزه اي موجود همان آيين نامه زمان طرح باشد، مميز فرض مي نمايد كه ابنيه بر اساس يك الگوي درست طراحي و اجراء شده است و لذا نظر به كفايت سازه مي دهد. ولي چنانچه عملكردي فراتر از ايمني جاني را تحت زلزله قوي بيشتر يا مساوي با زلزله مورد پيش بيني در آيين نامه زلزله مد نظر داشته باشد و يا در طول استفاده از ابنيه آيين نامه تغيير نموده باشد، مي تواند بر اساس دستورالعمل بهسازي وارد مرحله دوم نيز گردد. البته نويسنده اعتقاد دارد كه انجام مرحله دوم بهسازي بلافاصله بعد از مرحله اول ضروري نمي باشد. بطور مثال در پروژه هاي بزرگ چنانچه همان عملكرد مشابه با عملكرد پيش بيني شده در آيين نامه زلزله مد نظر باشد و در طول بهره برداري نيز آيين نامه و شرايط بارگذاري تغييري نيافته باشد، با فرض طراحي و اجراي صحيح مي توان با رفع نواقص مشاهده شده، به تامين مقاومت و شكل پذيري اوليه بر اساس ملاحظات عيني مبادرت ورزيد و بعداٌ در فرصت مناسب بر اساس بودجه اختصاص يافته و اولويتهاي لازم نسبت به اجراي مرحله دوم اقدام كرد.

 تاكنون مدارك متنوعي براي انجام مراحل فوق تهيه شده است كه تعدادي از آنها فقط به يك مرحله خاص از مراحل سه گانه فوق و تعدادي نيز با تاكيد بر يكي از موارد داراي ضوابطي براي هر سه مرحله مي باشند. چارچوب نگرش دستورالعمل بهسازي ايران كه بر اساس مدرك FEMA 356 مي باشد در واقع بر بخش دوم يعني انجام ارزيابي كمي استوار مي باشد و به  مراحل اول و سوم كمتر مي پردازد. شايد بتوان گفت كه معتبرترين مدارك در ارتباط با بررسي لرزه اي ساختمانهاي موجود در ايالات متحده آمريكا تهيه شده است. چنانچه بخواهيم به تفكيك هر يك را بر اساس تاكيد آنها به سه مرحله ذكر شده دسته بندي نماييم ذيلاٌ مي تواند به شرح ذيل تفكيك گردند:

مدارك بر پايه مرحله اول:

 ,NZDC, SERC, EC8, FEMA154 (1988), FEMA178 (1992), FEMA310(1998), ASCE11-99 ASCE31-03 (2003)

مدارك بر پايه مرحله دوم:

 دستورالعمل بهسازي ايران،NZDC, SERC, EC8 ,ATC40 (1996), FEMA273/27 (1997), FEMA356 (2000), FEMA440 (2005)

مدارك بر پايه مرحله سوم:

 FEMA172 (1992), FEMA74 (1994)

مدارك مبتني بر مرحله اول فقط برآوردي كلي از مقاومت لرزه اي بنا را ارائه مي نمايند، در حاليكه مدارك بر پايه مرحله دوم با انجام محاسبات پيچيده سعي بر استفاده از حداكثر پتانسيل سازه در تحمل اثرات زلزله را دارند.  لازم به ذكر است كه مدارك مرحله اول داراي ضوابطي در ارتباط با مرحله دوم و در مدارك مرحله دوم توصيه هايي در ارتباط با مرحله سوم گنجانده شده است.

جهت مقايسه دستورالعمل بهسازي لرزه اي كشورمان به طور كيفي ابتداٌ به معرفي مدارك ديگر كشورها چون آمريكا (مدارك  FEMA356  وASCE31-03 ) ،  نيوزيلند (NZDC)، هندوستان (SERC) و اروپا (EC8) پرداخته و سعي مي گردد با بيان معايب و مزاياي آنها زمينه لازم براي تهيه يك دستورالعمل ملي را فراهم آورد.

 

2- مروري بر مدارك و دستورالعملهاي بررسي لرزه اي كشورها

2-1-دستورالعمل بهسازي لرزه اي ساختمانهاي موجود ايران

استخوان بندي اصلي  اين دستورالعمل بر گرفته از دستورالعمل مقاوم سازي FEMA356 و FEMA274 مي باشد كه از مدرك دوم بيشتر در تهيه بخش توضيحات كه جلد بعدي دستورالعمل مي باشد استفاده شده است. همانطور كه در بخش مقدمه نيز اشاره گرديد، بخش اعظم  اين مدرك در ارتباط با مرحله دوم ارزيابي لرزه اي  يعني ارزيابي كمي مي باشد.  گرچه داراي بندهايي نيز در ارتباط با بخش كيفي و معرفي روشهاي مقاوم سازي است. بر اساس مدرك فوق در اولين قدم بايد هدف بهسازي توسط مشاور تعيين و به تصويب كارفرما برسد. لذا سطح عملكرد و سطح زلزله اي كه سازه بايد در برابر آن رفتار مورد نظر را داشته باشد بايد مشخص گردد.  بر خلاف مدرك اصلي FEMA356 با اضافه كردن بندي در ارتباط با نياز به انجام بهسازي بر اساس كنترل كفايت بر پايه آيين نامه زلزله 2800  ايران  تفاوت چشمگيري در نحوه استفاده از دستورالعمل فوق پديد مي آيد. بطوريكه در مدرك اصلي هدف تعيين عملكرد سازه بر اساس ضوابط تعيين شده بوده و تصحيح پيكره و مشخصات اعضا جهت حصول به عملكرد مورد دلخواه مي باشد. بايد دانست كه بر اساس روال دستورالعمل بهسازي كنترل سازه بر اساس آيين نامه زلزله موجود (جهت لزوم كاربرد دستورالعمل) نشان دهنده تطابق آن با معيارهاي مربوطه بوده و هيچگاه نشان دهنده عملكرد سازه در اثر زلزله طرح نمي باشد. در صورتيكه در دستورالعمل بهسازي ايران فرض گرديده كه رعايت ضوابط  آيين نامه 2800  در طرح و اجراء حتماٌ منجر به عملكرد ايمني جاني سازه تحت سطح خطر با احتمال 10 درصد در 50 سال عمر سازه مي گردد. استفاده از دستورالعمل وقتي مجاز دانسته شده است كه يا عمكرد و سطح خطر بالاتري مد نظر باشد و يا سازه موجود نتواند از غربال آيين نامه 2800 بگذرد. مشكل اساسي ديگري كه در اين دستورالعمل بخصوص در ارتباط با بهسازي ساختمانهاي فلزي وجود دارد، مربوط به ارجاع دستورالعمل به مبحث 10 مقررات ملي مي باشد. چارچوب كنترل كفايت اعضاء سازه اي بر اساس افزوني ظرفيت مقاطع با نياز لرزه اي مي باشد. به علت آنكه روابط  مبحث 10 مقررات ملي  بر پايه روش تنش مجاز نهاده شده، فاقد روابط لازم جهت محاسبه ظرفيت بوده و در اين موارد بايد بر اساس پيوست دوم آيين نامه 2800 با اعمال ضرايبي مقادير مجاز را به مقادير نهايي تبديل نمود ، كه نمي تواند داراي  جامعيت لازم باشد.

 

2-2- دستورالعمل بررسی لرزه ای ساختمانهای موجود ASCE/SEI 31-03  

این استاندارد که در سال 2003  توسط  انجمن  مهندسین  سیویل  آمریکا  تهیه  شده  است،  جایگزین FEMA310 (1998) گرديده است. لازم به ذکر است که مدرك اخير پیشتر جایگزین کتاب دستی بررسی لرزه ای ساختمانهای موجود FEMA178 شده بود. در این مدرک اجزاء ساختمانها به اعضاء سازه ای و غیر سازه ای تقسيم مي گردند. ميزان آسيب به اجزاء فوق، تحت زلزله معینی برآورد شده و با آسيب مورد قبول در يك سطح عملکرد مشخص مقايسه مي شود. چنانچه ميزان آسيب كمتر از آسيب تعريف شده باشد، رفتار عضو در رده عملكرد مورد نظر قرار مي گيرد. دو سطح عملکرد ایمنی جانبی و خدمت پذیری بی وقفه در اثر اعمال زلزله متصور گرديده است. تعاریف سطوح عملکرد مشابه سطوح عملکرد متناظر در دستورالعمل بهسازی است. دستورالعمل فوق فرآیند سه مرحله ای را برای بررسی لرزه ای ساختمان موجود بکار می بندد. در هر سه مرحله نسبت به مرحله قبلی ارزیابی وارد جزئیات بیشتری شده و حاشیه اطمينان را کاهش می دهد. این مراحل به قرار ذیل است:

مرحله 1- ارزیابی عینی: در این مرحله ارزیاب با ساختمان مورد بررسی و پتانسیل خرابی و رفتار مورد انتظار آشنا می گردد. لذا به سرعت میتواند تشخیص دهد که آیا مشخصات ساختمان با ضوابط دستورالعمل انطباق دارد یا خیر. فرمهای ارزیابی (چک لیست) که بر اساس سطح عملکرد و زلزله خیزی ساختگاه برای هر یک از سیستمهای ساختمانی بر اساس عبارات لازم برای سازه،  عناصر غیر سازه ای و فونداسیونها تهیه شده است ، وی را در انجام یک ارزیابی سیستماتیک کمک می نماید. بعد از کامل نمودن فرمها، لیست کلیه ایرادات که به شکل عدم تطابقها با ساختمان بنچمارکی که کلیه ملزومات آیین نامه ای را رعایت نموده مشخص شده و لزوم بررسی بیشتر و ورود به مرحله بعدی مشخص میگردد.

مرحله 2- ارزیابی کمی اولیه: در این مرحله ارزیاب دو گزینه را پیش رو دارد. الف) تحلیل کامل ساختمان که کلیه ایرادات مرحله 1 در آن وارد شده باشد. ب) فقط تحلیل ایرادات. انتخاب بستگی به ملزومات عنوان شده در مرحله 1 دارد. در تحلیل مرحله 2، کفایت سیستم مقاومت جانبی بررسی میگردد. تحلیلها شامل فقط تحلیل ارتجاعی (استاتیکی یا دینامیکی) می باشد. لازم به ذكر است كه فقط براي ساختمانهای غیر مسلح بنایی با کف شکل پذیر روش خاصی که در دستورالعمل معرفی شده می باید مورد استفاده قرار گیرد. روشی مشابه دستورالعمل بهسازی ایران جهت کفایت المانهای سازه ای بر اساس مقایسه مقدار نیاز و ظرفیت واستفاده از ضریب m جهت منظور نمودن شکل پذیری و ورود کنشهای اعضاء به محدوده غیر ارتجاعی دراثر اعمال زلزله واقعی استفاده گردیده است. از باز توزیع نیروها به لحاظ تاثیر رفتار غیر ارتجاعی صرفنظر شده است.

مرحله 3- ارزیابی کمی دقیق: این مرحله وقتی انجام میگردد كه يا عدم کفایت در مرحله 2 ملاحظه گردد و يا ارزیاب تشخیص دهد که مراحل 1و2 محافظه کارانه بوده و لازم است بررسی دقیق تر و لذا اقتصادی تر انجام یابد. تحلیلهای مورد استفاده دراین مرحله شامل تحلیلهای ارتجاعی وغیر ارتجاعی درچهارچوب استاتیکی و یا دینامیکی است. عملکرد مورد انتظار، مشابه دستورالعمل بهسازی ایران بر اساس مقایسه نياز در المانها با ظرفیتشان مشخص میگردد.

نکته قابل توجه در این مدرک آنستکه سطح نیروهای بکار برده در مراحل 2و3 جهت کاهش حاشیه اطمینان حدود 75/0 مقادیر بکار برده شده در طراحی یک ساختمان جدید است. این تصمیم بدین جهت است که الف) مقاومت واقعی اعضاء بزرگتر از مقادیر مورد ارزیابی است. ب) از آنجا که عمر باقي مانده از ساختمان موجود کمتر از ساختمان جدید است لذا لازم نیست ساختمان موجود دارای همان سطح از ایمنی ساختمان جدید باشد.

 

2-3- پیش نویس آیین نامه نیوزیلند- ارزیابی و ارتقاء سازه ای ساختمانها در برابر خطر زلزله (NZDC )

 این پیش نویس توسط انجمن مهندسین زلزله نیوزیلند (NZSEE ) تهیه شده و در صورت پذیرش و رفع ایرادات آن لازم الاجرا خواهدگردید. این مدرک جهت ارزیابی ساختمانهایی که قبل از 1975 ساخته شده است کاربرد دارد. NZDC  با فرآیند سریع ارزیابی عینی مطابق  ATC 21 (1998)شروع میگردد. نتیجه ارزیابی عینی بر پایه حدوداً چهارده معیار سازه ای که به صورت امتیازبندی سازه ای بوده و نشان دهنده پتانسیل خرابی است قرار دارد. کل امتیاز سازه ای دارای دو قسمت است . الف) امتیاز     سازه ای پایه که نمایانگر استاندارد مورد استفاده در طراحی پایه و پتانسیل خرابی سازه ای انواع ساختمان نسبت به محدوده زلزله خیزی کم ، متوسط و زیاد می باشد. ب) تصحیح امتیاز پایه جهت در نظر گرفتن مشخصات غیر دلخواه ساختمان.

هدف از ضرايب تصحیح آسیب پذیری، آنستکه اطمینان لازم جهت آنکه ساختمان با آسیب پذیری زیاد تحت ارزیابی دقیقی قرار گیرد، حاصل شود. این مدرک تاکید بیشتری بر نامنظمی سازه ای مانند پیچش و وجود طبقه ضعیف در فرآیند بررسی آسیب پذیری دارد. نکته جالب توجه دراین مدرک توجه به سطح ساختمان در امتیاز بندی سازه ای، در نظر گرفتن جمعیت ساکن و لذا احتمال تلفات درصورت فرو ریزش است. ارزیابی سازه ای دقیق تری در سطح المانهای سازه ای دراین مدرک پیش بینی شده است. ضریب آگاهی k چون دستورالعمل بهسازی ایران که نمایشگر میزان اعتبار اطلاعات مشخصات سازه و ساختگاه است، بکار برده می شود.  از هر دو روش پذیری و جابجایی برای ارزیابی دقیق استفاده میگردد. در حاليكه ارزیابی نيرويی بر محاسبه مقاومت و شکل پذیری محتمل مکانیزم بحرانی در تغيير شكلهاي پس الاستيك اعضای مقاوم جانبی تاکید دارد، ارزیابی به روش جابجایی با استفاده از طیف جابجایی که نشان دهنده مشخصات زلزله واقعی است انجام می یابد .

 

2-4- دستورالعمل ارزیابی مقاومت عملکرد ساختمانهای موجود و توصیه هايی برای مقاوم سازی(گزارش SERC  هند)

این گزارش توسط مرکز تحقیق مهندسی سازه (SERC) به سفارش انجمن توسعه تکنولوژِی مصالح ساختمانی در دهلی نو براي ساختمانهاي بتن آرمه و يا ساخته شده با مصالح بنايي تهيه شده است. سازه های مشمول این دستورالعمل شامل ساختمانهای با مصالح بنائی و ساختمانهای چند طبقه بتن آرمه می باشند. توصیه های لازم جهت طرح مقاوم سازی نیز براي اطمینان از مقاومت در برابر نیروهای زلزله در مدرک گنجانده شده است. ساختمانها به پنج نوع مطابق سیستم بندی زیر همراه با ضریب n (ضریب کاهش پاسخ) که نشان دهنده نرمی و ظرفیت اضمحلال انرژی است، تقسیم بندی می شوند.

-         ساختمان با مصالح بنائی غیر مسلح (n=1 )

-         ساختمان با مصالح بنائی مسلح همراه با دیافراگمهای صلب(n=2 )

-         قاب بتن آرمه خمشی (n=3 )

-         قاب بتن آرمه با دیوارهای پرکننده برشی بنائی (n=4 )

-         ساختمانهای بتن آرمه با دیوار برشی (n=5 )

 

2-5- توصیه های طراحی برای سازه های مقاوم سازی در برابر زلزله- بخش 1 تا 4 ضوابط کلی برای مقاوم سازی و تعمیر ساختمانها (کد اروپایی EC8).

این مدرک در واقع یک پیش استاندارد اروپایی بوده که توسط CEN در سال 1995 مورد تائید قرار گرفته است. در یک نگاه این مدرک، معیارهای لازم را برای عملکرد لرزه ای ساختمانهای موجود قبل و بعد از زلزله معرفی می نماید. فرآیند بررسی شامل اثبات مقاومت لرزه ای با فرآیند بررسی سریع (سطح 1 ) مشابه فرآیند (1988)  FEMA 154 شروع میگردد. بر اساس اطلاعات جمع آوری شده درباره ساختمان، یک امتیاز سازه ای (s ) که به لرزه خیزی منطقه ، سن ساختمان و تعداد طبقات، خروج از مرکزیت، نوع خاک و فونداسیون است، محاسبه می شود. این امتیاز اساساً از دو بخش که شامل امتیاز سازه ای پایه (SB ) و امتیاز سازه ای اصلاحی (SM ) است، تشکیل میگردد. اگر امتیاز سازه ای بزرگتر از 1 باشد، سطح 2 تحلیل سازه ای انجام خواهد شد. برای سطح دوم تحلیل ، فرآیند ارزیابی ایمنی برای هر یک از پنج نوع ساختمان تعریف میگردد. فرآیند بسیار شبیه مرحله 1 در FEMA310 می باشد منتها برش پایه طلب بر اساس استاندارد زلزله  IS 1893 با ضریب کاهش پاسخ معادل(1+n/2 ) جایگزین میگردد.

ساختمان آسیب دیده یا ندیده موجود جهت در نظر  گرفتن هر دو اثرات لرزه ای و غیر لرزه ای در مدت زمان عمر مورد نظر می باشد. تحلیل و طراحی مجدد ساختمانهای موجود ممکن است بر اساس رفتار و ضرایب ایمنی تصحیح شده (در مقایسه با طراحی ساختمان نو) جهت در نظر گرفتن عمر کمتر ساختمان و اطمینان بیشتر از مقدار بارهای مرده و مشخصات مصالح باشد. در تحلیل ممکن است از ضریب عدم قطعیت که معرف عدم قطعیتهای اضافی مربوط به تحلیل سازه مورد نظر است، استفاده شود. مقادیر بزرگتر باید برای سطوح آسیب بالاتر استفاده گردد. جهت بررسی شرایط واقعی ساختمان از تحلیل غیر خطی دینامیکی بهره گرفته می شود. از تحلیل غیر خطی استاتیکی برای ساختمانهای آجری غیر مسلح استفاده میگردد.

بعد از تحلیل در سطح المانهای سازه ای یک محاسبه جهت بررسی کفایت مقاطع اعضاء انجام می یابد. در حالت تحلیل تاریخچه زمانی، ظرفیت تغییر شکلهای غیر ارتجاعی باید بزرگتر از مقادیر متناظر تقاضا بوده و سطح خرابی پیش بینی شده برای هر دو المانهای سازه ای و غیر سازه ای در محدوده قابل قبول باشد. در انتها فرآیند لازم برای مقاوم سازی یا تعمیر و بازسازی ساختمان ارائه میگردد.

 

3- مقایسه فرآیندهاي ارزیابی

کل فرآیندهای ارزیابی را میتواند در دو دسته الف) پیکربندی ب)کنترل مقاومت، تقسیم بندی نمود.

مرحله اول شامل ارزیابی سریع مقاومت لرزه ای ساختمان و پتانسیل خرابی و معرفی ایرادات با هدف مشخص شدن سازه های بسیار آسیب پذیر می باشد. در مرحله دوم با انجام تحلیل دقیق به ارزیابی ساختمان می پردازند درحالیکه در مرحله اول کل ساختمان در ارزیابی مدنظر قرار می گیرد در مرحله دوم ارزیابی در سطح کل و اجزاء و المانهای سازه ای می پردازد.

 

3-1- کنترلهای مربوط به پیکربندی

این نکته را نباید از ذهن دور ساخت که حتی اگر ساختمان در برابر نیروهای زلزله طراحی شده باشد و کیفیت اجزا و جزئیات اجرایی نیز رعایت شده باشد، اگر دارای پیکره نامنظم باشدنمی تواند رفتار پیش بینی شده ای چون ساختمانهای منظم در برابر اثر یک زلزله واقعی باشد. مواردی که در دستورالعملها به این موضوع اختصال میدهند شامل کنترلهای ذیل می باشد.

3-1-1- مسیر بار

نیروهای اینرسی که نتیجه اثر شتابهای زلزله به جرمهای سازه می باشد، باید بتواند درمسیر پیوسته ای از جرم تا فونداسیون به زمین منتقل شود. صرفنظر از مقاومت المانهای موجود در سازه چنانچه ناپیوستگی در مسیر فوق باشد، ساختمان قادر به تحمل نیروهای زلزله نخواهد بود. هر شش مدرک  FEMA356, EC8 ,NZDC ,SERC ,ASCE31-03  و دستورالعمل بهسازی شرط کامل بودن مسیر انتقال نیروهای زلزله را مدنظر قرار داده اند.

3-1-2- طبقه ضعیف

مقاومت طبقه، معادل جمع کل مقاومت کلیه المانهای مقاوم جانبی طبقه در جهت مورد نظر می باشد. طبقه ضعیف در جاییکه اجزاء قائم قطع شده اند و یا ابعاد سازه ای و مقاومت مقطع کاهش یافته وجود دارد. وجود طبقه ضعیف سبب تمرکز تغییر شکلهای غیر ارتجاعی شده و در نهایت سبب خرابی جزئی و یا کلی طبقه می شود. SERC, ASCE31-03  چنین مقرر می دارند که مقاومت سیستم مقاوم جانبی در هر طبقه نباید کمتر از 80% مقاومت طبقه مجاور بالا و پایین باشد. در EC8 جرم طبقات باید ثابت و یا بتدریج از پایین به بالا کاهش یابد و تغییر ناگهانی در جرمهای مجاور اتفاق نیافتد. ملاحظه میگردد بطور مستقیم به معیار لازم برای ممانعت از پدید آمدن طبقه ضعیف اشاره شده است. در دستورالعمل بهسازي و FEMA356 وجود طبقه ضعيف جهت امكان استفاده از روش خطي در كنترل سازه اي مورد بررسي قرار مي گيرد. بر اين اساس چنانچه انقطاع در سيستم باربر جانبي در ارتفاع  و در پلان وجود داشته باشد و يا متوسط نسبت نيروي برشي به ظرفيت برشي اعضاء هر طبقه بيش از 25 درصد با متوسط نسبت نيروي برشي به ظرفيت برشي يك طبقه بالاتر يا پايينتر اختلاف داشته باشد نشان دهنده وجود طبقه ضعيف بوده و بايد از روشهاي غير خطي براي كنترل لرزه اي استفاده نمود.

3-1-3- طبقه نرم

طبقه نرم در ساختمانهایی که دارای طبقه باز (عدم اجرای دیوارهای پر کننده) و یا ارتفاع زیاد باشد، اتفاق می افتد. تغییر ناگهانی جابجایی نسبی طبقه ناشی از وجود طبقه نرم می باشد. اگر چه مقایسه سختی طبقات مجاور می تواند جهت شناسایی طبقه نرم به کار برده شود، ولی مقایسه جابجایی نسبی طبقات مجاور راه ساده تری برای شناسایی طبقه نرم می باشد. مطابق  SERC ,NZDC ,ASCE31-03  سختی عناصر مقاوم جانبی در هر طبقه نباید کمتر از 70% سختی طبقه مجاور در بالا و یا کمتر از 80% متوسط سختی سه طبقه بالا و پایین طبقه مورد نظر باشد. EC8 مقرر می دارد که نباید اختلاف زیادی در سختی مجاورت طبقات باشد و در هر طبقه حداکثر جابجایی درجهت نیروهای زلزله نباید 20%  از متوسط جابجایی تجاوز نماید. در دستورالعمل بهسازي و FEMA356 وجود طبقه نرم جهت شرط اضافي براي امكان استفاده از روش خطي استاتيكي مطرح شده است. بر اين اساس وجود تغيير مكان متوسط جانبي در هر طبقه با اختلاف  بيشتر از 50 درصد با طبقه بالا يا پايين آن، نشانه وجود طبقه نرم بوده و نمي توان از روش خطي استاتيكي جهت تحليل استفاده نمود.

 

3-1-4- هندسه

نامنظمی هندسی معمولاً از مقایسه تغییر ابعاد سیستم مقاوم جانبی طبقات مجاور مورد بررسی قرار
می گیرد. SERC, ASCE31-30   از روشهای مقداری برای کنترل هندسه ساختمان استفاده میکنند. آنها مقرر می دارند که ابعاد افقی سیستم مقاوم جانبی نباید بیشتر از 30% نسبت به طبقه مجاور تغییر کند. بر اساس NZDC ضوابطی در ارتباط با پخش غیر منظم جرم و کنترل ابعاد گوشه و بالهای بشکل”L” و”T” یا E شکل دارد. بر اساس  EC8 ساختمان باید بطور تقریب دارای پلان متقارن با در نظر گرفتن پخش سختی و جرم نسبت به دو محور اصلی باشد. در آيين نامه بهسازي و FEMA356 اين مورد نيز مشابه كنترل طبقه نرم و ضعيف، جهت امكان استفاده از روش خطي استاتيكي مطرح مي باشد. استفاده از روش فوق محدود به ساختمانهايي است كه به استثناء خرپشته كمتر از 40% تغيير ابعاد در طبقات متوالي دارند.

 

3-1-5- جرم موثر

پخش نامنظم جرم در طبقات سبب تاثیر بر واکنش دینامیکی سازه و لذا تاثیر پیش بینی شده مودهای بالاتر و تجمع نیاز در طبقات بالاتر میگردد. کنترل نامنظمی در پخش جرم می تواند با مقایسه وزن طبقات انجام یابد. بر اساس SERC,ASCE31-30  جرم موثر طبقات مجاور نباید بیشتر از 50% تغییر کند. بر اساس NZDC چنانچه جرم طبقه به اندازه 30% نسبت به طبقه مجاور تغییر کند نامنظمی قابل ملاحظه ای در ارتفاع بوقوع پیوسته است .EC8 فقط به بیان کیفی موضوع پرداخته و چنین تصریح می نماید که جرم طبقات یا باید ثابت بماند یا بشکل تدریجی و نه ناگهانی کاهش یابد . دستورالعمل بهسازي و FEMA356  در اين مورد ضابطه خاصي ندارند.

 

3-1-6- پیچش

اهمیت وجود مقدار زیاد پیچش درساختمان بجهت اعمال تغییر مکان نسبی اضافي در اعضاء قائم به علت چرخش دیافراگم می باشد. اگر چه آئین نامه ها در محاسبه نیروهای زلزله اثر پیچش نیز می توانند منظور نمایند، اما پیچش زیاد عملکرد مناسب ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهند. بر اساس SERC,ASCE31-30 فاصله مرکز جرم تا مرکز سختی نباید از 20% بعد ساختمان در جهت مورد نظر بیشتر باشد. EC8 نیز چنین مقرر می دارد که قاب یا سیستم دیوار باید دارای حداقل سختی پیچشی باشند. دستورالعمل بهسازي و FEMA356   نيز محاسبه پيچش را محدود به ديافراگمهاي صلب و نيمه صلب مي نمايند. در ساختمانهاي با ديافراگم نرم محاسبه پيچش لازم نمي باشد.

 

3-1-7- تنه زدن

تنه زدن ساختمانهای مجاور درطول زلزله می تواند پاسخ دینامیکی هر دو ساختمان را تحت تاثیر قرار داده و سبب اعمال بارهای اینرسي اضافی به هر دو ساختمان گردد. در چنین مواقعی پتانسیل آسیب های جدی و یا حتی خرابی وجود دارد. ASCE31-03 توصیه می کند که جهت ممانعت از این پدیده دو ساختمان نزدیکتر از 4% ارتفاع قرار نگیرند. NZDC نیز بیان میدارد که جدایی کمتر از 2% ارتفاع طبقه سبب برخورد دو ساختمان میگردد. دستورالعمل بهسازي مقدار حداقل فاصله را به آيين نامه 2800 ارجاع داده كه معادل 1% ارتفاع از تراز پايه مي باشد در حاليكه FEMA356 مقدار بيشتري معادل 4% را مدنظر قرار مي دهد. در EC8 وSERC نیز در این ارتباط ضابطه ای وجود ندارد.

 

 

3-2- کنترل مقاومت

علاوه بر کنترل مشخصات کلی ساختمان، مقرارتی نیز در ارتباط با ارزیابی ظرفیت انتقال بار در المانهای قائم مقاوم چون ستونها، دیوارها و غیره در دستورالعملها و آیین نامه های ذکر شده وجود دارد. فرآیندهای ارزیابی از روشهای ساده تا روشهای بسیار پیچیده جهت محاسبه نیاز زلزله در هر دو سطح کلی سازه و یا سطح محلی برای هر یک از المانها در آنها یافت می گردد. صور مختلف این کنترلها دراینجا مورد مقایسه قرار می گیرد.

 

3-2-1- سطح نیروها در تحلیل مقاومت

EC8, SERC, NZDC ضریب کاهش پاسخ (R) را در محاسبه نیروهای جانبی در نظر میگیرند که نشان دهنده پذیرش رفتار غیر ارتجاعی ساختمان در اثر اعمال زلزله طراحی است، درصورتیکه ASCE31-03 رفتار غیر ارتجاعی را در سطح تحلیل اعضاء با در نظر گرفتن ضریب  m برای مولفه های شکل پذیر، کنترل شونده توسط تغییر شکل در نظر می گیرند و از مقدار کل نیروی زلزله با فرض رفتار ارتجاعی در سطح تحلیل کل ساختمان استفاده می کند. تمام فرآیندهاي معرفي شده تشخیص داده اند که سطح نیرو در ارزیابی لرزه ای باید بجهت کاهش عمر باقیمانده ساختمان کاهش یابد. منتها جزئیات اعمال این فرض متفاوت می باشد. مثلاً در ASCE31-03 سطح نیروها را نسبت به سطح نیروها در طراحی ساختمان جدید 75% بطور مشخص در مرحله سوم و بطور ضمني در ضرائب  m در مرحله دوم ارزیابی اثر میدهد . NZDCکاهش 67% را مد نظر قرار میدهد. EC8 کاهش شتاب موثر حداکثر زمین را جهت در نظر گرفتن اثر فوق درنظر می گیرد ولی مقداری برای اندازه کاهش معرفی نمی کند. لازم به ذكر است كه SERC نیز اثر فوق را در نظر نمی گیرد. دستورالعمل بهسازي و FEMA356   نيز مشابه ASCE31-03 عمل مي نمايند ولي اثر كاهش طول عمر مفيد را در كاهش اثر زلزله مدنظر قرار نمي دهند.

 

3-2-2- کنترلهای در سطح کلی

درحاليكه براي مدارک بررسی کفایت لرزه ای ساختمانها درمرحله اول ارزيابي کنترلهای سریعی در ارتباط با ضعفهای کلی ساختمان دارند در مدارك مربوط به مرحله دوم ضوابط پيچيده و دقيقي در سطح المانها بر اساس آخرين تحقيقات انجام يافته گنجانده شده است. درسطح کلی در مدارك مرحله اول، ساختمانها معمولا برای تنشهاي برشی و محوری کنترل می شوند. در مدارك مربوط به مرحله دوم بر اساس مقايسه نياز سطح زلزله مورد نظر با  ظرفيت هر يك از المانهاي سازه اي با در نظر گرفتن اثرات تداخلي نيروهاي داخلي، كنترل انجام مي يابد. ذيلاٌ مقايسه اي بين كنترلهاي در سطح فوق بر اساس مدارك مرحله اول انجام مي گردد.

 

3-2-2-1- کنترل برشی

کنترل برشی ارزیابی سریعی از سطح نیاز کلی را مشخص می نماید. براساس  ASCE31-03 تنشهاي برشی در ستونهای بتنی باید کمتر از  68/0 MPa و در دیوارهای بنائی غیر مسلح کمتر از 2/0 MPa باشد. در  NZDC کنترل برش در سطح المانها وجود دارد و در SERCتنش برشی در ستونهای بتنی باید کمتر از 7/0 MPa و در دیوارهای بنائی غیر مسلح باید کمتر از 1/0 MPa مي باشد.

 

3-2-2-2- کنترل تنش محوری

ستونهایی که اساساً برای تحمل بارهای قائم طراحی شده اند، ممکن است دارای ظرفیت اضافی محدودی برای تحمل بارهای حاصل از زلزله داشته باشند. هنگامی که نیروهای محوری ناشی از لنگر واژگون کننده زلزله به ستونهای فوق اضافه گردد، ممکن است منجر به خرابی ترد تحت اثر نیروهای فشاری مضاعف گردد. محاسبه تنشهای واژگونی حاصل ازنیروهای زلزله حتی درمقادیر کم آن میتواند، بسرعت کفایت ستونهای تحت بارهای ثقلی زیاد را مشخص نماید.

بر اساس ASCE31-03 ، تنشهای محوری ناشی از نیروهای واژگونی تنها باید کمتر از f'c 3/0 باشد. در حالیکه بر اساس SERC این مقادیر 0.25fck می باشد. NZDC تنشهای محوری را در سطح اعضاء دریک تحلیل بر پایه جابجایی کنترل      می نماید.

 

 

 

3-2-3- تحلیل در سطح اعضاء

تحلیل در سطح اعضا ارزیابی دقیق تری از ساختمان را ارائه نموده و در شناسایی قسمتهای ضعیف ساختمان کمک می نماید. این کار بر اساس ارزیابی المان به المان انجام می یابد. کنشهای اعضا بر دو بخش کنترل شونده توسط نیرو و تغییر شکل تقسیم بندی       می گردد. کنش کنترل شونده توسط تغییر شکل به کنشی اطلاق می گردد که تغییر شکل متناظر به آن مجاز به تجاوز از مقادیر تسلیم می باشد. تغییر شکل حداکثر متناظر به آن نیز توسط ظرفیت شکل پذیری آن مولفه محدود می گردد. کنش کنترل شونده توسط نیرو نیز به کنشی اطلاق میگردد که تغییر شکل متناظر به آن مجاز به تجاوز از مقدار تسلیم آن نباشد. کنشهای با شکل پذیری محدود در رسته کنترل شونده توسط نیرو قرار می گیرند. در دستورالعمل بهسازي،FEMA356  وASCE31-03  معیارهای پذیرش بر اساس تقسیم بندی کنشهای کنترل شونده توسط نیرو و یا تغییر شکل می باشند. مقاومت مورد انتظار اعضا با نیاز ناشی از بارهای ثقلی و زلزله مقایسه می گردد. در کنشهای کنترل شونده توسط نیرو، ضریب کاهش نیرو اثر داده نمی شود، در حالیکه در روش خطي برای کنشهای کنترل شونده توسط تغییر شکل ضریب m در بخش طلب ضرب شده تا شکل پذیری مورد انتظار عضو فوق بحساب آید. روش نیرو در NZDC بر اساس مقاومت و شکل پذیری متحمل در مکانیزم بحرانی تغییر شکل غیر ارتجاعی المانهای مقاوم جانبی است. روشهای بر پایه جابجایی تاکید مستقیمی بر ظرفیت جابجایی نهایی المانهای مقاوم جانبی قرار میدهد. ارزیابی های انجام یافته بر اساس روش جابجایی از طیف جابجایی که مستقیماً نشاندهنده خصوصیات زلزله واقعی است، استفاده میکند. ارزیابی نهایی در  EC8 بر اساس کفایت ظرفیت طراحی لازم در مقاطع عرضی اعضا سازه ای است. در SERC تحلیل های دقیق تر در سطح المانها وجود ندارد.

 

3-2-4- روشهاي مقاوم سازي

مدارك مرحله اول كمتر شامل معرفي روشهاي ارتقاء و مقاوم سازي اجزاء سازه اي مي باشند. در حاليكه در مدارك مرحله دوم به شكل معرفي و در مدارك مرحله سوم به طور اخص به ارائه تكنيكهاي لازم جهت مقاوم سازي مي پردازد. ASCE31-03 فاقد معرفي روشهاي فوق است. در دستورالعمل بهسازي ايران، FEMA356، NZDC، SERC و EC8 روشهاي زير براي ارتقاء عملكرد جزئي و يا كلي سازه ديده مي شود.

تصحيح رفتار محلي المان با افزايش مقاومت و يا شكل پذيري

افزايش سختي و يا مقاومت  كلي سازه

كاهش و يا حذف نامنظمي و ناپيوستگي

استفاده از ميراگرها و يا سيستمهاي جدايش

 

4- توضیحات کلی

فرآیند ارزیابی لرزه ای ساختمانها در مدارك مرحله اول ترکیبی از کنترلهای مربوط به پیکره و مقاومت می باشد. اختلاف اساسی در ارزیابی پیکره بین مدارک مورد بررسی وجود ندارد، اما در ارزیابی مقاومت اختلاف نگرش بیشتری مشهود است کلیه مدارک معیارهای مشخصی برای بررسی نامنظمی در پیکره ساختمان دارند. کنترل مقاومت دردو سطح کلی سازه و محلی المان و یا هر دو مانند ASCE31-30 انجام می یابد. در حاليكه در مدارك دستورالعمل بهسازي و FEMA356 با پذيرش هر گونه نامنظمي، ضمن انتخاب روش تحليل مناسب با ميزان پيچيدگي پيكره (انتخاب تحليل هاي غير خطي بجاي خطي و در بدترين شكل انتخاب تحليل ديناميكي غير خطي)، كنترلهاي كفايت اعضاء در سطح المانها و اجزاء انجام مي گردد. يكي از ضعفها اين نوع بررسي جزئي نيز آن است كه در صورت عدم كفايت هر يك از اجزاء در عملكرد مورد نظر كل عملكرد سازه كه ممكن است داراي تعداد بسيار زياد اعضاء با كفايت لازم باشد زير سئوال مي رود.

تکنیکهای ارزیابی در ASCE31-03 و NZDCدر مقایسه با دیگر مدارك مرحله اول دارای جزئیات بیشتری می باشد. بطور مثال EC8 بیشتر به بیان اصول ارزیابی و بیان ضعفهای مشخص پرداخته و لذا در عمل کاربرد آن با مشکلاتی همراه است. بعلاوه پارامترهای زیادی وجود دارد که هیچ راهنمایی برای آن عنوان نشده وقضاوت آن به محاسب واگذاشته شده است.

بجز ASCE31-03 در تمام فرآیندهای ارزیابی باید ساختمان مورد نظر در دسته مشخص از ساختمانها که مشمول طرح می باشد قرار گیرد.  لذا برای سیستمهای ترکیبی و یا دیگر سیستمها کاربرد ارزیابی نامشخص و مبهم است. بطور مثال چنانچه ساختمان را نتوان بر اساس سیستم سازه ای بطور مشخص دسته بندی نمود، مرجع است در مرحله اول ارزيابي از ASCE31-03  استفاده گردد. در سطح بررسی اعضا، محدودیت مشخص  ASCE31-03،  فرض اولیه سطوح شکل پذیری و عملکردهای چند گانه المانهای سازه ای است. درحالیکه ممکن است چنين فرضياتي در عمل اتفاق نیافتد و برای آن هیچ ضابطه مشخصی نيز در نظر گرفته نشده باشد.

 

5- نتیجه گیری

حذف مدارك مرحله اول در بررسي اوليه و سريع ساختمانها و رجوع به مدارك مرحله دوم كه با جزئيات بسيار پيچيده اي به كنترل عملكرد سازه و معرفي كليه ضعفهاي اجزاء سازه اي مي پردازد منجر به طولاني شدن مطالعات ارزيابي لرزه اي سازه ها شده است. در اين فرآيند ارزياب مي بايد حتي سازه هاي كم اهميت و يا سازه هاي كه جديد الاحداث مي باشند را در غربال وقت گير مدارك مرحله دوم قرار داده و لذا سبب طولاني شدن پروژه هاي مقاوم سازي مي گردد. استفاده از مدارك مرحله اول بخصوص مدرك ASCE31-03 در بازبيني ساختمانها مي تواند سبب بررسي سريع ابنيه شده و آن دسته از سازه هايي كه عدم كفايت آنها در اين مرحله به اثبات مي رسد براي بررسي دقيق تر در غربال مدارك مرحله دوم چون FEMA356  قرار گيرد.

مرور فرآیندهای ارزیابی مختلف نشان میدهد که استفاده از ASCE31-03 و NZDC برای کشورهای که در حال تدوین چنین مدارکی هستند و ساختمانهای موجود در آنها نیز در دسته بندی مشخص قرار نمی گیرد و همچنین ظرفیت آنها نیز با اطمینان لازم قابل محاسبه نیست، مناسب تر است.

ASCE31-03 فرآیند بسیار کلی را در ارزیابی لرزه ای معرفی میکند که با درجات دقت و پیچیدگی برای طیف وسیعی از ساختمانها قابل استفاده می باشد. كاربرد اين دستورالعمل نیازمند افزایش دقت و فهم محاسب می باشد. از طرف دیگر اگر چه کاربرد NZDC بسیار روشن تر و دارای اصولی مشابه کاربرد آن در طراحی ساختمانهای جدید است ولی فرآیند های معرفی شده به کلیت  ASCE31-03 نیست. EC8 نیز دارای ارزیابی مشخص نبوده و بسیاری از آنها را به کاربر وا می گذارد. ترکیب     ASCE31-03و  NZDCمیتواند جهت تدوین مدرکی جهت ارزیابی سریع لرزه ای در مرحله اول ارزيابي لرزه اي در ایران بسیار مفید باشد. 

 

6- مراجع

]1[ دستورالعمل بهسازي لرزه اي ساختمانهاي موجود، دفتر امور فني و تدوين معيارها، سازمان مديريت و برنامه ريزي، پژوهشگاه بين المللي زلزله شناسي و مهندسي زلزله، 1381

[2] FEMA 356, "Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings," Washington, D.C.,  2002

 

[3] ASCE 31-03, "Seismic Evaluation of Existing Buildings," Standards No. 031-03, American Society of Civil Engineers / Structural Engineering Institute, Reston, 2003.

 

[4] Eurocode 8, "Design of Structures for Earthquake Resistance," Part 1: General Rules, Seismic Actions and Rules for Buildings, Brussels, 1998.

 

[5] BIA, "The Assessment and Improvement of The Structural Performance of Earthquake Risk Buildings-Draft for General Release," New Zealand National Society for Earthquake Engineering, 1996.

 

[6] SERC, "Formulation of Guidelines For Assessment of Strength and Performance of Existing Buildings and Recommendation an Retrofitting Schemes to Ensure Resistance to Earthquakes", Structural Engineering Research Center, Madras, 2002.

 

[7] Ayala, D.D. and Charleson, W., "Review of Seismic Strengthening Guidelines for R.C. Building in Developing Countries," 12th European Conference on Earthquake Engineering, London, UK, Paper No. 820, 2002.

 

[8] Durgesh, C.R., "Review of Documents on Seismic Evaluation of Existing Buildings", IITK-GSDMA-EQ03-V1.0, Kanpur, 2004.

 

[9] Durgesh, C.R., "Review of Documents on Seismic Strengthening of Existing Buildings," IITK-GSDMA-EQ07-V1.0, Kanpur, 2004.