تجربه مقاوم سازی ساختمان های آسیب دیده در زلزله کرمانشاه با فناوری مهاربند کمانش تاب

۱۲ دی ۱۳۹۷| بانک مقالات| نویسنده: |
تصویری از مقاوم سازی ساختمان مسکونی (1) با مهاربند کمانش ناپذیر تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس). این ساختمان در شهرستان سرپل ذهاب واقع است.
موقعیت مرکز سطحی زمین لرزه 21 آبان ماه 1396 سرپل ذهاب مطابق با گزارش مراکز مختلف لرزه نگاری، برگرفته از مرکز لرزه نگاری کشوری وابسته به موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران (IRSC).
شکل ۱: موقعیت مرکز سطحی زمین لرزه ۲۱ آبان ماه ۱۳۹۶ سرپل ذهاب مطابق با گزارش مراکز مختلف لرزه نگاری، برگرفته از مرکز لرزه نگاری کشوری وابسته به موسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران (IRSC).

زلزله کرمانشاه محک سیستم های مختلف سازه ای

 

در ساعت ۲۱ و ۴۸ دقیقه به وقت محلی، روز ۲۱ آبان ماه سال ۱۳۹۶، زمین ­لرزه ای به بزرگای گشتاوری ۷/۳ در فاصله ۱۰ کیلومتری ازگله و حدود ۳۷ کیلومتری شمال غرب شهرستان سرپل ذهاب از استان کرمانشاه، واقع در مرز ایران و عراق به وقوع پیوست. بر اساس گزارش مرکز لرزه نگاری کشوری، مؤسسه ژئوفیزیک دانشگاه تهران این زمین لرزه دارای ۳ پیش لرزه با بزرگای ۴/۵ – ۱/۹ و دارای ۵۲۶ پس لرزه با بزرگای ۴/۷ – ۱/۸ (تا ساعت ۱۲ ظهر روز ۹۶/۰۹/۰۷) بود.

این زمین لرزه یکی از بزرگترین و مخرب ترین زمین لرزه های دو دهه اخیر ایران است که بیش از نیمی از کشورمان را به لرزه درآورد و منجر به از بین رفتن جمع کثیری (۵۵۹ نفر طبق آخرین آمار منتشر شده) از هموطنان عزیزمان در استان کرمانشاه و به بار آمدن خسارات مالی گسترده ای در این استان گردید. زلزله سرپل ذهاب را می ­توان اولین زلزله مهندسی کشور نامید که طیف وسیعی از انواع ساختمان های مسلح بنایی ـ بتن­ آرمه ـ فولادی با سیستم های مختلف سازه ای (قاب خمشی، مهاربندی، ترکیبی) اهمیت اندرکنش خاک و سازه و روش های مختلف اجرایی (خصوصی، دولتی، مسکن مهر، تعاونی ها و …) در آن مورد آزمایش قرار گرفت.

با بررسی زلزله های گذشته تا زلزله اخیر در می یابیم که روند اصلاح و بهبود ساخت و ساز کشور به کندی و البته رو به رشد بوده لیکن با توجه به خطر آنی این پدیده و آسیب پذیری بالای مراکز جمعیتی در کشور، نیازمند عزم جدی برای اصلاح در تمام زوایای مؤثر در امر ساخت و ساز می ­باشیم.

ارزیابی خسارات و آسیب­ های سازه ­ها پس از زلزله

 

پس از زلزله تیم­ های تخصصی به منطقه اعزام و روند ارزیابی ساختمان­ ها شروع شد. ارزیابی ساختمان ­ها و خسارات وارده بر آن ­ها پس از زلزله، دست کم از دو جنبه حائز اهمیت است: ۱- به منظور ارزیابی امکان مقاوم­ سازی و حجم عملیات ۲- به هدف شناسایی نواقص و کاستی های روند طراحی و ساخت سازه ها.

معمولاً در بسیاری از مواقع با توجه به شکل ظاهری سازه و آسیب های وارد بر آن می توان نوع سیستم باربر جانبی و ضعف آن را تشخیص داد. در ادامه برخی از مهمترین آسیب های وارد بر ساختمان ها با کاربری مختلف ارائه شده است.

شکل ۴: تخریب در ناحیه اتصال به دلیل کیفیت پایین بتن و فاصله زیاد خاموت ها - زلزله کرمانشاه
شکل ۴: تخریب در ناحیه اتصال به دلیل کیفیت پایین بتن و فاصله زیاد خاموت ها
شکل 3: کمانش مهاربندهای فولادی - زلزله کرمانشاه
شکل ۳: کمانش مهاربندهای فولادی
عدم کفایت ستون ها در قاب خمشی - زلزله کرمانشاه
شکل ۲: عدم کفایت ستون ها در قاب خمشی
شکل 7: شکست جوش مهاربند به ورق اتصال - زلزله کرمانشاه
شکل ۷: شکست جوش مهاربند به ورق اتصال
شکل 6: خسارت وارده بر تیر پیوند - زلزله کرمانشاه
شکل ۶: خسارت وارده بر تیر پیوند
شکل 5: تخریب در ناحیه اتصال به دلیل کیفیت پایین بتن و فاصله زیاد خاموت ها - زلزله کرمانشاه
شکل ۵: تخریب در ناحیه اتصال به دلیل کیفیت پایین بتن و فاصله زیاد خاموت ها
شکل 10: شکست جوش و پارگی ستون در ناحیه اتصال مهاربند - زلزله کرمانشاه
شکل ۱۰: شکست جوش و پارگی ستون در ناحیه اتصال مهاربند
شکل 9: کمانش مهاربند فولادی - زلزله کرمانشاه
شکل ۹: کمانش مهاربند فولادی
شکل 8: عدم اجرای مناسب ورق اتصال مهاربندی - زلزله کرمانشاه
شکل ۸: عدم اجرای مناسب ورق اتصال مهاربندی

ارائه طرح­ های مقاوم­ سازی

 

پس از مرحله ارزیابی سازه ها و خسارات وارده بر آن ها، بنیاد مسکن انقلاب اسلامی در جایگاه کارفرما روند تدوین و ارائه طرح های مقاوم ­سازی را به تیم های مهندسی دانشگاه تهران و دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی ابلاغ کرد. با توجه به نوع سازه و حجم خسارات وارد بر آن، روش های مقاوم سازی مختلفی برای سازه ها ارائه شد که از آن جمله می توان به اضافه کردن فونداسیون جدید، دیوار برشی بتنی، مهاربند فولادی، مهاربند کمانش تاب (BRB)، و دستک های ناحیه اتصال تیر به ستون اشاره کرد.

در این میان استفاده از مهاربند کمانش تاب در مقاوم سازی سازه ها برای اولین بار در کشور گامی بزرگ در پیشرفت طرح های مقاوم سازی و نیز عملکرد سازه ها پس از مقاوم سازی بود. در ادامه به صورت خلاصه به برخی مزیت های این سیستم اشاره شده است.

 

استفاده از تکنولوژی مهاربند کمانش ناپذیر

 

مهاربند کمانش ناپذیر دو ضعف اصلی مهاربندهای فولادی را مرتفع نموده است. اختلاف در ظرفیت فشاری و کششی، و نیز زوال مقاومت در بارگذاری چرخه ای دو موردی است که به عنوان ضعف سیستم مهاربندی فولادی ذکر می شود. علاوه بر این، مهاربند کمانش ناپذیر میرایی قابل توجهی را نیز برای سازه تأمین می کند. مبانی اصلی عملکرد مهاربند کمانش ناپذیر جلوگیری از وقوع کمانش هسته فولادی به منظور امکان وقوع پدیده تسلیم فشاری در آن است. در نتیجه امکان جذب انرژی در این عضو از سازه فراهم می شود. این امر با قراردادن هسته فولادی در لوله فولادی پر شده با بتن میسر می­ گردد. مهاربند کمانش ناپذیر چه از نقطه نظر فنی و چه اقتصادی، می تواند جایگزین مناسبی برای سیستم های متعارفی چون مهاربند معمولی و دیوار برشی فولادی و بتنی باشد. از مهمترین مزایای مهاربند کمانش ناپذیر می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • افزایش شکل‌ پذیری و قابلیت اطمینان رفتار سازه در برابر زلزله، و در نتیجه افزایش سطح عملکرد سازه
  • کاهش عدم ایجاد خسارت در دیوارهای غیرسازه ای پس از وقوع زلزله به دلیل عدم کمانش مهاربندها.
  • کاهش حجم مصالح مصرفی در اعضاء سازه ای، اتصالات و پی.
  • پیش ساخته بودن، نصب آسان و سریع، و در نتیجه کاهش زمان اجرایی پروژه.
  • امکان نصب در انواع سازه های بتن مسلح و فولادی، بدون وجود محدودیت در طول مهاربند.

لازم به ذکر است، با توجه به تنوعی که در نحوه اتصال این نوع مهاربندها به سازه وجود دارد، امکان استفاده از آن‌ها در طراحی و یا مقاوم سازی کلیه سازه های صنعتی، پل ها و ساختمان های فولادی و بتن مسلح وجود دارد. در ادامه به دو نمونه از پروژه های مقاوم سازی شده در شهر سرپل ذهاب با استفاده از تکنولوژی مهاربند کمانش ناپذیر پرداخته شده است.

نقشه ای نمونه از مهاریند کمانش تاب در طرح مقاوم سازی ساختمان مسکونی
نقشه ای نمونه از مهاریند کمانش تاب در طرح مقاوم سازی ساختمان مسکونی واقع در کرمانشاه
نقشه ای نمونه از مهاریند کمانش تاب در طرح مقاوم سازی ساختمان مسکونی
نقشه ای نمونه از مهاریند کمانش تاب در طرح مقاوم سازی ساختمان مسکونی واقع در کرمانشاه

نمونه سازه های مقاوم سازی شده در سرپل ذهاب

 

پس از ارزیابی های اولیه و برداشت وضع موجود سازه، روند تدوین طرح مقاوم سازی متناسب با شرایط پروژه توسط تیم های متخصص شروع شد. در نهایت نقشه مقاوم سازی سازه های خسارت دیده به مالکان پروژه ها ارائه و در تعدادی از پروژه ها استفاده از مهاربند کمانش تاب به عنوان بهترین گزینه برای مقاوم سازی تعیین گردید. لازم به ذکر است که در دو پروژه مذکور، طراحی المان های مهابند کمانش تاب BRB و اتصالات آن در شرکت پارس سایزمیک و ساخت مهاربند کمانش تاب BRB در شرکت پویا تدبیر ویرا انجام گرفته است.

سازه ۴ طبقه مسکونی:

سیستم باربر جانبی این سازه در جهت طولی قاب خمشی متوسط و در جهت عرضی قاب مهاربندی فولادی متوسط بود. پس از ارزیابی سازه مشخص شد که ساختمان در هر دو جهت نیاز به مقاوم سازی دارد، که در یک جهت از مهاربندهای BRB و در جهت دیگر از دستک هایی برای تقویت اتصلات تیر به ستون استفاده گردید. مقاوم سازی پی نیز قبل از هرچیز در دستور کار قرار گرفت که البته به دلیل استفاده از مهاربند کمانش تاب حجم مقاوم سازی کمتری در پی، در مقایسه با سیستم های معمول مانند دیوار برشی بتنی، نیاز بود.

سازه ۵ طبقه مسکونی:

سیستم باربر جانبی این سازه در جهت طولی قاب مهاربندی متوسط و در جهت عرضی قاب خمشی فولادی متوسط بود. پس از ارزیابی سازه مشخص شد که ساختمان در هر دو جهت نیاز به مقاوم سازی دارد، که در یک جهت از مهاربند کمانش ناپذیر BRB و در جهت دیگر از دیوار برشی بتنی استفاده شد. تقویت ستون ها و مقاوم سازی پی نیز قبل از هرچیز در دستور کار قرار گرفت. بنا به گفته کارفرمای این پروژه، استفاده از مهاربند کمانش ناپذیر در جهت عرضی سازه، در مقایسه با روش دیوار برشی بتنی، به میزان ۴۰ درصد هزینه را کاهش و نیز زمان اجرا را نیز از دو هفته به دو روز کاهش داده است. اگر مدت زمان لازم برای رسیدن بتن به مقاومت لازمه را نیز درنظر بگیریم، این کاهش زمان چشمگیرتر خواهد شد.

مهاربند کمانش تاب (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا. این مهاربندها در پروژه های مقاوم سازی به کار خواهد رفت.
مهاربند کمانش تاب (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا

همان گونه که ذکر شد، پس از مشخص شدن ظرفیت سیستم های مهاربند کمانش ناپذیر در نقشه های سازه، روند طراحی المان های BRB و اتصالات آنها در مجموعه پارس سایزمیک انجام شد و برای ساخت المان ها به شرکت پویا تدبیر ویرا ارائه گردید. پس از ساخت نمونه های اولیه و به منظور اطمینان از عملکرد این مهاربندها و نیز ارائه مستندات به کارفرما و مشاور محترم پروژه، آزمایش ۴ نمونه از این مهاربندها با ظرفیت های متفاوت در آزمایشگاه سازه دانشکده عمران و محیط زیست دانشگاه تهران در دستور کار قرار گرفت. در ادامه تصویر نمونه های ساخته شده، نمونه آزمایشگاهی و دستگاه تست، و نیز نتیجه آزمایش بصورت نمودار هیسترزیس ارائه شده است.

پس از اطمینان از عملکرد مهاربندها، روند نصب این تجهیزات طبق برنامه زمانبندی مشخص انجام گرفت. نصب مهاربندهای کمانش تاب توجه به چند نکته مهم را می طلبد که در عملکرد این اعضا نقش اساسی ایفا می کند. نظارت بر نصب این تجهیزات نیز توسط کارشناسان مجرب مجموعه پارس سایزمیک انجام گرفت تا از ابتدای مرحله طراحی تا انتهای مرحله نصب بالاترین استانداردهای لازم رعایت شود. در ادامه تصاویری از مهاربندهای نصب شده در دو ساختمان مذکور ارائه شده است.

تصویری از مقاوم سازی ساختمان مسکونی (2) با مهاربند کمانش تاب (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس). این ساختمان در شهرستان سرپل ذهاب واقع است.
مقاوم سازی ساختمان مسکونی (۲) با مهاربند کمانش تاب (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس)
تصویری از مقاوم سازی ساختمان مسکونی (1) با مهاربند کمانش ناپذیر تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس). این ساختمان در شهرستان سرپل ذهاب واقع است.
مقاوم سازی ساختمان مسکونی (۱) با مهاربند کمانش ناپذیر تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس)
تصویری از مقاوم سازی ساختمان مسکونی (4) با مهاربند کمانش تاب (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس). این ساختمان در شهرستان سرپل ذهاب واقع است.
مقاوم سازی ساختمان مسکونی (۴) با مهاربند کمانش تاب (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس)
تصویری از مقاوم سازی ساختمان مسکونی (3) با مهاربند کمانش ناپذیر (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس). این ساختمان در شهرستان سرپل ذهاب واقع است.
مقاوم سازی ساختمان مسکونی با مهاربند کمانش ناپذیر (BRB) تولید شرکت پویا تدبیر ویرا (ویرا بریس)

مطالعه بیشتر در زمینه مهاربند کمانش تاب

 

معرفی فناوری مهاربند کمانش تاب

مهاربند کمانش تاب و طراحی با خسارت محدود

راهنمای طراحی مهاربند کمانش تاب