پایان نامه بررسی آسیب پذیری کیفی و کمی ساختمان های بتنی شهرکرد

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد " M.SC "

مهندسی عمران – سازه 

چکیده

 کشور ما  از جمله کشورهایی است که در مناطق لرزه خیز جهان قرار گرفته و هراز چند گاهی شاهد بروز زلزله در ایران می باشیم . در این پایان نامه سعی شده میزان آسیب پذیری ساختمانهای بتنی در شهر شهرکرد مورد بررسی قرار گیرد.

در ابتدا  مشخصات زمین شناسی ، وضعیت زمین ساخت شهرکرد،  گسلهای فعال منطقه ، مصالح ساختمانی مورد استفاده در تهیه بتن در شهرکرد  بررسی شده است .

جهت بررسی آسیب پذیری کیفی ساختمان های بتنی با توجه به تحقیقات انجام شده در نقاط دیگر، پرسشنامه ای تهیه شد و با پیشرفت کار ویرایش گردید. در این پرسشنامه ساختمانها از لحاظ کیفیت و محل تهیه مصالح مصرفی و نحوه عمل آوری بتن ، نحوه اجرا و جنس میانقابها، نحوه اجرا و جنس نما، رعایت فاصله مجاز با ساختمانهای مجاور، کیفیت و شیب زمین محل ساختمان ،  نوع کرسی چینی زیر فونداسیون  و خروجی های اورژنس  مورد بررسی قرار گرفت .  با توجه به اطلاعات جمع آوری شده تاثیر عدم اجرای اصولی موارد بالا تجزیه و تحلیل شد و در یک جدول جمع آوری گردید و با استفاده از یک روش جدید کلیه موارد امتیازبندی شد. با جمع بندی امتیازها وضعیت آسیب پذیری هر ساختمان مشخص گردید ، در این بررسی مشخص شد ٧٠%  از ساختمانهای مورد مطالعه ایمن می باشد و ٣٠%  نیاز به تحلیل و بررسی بیشتر دارند.  آنگاه دو مجتمع ساختمانی و یک مرکز آموزشی این محدوده جهت تحقیق بیشتر با استفاده از برنامه IDARC و به کمک چهار زلزله طبس ، منجیل ، ناغان و بم  با شتاب های  ٠.٣۵g ، ٠.۵g ، ٠.٧۵g مورد تحلیل دقیق قرار گرفت .  مجتمع ساختمانی  ۴ طبقه بدون دیوار برشی و خوابگاه دانش آموزی  ٣ طبقه تحت شتاب ٠.٧۵g طبس و بم آسیب پذیر هستند و مجموعه ساختمانی ۴ طبقه با دیوار برشی از نظر سازه ای  کاملاً ایمن می باشد.  با توجه به تحلیل فوق و مقادیر تحلیل کیفی ،  ١٩%  از ساختمانهای برداشت شده آسیب پذیر و بقیه ایمن می باشند.

عوامل اصلی آسیب پذیر کننده ساختمانهای بتنی شهرکرد ، روش تهیه بتن (با بتن ساز دستی )  ، اجرای ساختمان در شیب با زیرسازی کرسی سنگی و اجرای میان قاب های سنگین در طبقات پایین در سه جهت ساختمان می باشد. امید است این تلاش مقدمه ای در جهت اصلاح اشکالات موجود در طراحی و اجرا ساختمانهای بتنی در شهرکرد باشد.

 مقدمه

 شهرکرد پتانسیل بالقوه ای جهت زلزله های شدید را دارا می باشد. از اینرو مطالعات زلزله شناسی برای احداث پروژه های مختلف عمرانی ، صنعتی و تاسیسات شهری از اهمیت بالایی برخوردار است . اجرای اینگونه طرحها، بدون در نظر گرفتن پارامترهای طراحی مقاوم در برابر زمین لرزه قابل توجیه نمی باشد. با توجه به اینکه ساختار طبیعی زمین در نواحی مختلف ، ازنظر پتانسیل جنبشی گسلها،  میزان جابجایی زمین ، سرعت و حداکثر شتاب زمین و محتوای فرکانسی و مدت زمان نوسانات متفاوت است ؛ نمی توان الگوی لرزه ای منطقه ای را برای منطقه دیگر بکار برد. لزوم مطالعات زلزله شناسی در پروژه ها را باید از ابعاد اقتصادی و ضایعات و خسارات ناشی از زمین لرزه بررسی کرد. پژوهشهای لرزه شناسی در تامین ایمنی سازه ها در زمینلرزه نقش اساسی دارد. انهدام تاسیسات مهم در زمینلرزه میتواند خسارات جبران ناپذیر جانی ، اقتصادی ، اجتماعی ، بهداشتی ، سیاسی و گاهی راهبردی بوجود آورد. در صورت بررسی های دقیق و کسب ایده های واقع بینانه منطبق بر واقعیات لرزه ای ناحیه طرح ، می توان از تحمیل هزینه های گزاف و غیراقتصادی شدن بسیاری از طرح های عمرانی جلوگیری به عمل آورد. از طرف

دیگر با بکار گیری صحیح و فنی این اطلاعات می توان از ضایعات و خسارات ناشی از زمین لرزه کاست . از این حیث که هم تلفات جانی کاهش پیدا می کند و هم تخریب و صدمات وارد بر محیط های طبیعی و یا مصنوعات دست بشر به حداقل می رسد. کشتار انسانی و مجروح شدن انسان ها، بی خانمان شدن عده ای بیشمار، یتیم شدن کودکان ، از دست رفتن بستگان و افرادی که وجود آنها در جامعه موثر است ، همه و همه موجب بروز مشکلات روانی ، اجتماعی و بهداشتی می گردد که اثرات آن گاهی تا چند سال گریبان گیر یک شهر و یا یک حتی یک کشور می باشد. همچنین صدمات اقتصادی که با از دست رفتن مراکز صنعتی ، تولیدی و تجاری مثل نیروگاهها، سدها، پل ها و ساختمان ها وارد می شود  و یا عوامل ثانویه چون آتش سوزی ممکن است اقتصاد یک مملکت را فلج نماید. این در حالی است که با اختصاص بودجه ای معادل کسری جزیی از هزینه های هنگفتی که در اثر بروز یک زمین لرزه و فقط یک زمین لرزه از دست می رود، با اندکی صرف وقت و بکارگیری متخصصین امر، می توان از بروز چنین فجایعی جلوگیری کرد. نکته قابل توجهی که در اینجا خودنمایی می کند خسارات سنگین و جدی است که به سازه های موجود وارد می شود. زمین لرزه های نسبتًا شدید اخیر نظیر زمین لرزه ١٩٨۵ مکزیکوسیتی ، ١٩٩٠ منجیل – رودبار، ١٩٩٧ اردبیل و بیرجند این فکر را در ذهن تداعی می کند که تکلیف ساختمانهای موجود و ساخته  شده ای که تاب و تحمل لرزش شدید زمین را ندارد چه می شود؟ در یک زمین لرزه محتمل ، بر سر صدها هزار انسان که در هزاران هزار ساختمان غیرمقاوم که سالها پیش و بدون تمهیدات لرزه ای ساخته شده اند، چه خواهد آمد؟ در یک شهر پرجمعیت خسارات وارده زلزله فقط از بین رفتن چندین هزار واحد مسکونی نیست صرف نظر از تلفات جانی که در بر دارد،  صدمات اقتصادی ، اجتماعی و روانی بسیاری برجامعه تحمیل می نماید. در این میان هر کسی در جایگاه خود مسئول است ؛ مسئولیت چنین کشتاری چیزی نیست که بر گردن یک نفر و دو نفر باشد. یک حرکت عمومی و یک بسیج ملی را طلب می کند که در آن از مسئول و مامور گرفته تا متخصص و مهندس هرکس به فراخور توان و پتانسیل خویش باید خشتی محکم در تقویت بی شمار ساختمان بیمار باشد.

ساختمانهای مسکونی نسبت به دیگر ساختمانها آسیب بیشتری را در یک زلزله خواهند دید زیرا تعداد این ساختمانها نسبت به دیگر سازه ها بسیار زیاد است و به علت کثرت تعداد و قدمت و عدم نظارت تخصصی کامل حین ساخت از استحکام و کیفیت پایین تری برخوردارند. از طرف دیگر بسیار پرجمعیت بوده و بخصوص در طول شب تمامی افراد یک شهر را در خود جای می دهند. مطالعه آسیب پذیری این ساختمانها نخستین گام در رویارویی با مشکل آنها در یک زمین لرزه بزرگ و محتمل است . پس از ارزیابی آسیب پذیری یا خسارت پذیری ساختمانهاست که میتوان به تقویت آنان پرداخت با وضعیت بحرانی یک شهر را هنگام زمین لرزه ، مدیریت نمود.

از اینجاست که آسیب پذیری ساختمان های موجود مفهوم پیدا کرده و باید بخشی از پژوهش های لرزه شناسی را به مطالعه و ارزیابی آن مهم اختصاص داد. خصوصًا اینکه اهمیت آن ، با نگاهی به آمار خسارات و تلفات جانی در شهرهای بزرگ در اثر زمینلرزه های گذشته و مقایسه آن با اثرات خسارات و تلفات جانی در شهرهای

بزرگ در اثر زمین لرزه های گذشته و مقایسه آن با اثرات مثبت این مطالعات در کشورهای موفق جهان احساس میشود. لزوم مطالعات آسیب شناسی سازه ها امری است شناخته شده که مورد تایید هر مقامی در هر جایگاهی قرار می گیرد. با این وجود به دلایل مختلف از قبیل عدم قاطعیت مسئولین ذیربط و نبود آیین نامه های اجرایی و ارتباط با صنعت ، پژوهش ها هنوز به مرحله اجرا نرسیده اند و در این زمینه توفیقی به چشم نمی خورد. امید است با تلاش دست اندرکاران و مساعدت مسئولین به این مهم توجه بیشتری مبذول گردد تا مطالعات انجام شده فقط در کتاب ها مدفون نشود و قبل از اینکه پژوهشگران در پژوهشگاهها و پژوهش ها در پژوهش نامه ها بپوسند، آرمان ها به واقعیت بدل گردند[١].

 با توجه به این مسئله که ساختن ساختمان های بتنی تخصص کمتری را نسبت به اجرای ساختمان های فلزی می طلبد و همچنین اجرای ساختمانهای بتنی در حال حاضر نسبت به ساخت ساختمانهای فلزی ارزانتر شده و لرزش اینگونه ساختمانها نیز کمتر می باشد، اکثر مردم نسبت به ساخت اینگونه ساختمانها متمایل شده اند. تاحدی که جز در موارد خاص کسی حاضر به ساخت ساختمانهای فلزی نمی باشد. از این جهت اینجانب با انتخاب این موضوع تحقیق خواسته ام اشکالاتی که در روش اجرای غالب ساختمانهای شهرکرد وجود دارد را بیان نمایم و نیز راهکارهای اجرایی اصلاح این نوع اشکالات را نیز بیان کنم . شاید این تحقیق عاملی در جهت اصلاح و بهینه سازی روشهای اجرایی کنونی باشد.                        

فصل اول :

مشخصات زمین شناسی منطقه

 فلات ایران جزء مناطق لرزه خیز جهان است و در آن زمینلرزه های قاره ای ایجاد می شوند. کشور ایران در قسمت میانی کمربند کوهزای آلپ – هیمالیا واقع شده است و هنوز تحت تاثیر حرکت کوهزایی آلپ پایانی می باشد. از طرف دیگر حرکات صفحه عربستان بطور دائمی به صفحه ایران تنش وارد کرده و فرونشینی مکران در جنوب و باز شدن صفحه اقیانوس هند نیز سبب زیر راندگی صفحه اقیانوس به زیر صفحه مکران می گردد. مجموعه شرایط سبب بهم خوردن تعادل پوسته ایران می گردد و اثر آن بصورت جابجایی در طول شکستگیهای قدیمی و بروز زمینلرزه مشاهده می شود. گسل های ایران بطور کلی دارای روندهای شمالی – جنوبی (امتداد ایران شرقی ) شمال غرب -جنوب شرق (امتداد ناحیه زاگرس ) و شمال شرق – جنوب غرب ( امتداد البرز شرقی ) می باشند[٢].

مناطق لرزه خیز ایران را با دقت بیشتری میتوان چنین تقسیم نمود :

١. مناطق شرقی ، شمال خراسان و شمال سیستان

٢. منطقه شمال در امتداد البرز تا آذربایجان غربی

٣. نواحی زاگرس از دریاچه ارومیه تا بندرعباس

٤. کپه داغ در شمال خراسان در مرز ترکمنستان

٥. مکران بلوچستان در جنوب شرقی ایران

١-١ موقعیت جغرافیایی منطقه

 شهرکرد، مرکز استان چهارمحال و بختیاری در قسمت شمال شرقی استان واقع گردیده است . از نظرجغرافیایی شهرکرد در طول جغرافیایی '۴٨-°۵٠ شمالی و عرض جغرافیایی '١٠-° ٣٢ شرقی قرار گرفته است .

١-٢ محدوده زلزله خیزی مورد مطالعه

 انرژی حاصله از رویداد یک زمینلرزه بصورت امواج S،L،R وP در نهشته های زمین با سرعت های متفاوتی منتقل می گردد و در حین حرکت ، موجب آسیب رساندن به سازه و تغییر شکل سطح زمین می شود. یک زلزله هر اندازه انرژی بیشتری داشته باشد، فقط در محدوده  رومرکز موجب حداکثر ویرانگری سازه ها می گردد و به ترتیب فاصله از مرکز درونی ، انرژی آزاد شده در سنگها مستهلک می شود تا اینکه در فواصل خیلی زیاد کلیه انرژی آن مستهلک شود. با توجه به این  مطلب ، یک زلزله معین با بزرگی مشخص طبق قانون استهلاک انرژی ، در فواصل مختلف دارای شدتهای متفاوتی است و با فاصله گرفتن از کانون زمینلرزه میزان خسارت رسانی آن به سازه ها کمتر می گردد. با توجه به تئوری انتشار امواج ، شرایط زمین شناسی و زمین ساخت شهرکرد از یک طرف و تعیین شعاع تخریبی و شعاع احساس یک زمینلرزه معین از جانب دیگر، محدوده بررسی زلزله بیشتر از محدوده جغرافیایی شهرکرد می باشد[٢].

١-٣ زمین شناسی منطقه

 منطقه چهارمحال و بختیاری بویژه حوزه لرزه شناسی این طرح ، از چهار بخش

اساسی تشکیل شده که از جنوب باختری به شمال خاوری شامل موارد ذیل می باشد :

١. زاگرس چین خورده

٢. بلند زاگرس

٣. سنندج – سیرجان

٤. ایران مرکزی

 وجود چهار بخش فوق موجب تفاوتهایی در سیمای تکتونیکی ، زمین شناسی و لرزه ویرانگر، شده اند.

سنندج - سیرجان : این بخش در شمال غربی ابرگسله زاگرس و جنوب تا جنوب شرقی گسله رخ قرار گرفته است . از دیدگاه تکتونیک صفحه ای ، بخش سنندج - سیرجان درست در محل برخورد دو صفحه واقع شده است و به دلیل اثرات شدید تکتونیکی بلندای آن از زاگرس مرتفع کمتر است . هیچگونه گسل سایزموژنی در این بخش شناسایی نشده است .

 ساختگاه شهرکرد و پیرامون آن طبق تقسیم بندی نوروزی از سازمان انرژی اتمی و آیین نامه ٢٨٠٠ وزارت مسکن و شهرسازی [٧] به ترتیب در ایالت های لرزه خیز شماره ٩ و در پهنه با شتاب و خطر لرزه خیزی بالا قرارگرفته است [٣]. از طرف دیگر موقعیت طرح در منطقه زمین ساخت سنندج - سیرجان قرارگرفته است .                                

Abstract

Iran is one of the countries in seismic area with some earthquake during the time this

research studied the amount of vulnerability of concrete buildings in Shahre Kord.

At first was studied the specifications, the statues of tectonics, active fault area, and

the used construction materials for prepare concrete in Shahre Kord .  by using of other

studies in different places a questionnaire was prepared by this questionnaire   studied the

buildings about quality of used materials, place of prepared them, quality and curing

concrete, way of execution and infill wall's kind of to observe permissible distance with

neighboring buildings, quality and slope of earth in place of building, kind of podium below

the foundation and emergency exits. By this gathered information was analyzed the effect of

non-carry out of above principles .this information was registered in a table and this items

get distinction by using of new method.

With add up this distinctions the situation of buildings vulnerability was cleared. This

study showed that %70 of building was safe and %30 of buildings needs to more consider.

Then 2 residential block and 1 educational Center in this area was analyzed with

IDARC software and with help of 4 Tabas, Manjil, Noghan and Bam earthquake with 0.35g,

0.5g, 0.5g, 0.75g accelerations.

The results showed theaters denial block with out shear wall and educational center

on 0.75g acceleration with Tabas and Bam earthquake and residential block with shear wall

is completely safe. this qualitative analyzed showed that %19 of choused buildings are

vulnerable.

Important factors of vulnerability Shaher Kord building are the way of prepare

concrete (with manual batch plant), making the building in slope with bedding podium and

made heavy middle plane in down tier in 3 direct of building.