– امانت^[۲۷] و هاگو^[۲۸] در سال ۲۰۰۹ نشان دادند چنانچه طبقه همکف فاقد دیوار باشد و طبقات فوقانی دارای دیوار باشند به گونه ­ای که طبقه نرم حادث شود، برش پایه می ­تواند بیش از ۲ برابر نسبت به مقادیر حاصل از تحلیل استاتیکی (در حالت وجود یا عدم وجود دیوارها) افزایش یابد. [۲۰]
– کراک^[۲۹] در سال ۲۰۱۰ طبقه ضعیف را در سازه­های بتن مسلح مورد بررسی قرار داد. محاسبات برای مدل ساختمان با تعداد دهنه و ارتفاع متغییر انجام شد. بررسی مدل­های ضعیف عیناً مشابه ساختمان­های آسیب دیده تحت زلزله بودند. به نظر ایشان برخی از اثرات نامطلوب نامنظمی در ارتفاع با اجرای تمهیدات مناسب قابل پیشگیری است. [۲۱]

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

۱-۶- ویژگی­های طبقه نرم
برای سازه ­هایی دارای طبقه­ی نرم دو ویژگی ذکر می­ شود:
۱- طبقه­ی نرم در مقایسه با سایر طبقات انعطاف پذیرتر بوده و در اثر نیروی افقی زلزله جابجایی افقی این طبقه بسیار بزرگتر از سایر طبقات است.
در بعضی از آیین نامه­ ها مانند استاندارد اروپا^[۳۰] حداکثر تغییر مکان نسبی در هر طبقه در جهت نیروی زلزله تعیین شده که این مقدار نباید بیش از ۲۰ درصد تغییر مکان نسبی طبقات دیگر باشد. تغییرمکان جانبی بیش از حد در طبقه نرم باعث ایجاد مفاصل پلاستیک و تغییرشکل های ماندگار در سازه می­ شود.
شکل ۱-۱۶: انعطاف پذیری بیش از حد طبقه نرم در مقایسه با سایر طبقات [۲۲]
۲- طبقه­ی نرم در مقایسه با سایر طبقات ضعیف­تر بوده و در برابر نیروی افقی زلزله نسبت به سایر طبقات مقاومت کمتری دارد. [۲۲]
اگر مقاومت طبقه اول بیش از ۳ برابر مقاومت طبقه همکف شود ایجاد طبقه نرم اجتناب ناپذیر است. به طور معمول تشخیص و تمایز بین طبقه نرم و طبقه ضعیف بسهولت میسر نمی ­باشد. سختی برابر است با نیروی مورد نیاز برای ایجاد تغییرمکان واحد و یا عبارت است از شیب منحنی نیرو-تغییرمکان، ولی مقاومت برابر است با حداکثر نیروی مورد نیاز سیستم. طبقه نرم به سختی و طبقه ضعیف به مقاومت مربوط می­باشد. معمولاً در ۸۰ درصد موارد یک طبقه نرم، طبقه ضعیف نیز هست. یک ستون ممکن است دارای سختی کمی بوده اما مقاوم باشد و یا می ­تواند سخت باشد اما ضعیف تلقی شود. تغییرات در ابعاد و ارتفاع ستون می ­تواند در سختی و مقاومت آن موثر باشد و بایستی در نظر گرفته شوند.
۱-۷- عوامل موثر بر ایجاد طبقه نرم
طبقه نرم باید با مقایسه بین طبقه مورد نظر و طبقات مجاور تعیین ­شود که برخی از عوامل ایجاد طبقه نرم عبارتند از:
۱- اثر میانقاب­ها یا دیوارهای جدا کننده (منظور میانقاب­های متصل به قاب بوده که بر رفتار قاب تاثیر می­گذارند.)
۲- اثر ارتفاع
۳- حذف بادبندها
۴- حذف دیوار برشی
شکل ۱-۱۷: ایجاد مکانیسم طبقه در ساختمان در حال ساخت در آستانه ریزش (ایتالیا، ۱۹۷۶). [۱۷]
شکل ۱-۱۸: تغییرشکل ناشی از طبقه نرم. [۱۷]
۱-۷-۱- اثر میانقاب­ها و دیوارهای جدا کننده
در فرایند تحلیل و طراحی، ساختمان­ها صرفاً به صورت قاب­های متشکل از اعضای اصلی سازه­ای از قبیل تیرها، ستون­ها و مهاربندها در نظر گرفته می­شوند اما غالباً، قاب­های ساختمانی در نواحی میانی یا پیرامونی ساختمان با دیوارهای مصالح بنایی به عنوان پارتیشن­ها یا عایق­های صوتی و حرارتی (میان­قاب­ها) پر می­شوند که دیگر رفتار آنها با رفتار قاب خالی یکسان نیست. یکی از متداول­ترین حالات کاهش سختی حذف میان­قاب­ها یا تیغه­های جدا کننده در طبقه نرم می­باشد این کاهش سختی مطابق نمودارهای ۱-۱ و ۱-۲ موجب افزایش میزان جابجایی در سازه در اثر زلزله می­گردد. [۲۳] در نمودار ۱-۱ سختی دو سازه­ یکی دارای میان­قاب و دیگری بدون میان­قاب با یکدیگر مقایسه شده است. همان­گونه که مشاهده می­ شود سختی که شیب منحنی نیرو-تغییر مکان است، در سازه دارای میان­قاب بیشتر از سازه بدون میان­قاب یا سازه نرم می­باشد. یعنی اگر سختی سازه نرم برابر k فرض شود آنگاه سختی سازه سخت ak خواهد بود. در نمودار ۱-۲ نیز مشاهده می­ شود که به ازای نیروی یکسان، سازه نرم جابجایی بیشتری را نسبت به سازه سخت متحمل می­ شود. حال اگر تنها یک طبقه از یک ساختمان دارای طبقه نرم باشد، آنگاه تنها آن طبقه دچار بیشترین جابجایی می شود و اگر ستون­ها توان تحمل این جابجایی را نداشته باشند می­شکنند.
نمودار ۱-۱: افزایش سختی سازه به علت وجود دیوار [۲۳]
نمودار ۱-۲: کاهش جابجایی جانبی سازه به علت وجود دیوار [۲۳]
در واقع یکی از دلایل عمده خرابی ساختمان­ها در زلزله­های شدید عدم پیوستگی اجزای باربر جانبی در ارتفاع سازه می­باشد. حال با توجه به آن که میان­قاب­ها به صورت اعضای غیرسازه­ای تلقی می­شوند، لذا اثر آنها در تحلیل سازه نادیده گرفته می­ شود. این در حالی است که در هنگام وقوع زلزله­های شدید و متوسط میانقاب­های مصالح بنایی با قاب محیطی خود برخورده نموده و نیروهای اندرکنش ایجاد شده در بین آنها، باعث افزایش ظرفیت باربری و سختی جانبی سازه می­گردد. به عبارت دیگر این دیوارهای غیر باربر همانند دیوار برشی عمل می­ کنند و در نهایت موجب می­شوند که سازه در قسمت­ های دارای دیوار پرکننده مانند یک بلوک مستقل عمل کنند. اما در طبقه نرم جابجایی­های رفت و برگشتی موجب تشکیل مفصل پلاستیک در بالا و پایین ستون طبقه نرم می­ شود. لنگرهای خمشی ایجاد شده در این مفاصل پلاستیک، موجب تغییر شکل بیش از حد شده و در نهایت ممکن است طبقه نرم به طور کامل منهدم شود، در حالی که طبقات فوقانی به دلیل سختی زیاد چندان دچار تغییر شکل نمی­شوند و تقریباً سالم بر روی طبقه نرم سقوط کنند یا ممکن است در اثر رخداد زلزله، طبقه نرم دچار تغییر شکل (جابجایی نسبی) دائمی گردد که غیر قابل تعمیر بوده و عملاً سازه را از لحاظ بهره ­برداری ساقط می­ کند. [۲۴]
شکل ۱-۱۹: مقایسه سازه واقعی و سازه طراحی شده در واقعیت [۲۳]
اگر طبقه نرم در طبقه همکف قرار گیرد در اثر نیروی زلزله طبقات بالایی طبقه­ی نرم به علت وجود میان­قاب­ها سخت­تر عمل کرده و مانند یک بلوک صلب به تنهایی شروع به حرکت می­ کنند. در نتیجه بیشتر جابجایی افقی ناشی از زلزله به طبقه­ی همکف وارد می­ شود. این نوع حرکت به پاندول معکوس تشبیه شده است که ستون­های طبقه همکف مانند دسته­ی پاندول و طبقات بالایی طبقه­ی نرم مانند جرم عمل می­ کنند. ایجاد طبقه نرم موجب مخدوش شدن فرض حاکمیت مود اول ارتعاش در تحلیل استاتیکی معادل و افزایش بار وارده به طبقه همکف می­ شود و نتیجه آن، بروز مشکلات در رفتار لرزه­ای سازه، افزایش جابجایی نسبی طبقه و خسارت به ساختمان است. [۲۵] طبقه­ی نرم همچنین می ­تواند در طبقات میانی نیز رخ دهد که همان­طور که در پاراگراف قبل توضیح داده شد منجر به آسیب رسیدن به ستون­ها شده و بیشترین جابجایی افقی ناشی از زلزله را به خود اختصاص می­دهد. [۲۶]
شکل ۱-۲۰: چگونگی عملکرد سازه دارای طبقه نرم در زلزله. [۲۲]
۱-۷-۲- اثر ارتفاع
یکی دیگر از عوامل موثر بر ایجاد طبقه نرم، ارتفاع زیاد یکی از طبقات مطابق شکل ۱-۲۱ در مقایسه با طبقات دیگر می­باشد. این پدیده اغلب در طبقات همکف به دلیل کاربری تجاری یا طبقات میانی با کاربری به صورت سالن­های اجتماعات دیده می­ شود که این عامل نیز باعث کاهش سختی طبقه مذکور نسبت به طبقات دیگر شده و منجر به ایجاد طبقه نرم در سازه می­­شود. [۲۷]
شکل ۱-۲۱: چگونگی عملکرد سازه دارای طبقه نرم در زلزله [۲۲]
۱-۸- چگونگی طراحی برای جلوگیری از ایجاد طبقه نرم
پس از طراحی سازه باید بند ۶-۷-۱-۸-۱-۲ بند «ب» مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (مقایسه سختی طبقات)، کنترل شده تا از پدیده طبقه نرم جلوگیری شود. به وسیله تحلیل دینامیکی سازه، اثر سختی و مقاومت میان­قاب­ها و تغییر شکل­های ارتجاعی در اعضا به ویژه در طبقه نرم مشخص می­گردد. سپس با صرفه نظر کردن از اثر میان­قاب­ها در طبقات دیگر، ضوابط طراحی زیر را باید در نظر گرفت:
بند ۱-۴-۶ ویرایش چهارم آیین­ نامه ۲۸۰۰ بیان می­ کند که اگر یکی از اعضای غیرسازه­ای مزاحمتی برای حرکت اعضای سازه­ای در زمان وقوع زلزله ایجاد کنند، باید اثر اندرکنش این اعضا با سیستم سازه را در تحلیل در نظر گرفت.
بند۳-۱۰ (افزایش بار طراحی در ستون­های خاص) ویرایش چهارم آیین­ نامه ۲۸۰۰ بیان می­ کند که در صورتی که بر خلاف بند ۱-۴ یکی از اعضای جانبی باربر، مانند دیوار برشی یا بادبندها تا روی شالوده ادامه پیدا نکند، ستون­ها، تیرها، خرپاها و دال­هایی که این اعضا را تحمل می­ کنند باید دارای مقاومت طراحی لازم برای مقابله با حداکثر نیروی زلزله طبق ترکیب بارهای دارای ضریب اضافه مقاومت باشند که اعضای غیر ممتد در صورت ممتد بودن قادر به انتقال آنها می­بودند. ترکیب بارهای مذکور به شرح زیر بوده و این ترکیبات اضافه بر ترکیباتی هستند که در طراحی سازه معمولی از آنها استفاده می­ شود. منظور از مقاومت، مقاومت نهایی است که در طراحی به روش تنش مجاز با در نظر گرفتن ۷/۱ برابر مقادیر تنش مجاز عادی بدست می ­آید. [۱]
و ۱-۱
این در حالی است که در ویرایش سوم آیین­ نامه ۲۸۰۰ در بند ۱۳-۱۰ آورده شده بود: در موارد ضروری که برخلاف توصیه بند ۸-۱ یکی از اعضای جانبی باربر، مانند دیوار برشی یا قاب بادبندی شده تا روی شالوده ادامه پیدا نمی­کند، ستون­هایی که این عضو را تحمل می­ کنند باید مقاومتی حداقل برابر با بارهای بدست آمده از ترکیبات زیر باشند، این ترکیبات اضافه بر ترکیباتی هستند که در طراحی سازه معمولی به کار برده می­شوند.
و ۱-۲
در مواردی که طبقه نرم در اثر حذف دیوار برشی، حذف بادبندها و حذف میان­قاب­ها (چون میان­قاب­های مصالح بنایی با قاب محیطی خود برخورده نموده و نیروهای اندرکنش ایجاد شده در بین آنها، باعث افزایش ظرفیت باربری و سختی جانبی سازه می­گردد) ایجاد شده باشد، ترکیب بار ذکر شده در بالا نیز اعمال می­گردد.
در ویرایش سوم آیین­ نامه ۲۸۰۰، ضریب افزایش مقاومت برای تمامی حالات ۸/۲ در نظر گرفته شده در حالی که در ویرایش چهارم باید این ضریب به طور دقیق محاسبه شود تا منجر به طراحی­های دست بالا یا پایین نشود. اگر ستون­های طبقه نرم براساس ضریب محاسباتی طراحی شوند، هم از ظرفیت­های موجود به طور بهینه استفاده می­ شود و هم شاهد حوادث ناگوار (مانند شکست طبقه نرم) در زلزله­های آتی نخواهیم بود.
۱-۹- تجزیه و تحلیل نیروهای وارد به طبقه نرم
از نظر رفتاری می­توان رفتار طبقه نرم را با یک سیستم جداگر لرزه­ای شبیه سازی و مقایسه کرد. در ساختمان­های دارای طبقه همکف نرم، ستون­های طبقه نرم شبیه جداگرهای لرزه­ای عمل نموده و ظرفیت قابل تحمل برش پایه ساختمان ، به اندازه مقاومت خمشی ستون­ها ()، محدود می­گردد:
۱-۳
علاوه­بر­این، تجربیات زلزله­های مختلف نشان می­دهد که معمولاً در این ساختمان­ها همانند ساختمان­های دارای سیستم جداگر لرزه­ای در طبقات بالاتر طبقه نرم (جداگر لرزه­ای معادل) هیچ گونه آسیبی مشاهده نمی­ شود یا میزان آسیب اندک است. مشکل بزرگ در این ساختمان­ها ایجاد تغییر شکل­های بزرگ در طبقه نرم است که از ظرفیت شکل­پذیری ستون­های خمشی آن طبقه بیشتر می­باشد و سبب ایجاد چرخش­های پلاستیک بزرگ و خرابی در نواحی اتصالی که لنگر ماکزیمم در آنجا اتفاق می­افتد، می­ شود. چرخش مفاصل پلاستیک در انتهای ستون­های طبقه نرم از رابطه زیر قابل دسترسی است:
۱-۴
با توجه به روابط ۱-۳ و ۱-۴، رفتار ساختمان­های دارای طبقه همکف نرم تحت اثر بارهای جانبی به وسیله منحنی برش پایه در مقابل جابجایی جانبی آن همانند شکل ۱-۲۲ قابل نمایش است. [۲۸]
شکل ۱-۲۲: منحنی ظرفیت سازه [۲۸]
شکل ۱-۲۳: مقایسه رفتار قاب­های مختلف [۲۹]