- 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]