بررسی قابلیت اعتماد ساختمانهای بنایی کلافدار یک طبقه در زلزله

ساختمانهای بنایی از متداولترین گونه های ساختمانی در ایران هستند که به شهادت زلزله های گذشته در زمره آسیب پذیرترین آنها نیز می باشند. این گونه ساختمانها کوتاه مرتبه بوده و اغلب در شهرهای کوچک یا روستاها ساخته می شوند. عضو اصلی باربر این ساختمانها را دیوارهای بنایی تشکیل می دهد. مصالح دیوارها در مقایسه با سایر مصالح مانند فولاد و بتن دارای عدم قطعیت بالایی در مشخصات مکانیکی خود است. این عدم قطعیتها بدلیل ویژگیهای ذاتی بنایی و نبود کنترلهای کیفی اجرایی آن است. برای مثال ضریب تغییرات مدول الاستیسیته بنایی در برخی مراجع 42% اشاره شده است در حالیکه این عدد در مصالح فولادی بطور میانگین 8% است. هدف از این پژوهش بررسی تأثیر این عدم قطعیت بر رفتار لرزه ای ساختمانهای بنایی کلافدار وبدون کلاف است. برای این منظور دو گام اصلی مد نظر قرار گفت: گام اول بررسی اثر عدم قطعیتهای مصالح بنایی بر رفتار دیوارهای بنایی کلافدار و بدون کلاف با تمرکز بر ویژگیهای مصالح ایرانی است. برای این منظور اطلاعات آزمایشگاهی تعیین مقاومت و سختی مصالح بنایی مختلف داخلی و خارجی جمع آوری و پارامترهای آماری آنها استخراج شد. به کمک این پارامترهای آماری مشخصات مصالح بنایی بطور احتمالاتی شبیه سازی شده و در مجموعه ای از تحلیلهای اجزای محدود غیر خطی با هندسه حجمی بکار رفت. این تحلیلها برای دو رفتار داخل و خارج از صفحه دیوارهای بنایی کلافدار و بدون کلاف با ویژگیهای مختلف صورت گرفت. نتیجه این مطالعات استخراج نمودار نیرو-تغییر مکان رفتار جانبی و توزیع احتمالاتی مقاومت و تغییر شکل نهایی در دیوارهای بنایی بوده است. از مهمترین نتایج این مطالعه مقایسه ضریب تغییرات مقاومت حداکثر و جابجایی نهایی قابل دستیابی در دیوارها است. ضریب تغییرات جابجایی نهایی در برخی موارد به 20 برابر ضریب متناظر در مقاومت حداکثر می رسید که نشاندهنده عدم قطعیت زیاد در جابجایی نهایی در مقایسه با مقاومت دیوارهای بنایی است. گام دوم بررسی تأثر عدم قطعیتها بر پاسخ لرزه ای ساختمانهای بنایی و استخراج احتمال خرابی و شاخص قابلیت اعتماد آنها در طول عمر مفیدشان است. برای بررسی اثر توأم رفتار داخل و خارج از صفحه دیوارها در ساختمان از روش تحلیل دینامیکی فزاینده دو مولفه ای تحت اثر زمین لرزه های متعدد استفاده گردید. تعداد زیاد مدلهای مورد نیاز استفاده مستقیم از مدلهای اجزای محدود حجمی غیر خطی سه بعدی دیوارها را بدلیل محدودیت زمانی و تجهیزات رایانه ای نا ممکن می ساخت. به همین دلیل مدلی متشکل از چند فنر، جرم متمرکز و فیوزهای اتصال به نام smoi ابداع شد که قابلیت شبیه سازی رفتار داخل و خارج از صفحه دیوارهای بنایی را داشته باشد. به کمک این مدل و ترکیب آن با الگوریتم خرابی پیش رونده که قابلیت پیش بینی زمان خرابی دیوار در طی تحلیل تاریخچه زمانی را داراست، مدلهای سازه با ویژگیهای احتمالاتی ساخته شده و برای زمین لرزه های متعدد تحلیل شد. در نهایت منحنی-های توزیع احتمالاتی خرابی ساختمانها استخراج و pga میانگین حد خرابی و احتمال خرابی ساختمانهای کلافدار و بدون کلافدار با دو نوع مصالح خوب و متوسط بدست آمد. از مهمترین نتایج بدست آمده در بررسی احتمالاتی ساختمانهای بنایی تأثیر کلاف در pga میانگین حد خرابی و احتمال خرابی است. pga میانگین حد خرابی ساختمانهای کلافدار تا 5/2 برابر بیشتر از ساختمانهای بدون کلاف است. علاوه بر آن احتمال خرابی ساختمانهای کلافدار تا 95 برابر کمتر از احتمال خرابی ساختمانهای بدون کلاف است. این نتیجه گیری بطور کمّی تأثیر قابل توجه کلاف را بر رفتار لرزه ای ساختمانهای بنایی نشان می دهد.