مارین سازه،مفهوم لرزه ای

مفهوم لرزه‌اي

مفهوم لرزه‌اي از زماني به فرهنگ و ادبيات مهندسي افزوده شد كه مهندسان بر حسب تجربه دريافتند براي تامين ايمني سازه‌ها ناگزير بايد اثر تكان‌هاي شديد زمين را كه به صورت ادواري حادث مي‌گردد در نظر گرفت. در واقع لطمات ناشي از زلزله‌هاي بزرگ و كوچك و كوشش براي احتراز از اين لطمات، عامل اصلي تكوين و رشد روش‌ها و مشخص شدن معيارهاي تامين ايمني ساختمان‌ها در برابر زلزله بوده‌اند و به‌طور بديهي هرچه مراكز تجمع جمعيت بزرگ‌تر شده‌اند، به دليل افزايش آسيب‌پذيري بالقوه آن‌ها در برابر زلزله،ضرورت تامين ايمني آن‌ها در برابر زلزله محسوس‌تر و تلاش براي يافتن راه‌حلي به منظور تامين ايمني بيشتر شده است. پيشگامان اين راه دانشمندان كشور ژاپن و در پي آن دانشمندان ايالات متحده آمريكا بوده‌اند. اولين اقدام عملي در اين راه انجام پژوهش‌هایي در دانشگاه توكيو از سال‌هاي 1910 براي شناختن رفتار ساختمان‌ها درزمان وقوع زلزله و تامين پايداري آن‌ها به ابتكار دكتر ر.سانو بوده است.
در ايالات متحده آمريكا پس از زلزله سال 1906 سانفرانسيسكو و حريق فراگير ناشي از آن در ساختمان‌هاي چوبي ابتدا حريق در مركز توجه قرار گرفت، ولي به‌تدريج توجه به سمت تامين پايداري ساختمان‌ها در برابر زلزله معطوف شد و در سال 1925 پس از زلزله سانتاباربارا براي اولين بار ضوابط و معيارهایي براي تأمين پايداري ساختمان‌ها در برابر زلزله در آیین‌نامه متحدالشكل آمريكا مطرح شدند كه رعايت آن‌ها اختياري بوده و حدود 10سال طول كشيد كه رعايت اين ضوابط از حالت اختياري خارج و اجباري گردد.
تدوين ضوابط براي تأمين ايمني ساختمان‌ها در برابر زلزله به تدريج در ساير كشورها نيز آغاز گرديد و هنوز تلاش براي افزايش دقت و پالايش اين ضوابط به‌طور گسترده و جهاني ادامه دارد. در كشور ما نيز پس از زلزله ويرانگر بوئين زهرا در سال 1341 تلاش براي تدوين اولين مدرك آیین‌نامه‌اي به‌منظور تأمين ايمني ساختمان‌ها در برابر زلزله در چارچوب دفتر فني سازمان برنامه آغاز گرديد.
با توجه به اينكه تلاش مهندسان براي طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله زمانی شروع شد كه ده‌ها سال از تدوين ضوابط طراحي و تأمين ايمني ساختمان‌ها در مقابل بارهاي قائم مي‌گذشت، به‌طور طبيعي براي طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله از همان الگوي تأمين ايمني در مقابل بارهاي قائم كمك گرفتند و همان‌طور كه تأمين ايمني در مقابل بارهاي قائم و گاه بارهاي جانبي باد با برداشتي «يقين انديشانه» به «تأمين مقاومت» اجزا و عناصر سازه‌اي مشخص در محدوده ارتجاعي مصالح در مقابل نيروهاي مشخص محدود مي‌شد، كوشش به عمل آمد كه اثر زلزله را نيز به صورت نيرویي جانبي در نظر داشته و بر روي ساختمان اثر بدهند.
در اولين ضوابط مربوط به طراحي ساختمان‌ها در برابر زلزله با اين استدلال كه در زمان وقوع زلزله، ساختمان تحت اثر (شتاب زمين) قرار مي‌گيرد و اين شتاب به پديد آمدن نيروي اينرسي مي‌انجامد، درصدي از وزن ساختمان و بارهاي ديگر موجود در آن را به صورت نيرویي افقي بر ساختمان اثر دادند و تصور حاكم اين بود كه با تأمين «مقاومت» اجزا و عناصر سازه‌اي در برابر اين نيرو در محيط ارتجاعي، مي‌توان ايمني در برابر زلزله را تأمين كرد و مانع خرابي ساختمان شد. به اين ترتيب «طراحي براي مقاومت در برابر زلزله» شكل گرفت. ولي به دليل قدرت تخريبي زياد مشاهده شده در زلزله‌هاي شديد و نامشخص بودن سقف آن در هر تجديد نظر، درصد منظور شده در ضوابط افزايش داده مي‌شد و خيلي زود آشكار گرديد كه با پذيرش رفتار ارتجاعي اجزا و عناصر سازه‌اي، ابعاد اين اجزا و عناصر به‌طور غير متعارف بزرگ مي‌شوند و عملاً امكانات موجود در اكثر موارد پاسخگوي اين راه‌حل نيست.
لازم به ذكر است وجود سازه‌اي با مشخصات لازم كه بتواند در برابر شتاب زمين مقاومت كافي در محدوده ارتجاعي داشته باشد مفيد خواهد بود.نكته مهم در اين خصوص آن است كه شكل‌پذيري مصالح و در واقع محدوده غير ارتجاعي در صورتي كارآمد خواهد بود كه سازه از حالت فيزيكي اوليه خارج شده و به محدوده غير بازگشت وارد شود. در اين حالت با توجه به درصد احتمال وقوع زلزله و مسائل اقتصادي به ناچار تنها تأمين ايمني جاني در دستور كار طراحي قرار گرفته و به از دست رفتن حالت فيزيكي اوليه سازه رضايت داده مي‌شود.
وقتي مهندسان دريافتند كه تأمين ايمني ساختمان‌ها در برابر نيروهاي زلزله با همان الگوي تأمين ايمني در برابر بارهاي قائم عملي نيست، جستجوي راه‌حل‌هاي ديگر را در دستور كارشان قرار دادند. در اولين پژوهش‌ها مشخص گرديد كه بايد تفاوت ماهيت موجود بين بارهاي قائم و نيروهاي اينرسي ناشي از زلزله را در بررسي ايمني ساختمان‌ها در برابر زلزله مدنظر داشت. مقادير بارهاي قائم در جريان زلزله تغييري نمي‌كنند و ثابت باقي مي‌مانند، ولي نيروهاي اينرسي تابع شتاب اعمالي به ساختمان در اثر زلزله بوده و با تغيير مقدار شتاب تغيير مي‌كنند و در واقع نمايانگر انرژي حركتي القا شده به ساختمان مي‌باشند كه بايد توسط ساختمان جذب و مستهلك شود. با عنايت به اينكه بخشي از اين انرژي مي‌تواند با تغيير شكل‌هاي ارتجاعي و بخشي ديگر با تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي جذب شوند و اگر ساختمان قادر به جذب و اتلاف انرژي حركتي از اين طريق نباشد، خرابي آن حتمي خواهد بود؛ مهندسان تلاش كردند كه با پذيرش خرابي‌هاي محدود قابل كنترل و با قبول درهم شكستن موضعي بخش‌هایي از اجزا و عناصر متشكله سازه ساختمان كه خرابي آن‌ها باعث فرو پاشي ساختمان نمي‌شود و پس از زلزله به سادگي قابل بهسازي باشد، نيروهاي زلزله را جذب و مستهلك نمايند. به عبارت ديگر سعي كردند كه اگر نمي‌توان از بروز خرابي جلوگيري كرد، آن را به جایي منتقل نمود كه آثار زيانبارش كمتر و جبران آن‌ها پس از زلزله آسان‌تر باشد. به علاوه براي محدود كردن آثار جانبي خرابي سعي شد كه پديدار شدن گسيختگي در اجزا و عناصر سازه حالت ترد و ناگهاني نداشته و به صورت تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي و تشكيل مفصل‌هاي خميري باشد. به اين ترتيب به‌تدريج اهميت تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي براي جذب و اتلاف القا شده به ساختمان در اثر زلزله روشن شد و ابتدا مفهوم «شكل‌پذيري» در ضوابط طراحي منعكس و سپس «طراحي براي ظرفيت» شكل گرفت.
موضوع محوري «طراحي براي ظرفيت» ، جذب و اتلاف انرژي حركتي زلزله به كمك تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي و تشكيل مفصل‌هاي خميري در مقاطع و مناطق از پيش‌تعيين شده سازه مي‌باشد كه به‌طور بديهي مستلزم آن است كه سازه نامعين (هيپرستاتيك) و داراي پيوندهاي اضافي مناسب باشد، به‌طوري‌كه با از بين رفتن تعدادي از اين پيوندها در اثر تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي سازه فرو نريزد.
به‌موازات اين تغيير و تحولات اهميت تغيير مكان‌هاي جانبي نقاط مختلف، اجزاء و عناصر سازه‌اي در پايداري سازه‌ها، روشن و محدود كردن اين تغيير مكان‌ها به منظور تأمين ايمني در برابر نيروهاي زلزله ضرورت يافت، به‌ويژه توجه به اين نكته معطوف گرديد كه گرچه بروز تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي و تشكيل مفصل‌هاي خميري كار جذب و اتلاف انرژي حركتي ناشي از تكان‌هاي شديد زمين را تسهيل مي‌نمايد، ولي تغيير مكان‌هاي جانبي سازه نسبت به تغيير مكان‌هاي نظير رفتار ارتجاعي بيشتر مي‌شوند و اين مسئله از لحاظ انطباق با ضوابط و قيود آیين‌نامه‌اي مربوط به تغيير مكان‌هاي جانبي بايد در طراحي ملحوظ شود. هم‌چنين به‌تدريج با توجه به اينكه در همه احوال منظور از طراحي تامين و حفظ قابليت بهره‌برداري از ساختمان است و سازه فقط بخشي از اين قابليت را فراهم مي‌كند و اجزا و عناصر غير سازه‌اي هم در تامين قابليت بهره‌برداري از ساختمان نقش اساسي دارند، به‌تدريج ضوابط و قيودي هر چند كمرنگ در آیين‌نامه‌ها و ضوابط تأمين ايمني ساختمان‌ها در برابر زلزله وارد شدند.
حال مي‌توان گفت «بهسازي» وقتي مطرح مي‌شود كه ساختماني به هر علت آسيب ديده يا احتمال آسيب ديدنش در شرايط مختلف و به صورت عام وجود داشته باشد. اما بهسازي لرزه‌اي به‌طور عمده زمانی مطرح مي‌شود كه كاهش احتمال آسيب‌پذيري و بروز نارسایی‌هاي كوچك يا بزرگ در ساختمان در اثر زلزله مدنظر باشد.
در اولين كارهاي بهسازي كه مهندسان به عهده گرفتند، به‌طور طبيعي تلاش‌ها متوجه تعميم مقررات تامين ايمني ساختمان‌هاي نوساز، بر امر بهسازي ساختمان‌هاي موجود بود ولي اين تجربيات حاصل نشان دادند كه رعايت اين مقررات سنتي در بهسازي خواه به منظور «اعاده كيفيت» ساختمان‌هاي آسيب‌ديده و خواه به منظور «ارتقاي كيفيت» ساختمان‌هایي كه انجام وظيفه يا وظایفي سنگين‌تر از آن‌ها مورد نظر بوده يا با تغيير آيين‌نامه‌ها نسبت به آيين‌نامه‌هاي جديد ضعيف مي‌باشند، دخالت بسيار در وضع موجود ساختمان را ايجاب مي‌كند و به مراتب پرهزينه‌تر از اعمال مقررات مزبور در ساختمان‌هاي در دست طراحي و ساخت است و امكاناتي قابل ملاحظه مي‌طلبد كه فراهم كردن اين امكانات اگر غير ممكن نباشد، اغلب بسيار مشكل است به‌طوري‌كه در اغلب موارد پافشاري در كاربرد مقررات سنتي نوسازي در امر بهسازي كار را به بن‌بست مي‌كشاند. در اين زمينه كوشش براي يافتن راه‌حل ادامه يافت و مهندسان دست‌اندركار بهسازي به‌تدريج به اين نتيجه رسيدند كه اگر نمي‌توان با هزينه‌اي منطقي و معقول ايمني ساختماني را تا حد يك ساختمان نوساز بالا برد، دليل ندارد كه آن را به حال خود رها كرد. بلكه عقل سليم و منطق مهندسي حكم مي‌كنند كه با اختيار كردن حداقل ميزان دخالت در وضع ساختمان متناسب با امكانات و اقتصاد، هر ميزان ايمني را كه دستيابي به آن در چارچوب منطق و امكانات ميسر است تامين كنيم. اهميت اين راه‌حل موقعي بيشتر شد كه از سویي بر مبناي شناخت بيشتر از پديده زلزله آیین‌نامه‌هاي روز‌آمد تأمين ايمني ساختمان‌ها در برابر زلزله محدوديت‌هایي بيشتر براي طراحي ساختمان‌ها در نظر گرفتند و از سویي ديگر توقع جوامع انساني براي تأمين ايمني با سرعت رو به افزايش نهاد و «بهسازي لرزه‌اي ساختمان‌هاي موجود» در دستور كار روز قرار گرفت، زيرا مسئله از دو حال خارج نيست؛ يا ساختمان‌ها براساس آیين‌نامه‌ای معتبر براي زلزله طراحي نشده بودند و يا براساس آیين‌نامه‌هاي پيشين طراحي شده بودند كه نيروها و محدويت‌هایي كمتر نسبت به آیين‌نامه‌هاي جديد اعمال مي‌كردند و لذا در هر دو حال ايمني ساختمان‌ها در برابر نيروهاي زلزله مورد ترديد بود و مي‌بايست مورد بررسي قرار مي‌گرفت و به‌طوري بديهي با توجه به حجم زياد ساختمان‌ها و محدوديت امكانات، تأمين ايمني همه ساختمان‌هاي موجود درحد ساختمانه‌اي نوساز ميسر نبوده و چاره‌اي جز اين نبود كه به تأمين ايمني نسبي در حد مقدورات اكتفا شود. وقتي كه به اين ترتيب بهسازي براي تأمين ايمني محدود ضرورت يافت براي احتراز از اعمال سليقه‌هاي متفاوت و ضابطه‌مند كردن امر بهسازي با پذيرش ايمني نسبي فكر تدوين ضوابطي براي بهسازي ساختمان‌هاي موجود در مجامع مهندسي پديد آمد.
كار تدوين اين ضوابط با تعريف «سطوح عملكرد ساختمان» شامل «سطوح عملكرد سازه‌اي»‌ و «سطوح عملكرد غير سازه‌اي»‌ از يك سو و تعريف سطوح مخاطرات زلزله تهديد كننده ساختمان‌ها از سویي ديگر آغاز شد و به‌تدريج به تدوين «ضوابط بهسازي لرزه‌اي ساختمان‌هاي موجود» انجاميد. به اين ترتيب با تجديدنظر در فلسفه بهسازي، بهسازي از قيد آیين‌نامه‌هاي طراحي و ساخت ساختمان‌هاي نوساز رها گرديد.
براساس اين ضوابط «بهسازي لرزه‌اي» را مي‌توان نوعي «بهينه‌سازي» در «بهسازي» دانست كه شاخصه اصلي آن تامين ايمني به‌طور نسبي متناسب با مقدورات و امكانات براي تمام اجزا و عناصر ساختمان اعم از سازه‌اي و غير سازه‌اي است براساس اين دستورالعمل وقتي صحبت از بهسازي لرزه‌اي ساختاري به ميان مي‌آيد، مفهومش اين است كه ساختمان مزبور كمابيش عملكرد لازم را در برابر زلزله ندارد.
عملكرد ساختمان همان‌طور كه ديديم مشتمل بر دو مولفه است عملكرد سازه‌اي و عملكرد غيرسازه‌اي. عملكرد سازه‌اي به‌طور بديهي به سازه ساختمان مربوط مي‌شود و عملكرد غير سازه‌اي اقلام معماري و تاسيساتي را شامل مي‌گردد.
وقتي گفته مي‌شود كه سازه يك ساختمان عملكرد لازم ندارد، محتمل است كه يكي يا تعدادي از نارسایي‌هاي مشروحه زير را داشته باشد:
1.   برخي از اجزاي سازه يا كل آن مقاومت كافي در برابر نيروهاي ناشي از زلزله را نداشته باشند و تلاش‌ها و تنش‌ها در مقاطع مختلف سازه از حد قابل پذيرش فراتر روند.
2.   برخي از اجزاي سازه يا كل آن فاقد «سختي» مناسب در برابر اثر نيروي ناشي از زلزله مي‌باشند.
3.   برخي از اجزاي سازه يا كل آن از «شكل‌پذيري» كافي برخوردار نباشند و نتوانند انرژي منتقله از زلزله به ساختمان را گرفته از طريق احراز تغيير شكل‌هاي فرا ارتجاعي در مقاطع و اجزاي از پيش‌تعيين شده بدون درهم شكستن و فرو ريختن ساختمان تلف نمايند.
با توجه به آنچه گذشت مي‌توان نتيجه گرفت كه «مقاوم‌سازی» جزئي از يك كل به نام «بهسازي لرزه‌اي» است. در حالي‌كه بهسازي لرزه‌اي جامع‌نگر و فراگير است و همه اجزا و عناصر ساختمان اعم از سازه‌اي و غير سازه‌اي را شامل مي‌شود و مي‌تواند به درجات مختلف صورت گيرد و با رعايت موازين بهسازي لرزه‌اي متناسب با امكانات موجود مي‌توان ايمني را كم يا زياد اختيار نمود و زمان و هزينه لازم براي بهسازي را كاهش يا افزايش داد. به عبارت ديگر فرق «مقاوم‌سازی» با «بهسازي لرزه‌اي» فرق موجود بين يك «جزء» محدود و غير قابل انعطاف با يك «كل» فراگير و انعطاف‌پذير است.
با توجه به مطالب ذكر شده مقاوم‌سازی سازه‌هاي بتني با كامپوزيت FRP به عنوان جزيي از بهسازي لرزه‌اي اجزاي سازه‌هاي بتني كه داراي كمترين دخالت ممكن در وضعيت موجود ساختمان مي‌باشد به عنوان روش برتر معرفی می‌گردد.

شرکت فنی و مهندسی مارین سازه مفتخر است آمادگی خود را به منظور ارائه خدمات فنی و مهندسی ( طرح و اجرا ) در زمینه‌های مختلف مهندسی به شرح زیر در شهرهای تهران، کرج، هشتگرد، قزوین، سمنان، قم، قشم، کیش و سایر نقاط کشور اعلام نماید.
1.   طراحی، تولید، نصب و راه‌اندازی انواع اسکله‌های شناور بتنی در کاربری‌های متنوع و چند منظوره
2.   بهسازی لرزه‌ای و مقاوم‌ساز انواع سازه‌ها و ساختمان‌ها ( طرح و اجرا )
3.   طراحی و اجرای کلیه نقشه‌های معماری و سازه
4.   طراحی و اجرای سازه‌های خاص