دانلود تحقیق اصول مقاوم سازی ساختمانها

مقدمه
بارهای غیر مترقبه یا غیرمعمول شامل بارهایی می‌باشند که در روش‌های متداول، سازه معمولاً برای آنها طراحی نمی‌گردد.

دو گروه عمده این بارها عبارتند از:
1- بارگذاری ناشی از انفجار
2- بارگذاری ناشی از ضربه و تصادم
انفجار ممکن است در داخل یا خارج ساختمان روی دهد.

این انفجارها می‌تواند ناشی از عواملی نظیر موارد ذیل باشد:
1- انفجار بمب
2- انفجار و مشتعل شدن گاز
3- حمل و نقل مواد شیمیایی منفجر شونده یا گاز
4- ملموس ترین نمونه از بار ضربه‌ای، تصادم وسائط نقلیه با سازه می باشد.

در این مقاله ‏‏، عملکرد اجزای ساختمان در برابر بارگذاری ناشی از این قبیل انفجارها و تصادم بررسی می‌شود.

نتایج حاصل از تحقیقات انجام گرفته بر روی نحوه بارگذاری انفجار و بررسی میدانی انجام شده بر روی حجم و میزان خرابی‌های بوجود آمده در حوادث روی داده نشان می‌دهد که بار ناشی از انفجار و تصادم از یک طبیعت دینامیک برخوردار می‌باشد، اما در هنگام طراحی اغلب آن را بصورت استاتیکی فرض کرده و کنترل ها بر آن مبنا انجام می‌گیرد.

طرحی سقف‌ها، دیواره ها و اتصالات مربوط به نحوی که مانع فروپاشی و انهدام ساختمان گردد از اهمیت به سزائی برخوردار است.

در این مقاله هدف ارائه روشهایی برای ایمن سازی ساختمانهای مسکونی آجری در مقابل انفجار و تصادم است.

برای تحقق این هدف مطالعات در چند مرحله انجام می‌گیرد.

نخست سعی می گردد، ساختمانهای بنایی رایج در کشور دسته‌بندی گردد و مشخصات فنی آنها بویژه از دیدگاه انفجار و تصادم، مورد بررسی واقع شود.

سپس کوشش خواهد شد تا بر اساس روشهای متداول و استاندارد برای آنالیز و طراحی ساختمانهای آجری، عملکرد آنها در برابر انفجار و تصادم و نقاط ضعف احتمالی در طراحی‌های معمول مورد مطالعه قرار گیرد.

در نهایت ، بر اساس مباحث بعمل آمده، توصیه‌هایی برای بهبود رفتار و مقاوم‌سازی ساختمانهای بنایی عرضه خواهد شد.

2- دسته‌بندی ساختمانهای آجری
ساختمانهای بنایی شامل کلیه ساختمانهایی است که با مصالح فشاری نظیر آجر، بلوک بتنی، سنگ خشت و امثالهم و ملات بنا گردیده و دیوارهای ضخیم باربر در آنها مسئولیت انتقال وزن سازه و سربارهای موجود را به شالوده دارند.

در میان انواع ساختمانهای بنایی،‌ ساختمانهای آجری بویژه در شهرها از فراوانی بیشتری نسبت به سایر انواع برخوردار می‌باشند و لذا تکیه ‌اصلی بحث بر روی این قبیل ساختمانها می‌باشد.

بطور کلی ساختمانهای بنایی به چهار گروه تقسیم می‌گردند.

1- ساختمانهای بنایی غیرمسلح
2- ساختمانهای بنایی نیمه مسلح
3- ساختمانهای بنایی مسلح
4- ساختمانهای بنایی مرکب
خصوصیات کلی این چهار نوع ساختمان، به اختصار بشرح زیر می‌باشد:
1- ساختمانهای بنایی غیر مسلح
این قبیل ساختمانها قدیمی‌ترین و متداولترین نوع ساختمان را در کشور تشکیل می‌دهند و در اکثر شهرها و روستاها بچشم می‌خورند.

این ساختمانها در روستاها با استفاده از مصالح محلی مانند خشت خام یا سنگ‌های رودخانه‌ای و با بکارگیری ملات گل ساخته شده و سقف آنها بصورت گنبدی از خشت خام یا تیرهای چوبی پوشیده از گل بنا شده است.

اما در شهرها اکثراً از آجرهای فشاری با کیفیت متوسط، و در برخی موارد از بلوک‌های بتنی همراه با ملات ماسه سیمان بنا می‌گردند،‌ و پوشش سقف‌ها را تیر آهن یا تیرچه بلوک، و در ساختمانهای قدیمی تر الوارهای چوبی، تشکیل می دهند.

در این ساختمانها، یعنی ساختمانهای بنایی غیر مسلح، آنچه بطور عمده مقاومت لازم را در برابر بارهای جانبی عمود بر صفحه دیوار تأمین می‌نماید، دیوارهای برگشتی موجود است.

در تصاویر (1) و (2) نمونه هایی از این ساختمانها مشاهده می‌گردد که پوشش سقف اولی با استفاده از سیستم تیرآهن و طاق ضربی و دیگری با بکارگیری تیرچه‌های پیش ساخته مسلح و بلوکهای بتنی،‌ انجام شده است.

در احداث این قبیل ساختمانها اکثراً نکات اجرایی بسیاری نادیده گرفته می‌شود از جمله این موارد می‌توان به نکات زیر اشاره نمود:
1- عدم اجرای دیوارهای برگشتی در انتهای دیوارهای باربر و طول کوتاه آنها در صورت اجرا که عملکرد مناسبی را از خود نشان نخواهد داد.

2- اتصال نامناسب دیوارهای باربر با دیوارهای عمود بر امتداد آنها به نحوی که مانع عملکرد دیوارهای مذکور بصورت پشت بند خواهد شد.

این قبیل دیوارها یا باید بصورت هشتگیر و با قفل و بست کافی و بطور همزمان احداث گردند و یا آنکه بوسیله میل مهارهای کافی به یکدیگر دوخته شوند.

3- عدم اجرای زیر سری مناسب برای قرار د ادن سیستم سقف بر روی دیوارهای باربر که موجب انتقال و پخش نامناسب بارها از سقف به دیوار و بروز ترکهای برشی در دیوار باربر و در زیر نقاط اعمال بار می‌ گردد.

همچنین این امر باعث عدم پیوستگی کافی مابین سقف و دیوار گردیده و سقف در برابر بارهای جانبی می‌تواند از روی دیوار فرار نماید.

در ضمن همانطور که در ادامه تشریح خواهد شد، دیوارهای باربر کناری بدلیل عدم اتصال کافی به سقف، بصورت طره عمل نموده و ارتفاع مؤثر آنها در عمل بیش از ارتفاع واقعی دیوار خواهد شد.

تصویر(3) نمونه ‌ مستندی از فرار دیوار باربر از زیر سقف طاق ضربی و عملکرد طره‌ای دیوار در زلزله سال 1369 در شهر منجیل را نمایش می‌ دهد.

قفل و بست ناچیز دیوار برگشتی نتوانسته است مانع فرار دیوار گردد.

2- ساختمانهای بنایی نیمه مسلح این دسته از ساختمانهای بنایی مشابه گروه قبل می‌باشند با این تفاوت که جهت بهبود رفتار آنها در برابر بارهای جانبی و تأمین پیوستگی سقف از عناصری مانند کلاف فوقانی و تحتانی استفاده می‌گردد.

وجود این کلافها که باید بطور پیوسته دور تا دور ساختمان را فرا گیرد اتصال سقف و دیوارهای باربر را بهبود می‌بخشد و با ایجاد تکیه‌گاه مناسب برای پانلهای دیوار،‌ ارتفاع مؤثر دیوار را در حدود ارتفاع واقعی آن قرار می‌دهد.

در تصویر (4) نمونه ای از این قبیل ساختمانها ملاحظه می‌گردد.

چنانچه مشاهده می‌شود در این ساختمان از کلاف افقی تراز سقف بعنوان زیر سری استفاده شده است و تیرآهن‌های سقف طاق ضربی بر روی آن قرار گرفته است.

در این روش اجرایی اگر چه بدلیل عدم مهار تیرآهن‌های سقف به تکیه‌گاه‌های جانبی پیوستگی مناسبی در دال سقف ایجاد نمی‌گردد، اما بخاطر وجود کلاف یکپارچه محیطی، ساختمان در برابر بارهای جانبی استحکام بیشتری نسبت به ساختمانهای گروه قبل خواهد داشت.

] لازم به ذکر است این ساختمان پس از زلزله سال 69 منجیل،‌ سالم برجا مانده است[ 3- ساختمانهای بنایی مسلح در صورتی که علاوه بر تعبیه کلافهای افقی در تراز پی و سقف ساختمان بنایی، با بکارگیری کلافهای قائم در دیوارهای باربر، کلافهای مذکور را به یکدیگر مرتبط نموده و یا به کمک میلگردهای افقی و قائم دیوارهای برشی تسلیح گردند، ساختمان بنایی مسلح می‌گردد و بخاطر وجود این کلاف بندی،‌ سازه قادر به عملکرد خمشی و برشی خواهد بود.

بکارگیری شبکه های میلگرددردیوارهای قائم گرچه مناسب‌ترین رفتار را دربرابربارهای جانبی درون صفحه ای و عمود بر آن بوجود می‌آورد،‌ اما بدلیل صعوبت اجرا و هزینه‌های نسبتاً بالا،‌ کمتر مورد توجه واقع شده‌اند.

بهر حال، آنچه بعنوان یک حداقل در ساخت ساختمانهای بنایی الزام شده است،‌ بکارگیری کلافهای افقی و قائم متصل به یکدیگر است.

لازم به ذکر است که این قبیل ساختمانها را نباید با ساختمانهای اسکلت فلزی و بتنی که در آنها اسکلت باربر مسئولیت انتقال بارها را بر عهده دارد،‌ و دیوارها بصورت میانقابهای پرکننده بکار می‌ روند.

اشتباه گرفت.

عملکرد این ساختمانها، بعلت نحوه متفاوت ساخت آنها،‌ با یکدیگر فرق اساسی دارد؛ بطوری که در ساختمانهای با اسکلت باربر پس از احداث اسکلت، قابهای خارجی به وسیله مصالح بنایی پر می‌گردد.

اما در ساختمانهای بنایی مسلح، اجرای کلافهای قائم و یا ستونها غالباً بطور همزمان با اجرای دیوارهای باربر انجام می‌گیرد و پس از اتمام احداث دیوارهای خارجی کلاف افقی فوقانی، در تراز سقف بر روی دیوارها قرار گرفته و به کلافهای قائم متصل می‌شود.

مثالی از این نحوه اجرا در تصویر (7) مشاهده می‌گردد.

اجرای مناسب این نوع از ساختمانهای بنایی می تواند مانع بروز معایبی که برای ساختمانهای بنایی غیرمسلح بر شمرده شده، گردد و بر آن اساس یکپارچگی و استحکام کافی برای سازه بنایی فراهم می‌آید.

ایجاد تکیه‌گاه مناسب برای پانلهای دیوار و سقف،‌ توزیع و انتقال بارهای ثقلی و جانبی توسط سقف و دیوارهای پیوسته، و افزایش پایداری کلی سازه در برابر بارهای مختلف، مزیت‌های اجرای صحیح ساختمانهای بنایی مسلح می‌باشد.

4- ساختمانهای بنایی مرکب ترکیب یکی از سه سیستم فوق با اسکلت بندی معمولاً فلزی و بندرت بتنی که اکثراً برای افزایش فضای مفید ساختمان انجام می‌ گیرد، ساختمانهای بنایی مرکب را تشکیل می دهد.

هزینه اجرایی این قبیل ساختمانها که دارای دیوارهای خارجی باربر می‌باشند به مراتب از سازه‌های اسکلت فلزی یا بتنی کمتر می‌‌باشد.

در فضای داخلی ساختمانهای بنایی مرکب، برای اجتناب از دیوارهای حائل حجیم باربر، از ستونهای فلزی یا بتنی استفاده می‌گردد و در نتیجه بارهای ثقلی توسط هر دو سیستم دیوار باربر و اسکلت بندی به شالوده منتقل می‌شود.

اما تحمل بارهای جانبی بدلیل اتصالات مفصلی تیرها به ستونها،‌ تنها بر دیوارها باربر جانبی محلول می‌گردد تا با عملکرد برشی خود مانع بروز خرابی در سازه گردند.

اجرای این قبیل ساختمانها که حجم وسیعی از ساختمانهای بنایی موجود در شهرها را در برگرفته و غالباً بصورت یک یا دو طبقه و در سازه قدیمی‌تر حتی تا چهار طبقه نیز احداث گردیده‌اند، نیازمند رعایت اصول فنی مربوط به هر دو سیستم دیوار و اسکلت باربر بوده و تمهیدات کافی جهت ایجاد پیوستگی لازم در اتصالات و یکپارچگی سازه باید در نظر گرفته شود.

تصاویر (5) تا (7) نمونه‌ای از این ساختمانها را نمایش می‌دهند که به ترتیب ساختمان بنایی غیر مسلح، نیمه مسلح و مسلح با اسکلت فلزی داخلی ساختمان تشکیل شده‌اند، که حالت اخیر،‌ مستحکمترین سازه بنایی مرکب را ایجاد می‌نماید.

وجود سیستم باربر مقاوم و مناسب در ساختمان تا حدودی زیادی از فروپاشی و تخریب کامل ساختمان جلوگیری می‌ نماید.

بدین ترتیب ساختمانهای بنایی غیر مسلح و نیمه مسلح، در مقایسه با سایر انواع ساختمانها، کمترین مقاومت را در برابر بارهای غیر مترقبه و به خصوص انفجار و تصادم از خود نشان خواهند داد.

اگر در این ساختمانها دیوارهای برگشتی اجرا نشده و یا به خوبی به دیوارهای باربر متصل نگردند، دیوارها باربر خارجی که تنها شامل پوشش سقف ساختمان می‌باشد، بصورت دال یک طرفه‌ای در راستای ضعیف دیوار،‌ یعنی عمود بر درزهای افقی دیوار، عمل نموده و در صورتی که بارگذاری ناشی از انفجار بر مقاومت دیوار غلبه نماید،‌ دیوار و در پی آن سقف سازه فرو می‌ریزد.

همچنین عدم اتصال مناسب سیستم سقف سازه به دیوارهای باربر اطراف،‌ به خصوص در ساختمانهای بنایی غیرمسلح که فاقد کلاف افقی می‌باشند،‌ امکان حرکت نسبی سقف از روی دیوارها و فروریزی آن‌‌ را افزایش می‌دهد.عدم پیوستگی سقف ودیوارها موجب عملکردطره‌ای دیوار گردیده و برامکان حرکت نسبی سقف و دیوار می‌افزاید.

این مسئله در تصویر (8) بطور شماتیک نمایش داده شده است.

سازه های بنایی مسلح بشرط اجرای صحیح و مناسب جزئیات اجرای مربوط و حصول پیوستگی‌های مورد نیاز در اتصالات،‌ کاملترین نوع سازه بنایی را تشکیل می دهند.

نحوه صحیح اجرای جزئیات مذکر در اکثر مراجع معتبر اجرایی مانند دستورالعملهای منتشره از سوی سازمان برنامه و بودجه، ذکر شده اند.

در این دسته از سازه‌های بنایی وجود کلافهای افقی و قائم عملکرد سازه را در برابر نیروهای جانبی درون صفحه‌ای و عمود بر صفحه به میزان قابل توجهی بهبود می‌ بخشند.

کلافهای افقی پیوستگی مورد نیاز را در سیستم سقف فراهم نموده و از فروریزی آن تا حد زیادی ممانعت می نماید؛ و اتصال مناسب کلافهای افقی و قائم به دیوار،‌ عملکرد دیوار را به سمت دال تختی با تکیه گاه‌های ساده در چهار طرف متمایل می‌کند.

چنانکه ذکر شد ، محصور شدن دیوارهای باربر در کلافهای پیرامون آن، نه تنها بر توانایی مقاومت دیوار در بربر بارهای غیرمترقبه‌ای می‌افزاید بلکه در افزایش توان خمشی و برشی دیوار در مقابله با بارهای درون صفحه ای به ویژه نیروهای ناشی از زلزله، مؤثر می‌باشد.

ساختمانهای بنایی مرکب،‌ که آخرین گروه از طبقه‌بندی انجام گرفته را تشکیل می‌دهند.

شرایط بسیار متغیری دارند؛ و بر حسب آنکه از ترکیب کدامیک از سه گروه پیشین سازه‌های بنایی، با اسکلت فلزی یا بتنی ایجاد شده باشند،‌ در برابر بارهای غیر مترقبه عملکرد خاصی از خود نشان می‌دهند.

این نوع از ساختمانها بدلیل اتصال نسبتاً مقاوم تیرهای سقف با ستونهای داخلی کمتر دچار ریزش سقف در فضاهای میانی می‌گردند.

3- روشهای مقاوم سازی ساختمانهای آجری در برابر بارهای غیرمترقبه 3-1- روشهای طراحی همواره ممکن نیست تا آنالیز یک سازه‌ معمولی را برای تحمل بارهای غیرمترقبه‌ای ماند تصادم وسائط نقلیه و یا انفجار بمب و امثالهم انجام دادن، زیرا مکان و حجم بارگذاری ناشی از بروز چنین حوادثی معمولاً غیر قابل پیش‌بینی است، از طرفی در بسیاری از موارد طراحی اعضایی که توان تحمل چنان نیروهایی را داشته باشند پرهزینه و غیراقتصادی خواهد بود.

با وجود این، نادیده گرفتن خطر بارهای غیر مترقبه در طراحی ساختمانها نیز می‌تواند به عواقب غیرقابل قبولی بیانجامد.

البته می‌توان بحرانی‌ترین فضاها را که بیشترین میزان وقوع حوادث را بخود اختصاص می دهند، تعیین نمود و مقاوم سازی سازه را حداقل برای آن فضاها انجام داد.

در واقع پس از حادثه انفجار در طبقه هجدهم ساختمان پانلی Ronan Point در سال 1968، در لندن، و فرار یکی از پانلهای خارجی طبقه مذکور، فروپاشی پنج طبقه بالای آن که موجب بروز خرابی پیش رونده تا طبقه همکف ساختمان گردید، توجه محققان بر طراحی ساختمانهای مقاوم در برابر چنین بارهای غیرمترقبه‌ای معطوف گردید.

روشهای مختلف جهت کاهش اثرات مخرب بارهای غیرمترقبه بصورت زیر دسته‌بندی می‌گردند: 1- طراحی برای جلوگیری از وقوع یا محدود ساختن خطر بارهای غیر مترقبه 2- طراحی در برابر بارهای غیر مترقبه به روش غیر مستقیم 3- طراحی دربرابربارهای غیرمترقبه به روش مستقیم یک طراح بسته به ماهیت طرح سازه،‌ اهمیت آن واحتمال بروزحوادث غیرمترقبه وهمچنین اطلاعات و آگاهی‌های موجود، می‌ تواند یکی از این روشهای طراحی را که درذیل تشریح خواهند شد، انتخاب نموده و بکار بندد.

3-2- طراحی برای جلوگیری از وقوع یا محدود ساختن خطر بارهای غیرمترقبه مقصود از این قسم طراحی آن است که احتمال بروز خرابی در سازه با حذف یا دور نمودن علل و منابع وقوع حادثه به حداقل برسد.

بدین معنی که مثلاً با ممانعت از ذخیره مواد قابل انفجار در ساختمان از وقوع انفجارهای مخرب پیشگیری شود و یا با اتخاذ روشهای حفاظتی خاص،‌ مانند ایجاد حصار و مانع در مجاورت نقاط حساس ساختمان،‌ از تصادم وسائط نقلیه با آن جلوگیری بعمل آید، 3-3- طراحی در بربر بارهای غیرمترقبه به روش غیرمستقیم در روش طراحی غیر مستقیم طراح سعی می‌نماید با ایجاد حداقل استحکام لازم، پیوستگی و شکل پذیری قابل قبولی برای سازه در مقابل نیروهای غیرمترقبه فراهم آورد.

در واقع درا ین روش،‌ طراحی بطور مستقیم بر پایه بارگذاری انفجاری و تصادمی و حوادث مترتب بر آن انجام نمی‌گیرد و صرفاً تدابیری عملی برای حفظ ایمنی و یکپارچی ساختمان اعمال می گردد.

در این راستا،‌ اقدامات زیر جهت سیستم دیوارها، سقف و اتصالات قابل اعمال است.

1- آرایش موقعیت دیوارها باید به نحوی باشد که ایمنی و اطمینان کافی را برای پایداری کلی سازه فراهم آورد.

بدین معنی که با تخریب جزئی در سازه، پایداری کلی سازه محفوظ مانده و سهم بار عضو تخریب شده به سایر اعضاء منتقل گردد و از انتخاب فرمهایی که در شرایط خرابی غیرمترقبه بحرانی شده و منجر به بروز خرابی‌های پیش رونده گردد، اجتناب شود.

2- می‌بایست از پیوستگی سیستم سقف اطمینان حاصل آید.

در این رابطه همانطور که در تصور (3-3-1) ملاحظه می‌گردد اگر دال سقف دو طرفه در جا ریخته شده و بصورت پیوسته بالای دیوارهای داخلی قرار گفته و به وسیله میلگردهای مهاری به دیوارهای جانبی متصل گردد، درجه ایمنی و پایداری سقف افزایش می‌یابد.

این چنین سقف هایی در فروریزی دیوارهای داخلی در اثر بارهای غیرمترقبه، به راحتی از بین نمی‌روند و تا حدود زیادی از خرابی پیش رونده جلوگیری بعمل می‌آورند.

قطعات بتن پیش ساخته با دهانه‌های دو طرفه بعلت عدم پیوستگی در تکیه‌گاههای داخلی در درجه دوم استحکام قرار می‌گیرند و در میان سقف‌هایی که بصورت دال یک طرفه اجرا می‌شوند به ترتیب اولویت سقف‌های تیرچه بلوک با میلگردهای پیوستگی در تکیه‌گاه‌های داخلی، قطعات بتن پیش ساخته یک طرفه به همراه کش‌های طولی و عرضی لازم و سقفهای طاق ضربی با مهارهای کافی در‌ تکیه‌گاه‌ها قرار می‌ گیرند و سایر سقف‌هایی که بدون اجرای کلافهای افقی در تراز سقف و اجرای اتصالات مناسب بین سقف و کلاف ساخته می شوند در پایین ترین درجه اطمینان نسبت به پیوستگی و یکپارچگی سقف قرار خواهند گرفت و از کمترین میزان ایمنی در برابر بارهای غیر مترقبه برخوردار خواهند بود.

سقف‌های اخیر که بدون ایجاد پیوستگی در تکیه‌گاه‌های داخلی ایجاد می‌گردند توان تحمل بارهای ناشی از فروپاشی تکیه گاه‌های میانی را نداشته و موجبات بروز خرابی‌های پیش رونده را فراهم می‌آورند.

به همین دلیل اکثر آیین‌نامه‌های اجرایی مانند آیین‌نامه BS5628 انگلستان، اجرای کش‌های سقف که تمام معیارهای پیوستگی مورد بحث را رعایت نماید،‌ الزام می‌ نمایند.

آیین‌نامه 2800 ایران که تنها مرجع طراحی ساختمانهای بنایی در ایران می‌باشد نیز بکارگیری کلافهای افقی در تراز سقف و رعایت اصول فنی جهت اتصالات سقف و حفظ انسجام آن را توصیه نموده است.

بیشترین حد استحکام و پیوستگی 1- دال دو طرفه در جا ریخته شده 2- قطعات بتن پیش ساخته مرکب با دهانه دو طرفه 3- سقف‌های تیرچه‌ بلوک با میلگردهای پیوستگی 4- قطعات بتن پیش ساخته با دهانه یکطرفه به همراه کش‌های طولی و عرضی لازم 5- سقف‌های طاق ضربی با مهارهای کافی 6- قطعات بین پیش ساخته یا انواع دیگر بدون استفاده از کش‌های طولی و عرضی لازم و اتصالات مناسب در تکیه گاهها کمترین حد استحکام و پیوستگی 3- دیوارهای ساختمان بنایی باید استحکام و مقاومت کافی را برای تحمل بارهای غیرمترقبه عمود بر صفحه داشته باشند.

این دیوارها را به دو صورت می توان تقویت نمود.

اول آنکه به کمک دیوارهای برگشتی و یا بوسیله کلافهای قائم بتنی یا ستونهای فلزی طول مؤثر آنها را کاهش داد و موجب افزایش مقاومت نسبی آنها گردید.در اکثر آیین نامه‌ها ضوابطی برای حداکثرطول مجازدیوارهای باربر و غیر باربر داده شده است.

راه حل دوم، استفاده از میلگردهای افقی و قائم پیوستگی در سطح دیوارها می‌باشد به نحوی که دیواره‌ها به صورت دیوار بنایی مسلح اجرا گردند.

این اقدام علیرغم مزایایی که در جهت عملکرد خمشی و برشی دیوارها در برابر نیروهای درون صفحه‌ای مانند زلزله ‌و عملکرد آن در برابر نیروهای عمود بر صفحه‌ای مانند نیروی ناشی از انفجار و تصادم دارد،‌ داری دو اشکال عمده نیز می‌باشد.

نخست آنکه تعبیه کش‌ها در درون مصالح دیوارهای بنایی غالباً مشکل و پرهزینه می‌باشد و نیازمند جزئیات اجرایی ویژه و افزایش ضخامت دیوارها می‌باشد.

چنانکه در تصویر (3-3-2) مشاهده می‌شود.

دیوار بنایی یاباید بصورت دو جداره احداث گردد و یا آنکه مصالح بدور میلگردهای قائم محاط گردند و تنها در ساختمانهایی که با بلوکهای مجوف بتنی احداث می‌شوند، اجرای این جزئیات عملی به نظر می‌رسد.

اشکال دوم وجود میلگردهای قائم پیوسته،‌ گسترش خرابی‌های بوجود آمده در طبقات می‌باشد.

بیک (Beak) در یک تحقیق عملی بر روی یک ساختمان 18 طبقه مدل که با استفاده از پانلهای بزرگ در مقیاس ساخته شده بود،‌ نشان داد که از جا در رفتن پانل دیوار خارجی در طبقه‌ای که انفجار روی می دهد، در صورت وجود میلگردهای پیوستگی قائم ما بین پانل طبقات می‌‌تواند موجب بیرون آمدن پانلهای طبقات بالا و پایین و بروز خرابی پیش رونده گردد.

بدین لحاظ بنظر می‌رسد که باید استفاده از کشهای قائم در دیوارهای ساختمانهای آجری مسلح با دقت صورت گیرد و تعبیه‌کشها به گونه‌ای انجام پذیرد که امکان پیشرفت خرابی میسر نگردد یا بعبارت دیگر از بکار بردن کشهای پیوسته مابین طبقات خودداری نمود و میلگردهای قائم موجود در هر طبقه را به دالهای سقف و کف مهار نمود.

این مسئله در تصویر (3-3-3) نمایش داده شده است.

چنانکه مشاهده می شود، در صورتی که نیروی ناشی از انفجار یا بارهای غیر مترقبه دیگر منجر به تخریب دیوار گردد،‌ اگر دیوار تنها بر دالهای سقف و کف مهار شده باشد، با ریزش آن خرابی به طبقات دیگر سرایت ننموده و در همان طبقه متوقف می گردد.

در غیر اینصورت میلگردهای موجود در دیوار که به پانلهای فوقانی و تحتانی متصل می‌باشد آنها را نیز به همراه دیوار تخریب شده از مکان خود خارج می‌‌نماید و باعث افزایش خرابی‌ها می‌گردد.

4- در محل تلاقی دیوارها و فصل مشترک دیوارها و سقف می‌بایست اتصالات مناسب با گیرایی کافی اجرا گردد و حتی الامکان از کلافهای افقی و قائم که به خوبی به دیوارها و سقف متصل گردیده باشند، استفاده نمود.

بدین ترتیب اتصال مناسب سقف به دیوارهای باربر جانبی موجب کاهش احتمال فرار سقف از روی دیوار، بهبود نحوه‌ توزیع بارهای جانبی ما بین دیوارهای برشی و همچنین تأمین تکیه‌‌گاه فوقانی برای دال دیوارها می گردد.

رعایت موارد فوق برای ایمن‌‌سازی ساختمانهای بنایی کم اهمیت و کم ارتفاع کافی به نظر می‌رسد، اما در ساختمانهای با اهمیت و مرتفع، به خصوص ساختمانهای بیش از چهار طبقه، جزئیات اجرایی بیشتر و طراحی دقیق‌تری جهت حصول ایمنی مطلوب نیاز می‌باشد.

3-4- طراحی در برابر بارهای غیر مترقبه به روش مستقیم در روش مستقیم سازه مستقیماً برای مقابله با نیروهای ناشی از حوادث غیرمترقبه طرح می‌گردد.

اگر چه پیش‌بینی و تعیین این نیروها بطور دقیق غیر ممکن است، لیکن می‌‌توان آنها را به کمک روشهای احتمالاتی و بر پایه آمارهای بدست آمده برای یک وضعیت متعارف تخمین زد و یا از مقادیر آیین‌نامه‌ای که بر همین اساس تعیین می‌گردند، استفاده نمود.

بطور مثال قوانین ساختمان‌سازی در انلگستان ملزم می‌کند که اجزایی از ساختمان،‌ که پایداری سازه در حوادث غیر مترقبه منوط به آنهاست،‌ می‌بایست بتواند فشار 34 را در هر راستا تحمل نمایند.

البته ضوابط دیگری در این زمینه پیشنهاد گردیده است.لازم به ذکر است که رعایت ضابطه فوق در طراحی سازه‌های بنایی غالباً به نتایج غیر اقتصادی می‌رسد و گاه بدلیل افزایش ابعاد اعضاء غیر اجرایی نیز می‌نماید.

بدین سبب آیین‌نامه مذکورروش دیگری را نیزپیشنهاد نموده است که به سه طریق قابل اعمال است: 1- توزیع مجدد بار:‌‌ در این روش پایداری سازه با فرض انهدام اجزای معینی از سازه، یا بخشهایی از اعضا بررسی می‌ گردد.

اعمال این روش مستلزم محاسبات و آنالیزهای طولانی و بغرنج و در نظر گرفتن حالات متفاوت خرابی می‌ باشد.

در ضمن روش فوق میزان خرابی ناشی از حادثه غیرمترقبه را به خوبی نشان نداده و نحوه خرابی به صورت یک حالت حدی تعیین می‌گردد.

2- استفاده از کلافهای افقی: در این روش کلافهای افقی سقف باید حداقل ضوابط آیین‌نامه‌ای را ارضاء نمایند و وجود یا تأثیر کلافهای قائم در نظر گرفته نمی‌شود و در هر مرحله از محاسبه یک عضو قائم سازه که در شرایط تحمل فشار 34 در هر راستا صدق ننماید،‌ حذف می‌گردد و سازه برای عدم وقوع خرابی پیش رونده کنترل می‌گردد.

بدیهی است در این روش بخاطر آنکه از تصور فروپاشی اجزا سقف خودداری می‌گردد، شرایط خرابی کمتری نسبت به روش قبل باید مورد بررسی قرار گیرد و حجم محاسبات کاهش می‌یابد.

3- استفاده از کلافهای افقی و قائم: در این روش علاوه بر استفاده از کلافهای افقی مطابق بخش قبل، از کلافهای قائم متمرکز یا کش‌ها قائم توزیع شده در دیوار که حداقل‌های آیین‌نامه‌ای را رعایت نمایند،‌ استفاده می‌گردد.

بدین ترتیب در طراحی و آنالیز سازه دیگر نیازی به پیش‌بینی حالتهای مختلف خرابی با حذف اعضاء‌ مختلف سازه‌ای نخواهد بود.

گر چه این روش طراحی از حجم عملیاتی کمتری نسبت به دو روش قبل برخوردار می‌باشد،‌ اما همواره دلیل اقتصادی‌تر بودن سازه طرح گشته نخواهد بود و در برخی از موارد روش دوم کم هزینه‌تر می‌باشد.

بحث بیشتر بر روی روشهای فوق‌الذکر در مبحث طراحی اجزای سازه‌ای انجام خواهد گرفت.

4- شرایط بروز خرابی پیش‌رونده:انفجار و تصادم می تواند علاوه بر تخریب مستقیم موضعی در ساختمان، خرابی‌های متعاقبی را بدنبال داشته باشد که گاه شدیدتر از تخریب نخستین است.

دربخش (3-3) عنوان شد که وجود میلگردهای پیوسته قائم ما بین دیوار خارجی طبقات ساختمان می‌تواند منجر به پیشرفت خرابی از طبقه حادثه به سایر طبقات گردد، همچنین واقعه Ronan Point بعنوان نمونه‌ای عینی از بروز خرابی‌های پیش رونده معرفی گردید.

بر این اساس آزمایشهای گسترده ای جهت شناسایی هر چه بیشتر شرایط بروز این قبیل خرابی‌ها انجام گرفت و ممانعت از ایجاد چنین خرابی‌هایی هدف اساسی در طراحی ساختمانها در برابر بارهای غیر مترقبه گردید.

زیرا جلوگیری از پیشرفت خرابی عملی‌تر و اقتصادی‌تر از جلوگیری از بروز خرابی می‌باشد.

در این زمینه مورتون (Morton) آزمایشهای وسیعی بر روی پایداری ساختمانهای بنایی بعمل آورد و سه حالت خاص را برای نحوه قرارگیری دیوارهای باربر معرفی نمود که در زمان وقوع خرابی در اثر بارهای غیرمترقبه معمولاً بحرانی گردیده و زمینه ساز خرابی‌های پیش رونده می‌گردد.

این حالات عبارتند از: 1- دیوار باربر خارجی بدون اتصال به دیوار برگشتی یا فقط با یک دیوار برگشتی کوچک 2- دیوار باربر داخلی بدون دیوار برگشتی 3- بروز تنش‌های خمیدگی موضعی شدید بر دیوارهای باربر در اثر از جا خارج شدن بخشی از یک دیوار.

‌ همانطور که ملاحظه می‌گردد در حالت نخست فروریزی دیوار باربر خارجی باعث معلق شدن دال کف طبقه بالایی و ریزش دیوارهای طبقات فوقانی گردیده و خرابی پیش رونده به وقوع می پیوندد.

مشابه این حالت در تصویر (4-3) مشاهده می‌گردد .

در ساختمان بنایی غیر مسلح مذکور که دارای سیستم پوشش سقف تیرچه بلوک‌ می‌باشد، فروپاشی دیوار باربر خارجی واقع در سمت راست تصویر موجب از بین رفتن تکیه‌گاه جانبی دال یکطرفه سقف و تعلیق آن می‌گردد و اگر در محل تکیه‌گاه داخلی از میلگردهای فلزی کافی جهت پیوستگی سقف استفاده شده باشد، سقف بصورت طره عمل نموده و در حد توان در برابر خرابی مقاومت می‌نماید.

در غیر اینصورت سقف معلق ساختمان فرو می‌ریزد.

حالت دوم خرابی پیش‌رونده زمانی بروز می‌نماید که ریزش دیوار باربر داخلی که فاقد دیوارهای برگشتی تقویت کننده می‌باشد، موجب اعمال بار طبقات دیگر بر دال سقف طبقه حادثه گردد.

در این صورت اگر دال مذکور تاب تحمل بارهای وارده را نداشته باشد، فرو ریخته و بدنبال آن خرابی به طرف فوقانی نیز سرایت می‌کند.

بطور مثال در همان ساختمان تصویر (4-2) اگر دیوار باربر داخلی واقع در سمت چپ تصویر که با دیوار برگشتی بسیار کوچکی تقویت گردیده است دچار حادثه شده و در اثر بار غیرمترقبه انفجار فرو ریزد،‌ دال یک طرفه دو دهانه به دال یک طرفه یک دهانه طویلی تبدیل می گردد که باید توان تحمل بار سقف را داشته باشد.

البته بدلیل آنکه این ساختمان در یک طبقه احداث گردیده است،‌ احتمال خرابی کمتر خواهد بود.

در نهایت حالت سوم زمانی روی می‌دهد که در اثر فرار دیوار خارجی دال سقف بصورت دال با تکیه‌گاه آزاد یا طره عمل نموده و بار دیوارهای طبقات بالا بصورت متمرکز بر لبه آن وارد گردد.

این امر موجب بروز تنش‌های شدید موضعی در بالای دیوارهای نگهدارنده دال سقف گردیده و مصالح سقف و دیوار می‌بایست توانایی تحمل نیروهای متمرکز ایجاد شده را داشته باشند تا ساختمان بتواند بصورت یک سازه جدید عمل نموده و با توزیع مجدد بارها پایدار باقی بماند.

این وضعیت در تصویر (4-3) به وضوح نمایش داده شده است.

در ساختمان تصویر (4-2) نیز اگر دال سقف دو طرفه اجرا گردد و یا آنکه میلگردهای حرارتی عمود بر تیرچه‌ها در بتن سقف، توان باربری را در راستای عمود بر جهت تیرچه‌ها ایجاد نموده باشد، با فروپاشی دیوار باربر خارجی سمت راست تصویر،‌ شرایطی مطابق آنچه ذکر شد برای دیوار میانی و دیوار برگشتی انتهایی ایجاد می‌گردد و دال سقف با دو تکیه‌گاه آزاد مجاور هم باید بتواند پایدار باقی بماند .

در غیر اینصورت مطابق آنچه در حالت نخست ذکر شد، دال سقف بصورت کنسولی وارد عمل شده و غالباً به دلیل طول زیاد آن و عدم همکاری دیوار برگشتی انتهایی، فرو می‌ریزد.

بنابراین، اولین روش برای اجتناب از بروز اینگونه شرایط بحرانی که می‌تواند منجر به پیشرفت خرابی گردد، تغییر فرم و آرایش دیوارها و بکارگیری دیوارهای برگشتی مناسب در راستای عمود بر دیوارهای باربر است تا چنین وضعیت‌های خاصی ایجاد نگردد.

اما در زمانی که بدلایل خاص معماری نتوان از حالات فوق‌الذکر پرهیز نمود، باید سازه را برای وضعیت پس از خرابی کنترل نموده و تمهیدات لازم را جهت جلوگیری از پیشرفت خرابی اعمال نمود.

در این زمینه می‌توان از روشهای تحلیل و طراحی مختلفی مانند تحلیل به روش گسیختگی خطی،‌ تحلیل به روش خطوط شکست و طراحی به روش ضرایب اطمینان جزئی استفاده کرد.

توضیح روشهای فوق در بخش‌های بعدی انجام خواهد گرفت.

5- طراحی اجزای سازه‌ای مقاوم 5-1- طراحی ابعاد بازشوها یکی از راه‌های کاهش خرابی های احتمالی بکارگیری بازشوهای نسبتاً بزرگ در ساختمان می‌باشد.

در این زمینه چند سؤال مطرح می‌گردد.

اول آنکه افزایش ابعاد بازشوها تا چه اندازه در کاهش فشار ناشی از انفجار مؤثر است؟

و در آن صورت آیا نیازی به تقویت اجزای سازه‌ای ساختمان می‌باشد یا خیر؟

از طرف دیگر در برخی از فضاهای ساختمان مانند زیرزمین‌ها، موتورخانه‌ها و همچنین سرویس‌های بهداشتی و گاه در بعضی از اتاقها محدودیت‌هایی برای ابعاد بازشوها وجود دارد.

لذا دست‌یابی به حداقل ابعادی برای بازشوها ضروری به نظر می‌رسد.

البته این میزان حداقل بستگی به تخمین توان تقریب اجزای ساختمان در برابر نیروهای غیرمترقبه خواهد داشت.

برای مطالعه اثر بازشوها بر اساس روش بارگذاری TNO اقدام نموده و تأثیر بازشوها بررسی می‌گردد.

5-2- طراحی دال سقف یکی از اساسی‌ترین راههای تقویت سازه در برابر خطر بارهای غیر مترقبه اطمینان از یکپارچگی سیستم سقف و تأمین اتصال کافی آن به دیوارهای باربر می‌باشد.

این یکپارچگی و استحکام در دالهای بتن در جا ریخته و سقف‌های تیرچه بلوک،‌ که به صورت دال یک طرفه عمل می‌نمایند تا حد زیادی به چشم می خورد اگر اتصال این سقف ها به دیوارهای جانبی به خوبی انجام گیرد، سقف سازه بنایی تا حدود زیادی می‌تواند در برابر بارهای غیرمترقبه مقاومت نموده و پایدار بر جا بماند و در نتیجه پایداری کلی سازه نیز تقویت می شود .

اما سقف‌های طاق ضربی، که جزو رایج‌ترین سقف‌های اجرا شده در کشور می‌باشند، نسبت به سیستم فوق دارای نقاطی ضعفی می‌باشد.

مهمترین ضعف این قبیل سقف‌ها، عملکرد نامناسب آنها در برابر بارهای رو به بالای ناشی از انفجار می‌باشد.

زیرا طاق قوسی ساخته شده از آجر و ملات گچ و خاک هیچگونه مقاومتی را در برابر نیروهای وارده از داخل قوس نداشته و تنها عامل مقاومت آنها، وزن سقف و اندودهای قرار گرفته بر روی قوس طاق ضربی است.

مسئله دیگر عدم پیوستگی سقف در جهت عمود بر تیر آهن‌های سقف می‌باشد، استفاده از مهارهای عمود بر تیرآهن‌های سقف طاق ضربی، گر چه در دستورالعمل‌های ساختمان‌سازی عنوان گردیده است، اما در عمل کمتر به چشم می‌خورند.

در ضمن فقدان کلافهای افقی در محل قرارگیری تیرآهن‌ها بر روی دیوار باربر یا اجرای زیر سری مناسب با اتصال و درگیری کافی با تیر سقف، عواملی هستند که بر ناپیوستگی این نوع از سیستم‌های سقف می افزایند.

جهت افزایش یکپارچگی سقف‌های طاق ضربی راه حل‌های زیر را پیشنهاد نموده است 1- قرار دادن میلگردهای نمره 8 یا 10 در راستای عمود بر جهت تیرریزی به فاصله حداکثر یک متر و در صورت امکان بتن‌ریزی بری روی سقف به ضخامت حداقل 5سانتی‌متر روی تیرها که با توجه به سنگینی مصالح سقف استفاده از بتن سبک مناسب‌تر خواهد بود.