زلزله به ساختمانهای مختلف، آسیبهای گوناگون با درجات متفاوتی وارد می‌سازد. بعضی از ساختمانها نیز به علت کیفیت عالی ساختمانی از آسیبهای زلزله محفوظ می‌مانند. مهمترین عوامل در آسیب‌پذیری ساختمان در برابر زلزله، وزن زیاد ساختمان، مقاومت کم مصالح در برابر کشش و برش، فقدان بهم‌پیوستگی کامل اجزای ساختمان و ضعف اتصالات، کیفیت اجزای ساختمان و بالاخره از دست رفتن مقاومت با گذشت زمان میباشد.
بطور کلی مطالعات محلی و بررسی نحوه رفتار ساختمانها در موقع زلزله، گام مهمی در ارزیابی مقاومت انواع ساختمانها و تعیین اثر نقاط ضعف و قوت طرح ساختمانها، نوع مصالح و بالاخره نحوه اجرا میباشد.
زلزله در ساختمانها، در سه جهت طولی، عرضی و قائم ارتعاش می‌کند. زمین در هنگام وقوع زلزله تکان می‌خورد و به طور ناگهانی و به سرعت به جلو و عقب حرکت می‌کند. این حرکت ممکن است در هر امتدادی باشد. یک حرکت بالا و پایین نیز بخصوص در مجاورت مرکز زلزله وجود دارد. پی‌های ساختمان با زمین حرکت می‌کنند ولی اینرسی بقیه ساختمان باعث تاخیر کمی در به حرکت درآمدن قسمتهای بالاتر ساختمان می‌گردد. این تاخیر است که در ساختمان تنش ایجاد می‌کند و در اثر تنشها در ساختمان ترک ایجاد می‌شود که نمونه بارزی از خسارات زلزله میباشد.
نیرویی که بر ساختمان وارد می‌کند بستگی به حرکت زمین و وزن ساختمان دارد. هرچه ساختمان سنگین‌تر باشد نیروی وارد بر آن نیز بیشتر خواهد بود. به همین دلیل است که ساختمانهای سبک‌وزن و بخصوص سقفهای سبک وزن در مناطق زلزله‌خیز مطلوب می‌باشند.
و در این رابطه نکات عمده زیر مورد توجه میباشد:
1- مجموعه ساختمان همراه با اشیاء موجود در آن در موقع زلزله به ارتعاش درمی‌آید.
2- حرکات در جهات مختلف ساختمان به صورت رفت و برگشت بوده و در یک زلزله ممکن است چندین رفت و برگشت در ثانیه رخ دهد. تعداد این حرکات بستگی به ویژگیهای زلزله و مشخصات ساختمان دارد.
3- بر اثر شتاب حرکت زمین، نیروهای جنبشی (اینرسی) در ساختمان ایجاد می‌شود. این نیرو متناسب با جرم ساختمان است. بنابراین هرچه وزن ساختمان بیشتر باشد، این نیرو افزایش می‌یابد. نتیجه آنکه کاربرد مصالح سبک در ساختمان موجب خواهدگردید که نیروهای کمتری براثر زلزله به ساختمان وارد شود.
4- بر اثر ارتعاش در امتداد قائم، بار قائم تیرها و ستونها در لحظات مختلف زلزله، کاهش و افزایش می‌یابد (با توجه به حرکت رفت‌و‌برگشتی زلزله).
5- اجزای باربر ساختمان، دیوارها و ستونها که قبل از زلزله فقط بارهای قائم را تحمل می‌کردند، بر اثر نیروهای جانبی ناشی از زلزله، باید خمش و برش را نیز تحمل کنند. وضع تنش در این اجزاء در هر لحظه متغیر بوده و همانطور که در شکل نشان داده‌شده‌است در یک مقطع از عضو ساختمان، تنش از فشاری به ترکیبی از تنشهای فشاری-خمشی برشی تبدیل می‌شود. بنابراین در هنگام بروز زلزله چنانچه در قسمتی از دیوار یا ستون، مقدار تنش کششی ناشی از خمش از میزان تنش فشاری مربوط به بار قائم بیشتر شود و مقاومت کششی مصالح بکاربرده‌شده در این قسمت کم باشد (نظیر سنگ، آجر یا خشت) در این قسمت ترک ایجاد خواهدشد و در نتیجه سطح مؤثر برای جذب نیروی برش نیز کاهش یافته و تنش برشی افزایش خواهد یافت و وقتی تنش برشی افزوده شود در این قسمت لغزش ایجاد شده و ترک حاصله بزرگتر می‌گردد و بالاخره باعث واژگونی دیوار یا ستون شده و یا اینکه قسمتی از آن به خارج پرتاب می‌گردد. بنابراین ملاحظه می‌شود که برای مقاومت در برابر زلزله نه‌تنها ساختمان باید بتواند بار قائم را تحمل کند، بلکه باید در برابر نیروهای کششی و برشی نیز به اندازه کافی مقاومت کند.
6- میزائی (damping) ساختمان هرچه بیشتر باشد شتاب مؤثر بر جرم ساختمان کمتر بوده و در نتیجه نیروی وارده بر ساختمان کاهش می‌یابد.
7- جواب دینامیکی و چگونگی خسارات وارده بر ساختمان تابعی از سختی (stiffness) و ویژگی مقاومت گسیختگی اجزائی از ساختمان است که نیروی زلزله را تحمل می‌نماید. این ویژگی مقاومت ساختمان را می‌توان با نموداری که در محور طولی (Xها) تغییر شکل و در محور عرضی (Yها) نیروی رفت و برگشت (که بین صفر تا حد با رنهایی کسیختگی تغییر می‌کند.) را نشان می‌دهد مشخص نمود.
8- جواب دینامیکی که وسیله طیفهای زلزله (response spectra) مشخص می‌شود نمایانگر این حقیقت است که برای ساختمانهای صلب و یا پریود کم مانند ساختمانهای کوتاه شتاب مؤثر بر ساختمان ممکن است خیلی بیش از حداکثر شتاب حرکت زمین در موقع زلزله باشد و باید در انتظار بروز خساراتی به ساختمان بود برعکس در مورد ساختمانهای شکل‌پذیر (ductile) یعنی ساختمانهایی که حد جاری‌شدن آنها با تغییر شکل زیاد همراه باشد ساختمان شانس زیادتری دارد که در زلزله سالم بماند یا اینکه خسارات جزئی بردارد.
اثر زلزله بر ساختمانهای سنتی خشتی آجری و سنگی غیرمهندسی‌ساز:
ساختمانهای سنگی و خشتی معمولاً خیلی صلب و غیرقابل انعطاف هستند و دارای فرکانس طبیعی زیاد و ضریب استهلاک (damping coefficient) کم می‌باشند. مصالح بنایی سنگین و خشتی همچنان که از اسمشان پیداست سنگین و ترد بوده و مقاومت آنها در مقابل کشش ناچیز است لذا خسارت وارده به آنها در یک زلزله با شدت متوسط معمولاً بسیار زیاد است.
از بررسی آماری خسارات زلزله چنین نتیجه گرفته شد که نوع و دامنه خسارات ناشی از زلزله یکنواخت نیست و تابع عوامل بیشماری است که مهمترین عوامل عبارتند از نوع مصالح بکاررفته، شکل و فرم ساختمان، نوع سقف، طرز اتصال و ارتباط ساختمان به ساختمانهای مجاور، نوع و مقاومت خاک در محل پی ساختمان، موقعیت محلی و عمر ساختمان، وضعیت فرسایش ساختمان در اثر باران و آب، اندازه و فرم در و پنجره و بازشوها در دیوارها، تعداد طبقات و ... مقاومت زلزله‌ای ساختمانهای خشتی که روی شالوده یا زمینهای سفت و سنگی بنا شده‌اند به نظر می‌رسد بیش از ساختمانهای مشابه‌ایست که روی زمین‌ها و شالوده‌های نرم ساخته شده‌اند به عنوان مثال بیشتر ساختمانهایی که در کوهپایه‌ها قرار داشته‌اند از ساختمانهایی که در میان دره‌های رسوبی و ته‌نشینی قرار گرفته‌بودند کمتر خسارت دیدند این تنیجه‌گیری نیز در مورد سایر زلزله‌های گذشته در ایران به وسیله سایر متخصصین ذکر شده‌است.
به نظر می‌رسد که در غالب دهکده‌ها مناطق پرجمعیت و خانه‌های که به یکدیگر از دو یا سه جهت متصل بودند و ایجاد یک ناحیه وسیع و صلب را می‌نمودند خسارت بیشتری را متحمل گردید‌ه‌‌اند و درصد تلفات آنها بالنسبه بیشتر از ساختمانهای منفرد و مجزا بوده‌است.
همچنین به ساختمانهای دوطبقه خسارات بسیار زیادتری از ساختمانهای یک طبقه رسیده‌بود.
خسارت می‌تواند حاصل عمل ضربه‌زدن دو ساختمان مجاور و غیر مشابه به یکدیگر میباشد.
بطور کلی وقتی که در ساختمان تغییر ناگهانی شدیدی در جرم و یا در سختی یک قسمت بروز کند، توزیع نیروها غیرمطبوع بوده و تمرکز تنش در محلهای تغییرات رخ می‌دهد.
دیوارهای خشتی گلی و از مصالح بنایی که معمولاً در ساختمانها بکارمی‌روند، به علت مقاومت کمی که در مقابل کشش و برش دارند فوق‌العاده آسیب‌پذیرند وجود بازشوها نظیر در،پنجره، گنجه و طاقچه استحکام این نوه دیوارها را بیشتر کاهش می‌دهد و در نتیجه تنشهای اضافی در اطراف بازشوها ایجاد خواهدشد. همچنین چسبندگی غیرکافی ملاتها به آجر یا خشت، عامل اصلی ضعف اینگونه دیوارها است.
فروریختن کامل یا آسیبهای سنگین اسکلت ساختمان می‌تواند ناشی از خمش بسیار زیاد ستونها و یا خراب‌شدن نقاط اتصال تیرها و ستونها باشد.
بنابراین ضعف اجزای باربر و یا ضعف اتصالات مربوطه و یا نداشتن شکل‌پذیری (ductility) کافی ساختمان و اجزای آن ممکن است موجب خسارت به ساختمان گردد.
چون قسمت عمده جرم ساختمان در کفها و بامها قرار دارد و همچنین به علت آنکه مقدار شتاب زلزله در ارتفاع بالاتر ساختمان تشدید می‌شود، نیروی زلزله در تراز کفها و بام تمرکز یافته و چنانچه این اجزای ساختمانی به هم‌پیوسته و یکپارچه نباشند، بطوریکه به خوبی نتوانند نیروهای زلزله را به وسیله اتصالات مناسب به دیوارهای زیرین منتقل کند، بامها و یا کفها ممکن است شدیداً خسارت دیده و بطور کامل فرودآیند.
ساختمانهای با تصویر افقی دایره، مربع یا مستطیل در زلزله‌ها به نحو بهتری عمل می‌کنند. انتخاب اشکال گوشه‌دار مانند .... و ..... برای پلان ساختمان بطور کلی مناسب نیستند. در این نوع اشکال بسته به جهت نیروی زلزله نسبت به ساختمان، بالهای ساختمان ممکن است تحت حرکات مختلف قرار گیرند. مثلاً زلزله‌ای در جهت محور تقارن ساختمانی با شکل ...... به آن اثر کند، چون محور بلند قسمت میانی ساختمان، موازی حرکت زلزله است. سخت‌تر از دوبال ساختمان بوده و نسبت به آنها حرکت کمتری می‌کند و در نتیجه در محلهای اتصال دو بال ساختمان به جان آن، تنشها و نیروهای مزاحم ایجاد می‌گردد.
همچنین معمولاً شکستگی و خرابی دیوارها در گوشه‌های بازشو و گوشه‌های ضعیف ساختمان صورت می‌گیرد. در شکل زیر به علت تغییر ناگهانی در مقطع دیوارها خرابی ایجاد شده‌است.
در بسیاری از حالات ساختمان در اثر زلزله ناشی از کاربرد مصالح ضعیف و غیرقابل قبول، بدی اجرای کار، عدم چسبندگی بین مصالح و بی‌دقتی در پرکردن درزها با ملات، نبودن قفل و بست لازم بین اجزای مختلف ساختمان ضعف اتصالات میباشد.
دیواره‌های با سنگ لاشه و ملات گل ضعیفترین مقاومت را در مقابل زلزله دارا بودند. مقاومت زلزله‌ای دیوارهای خشتی در بعضی از حالات حتی از مقاومت دیوارهای ساخته‌شده از آجر با ملات گل بیشتر بود. نظیر این مشاهدات در مورد زلزله‌های قبل در ایران نیز گزارش شده است. برای انواع مصالح و روشهای ساختمانی که فعلاً بکار می‌رود که بالاترین حد ایمنی برای ساختمانهای سنتی خشتی یا سنگی روستایی زلزله‌هایی با شدت V1 در مقیاس اصلاح‌شده، مرکالی باشد.
درصد زیادی از ساختمانهای سنتی محلی دارای سقفهای مسطح با تیر چوبی هستند و همچنین ساختمانهایی با سقف گنبدی شکل یا استوانه‌ای که طرز پایداری و نحوه خراب‌شدن و در واقع اثر زلزله بر این ساختمانها با هر نوع سیستم سقف شرح داده می‌شود:
اثر زلزله‌بر:
1-ساختمانهای با سقف مسطح و تیرچوبی
2- ساختمانهای با سقف گنبدی
3- ساختمانهای با سقف استوانه‌ای
ساختمانهایی با سقف گنبدی:
مشاهدات زلزله‌های دیگر نشان داده‌است که مقاومت سقفهای گنبدی شکل از مقاومت سقفهای مسطح و استوانه‌ای در شرایط مساوی از لحاظ دیوارهای حمال بهتر است.
نحوه خراب‌شدن سقفهای گنبدی با ترک‌خوردن و تغییر مکان قسمت فوقانی دیوارهای حمال گنبد (پاطاق) شروع می‌شود. در اثر این تغییر مکانها در کناره‌های گنبد ترک ایجاد می‌گردد که بطرف بالا و بسوی مرکز گنبد امتداد می‌یابد. پس از ترک‌خوردن و ریختن دیوارهای پاطاق ساختمان یکپارچگی خود را از دست می‌دهد و قسمتهای ترک‌خورده ایجاد فشارهای جانبی می‌کنند. که باعث ریختن قسمت فوقانی دیوارهای پایه می‌گردد و بتدریج دیوارها را خراب می‌کند، خرابی بیشتر دیوارها باعث ازدیاد ترک خوردگی گنبد و فروریختن سیستم می‌گردد.
گنبدهایی که بر روی دیوارهای پایدار قرار داشته‌اند خسارت کمتری دیده‌اند. بطور کلی گنبد وقتی خراب می‌شود که دیوارهای نگهدارنده آن خراب گردد. بعضی وقتها تمام یا قسمتی از گنبدهای سنگین در اثر شتاب زلزله کنده شده و پرتاب گردید‌ه‌‌است بدون اینکه دیوارهای پاطاق خسارت ببیند. بعضی اوقات که قسمتی از دیواره‌های پاطاق فروریخته، مشاهده گردیده که فقط نواحی متکی به آن دیوارها خسارت دیده و بقیه گنبد سقوط ننموده‌است. بنابراین می‌توان نتیجه گرفت که سقفهای گنبدی نسبتاً سبک و با مصالح مرغوب مقاومت بهتری در مقابل زلزله دارند.
ایوان منازل مسکونی که در روستاهای ایران اغلب با طاق قوسی پوشانده می‌شوند از طاق قوسی برای پوشش چهار دیواریهایی که در یک جهت طویل هستند نیز استفاده می‌گردد. گرچه این نوع پوشش در برابر بارهای قائم ناشی از وزن سقف مقاومت خوبی دارند، در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله از خود ضعف نشان داده و در اکثر زلزله‌ها می‌ریزند. در شکل زیر یک طاق قوسی که بر روی سه دیوار قرارگرفته‌داده‌شده‌است.
فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد
تعداد صفحات این مقاله 15 صفحه
پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید
دانلود مقاله شناخت زلزله و چگونگی اثر آن بر ساختمانها
