راهنمای کار در مقاوم سازی خانه های بنایی با شبکۀ p-p

۱-۱ هدف این راهنمای کار

هدف این راهنمای کار در مقاوم سازی خانه های بنایی با شبکۀ pp معرفی مختصر روش مقاوم سازی با شبکۀ pp از طریق عملی ساختن شیوۀ مقاوم سازی ساده علیه زلزله است که به آسانی در محل قابل اجرا بوده و خاصیت ضد لزرشی خانه های بنایی موجود را تقویت می نماید . این راهنما علاوه بر این ، روش ساخت و نصب شبکۀ pp را عملاً توضیح می دهد .

خانه های بنایی در سراسر جهان تاریخچه ای بس دیرین دارند . روش بنایی تا قرن نوزدهم میلادی که دیگر انواع بیشمار ساختمان سازی پدید آمدند یکی از رایج ترین انواع احداث ساختمان بوده است . به سبب هزینۀ ارزان مصالح و ساخت و ساز آسان ، خانه های بنایی غیر مسلح همواره به طور گسترده ای در میان طبقات کم درآمد کشورهای در حال توسعه بویژه در خاور میانه ، آفریقا ، آمریکای جنوبی و غیره متداول بوده اند . سی درصد جمعیت جهان یا تقریباً ۱٫۵ میلیارد نفر ، ساک خانه های ساخته شده از خشت خام اند . خانه های بنایی غیر مسلح بینهایت در برابر زلزله آسیب پذیرند و در نتیجه همواره مایۀ تلفات بیشمار بوده اند . به منظور کاهش شمار این تلفات ، همواره شیوه ای نسبتاً ساده و ارزان ولی قطعاً مطمئن که در محل قابل اجرا باشد قویاً مورد نظر بوده است . این راهنمای کار ، روش مقاوم سازی با شبکۀ pp را که توسط پروفسور مگورو و دکتر پائولا در دانشگاه توکیو ابداع شده است بطور مختصر معرفی نموده و سپس عملاً روش ساخت و

 

نصب آن را توضیح می دهد .
۲ – ۱ استفاده از این راهنما و کاربران مورد نظر آن
استفاده از این راهنما
این راهنما کار جهت کاربری عملی در عملیات مقاوم سازی خانه های بنایی با شبکۀ pp می باشد
کاربران مورد نظر این راهنما
تمامی مقامات اداری ، پژوهشگران ، مهندسین و ساکنین محلی ذینفع

این راهنمای کاری مختصراً روش مقاوم سازی با شبکۀ pp را معرفی نموده و آنگاه بطور عملی روش و نصب آن را در خانه های بنایی شرح می دهد .
این راهنمای کار مؤکداً به مشخصات زیر در امر مقاوم سازی می پردازد :
– ابزار و مصالح لازم
– ساخت شبکۀ pp
– نصب شبکۀ pp
– کارایی روش شبکۀ pp در برابرزلزله که بطور تکمیلی به آن اشاره خواهد شد !
کاربران منظور نظر این راهنمای کار متفاوت اند و عبارتند از مقامات اداری دولت های مرکزی و مقامات استانی ، شهرداری ها ، پژوهشگران مؤسسات و مسوؤلین آموزشی ، مهندسین و همچنین ساکنین محلی که کاربران نهایی و بجای روش مقاوم سازی با شبکۀ pp هستند .

فصل ۲ – خسارات خانه های بنایی بر اثر زلزله های تاریخی
۱-۲ پراکنش جهانی خانه های بنایی و نقشۀ مناطق زلزله خیز

ساختمان سازی بنایی همچنان رایج ترین نوع ساختمانی در سراسر جهان است . نقشۀ سمت چپ از تصویر ۱-۲ مناطقی را نشان می دهد که ساکنین آن بطور گسترده ای در ساختمان ها

ی بنایی مسکون اند . نقشۀ راست نیز مناطق زلزله خیز را نشان می دهد . با مقایسۀ دو نقشه مشخص می گردد که مناطق با پراکنش فشردۀ ساختمان های بنایی و مناطق زلزله خیز ، بویژه در نواحی ساحلی اقیانوی آرام از قبیل آمریکای شمالی ، مرکزی و جنوبی ، غرب آسیا ، خاورمیانه و برخی نواحی آفریقا با هم تداخل دارند . این مناطق مکرراً خسارات خانمان براندازی را بر اثر زلزله های تاریخی از سر گذرانده اند و شاهد تلفات بسیاری بوده اند . یکی از دلایل اصلی خسارات جانی و مالی در آنها وجود رایج ساختمان های بنایی غیر مسلح است که بطور غیر رسمی س

اخته شده اند . بسیاری از کشورهای با جمعیت متراکم در این مناطق وجود دارند . بنحوی که بررسی و ارائه قاطع و صریح تدابیر پیشگیرانه در برابر زلزله بنحو ضروری و عاجل مورد انتظار است .
تصویر ۱-۲ مناطق با پراکنش سازه های بنایی و مناطق زلزله خیز جهان
تصویر ۲-۲ نشاندهندۀ جزئیات تلفات حاصل از بلایای زلزله در قرن بیستم است . نمودار سمت چپ دلایل مرگ و میر را با ذکر جزئیات از سال ۱۹۰۰ تا ۱۹۴۹ و نمودار سمت راست همان را از سال ۱۹۵۰ تا ۱۹۹۰ بیان می کند . بر اساس این اطلاعات ، بیش از ۷۵% تلفات بر اثر ریزش ساختمان ها بودند که در این میان ضریب مرگ و میر ناشی از ریزش ساختمان های بنایی به ۷۰% تا ۸۰% می رسد . در نهایت ، بیش از ۶۰% قربانیان جان خود را براثر ریزش ساختمان های بنایی از دست دادند . در کشورهای در حال توسعه ، ساکنین مناطق زلزله خیز گرفتار درآمد های ناچیز اند و بناچار از اتخاذ سریع اقدامات پیشگیرانۀ مناسب عاجزند .
علاوه بر مشکلات اقتصادی که بر مقاوم سازی منازل شخصی در برابر زلزله تأثیر می گذارند ، نبود فرصت جهت عبرت گرفتن از بلایای زلزله ریشۀ اساسی این امر بوده است که وضعیت منجر به ویرانی هرگز بهبود نیابد . ارائه نظر در باب روشهای مناسب و مطمئن مقاوم سازی در برابر زلزله ، بر اساس توجه آگاهانه به شرایط اجتماعی و اقتصادی ، چنانچه قابلیت اجرای سهل و آسان در محل موجود باشد ، شدیداً مورد نظر می باشند . با این مفهوم ، روش شبکۀ pp یقیناً یکی از درخورترین روشهایی است که این شرایط را تأمین می نماید .
تصویر ۲-۲ جزئیات تلفات ناشی از زلزله های تاریخی (منبع : کوبرن و اسپنس ، ۱۹۹۲ )
۲-۲ انواع معمول خانه های بنایی در ایران
در ایران انواع گوناگون خانه های بنایی وجود دارد . در شهرهای بزرگ مانند تهران ساختمان های بنایی ۲ تا ۴ طبقه از نوع میان پر ( in filled ) به عنوان آپارتمان مسکونی یا ساختمان بنایی با

اسکلت فلزی از نوع محصور شده ( confined) در سطح گسترده موجودند . از سوی دیگر ، در مناطق روستایی عموماً خانه های بنایی از انواع زیر به چشم می خورند:
۱) خانه های بنایی آجری ۱ تا ۲ طبقه با تیر سقف آهنی و بام از نوع قوس تخت (Jack arch)
2) خانه های خشتی ۱ طبقه با بام نوع گنبدی ( Dome ) یا قوس کتابی ( Arch )
3) خانه های بنایی سنگی
۴) خانه های بلوک بتونی با اسکلت بتون آرمه
برخی از این خانه ها تک اتاقه اند ، ولی خانه های سبک استیجاری (tenement) با بیش ا

ز دو اتاق نیز چنانچه در تصویر ۳-۲ نشان داده شده بطور گسترده در منطقه موجودند .
تصویر ۳-۲ خانه های بنایی معمول در ایران
خانه های بنایی غیر مسلح بشدت در برابر زلزله آسیب پذیرند . مطالعۀ روند تخریب خانه های بنایی که عملاً در اثر زلزله های گذشته فروریختند نشان می دهد که خانه های بنایی غیر مسلح در زمان بروز زلزله در طی چند ثانیه به آسانی ثبات خود را از دست داده و با خاک یکسان می شوند . در زلزلۀ بم در روز ۲۶ دسامبر ۲۰۰۳ ، همان روال مشابه ریزش عمودی در بسیاری از خانه های بنایی غیر مسلح مشاهده شد . در بم ، ریزش دیوارهای قائم بنایی معمولا سقوط سقفهای سنگین را در پی داشت . همچنین در گزارشها آمده بود که ساکنین بر اثر گرد و غباری که از ریزش خانه های بنایی به شکل گردباد به هوا خاسته بود خفه شدند .
۳-۲ الگوی ریزش خانه های بنایی بر اثر زلزله
الگوی ریزش که در این بخش نشان داده شده اند بر اساس نتایج حاصل از آزمایش با میز لرزه در مقیاس طبیعی اند که اساساً در مطالعۀ « بررسی و ارائه روش جدید مقاوم سازی خانه های بنایی موجود علیه زلزله با شبکۀ نوارهای پلی پروپیلن (pp) » به اجرا در آمد و توسط بانک همکاریهای بین المللی ژاپن (JBIC) و نظر فنی دکتر طارق مهدی از مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن (BHRC) تحت عنوان « رفتار بناهای خشتی در زلزلۀ سال ۲۰۰۳ بم » ارائه شد .
در زمان وارد آمدن تکان شدید زمین ، شکاف های بازی در اطراف گوشه های بازی در اطراف گوشه های مداخل ورودی مانند درها و پنجره ها ظاهر شده و در جهت اریب گسترش می یابند .

شکاف ها بزرگتر می شوند و دیوار قائم طرف پنجره در جهت بیرون گسترش می یابد . نیروی رانش و کوبش دائماً عمل کرده و این رفتار را بیشتر تشدید می نماید .

سقف سنگین را با از دست دادن ثبات خود به روی خانه فرو می ریزد .
هنگامی که خانۀ بنایی تعادل ساختاری خود را از دست داد ، آجرها تکه تکه فرو می ریزند و هیچ فضای امنی جهت زنده ماندن در خانه باقی نمی ماند .

تصویر ۲-۴ الگوی ریزش خانه های بنایی با سقف قوسی
در زمان وارد آمدن تکان شدید زمین ، شکاف های بازی در اطراف گوشه های دیوار پدید می آند ، حرکت زمین وو نیروی رانش و کوبش حاصل از سقف گنبدی رفته رفته دیوار قائم را تقریباً به سمت ریزش سوق می دهند .

شکاف ها بازتر می شوند و بام گنبدی رفته رفته در جهت افقی حرکت می کند .
سقف سنگین با از دست دادن تکیه گاه عمودی خود در نتیجۀ ریزش دیوار قائم ، به درون خانه فرو می ریزد .

تصویر ۵-۲ الگوی ریزش خانه های بنایی با بام گنبدی
در زمان وارد آمدن تکان شدید زمین ، شکاف های بازی در اطراف گوشه های مداخل ورودی از قبیل درها و پنجره ها ظاهر شده و در جهت اریب گسترش می یابند .
هنگامی که حرکت زمین شدیدتر می شود ، دیوار قائم به طور موضعی فرو می ریزد . قطعات آجر در هر دو سوی داخل و خارج خانه سقوط کرده و موقعیت خطرناکی برای ساکنین بوجود می آورد .
حرکت شدید و پیاپی زمین ادامه می یابد و اکثر دیوارها و سقف فرو می پاشند .

تصویر ۶-۲ الگوی ریزش خانه های بنایی با بام تخت
الگوی خاص ریزش خانه های بنایی در تصاویر ۶-۲ ، ۵-۲ و ۴-۲ نشان داده شده اند . توجه آگاهانه و ارائه پیشنهاد های مختلف و اینکه چگونه خاصیت ضد لرزشی خانه های بنایی موجود تقویت شود تا خسارات جانبی و مالی زلزله کاهش یابد حائز اهمیت اند . این امر نه تنها در مورد ایران ، بلکه در مورد خانه های بنایی دیگر کشورها نیز مفید است . هنگام ارائه شیوه های مقاوم سازی علیه زلزله ، نکته ای که نخست باید کاملاً مورد توجه قرار گیرد این است که هزینه های گزاف مقاوم سازی خانه های مسکونی قابل تأمین نیستند . تاکنون تکنیکهای مقاوم سازی گوناگونی علیه زلزله ابداع شده اند ، لیکن اکثر آنها کشورهای توسعه یافته را مد نظر داشته اند . مفهوم کلیدی ترویج چنین تکنیک ضد – زلزله ای در کشورهای در حال توسعه ، قابلیت آسان کاربرد آن در محل ، با استفاده از ابزار و مصالح محلی موجود و کیفیت ساخت غیر پیچیدۀ آن است .
در زمان بروز زلزله ، دیوارها و یا سقف های تشکیل شده از قطعات کوچک خشت و آجر خرد شده و فرو می ریزند . در نتیجه ، هیچ فضای امنی جهت بقا بجا نمی ماند . علاوه بر این ، در برخی موارد ساکنین بر اثر گرد و خاک حاصل از سقوط خشت یا آجر خفه می شوند . روش مقاوم سازی با شبکۀ pp بر مبنای تجزیه و تحلیل گسترده دکتر مگورو وهمکارانش در دانشگاه توکیو از الگوی ریزس خانه های بنایی بخوبی طراحی و ارائه شده است . نمونه های زیادی از ایران در دست موجود است که سقف های سنگین آجری یا خشتی با از دست دادن ثبات خود بر اثر تکان زلزله فرو ریخته اند . روش مقاوم سازی با شبکۀ pp در صورت استفاده در دیوارها و سقف بنایی می تواند از بار فاجعه انگیزه ریزش دیوارهای قائم و سقف بکاهد و در ضمن استحکام کلی خانه های بنایی را تأمین کند .

 

فصل سوم شیوۀ مقاوم سازی ساده علیه زلزله با شبکۀ pp
1-3 روش مقاوم سازی با شبکۀ pp

روش مقاوم سازی با شبکۀ pp شیوۀ سادۀ مقاوم سازی ضد زلزله با نوارهای پلی پروپلین قابل دسترسی در محل است که خاصیت ضد لرزشی خانه های بنایی موجود را فوق العاده تقویت می نماید .

روش مقاوم سازی با شبکۀ pp شیوۀ سادۀ مقاوم سازی ضد زلزله است که خاصیت ضد زلزله بنایی را فوق العاده افزایش می بخشد . یکی از جنبه های شاخص این مد نظر قرار دادن طبقات کم درآمد در کشورهای مربوطه است که از عهدۀ هزینۀ زیاد مقاوم سازی مساکن خود بر نمی آیند . به منظور ساخت شبکۀ pp جهت مقاوم سازی این خانه ها ، نوارهای پلی پروپیلن که عموماً در هر کشوری به منظور بسته بندی مورد استفاده قرار می گیرند مناسب ترین مادۀ اولیه می باشد . امتیاز دیگر شبکۀ pp قابلیت کاربردی گستردۀ آن نه تنها در خانه های در دست ساخت ، بلکه همچنین در خانه های فعلاً موجود است . جهت نصب شبکۀ pp در خانه های بنایی ، در گام اول دیوارهای قائم از هر دو طرف پوشانده می شوند . در گام بعدی ، باید شبکه های بیرونی و داخلی با بست اتصالی سیمی یا نوارهای نایلونی که از سوراخ های اتصال در فواصل ۳۰ سانتیمتری می گذرند به هم بسته و محکم گردند . روش شبکۀ pp بی اندازه قابلیت تغییر شکل خانه های بنایی را بهبود بخشیده و در ضمن از ریزش آنی آن جلوگیری می نماید . روش شبکۀ pp ویژگیهای زیر را دارا می باشد :
– ارزانی
– قابلیت کاربری جهانی
– تقویت استحکام کلی و افزایش قابلیت تغییر شکل
– دوام
– سهولت در جابجایی و حمل و نقل
انواع مورد نظر خانه های بنایی در روش شبکۀ pp
انواع مورد نظر خانه های بنایی در روش شبکۀ pp خانه های بنایی یک طبقه اند .

روش شبکۀ pp بنحو رضایت بخشی قابلیت کاربردی خود در خانه های یک طبقه را به اثبات رسانده است . شبکۀ pp پیشنهادی معمولاً از نوار با عرض ۱۵،۵ میلیمتر و ضخامت ۰،۶ میلیمتر تشکیل شده است که توان کششی آن در حدود ۱۶۰۰kn است . بر اساس نتایج جاری تحقیق و توسعه (R&D) بر روی شبکۀ PP ، انواع خانه های بنایی مورد نظر این روش خانه های یک طبقه اند .
۳-۲ تقویت خاصیت ضد لرزشی خانه های بنایی با روش شبکۀ PP
پرفسور مگورو و همکاران وی در دانشگاه توکیو چگونگی بهبود خاصیت ضد لرزشی خانه های بنایی از طریق روش شبکۀ PP را با یک رشته آزمایشات آزمایشگاهی و تجارت میدانی روش ساخ

 

ته اند . نتایج میز لرزه ایشان با ماکتهای یک چهارم اندازۀ طبیعی و همچنین ماکت های در مقیاس طبیعی مکانیسم ضد لرزشی خانه های بنایی را نشان می دهد .
در مورد نتایج آزمایش میز لرزه بر روی ماکت های یک چهارم مقیاس طبیعی باید گفت که ماکت مقاوم سازی نشده سرانجام بشدت توسط موج زلزله ای معادل با مقیاس ۴ زلزله های ژاپن که توسط سازمان هواشناسی ژاپن ارائه شده است آسیب دید . از سوی دیگر ، ماکت مقاوم سازی شده در برابر زلزله در مقیاس ۴ تاب آورده و سرانجام در برابر زلزله ای که در مقیاس ۶ فرو ریخت . اگر سطح خسارت به ۹۸-EMS ارجاع داده شود ، عملکرد ماکت مقاوم سازی شده به وضوح قابل تعریف است .
به بیان دقیق تر ، چنانچه سطح خسارت ماکت مقاوم سازی نشده با سطح خسارت ماکت مقاوم سازی شده در ازای حرکت لرزه ای یکسان گردد ، تفاوت آن دو چنانکه در جدول ۱-۳ نشان داده شده به روشنی درک می گردد . ماکت مقاوم سازی نشده با وارد آمدن موج زلزله با شتاب ۰٫۶g و فرکانس ۵Hz فرو ریخت و سطح خسارت DG5 در ۹۸-EMS را نشان داد ، در حالیکه ماکت مقاوم سازی شده سطح خسارت DG2 را به ازای وارد آمدن همان موج نشان داد . در محدودۀ حرکت لرزه ای کوچک ، تفاوت سطوح خسارت هر دو ماکت چندان مشهود نبود . ولی ، در برابر افزایش حرکت لرزه ای ، این تفاوت که تغییر شکل بیشتری را موجب می شود به نسبت قاطعی قابل تشخیص بود . نتایج تأییدگر این است که شبکۀ PP عملکرد چشمگیر خود را در دامنۀ گسترده تر تغییر شکل خانه های بنایی به اثبات می رساند .
توجه :
۹۸-EMS : استاندارد که کمیسیون زلزله شناسی اروپا توسط آن سطوح خسارت بناها بر اثر زلزله را طبقه بندی می کند .

مرجع
آزمایش های میز لرزه با ماکت های در مقیاس یک چهارم اندازۀ طبیعی

آزمایش بر روی دو ماکت کوچک در مقیاس یک چهارم اندازۀ طبیعی ، به عبارت دیگر،یک مورد مقاوم سازی نشده و یک مورد مقاوم سازی شده انجام شد . فرکانس امواج سینوسی وارده بین ۲Hz تا ۳۵Hz و شتاب بینg 05،۰ تا ۱٫۴g متغیر است . جدول ۳-۳ مراحل متوالی موج سینوسی وارده را نشان می دهد . در مرحلۀ اول ، موج سینوسی با شتاب ۰٫۰۵g به ترتیب از ۲Hz تا ۳۵Hz به میز لرزه وارد شد . در مرحله ، میز لرزه موقتاً متوقف شد و الگوی ترک حاصله بر حسب قرائن ثبت شدند . در مجموع ، در ماکت مقاوم سازی نشده ۴۶ مرحله (۴۴ دور) و در ماکت سازی شده ۶۲ مرحله (۶۰ دور) موج زلزله وارد شد . در همۀ موارد ، ماکت مقاوم سازی نشده بطور فاجعه آمیزی در دور ۴۶ فرو ریخت .
در خصوص الگوهای ترک حاصله ، در هر دو ماکت ، الگوهای ترک اولیه تقریباً با کمی اختلاف مشابه بودند . ترک ها در هر بارگذاری لرزه ای پیاپی ، پس از اینکه ترک های بزرگ در ماکت سازی نشده حاصل شدند ، پیوسته گشادتر شدند . اما ، ترک ها در مورد ماکت سازی شده در هر مرحله منظماً منتشر شدند ، در حالیکه در دور ۴۴ در چهار دیوار جانبی ماکت مقاوم سازی نشده ترک های بسیاری مشاهده شد و پس از پدید آمدن ترک های جدید در دور ۴۶ این ماکت فرو ریخت . در ماکت مقاوم سازی شده گشاد شدن ترک هایی که تا کنون حاصل شده بودند و نیز انتشار ترک های جدید پیوسته تا دور ۶۱ ادامه یافت و در مراحل آخر تغییر شکل فاحش و ثابتی در ساختمان روی داد .
در مرحله آزمایش در دور ۶۲ ، ۴ ، ۶۳ میلیمتر جابجائی پایۀ میز لرزه که ۱۰ بار بیش از جابجائی حاصل در دور ۴۶ بود و سرعتی معادل ۴ برابر مورد ماکت سازی مقاوم نشده مشاهده شد . تمامی ملاط بندکشی ها ترک خوردند وماکت دچار تغییر شکل قابل توجه و تمام عیاری شد . ولی ، ماکت نمونه انسجام و یکپارچگی خود را از دست نداد و از فروریزی شدید در برابرزلزله ای با شدت بالا جلوگیری به عمل آمد . شیوۀ مقاوم سازی با نوارهای pp قادر است بنحو قابل توجهی یکپارچگی عناصر ساختمانی را حفظ کرده و از فروپاشی و سقوط ساختمان پیشگیری نماید . افزون بر این ، ماکت مقاوم سازی شده بدرستی مکانیسم برتر افت انرژی را به نمایش گذاشت که در آن ترک های جدید پرشتاب بدون اینکه هیچ ضربه ای به انسجام و ثبات کلی ماکت وارد کنند پخش شدند .
فصل چهارم روش ساخت و نصب در شیوۀ مقاوم سازی با شبکۀ pp در خانه های بنایی
۱-۴ روند کار مقاوم سازی

روند کار مقاوم سازی با شبکۀ pp در استحکام بخشی خانه های بنایی علیه زلزله در تصویر زیر نشان داده شده است .
تهیه و تدارک نوارهای pp
(4.3)

روکش با ملاط
(۴٫۴)
ساخت شبکۀ pp

رسیدگی و نگهداری
(۴٫۵)

تصویر ۱-۴ روند کار مقاوم سازی علیه زلزله با شبکۀ pp