up
Search      menu
عمران :: مقاله آسيب پذيري لرزه اي سازه هاي فولادي PDF
QR code - آسيب پذيري لرزه اي سازه هاي فولادي

آسيب پذيري لرزه اي سازه هاي فولادي

اثر طراحي و اجراي اتصالات جوشي بر آسيب پذيري لرزه اي سازه هاي فولادي

چکيده
باگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشي در صنعت ساختمان در ايران هنوز نقايص زيادي در اجراي ساختمانهاي فولادي جديد مشاهده مي شود. در يک بررسي اوليه عوامل زير را مي توان به عنوان دلايل اصلي نقايص ذکر کرد:
1- عدم طرح دقيق اتصالات جوشي با توجه به عملکرد مورد نظر آنها
2- عدم انطباق اجراي معمول ساختمان با آيين نامه ها و دستورالعملها
3- کيفيت پايين جوش به علت عدم وجود آموزش کلاسيک کافي در اين زمينه براي مهندسان و جوشکاران
4- نبود نظارت اصولي و دقيق بر اجراي جوشکاري در ساختمانهاي شهري در کشور.
در اين مقاله بعد از مرور خرابيهاي سازه هاي فولادي در زلزله هاي گذشته ايران و جهان سعي گرديده تا طراحي و اجراي معمول و سنتي سازه هاي فولادي جوش شده در کشور با حالت قابل قبول آن مقايسه گردد. براي اين منظور از آيين نامه هاي معمول طراحي سازه هاي فولادي ايران و آيين نامه هاي طراحي کشورهاي صنعتي زلزله خيز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردي از اجرا يا آيين نامه ها و دستورالعملهاي اجرايي همخواني ندارد. علاوه بر آن مطالعه اي بر روي نقاط ضعيفي که ناشي از اجراي جوش مي باشد انجام گرفته و در پايان پيشنهاداتي براي بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشي از زلزله ها در اين نوع سازه ها ارايه گرديده است.
مقدمه
سازه فولادي از مجموعه اي از اعضاي باربرساخته شده از نيم رخهاي فولادي يا ورق مي باشد که به کمک اتصالات به يکديگر متصل مي گردند.با توجه به روشهاي تکامل يافته اي که براي توليد نيمرخ هاي فولادي به کار گرفته مي شود اين مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاري از خود نشان مي دهند. مساله بسيار مهم رفتار اتصالاتي است که الف) براي ساخت اعضاي مرکب از نيمرخ و ورق براي يکپارچه نمودن اعضا(شامل تير و ستون و مهاربندها)در محل گره ها مورد استفاده قرار مي گيرد.وسايلي که براي ساخت اعضا و اتصال آنها به يکديگر به کار مي رود شامل پيچ و پرچ و جوش است.در اين ميان استفاده از جوش در ساختمان سازي متعارف در ايران بسيار رايج است.تا زمان وقوع زلزله نورث ريچ(1994)تصور بر اين بود که در صورت رعايت اصول فني در طرح و اجراي سازه هاي فولادي جوشي اين سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولي از خود نشان مي دهند.اما وقوع اين زلزله اين فرض رازير سوال برد.در اين زلزله مشاهده شد که در بسياري از اتصالات , در محل درز جوش اتصال , فلز مادر(Base metal) دچار ترک يا يعضا شکست شده است.اسن مساله باعث شد تا تحقيقات گسترده اي در مورد علت اين پديده صورت گيرد که اين تحقيقات تا به امروز ادامه دارد.از طرف ديگر مشاهده و تحقيق درباره وضعيت ساخت و ساز ساختمانهاي فولادي نشان مي دهد که اتصالات جوشي متداول در ايران از کيفيت مناسبي برخوردار نيستند و با وجود سابقه نسبتا طولاني در استفاده از جوشکاري در صنعت ساختمان هنوز نقايص زيادي در اين زمينه مشاهده مي شود.
عملکرد لرزه اي ساختمانهاي فولادي
براساس تجربه هاي حاصل از زلزله هاي گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هايي در برابر زلزله داراي عملکرد بهتري هستند که بتوانند ضمن حفظ پايداري و انسجام کلي خود انرژي ناشي از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمايند.با توجهبه منحني نيرو-تغيير مکان سازه ها و توجه به اين مطلب که سطح بين منحني نيرو-تغييرمکان و محور تغييرمکان نشان دهنده ميزان انرژي جذب شده توسط سازه است.هر چه سازه شکل پذيرتر باشد انرژي بيشتري را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتري دارد.فولاد نرمه به علت طبيعت شکل پذير از اين نظر ماده مناسبي مي باشد و مي تواند ميزان زيادي انرژي جذب کند.اما تجربه نشان داده است که در سازه هاي فولادي در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه اي آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه اي و يا انهدام خواهد شد.در زلزله منجيل (1369) مشاهده شد که تعدادي از ساختمانهاي فولادي دچار تخريب کامل شدند. رفتار اين سازه ها در اين زلزله ثابت کرد که در بسياري از موارد سازه هاي موجود داراي سيستم مقاوم زلزله مناسبي نيستند.استفاده از تيرهاي خورجيني(تيرهاي سرتاسري در دو طرف ستون با اتصال نبشي) و عدم شناخت سيستم حاصل و مدل صحيح براي اين اتصالات باعث شده اين سيستم از نظر مهندسي زلزله بسيار آسيب پذير تلقي گردد.درس حاصل از اين زلزله کيفيت پايين ساخت و ساز شهري بودکه در سالهاي اخير تلاشهايي براي اصلاح آن به عمل آمده است.در زلزله نورث ريچ آمريکا مشاهده شد که در بسياري ازساختمانهاي فولادي اتصال تيرها و ستونها دچار ترک و يا بعضا شکست شد.بيشتر اين ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.
صنعت جوشکاري ساختمان در ايران
با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخير(80-1370)از نظر تعداد ساختمانهايي که با سازه هاي فولادي طراحي و اجرا شده اند کاملا استثنايي به شمار مي آيد.در نيمه دوم اين دهه دهها هزار سازه فولادي در تهران و شهرهاي بزرگ ايرن به ناگهان سر از زمين برآورد.گسيل سرمايه ها به سوي ساخت و ساز شهري و تبديل ساخت سرپناه به ماشين سرمايه گذاري جهت سودهاي کلان باعث گرديد تا رعايت اصول فني و ايمن سازي ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبي صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگيرد.از طرف حجم عظيم ساخت و ساز نيروز انساني زيادي اعم از مهندس و تکنسين و جوشکار احتياج داشت که باعث ورود افراد غيرمتخصص به اين جرگه گرديد.تمامي اين مسايل دست به دست هم داد تا طرح و اجراي ساختمانهاي فولادي آنچنان که بايد از کيفيت مطلوبي برخوردار نباشد.تخريب کلي ساختمانهاي فولادي در زلزله منجيل، مويد پايين بودن کيفيت ساختمانهاي فولادي کشور مي باشد. از ميان تمامي عوامل دخيل در طرح و ساخت سازه هاي فولادي اتصالهاي جوشي از نارساييهاي بيشتري برخوردارند. علل اصلي پايين بودن کيفيت جوش درساخت و سازهاي شهري را مي توان به صورت زير بيان نمود :
1- عدم انطباق اجراي معمول سازه هاي فولادي با آيين نامه ها و دستورالعملها
2- کيفيت پايين جوش به علت عدم آموزش کلاسيک کافي در اين زمينه براي جوشکاران و مهندسان
3- نبود نظارت اصولي و دقيق بر اجراي جوشکاري در ساختمانهاي شهري در کشور
4- عدم طرح دقيق اتصال جوشي با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
1- عدم انطباق اجراي معمول سازه هاي فولادي با آيين نامه ها و دستورالعملها
در بسياري از موارد طرز اجراي متداول جوش باجزييات ارايه شده در آيين نامه تطابق ندارد.اين موارد ناشي از موارد متعددي است که از ميان آنها به موارد زير مي توان اشاره کرد:
الف) آشنا نبودن مهندسين سازه به مسايل اجرايي و در نتيجه ارايه نقشه ها و
جزييات غيرقابل اجرا
ب) گران تر بودن هزينه اجراي جزييات آيين نامه نسبت به روش سنتي اجرا
پ)آگاه نبودن کارفرما و يا مهندس مجري طرح به جزييات آيين نامه و عدم
توانايي در تميز دادن حالات مختلف از يکديگر
بعد از اجباري شدن آيين نامه2800 درسال (1368) اهميت وجود سيستم مقاوم در برابر زلزله از يک طرف و محدوديتهاي معماري براي استفاده از سيستم مهاربندي از طرف ديگر باعث استفاده روزافزون از سيستم قاب خمشي در جهت عرضي ساختمانها شد.در اين سيستم اتصال تير به ستون از نوع گيردار بوده يعني بايد توانايي انتقال برش و لنگر از تير به ستون وجود داشته باشد.در اين نوع اتصالات از ورقهاي بالاسري و زيرسري که در محل اتصال به ستون براي ايجاد جوش نفوذي کامل خورده است استفاده مي شود. اما از آنجايي که متاسفانه عمليات جوشکاري در محل کارگاههاي ساختماني و نه در محل کارخانه صورت مي گيرد کنترل کيفيت جوش بخصوص در هنگام مونتاژ درارتفاع زياد از سطح زمين حتي به صورت عيني(Visual) امکان پذير نمي باشد. همچنين معمولا در محل اتصال ورق به ستون به جاي جوش نفوذي از جوش گوشه استفاده مي شود در نتيجه هنگام زلزله اين نقاط علاوه بر تحمل نيروي کمتر در حالت تردشکن گيسخته خواهد شد. زماني که در يک عضو فشاري ازدومقطع در کنار يکديگر استفاده مي شود بايد هم پايداري کل عضوبه عنوان يک المان و هم پايداري تک تک مقاطع کنترل شود تاهيچ کدام تحت تاثير نيروي فشاري به طور جداگانه دچار کمانش نشوند.براي اين منظور اين مقاطع بايد در فواصل مشخص به يکديگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش يابد. بسياري از اوقات بادبندهاي دوبل در طول خود به يکديگر وصل نمي شوند و در نتيجه دومقطع بايکديگر عمل نميکنند و بار بحراني عضو کمتر از مقداري است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملي ساختمان حداکثر فاصله بين جوش دومقطع در ستونهاي ترکيبي را مقرر نموده است.اما در موارد زيادي مشاهده مي شود که فاصله بين جوش ستونها بيشتراز اين مقدار است.
2- کيفيت پايين جوش به علت عدم آموزش کلاسيک کافي در اين زمينه براي جوشکاران و مهندسان
يکي از مهمترين اشکالات موجوددر اجراي ساختمانهاي فولادي در کشور کيفيت پايين جوشکاري ساختمان مي باشد.عوامل مختلفي در اين امر تاثير مي گذارند.استفاده ازجوشهاي کارگاهي حتي در مورد جوشهاي نفوذي و اجراي کل جوشکاري درکارگاه ساختماني و استفاده از نيروي انساني غيرمجرب از عوامل اصلي پايين آمدن کيفيت جوشکاري ساختمان مي باشد.در نتيجه عوامل برشمرده شده مشکلات عديده اي گريبانگير اتصالات جوشي مي باشد.
در بسياري از موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن يا مواد نامناسب ديگر است و يا اينکه روي فلززنگ زده يا رنگ خورده جوش داده مي شود.گاه در فاصله بين پاسهاي متوالي جوش حتي از جدا نموده گل جوش نيز خودداري مي شود و يابدون برداشتن گل جوشکاري اقدام به زدن رنگ ضدزنگ مي شود.از انواع جوشهايي که در کارهاي ساختماني بسيار از آن استفاده مي شود جوش سربالا مي باشد. به علت سختي اجرا در غالب موارد اين نوع جوش از کيفيت پاييني برخوردار است. در بسياري از موارد در اثر استفاده از تکنيکهاي نامناسب جوشکاري نقايصي چون تابيدگي و پيچش در قطعات اتفاق مي افتد.
عيوبي نظير نفوذ ناقص بريدگي کناره جوش اختلاط سرباره تخلخل و وجود ترک درفلز مادر باعث کاهش ظرفيت باربري قطعات مي شود. يکي از متداولترين اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه هاي فولادي تيرهاي لانه زنبوري مي باشد.بسياري از مجريان طرح اين تيرها را در وضعيت نامطلوبي در کارگاه ساختماني مونتاژ مي کنند. در بسياري از موارد جوش مياني تير از کيفيت پاييني برخورداراست و با توجه به اهميت عملکرد مناسب اين قسمت و تقويتهاي لازم درمجل تکيه گاه تير و وسط آن صورت نمي پذيرد. متاسفانه طراحي و اجراي پلکانهاي فولادي در ساختمانها نيز از کيفيت پاييني برخوردار است و با توجه به اهميت عملکرد مناسب اين قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول نمي شود .
3- نبود نظارت اصولي و دقيق بر اجراي جوشکاري در ساختمانهاي شهري در کشور
با توجه به اهميتي که شهرداري براي مسايلي از قبيل پارکينگ و نورگيرها و مسايلي از اين دست قايل است مشاهده مي شود که بيشتر توجه مهندسان نيز به اين امور معطوف مي باشد و توجه چنداني به مسايل سازه اي نمي شود.البته بايد به اين نکته نيز اشاره شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاري در واحدهاي درسي دانشجويان عمران مهندسيني که از دانشگاه فارغ التحصيل مي شوند در اين زمينه داراي اطلاعات کافي نيستند و به عنوان مهندس ناظر نمي توانند مسووليت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته بايد به اين موارد مساله سختي کار را نيز افزود.به علت جوشکاري در ارتفاع غالب مهندسين از انجام بازديد از اين جوشها طفره مي روند. در نهايت امر اينکه آن طور که از ظواهر امر مشخص است شهرداريها نيز در اين زمينه کوچکترين نقشي ايفا نمي کنند و هيچگونه نظارتي بر اجراي ساختمانها ندارند.
4- عدم طرح دقيق اتصال جوشي با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
بسياري از کارفرمايان عمل طراحي سازه و ايجاد تمهيدات مقابله با زلزله را يک امر زايد مي دانند و تلاش مي کنند تا کمترين هزينه ممکن را صرف اين کار نمايند.از طرف ديگر شهرداريها کمترين نظارتي بر طرح و اجراي سازه ها نداشته فقط به مسايل معماري دقت مي کنند. اين عوامل دست به دست هم مي دهد تا فقط حق امضاي مهندسين سازه اهميت داشته باشد و طرح از حداقل اهميت برخوردار باشد به خاطر همين موضوع مهندسين سازه اغلب کمترين وقت را صرف اين عمل مي نمايند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشي مبذول نمي شود. بعضي اوقات از اتصالات طرح شده براي يک ساختمان در نقشه هاي ديگر ساختمانها استفاده مي شود. در بسياري از موارد جزييات اتصالات موجود در نقشه ها نامفهوم بي دقت و ناقص است.
نتيجه گيري و پيشنهادات
از بررسي هاي انجام شده بر روي ساخت وساز ساختمانهاي فلزي در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زيادي در طرح و اجراي اين سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقايص مربوط به اتصالات جوشي است.اجراي جوش کارگاهي و نبود آموزش کافي براي مهندسان عمران و عدم نظارت کافي بر حسن اجراي جوش و ... مشکلاتي است که اين صنعت را رنج ميدهد.و براي رفع اين موارد بهترين راه
1- در صورت امکان استفاده از جوش در کارخانه به جاي جوش کارگاهي
2- بالابردن سطح آگاهي عمومي جامعه درباره زلزله بر ساختمانها
3- آموزش جوشکاري به جوشکاران و دادن گواهينامه به جوشکاران ماهر ساختماني
4- آموزش جوشکاري به عنوان واحد درسي به مهندسين عمران و يا ايجاد شاخه جديدي تحت عنوان بازرسي جوش اسکلت براي مهندسين ناظر
5- تقويت سيستم نظارتي موجود و ايجاد سيستم هاي نظارتي ناظربر کار مهندسين

زمين لرزه يکي از وحشتناک ترين پديده هاي طبيعت محسوب مي شود. اغلب زميني را که روي آن ايستاده ايم، به صورت تخته سنگ هاي صلب و محکمي تصور مي کنيم که از ا ...

بطور کلي ، لرزه نگار دستگاهي است که نوسانات زميني ناشي از ورود امواج لرزه‌اي را (به صورت تابع پيوسته‌اي از زمان) مانيتور يا در يک شکل خاص ، همراه با ع ...

زمين لرزه عبارت از لرزشهاي قابل اندازه گيري سطح زمين است که توسط امواج حاصل از رها شدن ناگهاني انرژي در درون زمين بوجود مي‌آيد. آثار سطحي زمين لرزه مم ...

زمين لرزه يکي از وحشتناک ترين پديده هاي طبيعت محسوب مي شود. اغلب زميني را که روي آن ايستاده ايم، به صورت تخته سنگ هاي صلب و محکمي تصور مي کنيم که از ا ...

خوردگي يکي از مؤثرترين فاکتورها در تعيين عمر اقتصادي براي ساختمانها مي باشد. خوردگي نتيجه يک سري فعل و انفعالات شيميايي در بتن و آرماتور ها مي باشد. د ...

علل مختلفي که باعث فرسودگي و تخريب سازه هاي بتني مي شوند - علائم هشدار دهنده که کار مرمت را الزامي مي دارند. ۱) علل فرسودگي و تخريب سازه هاي بتني (CAU ...

1) عمليات ترميمي ( آماده سازي سطوح - تميز نمودن با اسيد - برس زدن...) در اين بخش عمليات بهسازي که عبارت از آماده سازي سطوح و اجراي روشهاي مناسب تعمير ...

سازه هاي ماکاروني به سازه هايي اطلاق مي شود ، که مصالح استفاده شده در آنها تنها ماکاروني و چسب مي باشد . اين سازه ها در مقياس کوچکتر نسبت به سازه هاي ...

دانلود نسخه PDF - آسيب پذيري لرزه اي سازه هاي فولادي