آکادمی و موسسه علمی پژوهشی ابن سینا

تهیه پایان نامه عمران 

آگاهی دقیق از رفتار ساختمان ها در زلزله موضوع اساسی در علم مهندسی زلزله است. بررسی انواع خرابی-های ایجاد شده بر اثر زلزله های گذشته، همواره یکی از زمینه های مهم در مهندسی زلزله بوده است. دلایل این امر عبارتند از روزآمد کردن آیین نامه های طراحی و نیز آموختن درس هایی که مانع از خسارت های مشابه در زلزله های بعدی شود. آشنایی و توجه دقیق به مکانیزم های مختلف خرابی و شکست، یکی از ابزار عمده برای روزآمد کردن آیین نامه های طراحی است. از این آزمایش طبیعی می توان برای طراحی و ساخت بهینه سازه ها استفاده کرد.
پس از فاجعه زلزله 1382 بم که منجر به فوت 50000 نفر و مجروح شدن 30000 نفر و خرابی 90 درصد ساختمان های شهر شد، محققان علم مهندسی زلزله به فکر رفع خلاءهای آیین نامه طراحی لرزه ای ایران در مورد پدیده طبقه نرم افتادند. در چاپ سوم آیین نامه 2800، که در تاریخ بیست و ششم تیرماه 1384 انتشار یافته در ابتدای آیین نامه در بخش تعاریف ابتدا طبقه نرم این گونه تعریف گردید؛ "طبقه نرم طبقه ای است که سختی جانبی آن کمتر از 70 درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کمتر از 80 درصد متوسط سختی 3 طبقه روی خود باشد." و در قسمت 11-1-2 بند (ب) از پدیده طبقه نرم به عنوان عامل بی نظمی در ارتفاع یاد شد. مطابق ویرایش چهارم آیین نامه 2800 که در تیر ماه 1391 منتشر شد، "طبقه نرم طبقه ای است که سختی جانبی آن بین 70-60 درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا بین 80-70 درصد متوسط سختی 3 طبقه روی خود باشد." در همین ویرایش در قسمت تعاریف طبقه خیلی نرم نیز این گونه تعریف گردیده است؛ "طبقه خیلی نرم، طبقه ای است که سختی جانبی آن کمتر از 60 درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کمتر از 70 درصد متوسط سختی 3 طبقه روی خود باشد." طبقه خیلی نرم اصطلاح و تعریف جدیدی است که در این ویرایش آورده شده و این-گونه آیین نامه ایران در مورد طبقه نرم تکامل یافت.
در مورد علت و مکانیسم خرابی سازه دارای طبقه نرم می توان گفت که اگر در اثر زلزله، پس از جابجایی پی به اندازه Δ درستون های یک طبقه، سختی طبقات دیگر آن قدر زیاد باشد که مانند یک بلوک صلب عمل کرده و ستون ها نتوانند سقف های بالا و پایین (در صورت قرارگیری طبقه نرم در طبقات میانی) را با خود همراه سازند، آنگاه سازه ظرفیت جذب انرژی و جابجایی محدودتری داشته و توزیع نیروی جانبی زلزله در امتداد ارتفاع سازه به درستی انجام نمی شود. این وضعیت موجب می شود که بیشتر انرژی زلزله به طبقه ای که جابجایی بیشتری را تحمل می کند، وارد گردد. این طبقه همان طبقه نرم است. ستون های طبقه نرم برای استهلاک انرژی، انرژی زیادی را جذب و جابجایی بیشتری را نسبت به سایر طبقات تحمل می کند بگونه ای تغییر شکل این ستون-ها از محدوده الاستیک وارد محدوده غیرالاستیک می شود. در نتیجه، دیگر طبقه نرم، سختی لازم برای تحمل برش تحمیلی ناشی از زلزله را نداشته و سرانجام در اثر جابجایی های رفت و برگشتی ناشی از زلزله، در ابتدا و انتهای محل اتصال ستون های طبقه نرم به طبقه یا طبقه های سخت مفصل پلاستیک ایجاد شده و طبقه نرم یا دچار تغییر شکل ماندگار و یا در اثر نیروی جاذبه دچار ریزش می شود که در بعضی مواقع ریزش طبقه منجر به ریزش کامل سازه نیز می شود.
در این پایان نامه، دو قاب خمشی بتن مسلح با تعداد طبقات 7 و 9 که دارای طبقه ی نرم (ایجاد شده در اثر افزایش ارتفاع) هستند، مورد بررسی قرار گرفت. ارتفاع کلیه طبقات بغیر از طبقه نرمی که ناشی از افزایش ارتفاع ایجاد شده، 3 متر و ارتفاع طبقه نرم در دفعات مختلف 5/4، 5 و 5/5 فرض گردید. مطابق ویرایش سوم آیین نامه 2800 این قاب ها دارای ضریب رفتار 7 و درجه اهمیت 3 یا متوسط (مسکونی، اداری، تجاری، هتل ها و ...) بوده و در منطقه ای با خاک نوع 3 و میزان لرزه خیزی خیلی زیاد واقع شده اند. برای بارگذاری ثقلی قاب ها از مبحث ششم مقررات ملی ساختمان (آیین نامه 512 بارهای وارد بر ساختمان) و بارگذاری لرزه ای از ویرایش سوم آیین نامه 2800 استفاده شد. اتصالات تیر به ستون در این قاب ها صلب در نظر گرفته شده و در مراحل تحلیل سازه اثرات P-∆ و کاهش ممان اینرسی تیر و ستون (ترک خوردگی) در نظر گرفته شده است. این قاب-ها یکبار تحت تحلیل دینامیکی خطی طیفی و بار دیگر تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی (پوش آور) قرار گرفتندکه نتایجی که در ادامه آورده شده، حاصل گردید.

نتایج حاصل از تهیه پایان نامه عمران حاضر

برای رسیدن به نتایج مورد نظر در تهیه پایان نامه عمران حاضر 48 مدل تحت تحلیل دینامیکی طیفی و 48 مدل تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی قرار گرفتند که در نهایت از آنالیز 96 مدل نتایج زیر حاصل شد:
1- طبقه نرم در هر طبقه از سازه که قرار گیرد موجب افزایش مقدار جابجایی، دریفت، نیروی برشی و لنگر خمشی تحمیل شده به آن طبقه از سازه، و به کل سازه به حالت معمولی (سازه بدون طبقه نرم) می گردد که این نتیجه با خصوصیات طبقه نرم کاملاً منطبق است.
2- هرچه ارتفاع طبقه نرم افزایش می یابد مقدار جابجایی، دریفت، نیروی برشی و لنگر خمشی تحمیل شده به طبقه نرم نیز افزایش می یابد. اگر طبقه نرم در طبقات پایینی سازه قرار داشته باشد میزان این افزایش در مقدار جابجایی و دریفت، بیشتر از زمانی است که طبقه نرم در طبقات بالایی سازه قرار دارد. به عبارت دیگر مقدار افزایش جابجایی و دریفت تحمیلی به سازه، با حرکت طبقه نرم از طبقه اول به طبقه میانی افزایش و پس از آن کاهش می یابد.
3- با افزایش ارتفاع ساختمان (با افزایش تعداد طبقات ساختمان) تاثیر طبقه نرم کاهش می یابد. به طور کلی اثر طبقه نرم در قاب های مختلف برای قاب ها با تعداد طبقات کمتر، بیشتر است و حالت بحرانی تری را به وجود می آورد و بالعکس اثر طبقه نرم در قاب ها با تعداد طبقات بیشتر، کمتر است. 
4- با تغییر مکان طبقه نرم در طبقات سازه، یک جهش یا افزایش مقدار، در میزان جابجایی و دریفت طبقه ای که طبقه نرم در آن قرار می گیرد، مشاهده می شود که میزان این جهش با افزایش ارتفاع طبقه نرم، افزایش می-یابد. 
5- وقتی طبقه نرم در طبقه آخر قاب قرار می گیرد، کمترین میزان جابجایی و دریفت (نسبت به قرارگیری این طبقه در سایر طبقات) به کل سازه وارد می شود.
6- وقتی طبقه نرم در طبقه دوم قرار می گیرد، با افزایش ارتفاع طبقه نرم، مقدار جهش در نمودارهای دریفت و جابجایی طبقه نرم نسبت به قرارگیری این طبقه در سایر طبقات قابل توجه است. 
7-  قرارگیری طبقه نرم در ارتفاع میانی سازه، نسبت به قرارگیری این طبقه در سایر طبقات، بیشترین جابجایی و دریفت را به سازه تحمیل می کند. 
8- بطور کلی با قرارگیری طبقه نرم در  طبقات پایینی سازه (اول، دوم و سوم) افزایش مقدار جابجایی و دریفت تحمیل شده به طبقه نرم بسیار زیاد است.
9- با تغییر مکان طبقه نرم از طبقه اول به سایر طبقات سازه، میزان نیروی برشی و لنگر خمشی متحمل توسط طبقه اول کاهش می یابد. زمانی که طبقه نرم در طبقه اول قرار دارد، سازه بیشترین مقدار نیروی برشی و لنگر خمشی را در این طبقه نسبت به سایر طبقات تجربه می کند. هم چنین زمانی که طبقه نرم در طبقه قبل از طبقه آخر قرار دارد، سازه کمترین مقدار نیروی برشی و لنگر خمشی را در طبقه اول نسبت به سایر حالات تجربه می کند.
10- وقتی طبقه نرم در طبقه آخر قرار می گیرد، کمترین میزان جابجایی و دریفت، نسبت به قرارگیری این طبقه در سایر طبقات، به کل سازه وارد می شود. هم چنین قرارگیری وقتی طبقه نرم در طبقه آخر باعث می شود که در نمودار نیروی برشی و لنگر خمشی هیچ گونه نامنظمی (افت ناگهانی مقدار) رخ ندهد و سازه روندی طبیعی داشته باشد.
11- به ازای قرارگیری طبقه نرم در یک طبقه، یک جهش یا افزایش در مقدار نیروی برشی همان طبقه مشاهده می شود. با قرارگیری طبقه نرم در طبقه اول، بیشترین افزایش مقدار در نیروی برشی در این طبقه مشاهده می شود. با تغییر مکان طبقه نرم از طبقه اول تا طبقه آخر، افزایش مقدار نیروی برشی در طبقه نرم، کاهش می یابد که شدت این کاهش در طبقات اول تا چهارم بیشتر است. 
12- با تغییر مکان طبقه نرم از طبقه اول تا طبقه ماقبل آخر، مقدار برش تحمیل شده به طبقه آخر، تقریباً در یک محدوده قرار دارد. اما زمانی که طبقه نرم در طبقه آخر قرار می گیرد، مقدار برش تحمیل شده به این طبقه افزایش محسوسی می یابد بگونه ای که این افزایش در نمودار نیروی برشی کاملاً محسوس است.
13- وقتی طبقه نرم در طبقه اول تا طبقه ماقبل آخر قرار دارد، مقدار لنگر خمشی تحمیل شده به طبقات قبل از طبقه نرم زیاد بوده اما این مقدار در طبقات پس از طبقه نرم کاهش می یابد. به طوری که در نمودارهای ترسیم شده یک افت مقدار، پس از طبقه نرم در نمودار مشاهده می شود. این افت مقدار با افزایش ارتفاع طبقه نرم، افزایش می یابد. اما زمانی که طبقه نرم در طبقه آخر قرار می گیرد هیچ افتی در نمودار لنگر خمشی رخ نمی دهد.
14- با قرارگیری یک طبقه نرم در سازه، پریود سازه نسبت به حالت بدون وجود طبقه نرم افزایش می یابد. با افزایش ارتفاع طبقه نرم، پریود سازه به ازای مودهای مختلف نیز افزایش می یابد.
15- در حالتی که طبقه نرم در طبقه اول قرار دارد، مود اول بیشترین پریود را داراست. با حرکت طبقه نرم از طبقه اول به طبقات بالایی، پریود مود اول کاهش می یابد. بگونه ای که با قرارگیری طبقه نرم در طبقه آخر، تمامی مودها دارای کمترین مقدار پریود هستند.
16- در تمامی سازه ها پریود آیین نامه ای و تحلیلی اختلاف زیادی با یکدیگر دارند، به طوری که این اختلاف با قرارگیری طبقه نرم در طبقات اول سازه بیشتر می شود و هنگامی که طبقه نرم در طبقه انتهایی قرار می-گیرد، کمترین اختلاف حاصل می شود. از این اختلاف می توان نتیجه گرفت که پریود تعریف شده در آیین نامه تخمین مناسبی از پریود واقعی سازه های دارای طبقه نرم، بدست نمی دهد و لازم است که برای این سازه ها مقدار پریود بزرگتری در نظر گرفته شود.
17- تحت بار استاتیکی خطی، منحنی ظرفیت سازه ی بدون طبقه نرم در بالاترین محل قرار می گیرد. منحنی ظرفیت سازه تحت این بار، با جابجا شدن طبقه نرم از طبقه اول تا طبقه میانی (در سازه 7 طبقه تا طبقه چهارم و در سازه 9 طبقه تا طبقه ششم) در حال کاهش و از طبقه میانی تا طبقه آخر در حال افزایش است. شبیه ترین حالت به منحنی ظرفیت سازه ی بدون طبقه نرم، قرارگیری طبقه نرم در طبقه آخر می باشد.
18- تحت بار یکنواخت، در سازه های 7 و 9 طبقه روند منظمی در منحنی ظرفیت سازه با جابجا شدن طبقه نرم مشاهده می شود. به این ترتیب که با حرکت طبقه نرم به سمت طبقات بالا، منحنی ظرفیت سازه به تدریج دچار افزایش می شود. بدین صورت که هنگامی که طبقه نرم در طبقه اول قرار دارد، منحنی ظرفیت در پایین-ترین محل و زمانی که طبقه نرم در طبقه آخر قرار دارد، منحنی ظرفیت در بالا ترین محل و زیر منحنی ظرفیت سازه ی بدون طبقه نرم قرار می گیرد. بنابراین شبیه ترین حالت به منحنی ظرفیت سازه ی بدون طبقه نرم، قرارگیری طبقه نرم در طبقه آخر است.
19- هم تحت بار یکنواخت و هم تحت بار استاتیکی خطی، با افزایش ارتفاع طبقه نرم، منحنی ظرفیت سازه (در هر دو سازه 7 و 9 طبقه) کاهش می یابد، که این روند تحت بار یکنواخت وضوح بیشتری دارد. در واقع با افزایش ارتفاع طبقه نرم میزان نرمی طبقه افزایش یافته که این امر میزان شکل پذیری کل سازه را کاهش می دهد.
20- پس از وقوع زلزله، تقریباً اکثر ساختمان های بتنی دارای طبقه نرم دچار آسیب یا شکستگی می شوند. این خرابی ها ذرات معلق زیادی مثل بتن، سیمان، ساروج و خاک را وارد هوا کرده و باعث آلودگی هوا می-گردند. ذرات معلق از مرگبارترین انواع آلودگی هوا محسوب می‌شوند. ذرات بتنی به علت اندازه ی کوچکی که دارند بسیار خطرناک هستند، چون به راحتی به ریه‌ها و جریان خون نفوذ می کنند. برای کنترل آلودگی هوای ایجاد شده توسط ذرات معلق ناشی از تخریب ساختمان ها تحت نیروی زلزله، باید قبل از وقوع زلزله به فکر راهکار بود. یکی از موثرترین روش ها استفاده از فناوری نانو است. با استفاده از تکنولوژی نانو روش‌هايي همچون فتوکاتالیست و نانوپوسترها، برای حذف يا كاهش آلاينده‌هاي هوا در دهه‌هاي اخير در كشور‌هاي مختلف به كار گرفته شده است. در روش نانوپوستر سطح پوستر و در روش فتوکاتالیست نمای ساختمان ها توسط دی‌اکسید تیتانیوم پوشش داده شوند. سپس با تابش نور خورشید، نانوذرات برانگیخته شده و در واکنش با اکسیژن، آلودگی هوا جذب و ترکیبات سمی را از بین می برند. این پوشش در روش فتوکاتالیست ممکن است به هنگام ساخت سازه مستقیماً بر روی خود نما (سطح سنگ، آجر و کامپوزیت) و یا پس از اتمام ساخت و در مرحله بهره برداری به صورت قطعات جداگانه بر سطح نما قرار گیرد. بنابراین با اجرا شدن این دو روش، نه تنها در شرایط عادی کیفیت هوا در شهرها مناسب و قابل قبول است بلکه در شرایط اضطرار نیز به خوبی عمل خواهد کرد. هم چنین از روش فتوکاتالیست برای تصفیه آب های آلوده توسط ذرات معلق یا هر نوع آلاینده دیگر می توان استفاده کرد.

پیشنهادهایی جهت ادامه کار

    بررسی عملکرد سازه های دارای طبقه نرم در مقابله با زلزله های حوزه نزدیک و دور.
    بررسی اندرکنش طبقه نرم و نوع اسکلت بر میزان خرابی ناشی از زلزله.
    بررسی هم زمانی اثر حذف میان قاب با مصالح بنایی و افرایش ارتفاع در یک طبقه بر رفتار سازه.
    مدل های آزمایشگاهی در راستای تایید نتایج ارائه شده، ساخته و مورد آزمایش قرار گیرند تا پشتوانه قوی برای وارد شدن در مباحث آیین نامه را داشته باشد.
    استفاده از روش های مختلف مقاوم سازی برای تقویت ستون های طبقه نرم در ساختمان های موجود و ارائه بهترین و اقتصادی ترین راه جهت سازه های موجود.

در صورت نیاز به مشاوره در زمینه تهیه پایان نامه عمران با ما در ارتباط باشید.