چکیده

مصالح بنایی درگذشته‌های دور، با توجه به نقش باربری قابل‌توجه، مصالح اصلی ساخت‌وساز را تشکیل می‌دادند این مصالح اولین بار با مشاهده سخت شدن گل در کناره کوره‌ها و تنورهای پخت‌وپز، موردتوجه قرار گرفتند و این مسئله اساس ساخت آجرهای امروزی را تشکیل می‌دهد در آن زمان تنها به دلیل استحکام و در دسترس بودن مورداستفاده قرار می‌گرفت اما با گذشت زمان و مشاهده رفتار و عملکرد آن‌ها در شرایطی مثل زمین‌لرزه و باد و این‌که انسان همیشه به دنبال امنیت خاطر و آسایش هست، نیاز به شناخت رفتار دقیق‌تر این مصالح بیش‌ازپیش احساس شدچوب ازجمله مصالحی بوده که از ابتدای تاریخ مورداستفاده قرارگرفته است و با توجه به مقاومت کششی خوبی که دارد و صرفه اقتصادی و فرآیند راحتی که در ساخت آن وجود دارد و از طرفی کمک به حفظ محیط‌زیست به خاطر دی‌اکسید کربنی که در خود ذخیره می‌کند، موردتوجه قرارگرفته است مزیت دیگر چوب در روستاها و شهرهای کمتر توسعه‌یافته، قیمت ارزان و در دسترس بودن آن استسازه بنایی با قاب چوبی یک سیستم سازه‌ای با تنوع و پیچیدگی بالاست که تاکنون تحقیقات تحلیلی و تجربی محدودی برای کشف پاسخ‌های لرزه‌ای آن انجام‌شده است از عصر برنز این سیستم در مناطق لرزه‌خیز معمول شد با توجه به رفتار سازه‌های بنایی ضعف اساسی آن‌ها در برابر زلزله، کمبود مقاومت نیست، بلکه کمبود نرمی یا شکل‌پذیری است و همواره سعی شده با بکار بردن مصالح شکل‌پذیر رفتار دیوار‌های بنایی را شکل‌پذیر کرده تا در مقابل زلزله بتوانند با جذب انرژی زلزله و تغییر مکان کافی، انرژی زلزله را مستهلک کنند باوجود مقاومت برشی بالای سازه‌های بنایی به دلیل رفتار ترد مصالح بنائی، بهبود عملکرد این سازه‌ها ازنظر افزایش ظرفیت باربری و شکل‌پذیری بسیار اهمیت دارد که استفاده از عناصر مسلح کننده به‌عنوان عضوی جهت رفع معایب این سازه‌ها در طول تاریخ موردتوجه بوده استدر گذشته که از شکل امروزی فاصله داشت، اکثر تحقیقات و بررسی‌ها حالت آزمایشگاهی داشت به‌تدریج با پیشرفت علم و فنّاوری دانشمندان به تحلیل‌های دقیق و علمی این مصالح در مقیاس کوچک و در مقیاس سازه‌های واقعی پرداختند یک روشی که امروزه بسیار پرکاربرد است مدل‌سازی عددی است ازاین‌رو مدل‌سازی دیوارهای آجری به‌عنوان اصلی‌ترین عناصر باربر در این ساختمان‌ها که هم نقش باربری ثقلی و هم نقش باربری جانبی در زلزله به‌عنوان دیوار برشی را دارا هستند، بسیار مهم به نظر می‌رسد مدل‌سازی عددی دیوارهای آجری به‌طورکلی به پنج دسته مدل‌سازی میکرو یا ریز مدل‌سازی و مدل‌سازی ماکرو یا درشت مدل‌سازی و المان‌های ابداعی و حالت حدی و چند مقیاسی تقسیم می‌شوند در مدل‌سازی ماکرو که در پژوهش حاضر برای مدل‌سازی دیوار استفاده‌شده است، دیوار آجری به‌صورت یک ماده هموژن و یکدست، با خواص مکانیکی معادل فرض می‌شود مدل‌سازی در این روش ساده بوده و حجم محاسبات نیز بسیار کمتر از مدل‌سازی میکرو می‌باشددر این پایان‌نامه، به‌منظور رسیدن به درک روشنی از تأثیر اعضای چوبی و نحوه قرارگیری آن‌ها بر عملکرد لرزه‌ای دیوار و الگوهای ترک‌خوردگی دیوار بنایی از نرم‌افزار ANSYS 11 استفاده‌شده است سپس سعی شده یک مدل ماکرو با استفاده از نتایج آزمون آزمایشگاهی برای ارزیابی دیوار بنایی غیرمسلح ارائه گردد درواقع با داشتن نمودار تنش-کرنش یک دیوار بنایی مبنا و خواص معمولی مانند مدول الاستیسیته و نسبت پواسون بنایی و مدل مذکور قادر خواهد بود تا رفتار غیرخطی یک دیوار بنایی را مدل‌سازی کند نوع تحلیل به‌کاررفته، تحلیل استاتیکی غیرخطی


1-1 مقدمه 2
1-2-1 تعریف سازه‌های بنایی 3
1-2-2 تاریخچه سازه‌های بنایی 4
1-2-3 رفتار ساختمان‌های آجری 5
1-2-4 دسته‌بندی ساختمان‌های آجری 5
1-2-4-1 ساختمان آجری غیرمسلح 5
1-2-4-1-1 موارد مجاز استفاده از سازه‌های بنایی غیرمسلح 5
1-2-4-1-2 عملکرد ساختمان‌های آجری غیرمسلح در برابر زلزله 6
1-2-4-1-2-1 دیوارهای دارای بازشو 6
1-2-4-1-2-2 دیوارهای بدون بازشو 8
1-2-4-1-2-3 رفتار داخل صفحه دیوارهای بنایی 8
1-2-4-1-2-3-1 مکانیسم‌های مختلف شکست داخل صفحه دیوارهای بنایی 8
1-2-4-2 ساختمان‌های آجری نیمه مسلح 10
1-2-4-3 ساختمان‌های آجری مسلح 10
1-2-4-4 ساختمان‌های آجری مرکب (قاب‌بندی شده) 11
1-2-5 مزایا و معایب ساختمان‌های بنایی 11
1-2-6 مهم‌ترین انواع گسیختگی در دیوارهای باربر آجری 11
1-2-6-1 مودهای شکست دیوارهای آجری 12
1-2-6-2 مودهای شکست مصالح بنایی 13
1-2-6-3 انواع گسیختگی المان‌های بنایی دوبعدی 13
1-2-7 کلاف بندی ساختمان‌های بنایی 14
1-2-7-1 کلاف افقی 14
1-2-7-2 کلاف بندی قائم 14
1-2-7-2-1 موقعیت کلاف‌های قائم 14
1-2-7-2-2 نحوه اجرای انواع مختلف کلاف‌های قائم 14
1-2-7-2-2-1 نحوه اجرای کلاف قائم بتن‌آرمه 14
1-2-7-2-2-2 نحوه اجرای کلاف قائم فولادی 15
1-2-7-2-2-3 نحوه اجرای کلاف‌های قائم چوبی 15
1-2-8 توزیع بار در سازه‌های بنایی 15
1-2-9 مقاوم‌سازی دیوارهای بنایی 15
1-2-9-1 انواع روش‌های مقاوم‌سازی سازه‌های بنایی 16
1-3 آشنایی با تاریخچه چوب 17
1-3-1 پیشینه کاربرد چوب در سازه‌های بنایی 18
1-3-1-1 کاربرد چوب در کالیفرنیا آمریکا 21
1-3-1-2 بزرگ‌ترین سازه چوبی جهان 21
1-3-2 بعضی از انواع چوب 22
1-3-3 آشنایی با ساختار و خصوصیات مکانیکی چوب 23
1-3-3-1 خصوصیات مکانیکی چوب 24
1-3-3-2 ویژگی‌های فیزیکی چوب 24
1-3-4 مصالح چوبی 25
1-3-4-1 میزان و موارد مصرف چوب در دنیا 26
1-3-4-2 استانداردهای بین‌المللی چوب 26
1-3-4-3 نحوه تأمین چوب برای کاربردهای ساختمانی 26
1-3-4-4 اجرای اتصالات گوشه در سازه‌های چوبی 26
1-3-4-5 مسلح سازی سازه‌های چوبی 27
1-3-5 مقایسه کلی بین چوب با بتن و فولاد 27
1-3-5-1 مزایای فضای داخلی سازه‌های چوبی 28
1-3-5-2 نحوه ارتباط بین سازه‌های چوبی با معماری پایدار 28
1-3-6 مزایای چوب 28
1-3-6-1 تأثیر ساخت‌وسازهای چوبی روی تغییر میزان آلودگی هوا 28
1-3-6-2 معایب چوب 29
1-3-7 صنعتی سازی ساختمان‌های چوبی 29
1-3-7-1 فناوری‌های موجود در صنعت چوب و علل توسعه کاربرد چوب 30
1-3-7-2 تعریف ترموود 30
1-3-7-2-1 در چه فضاهایی از ترموود استفاده کنیم؟ 31
1-3-7-3 تعریف LSL 31
1-4 سیستم ساختمان‌های دارای اسکلت چوبی 32
1-4-1 عملکرد ساختمان‌های دارای اسکلت چوبی در مناطق زلزله‌خیز 32
1-4-2 ساختمان‌های خشتی و آجری دارای اسکلت چوبی 32
1-5 منشأ رفتار غیرخطی سازه بنایی 33
1-5-1 دلایل پیچیدگی تحلیل سازه‌های مصالح بنایی 33
1-5-2 مشکلات به‌کارگیری تحلیل المان محدود غیرخطی 33
1-6 روش‌های عددی بررسی عملکرد دیوارهای آجری 34
1-6-1 انواع روش‌های عددی برای مدل‌سازی دیوارهای بنایی 34
1-6-1-1 مدل‌سازی میکرو 34
1-6-1-1-1 مدل‌سازی میکرو دقیق 35
1-6-1-1-2 مدل‌سازی میکرو ساده‌شده 35
1-6-1-2 مدل‌سازی ماکرو 35
1-6-1-3 روش‌های چند مقیاسی 36
1-6-1-4 روش حالت حدی 36
1-6-1-5 مدل‌سازی به روش المان‌های ابداعی 36
1-6-2 مقایسه بین مدل‌سازی دیوار بنایی به روش ماکرو با مدل‌سازی به روش میکرو 36
1-6-3 مقایسه روش المان محدود با روش‌های تجربی 37
1-6-4 مقایسه مدل‌سازی‌های مختلف 37
1-7 محدوده مطالب پایان‌نامه 38
1-8 ضرورت و هدف تحقیق 38
فصل دوم: انواع روش‌های تحلیلی رفتار سازه های بنایی غیرمسلح40
2-1-1 مقدمه‌ای بر ساختمان‌های بنایی 41
2-1-2 مقاوم‌سازی ساختمان‌های بنایی با استفاده از چوب 41
2-1-3 فواید پیدا کردن مدل مناسب برای پیش‌بینی رفتار چوب 42
2-1-4 پیشینه کاربرد قاب چوبی در سازه‌های بنایی 42
2-2-1 انواع روش‌های مخرب و غیر مخرب در تعیین خصوصیات مکانیکی سازه‌ها 43
2-2-1-1 انواع روش‌های محاسبه مدول الاستیسیته چوب با گذشت زمان 43
2-2-2 به‌کارگیری مدل‌های رفتاری متفاوت برای تخمین رفتار کامپوزیت‌های چوبی 43
2-2-3 جزئیات رفتاری چوب در تعیین مشخصات مکانیکی آن 44
2-2-4 نقش تقویت اتصالات چوبی بر تغییر عملکرد آن‌ها 44
2-2-5 نقش نوع توزیع بار و تعداد مراحل اعمال بار در پاسخ صفحات چوبی 45
2-2-6 آزمایش‌های چوب در استاندارد ASTM-D143 45
2-3-1 نحوه بررسی رفتار سازه‌های بنایی تحت اثر زلزله 46
2-3-2 نقش سختی دیافراگم چوبی در پاسخ لرزه‌ای ساختمان‌های بنایی 46
2-3-3 بررسی پاسخ لرزه‌ای سازه‌های بنایی دارای المان‌های چوبی 46
2-3-3-1 نقش میان قاب بنایی در پاسخ ساختمان بنایی با قاب چوبی 47
2-3-4 بررسی سازه‌های بنایی با قاب چوبی با روش مدل‌سازی ماکرو 47
2-4-1 تأثیر شکل و رفتار و نحوه مدل‌سازی سازه بنایی بر روی عملکرد آن 48
2-4-2 مدل جدید سطح تماس برای رفتار ملات در دیوارهای بنایی 48
2-5-1 انواع روش‌های تحلیل سازه‌های بنایی 48
2-5-1-1 تحلیل‌های شبه استاتیک 49
2-5-1-2 تحلیل‌های دینامیکی 49
2-5-1-2-1 اعمال یک شتاب افقی ثابت به سازه موردنظر 49
2-5-1-2-2 اعمال نیروهای افقی توزیع‌شده در امتداد ارتفاع سازه 49
2-5-1-3 روش‌های تعادل 49
2-6-1 مدل‌های پلاستیسیته مصالح 50
2-6-1-1 ضابطه تسلیم 51
2-6-1-2 سخت‌شوندگی 52
2-6-2 مدل نرم شوندگی کرنش و پلاستیسیته فضای کرنش 52
2-7 مدل‌سازی مصالح بنایی 53
فصل سوم: مشخصات مکانیکی و معادلات حاکم بر رفتار مصالح و اعتبارسنجی دیوار آجری و چوب55
3-1 علت لزوم انجام شبیه‌سازی‌های عددی 56
3-2 انتخاب نرم‌افزار و المان‌ها 56
3-2-1 المان سه‌بعدی SOLID 65 56
3-2-2 المان SOLID 45 59
3-2-3 المان CONTACT 174 و TARGET 170 60
3-3 معیارهای مختلف گسیختگی مصالح غیرفلزی در نرم‌افزار 60
3-3-1 مدل گسیختگی رانکین 61
3-3-2 مدل گسیختگی موهر-کلمب 61
3-3-2-1 معادلات قانون تماسی موهر-کولمب 62
3-3-3 مدل دارگر-پراگر 62
3-3-4 معیار گسیختگی ویلیام-وارنک 63
3-3-4-1 معیار شکست ویلیام وارنک برای دیوار آجری 64
3-4 معیار تسلیم هیل برای مدل‌سازی چوب 66
3-4-1 معادلات معیار تسلیم هیل برای مواد شکل‌پذیر ناهمسانگرد 66
3-5 تائید صحت روش اجزای محدود 68
3-5-1 توضیح مختصری از ویژگی‌های رفتاری چوب 68
3-5-2 ویژگی‌های برجسته رفتار لرزه‌ای دیوارهای بنایی با قاب چوبی 69
3-6 مشخصات مکانیکی دیوار آجری در شبیه‌سازی عددی 70
3-6-1 مشخصات مکانیکی فولاد بکار رفته در شبیه‌سازی عددی 71
3-6-2 مشخصات مکانیکی چوب در شبیه‌سازی عددی 72
3-7 اعتبارسنجی و کالیبراسیون مدل عددی اجزا محدود دیوار آجری 74
3-7-1 صحتسنجی مدل عددی دیوار بنایی به روش مدل‌سازی ماکرو 75
3-8 مشخصات مصالح بکار رفته در شبیهسازی عددی برای صحتسنجی مدلسازی چوب 78
3-8-1 اعتبارسنجی مدلسازی چوب 78
3-9 منحنی ظرفیت و نحوه محاسبه شبه شکل‌پذیری در آن 80
فصل چهارم: مدل‌سازی عددی و تحلیل و تقویت دیوارهای آجری دارای المان‌های چوبی84
4-1 لازمه شبیه‌سازی عددی چوب درون دیوار 83
4-1-1 قرارگیری المان‌های چوبی درون دیوار آجری 83
4-2 پارامترهای موردبررسی در تمام مدل‌ها 83
4-3 -1 مدل شماره 1: دیوار آجری تقویت‌شده با یک المان چوبی قائم 84
4-3-2 مدل شماره 2: دیوار آجری تقویت‌شده با یک المان چوبی افقی 86
4-3-3 مدل شماره 3: دیوار آجری مسلح شده با یک المان چوبی افقی و یک المان چوبی قائم 89
4-3-4 مدل شماره 4: دیوار آجری مسلح شده با قاب چوبی 92
4-3-5 مدل شماره 5: دیوار آجری تقویت‌شده با دو المان چوبی قائم 95
4-3-6 مدل شماره 6: دیوار آجری تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی 98
4-3-7 مدل شماره 7: دیوار آجری تقویت‌شده با سه المان چوبی افقی 101
4-3-8 مدل شماره 8: دیوار آجری تقویت‌شده با سه المان چوبی قائم 104
4-3-9 مدل شماره 9: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی و دو المان چوبی قائم 106
4-4 بررسی صحت مدل‌سازی برای دیوار با نسبت H/L=08 108
4-5-1 مدل شماره 10: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی با نسبت H/L=08 109
4-5-2 مدل شماره 11: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی با نسبت H/L=06 111
4-5-3 مدل شماره 12: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی با نسبت H/L=04 113
4-5-4 مدل شماره 13: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی با نسبت H/L=12 115
4-5-5 مدل شماره 14: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی با نسبت H/L=14 117
4-6 تعیین خصوصیات مکانیکی نمونه چوب تحت آزمایش 119
4-6-1 نمونه‌های آزمایش کشش موازی با الیاف چوبی 120
4-6-2 نمونه‌های آزمایش فشار عمود بر بافت چوب 122
4-6-3 مشخصات مکانیکی نمونهی چوب تحت آزمایش 123
4-6-4 صحت سنجی نتایج آزمایش کشش موازی با الیاف در چوب چنار کرمانشاه 124
4-6-5 صحت سنجی نتایج آزمایش فشار عمود بر الیاف چوب چنار کرمانشاه 126
4-7-1 مدل شماره 15: دیوار تقویت‌شده با یک المان چوبی قائم 127
4-7-2 مدل شماره 16: دیوار تقویت‌شده با یک المان چوبی افقی 128
4-7-3 مدل شماره 17: دیوار تقویت‌شده با یک المان چوبی افقی و یک المان چوبی قائم 128
4-7-4 مدل شماره 18: دیوار تقویت‌شده با قاب چوبی 129
4-7-5 مدل شماره 19: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی قائم 131
4-7-6 مدل شماره 20: دیوار تقویت‌شده با دو المان چوبی افقی 131
4-8 مدل دیوار آجری باضخامت 35 سانتی‌متر 134
4-9 تحلیل ترکهای ظاهرشده در دیوارهای تقویت‌شده موردبررسی 135
فصل پنجم: نتیجه‌گیری142
فصل ششم: پیشنهادات146
منابع 148


فصل اول

کلیات رفتار سازههای بنايی و چوب و انواع روشهای مدلسازی آنها

8-8 مقدمه

سازههای بنایی سابقه چندین هزارساله در ایران دارند و هنوز هم درصد زیادی از ساختمانها با مصالح بنایی هستند آنها تا آغاز قرن بیستم که مصالح جدید مانند بتن مسلح و فولاد جای آنها را گرفت برای ساختمانهای با ارتفاع کم تا متوسط رواج بسیار داشتند. سالنامه آماری ایران در سال 2116 بیش از 61% از واحدهای مسکونی را با ساختار بنایی یا خشتی گزارش کرده است .

کاربرد گسترده همراه با آسیبپذیری بالای اینگونه سازهها یکی از علل لزوم بررسی آنهاست. با توجه به اینکه این ساختمانها حتی در وقوع زمینلرزههای متوسط خسارتهای فراوان میدیدند، لذا نامناسب بودن مصالح بنایی جهت استفاده در ساخت ساختمان به شیوههای سنتی بر همگان آشکار گردید. امروزه آییننامههای ساختمانی بسیاری از کشورها، ساخت بنا با مصالح بنایی را محدود کردهاند و یا حداقل تعداد طبقات اینچنین ساختمانهایی را، به دوطبقه محدود کردهاند که در حالت اخیر نیز مسلح نمودن دیوارهای آجری ساختمان با استفاده از تیر یا ستونهای بتنی که درون این دیوارها قرار میگیرد، بهصورت اکید توصیهشده است. با در نظر داشتن این معایب به دلایل اقتصادی، سهولت تولید و ساخت، خاصیت عایق بودن قابلقبول و نماسازی، این مصالح همچنان در ساخت ساختمان رواج دارند. آزمایشهای مختلف بر روی واحدهای بنایی نشان میدهد که پراکندگی آماری در مقادیر مقاومت و سختی این مصالح در مقایسه با سایر مصالح بسیار زیاد است و علیرغم متداول بودن آنها در ایران، متأسفانه در مقابل زلزله بسیار آسیبپذیرند. در اینگونه سازهها دیوارهای بنایی اعضای اصلی تأمین مقاومت و سختی هستند .آنها یک سیستم سازهای معمول و پرکاربرد در سبک معماری ایرانیاند که از زمانهای گذشته کاربرد داشتهاند. این سازه مقاومت فشاری و برشی خیلی خوبی دارد اما به دلیل ضعف در شکلپذیری و نرمی معمولاً در برابر زلزلهها آسیبپذیر است و با توجه به اینکه ایران یکی از مناطق لرزهخیز است هرچقدر هم که این سازهها خوب ساخته شوند مادامیکه مسلح نباشند نمیتوان از پایداری لرزهای آنها مطمئن شد و ساختمانهای آجری غیرمسلح در زلزلههای مخرب محکوم به فنا هستند زیرا وزن و سختی درون صفحهای دیوارهای آجری زیاد است و نیرویی که در زمان وقوع زلزله به آنها منتقل میشود، بسیار بزرگ است و به دلیل تردی و شکنندگی مصالح آنها، هنگام اعمال نیروی جانبی سریعاً در دیوارها ترکهای ضربدری قطری ظاهرشده که نتیجه آن کاهش سختی ساختمان و به دنبال آن نابودی کامل بنا خواهد بود. بر اساس آمار، از 52 میلیون واحد مسکونی موجود در کشور ،1/8 میلیون واحد کمدوام و بیدوام هستند که در هنگام وقوع زلزله حتی مهلت فرار ساکنان به خارج را نمیدهند و میتوان برای این ردیف ساختمانها صد در صد تخریب را در نظر گرفت .بهعنوانمثال در زلزلههای منجیل )سال 5338 با بزرگای 9/7 در مقیاس ریشتر( و بم) سال 2119 با بزرگای 6/6 در مقیاس ریشتر( به ترتیب 11111 و 26411 نفر جان خود را از دست دادند و طی زلزله بم، ارگ بم بهعنوان بزرگترین سازه خشتی-گلی جهان و یک اثر بینظیر تاریخی، ویران گردید.

پس از تدوین و انتشار آییننامه 2811 و مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان) طرح و اجرای ساختمانهای با مصالح بنایی( و طراحی و اجرای ساختمانها بر اساس آنها، مشاهدات بعد از وقوع زلزله حاکی از این است که ساختمانهایی که ساخت آنها منطبق با آییننامه 2811 زلزله ایران بوده همچنان پابرجا هستند و برخی هیچگونه آسیبی ندیدهاند. پابرجایی ساختمانها و عدم ریزش سقفها یا دیوارها ازاینجهت قابلبحث هست که باعث ایجاد فرصت فرار و عدم خسارتهای جانی در زلزله میشود.

هرچند که در حال حاضر احداث ساختمانهای دارای اسکلت فلزی و بتنی رو به افزایش است، اما هنوز اکثریت ساختمانهای موجود در کشور ایران از نوع بنایی میباشند و ساخت آنها در شهرهای کوچک و روستاها ادامه دارد ،بنابراین بهمنظور جلوگیری از خسارتهای غیرقابلاجتناب اینگونه مصالح، نیاز به تحلیلهای دقیق و طراحیهای مناسب و مقاومسازی ساختمانهای بنایی بهشدت احساس میشود منتهی پیچیدگی رفتار سازههای آجری مانع از آن بوده است که روشهای جامعی برای تحلیل خواص مکانیکی و سازهای آنها به وجود آید درحالیکه برای تحلیل سازههای فولادی در نیمه دوم قرن نوزدهم و بتنی در نیمه اول قرن حاضر نظریهها و روشهای مبسوطی پدید آمده است. رفتار ناهمسانگرد، ناهمگن، غیرخطی و وجود ترکهای فراوان از یکسو و صفحهای بودن اجزای سازههای آجری از سوی دیگر پیچیدگی خاصی را ایجاد کرده که غالباً جز با روشهای اجزا محدود نمیتوان از وضعیت تنشها اطلاعاتی به دست آورد.

ازجمله روشهایی که برای جبران یا کاهش معایب سازههای بنایی ارائهشده، مسلح سازی آن است که این تسلیح میتواند به روشهای متفاوت صورت بگیرد .عصر برنز در یونان و یا اوایل امپراتوری روم، استفاده از قاب چوبی در سازههای بنایی رایج شد. این سیستم ساختوساز ،امروزه تحت عنوان سازه بنایی دارای قاب چوبی TF5 شناختهشده است و در سراسر دنیا با چندین شکل متفاوت دیده میشود که تفاوت آنها در شکل قرارگیری المانهای چوبی است. به دلیل عملکرد خوبی که این سیستم، ازجمله در زلزله سال 5333 در Izmit ترکیه داشته، در دهههای گذشته علاقهمندی به آن بیشتر شده است. حتی در کشوهای اروپایی، علیرغم خطر لرزهای کم ،سبک معماری Tudor در کشورهایی چون بریتانیا، آلمان و هلند کاربرد داشته است. در شهر Herculaneum نیز، نتایج کاوشهای اخیر باستانشناسان نشان داده که در اطراف آتشفشان Vesuvius در سال 73 میلادی ،بسیاری از ساختمانهای اشرافی، دارای دیوارهای با قاب چوبی بودهاند. شکل جالب دیگر استفاده از چوب درگذشته، قرارگیری آن درون دیوارهای مربوط به کلیساهای byzantine در مقدونیه است که هدف از این کار ،افزایش شکلپذیری دیوارها بوده است. علیرغم کاربرد زیاد سازههای بنایی دارای المانهای چوبی، به نقش دقیق المانهای چوبی در دیوارها کمتر پرداختهشده است به همین جهت لزوم انجام مطالعات بیشتر درزمینه نقش چوب در سازههای بنایی بهمنظور تسلیح آنها به نظر ضروری میرسد ]5 تا 7[.

8-2-8 تعریف سازههای بنایی

مصالح بنایی قدیمیترین مصالح در ساختمانسازی هستند که هنوز هم بسیار کاربرد دارند .مهمترین مشخصه سازههای مصالح بنایی سادگی، زیبایی، استحکام، طول عمر بالا، نیاز به مراقبت کم، قابلیت تغییر و جذب صدا و محافظ حریق است ]5[. سازه بنایی یک مصالح غیر همگن مرکب از واحدهای طبیعی یا مصنوعی است که بهصورت خشک )بدون ملات( یا با ملات به هم متصل شدهاند. سنگهای نامنظم، سنگ ساختمانی تراشیده شده، خشت، آجرها و بلوکها بهعنوان واحدها استفادهشدهاند.

بلوکها میتوانند با استفاده ازملات) عموماً ملات با پایه رس، آهک یا سیمان( به هم دیگر متصل شده یا بهسادگی کنار همدیگر قرار داده شوند] 1[.

8-2-2 تاریخچه سازههای بنایی

بشر همواره در تمامی ادوار تاریخ به دنبال راهی برای ایجاد آسایش و امنیت بوده است. این امنیت و آسایش خاطر تا حد زیادی منوط به وجود سرپناه بوده است و سرپناههای طبیعی و در دسترس گنجایش محدودی داشتند و آسایش و امنیت خاطر موردنیاز انسان را فراهم نمیکردند. بنابراین انسان به فکر استفاده از مصالح در دسترس بهمنظور ایجاد سرپناهی ایمن برای محفوظ بودن از شرایط نامساعد جوی و خطرات زندگی بوده است. در ابتدا با مشاهده و الهام گرفتن از غریزه حیوانات، به ساخت سرپناههای ساختهشده از شاخ و برگ درختان اقدام نمود اما بهمرورزمان به نقاط ضعف این نوع ساختوساز پی برد .ساختوساز بهوسیله سنگ نیز مشکلاتی برش و حمل سنگ را به همراه داشت. با کشف آتش و مشاهده سخت شدن گل اطراف کوره، ایده اولیه استفاده از این ماده از ذهن انسان خطور کرد زیرا مقاومت فشاری خوبی داشت .فن آجرپزی سابقه دیرینهای دارد و در ابتدا خشت رسی را پخته و به ماده سختی تبدیل کردند. در زمان بنوکد، نصر دوم) بختالنصر- 162 تا 611 پیش از میلاد( بابلیها و آشوریها فن آجر سازی و میناکاری را آموختند .تمدنهای دیگر فنها و جنبههای مختلفی را برای دیوارهای بنایی گسترش دادند بهویژه رومیها بهبودهای مهمی را به فنهای ساختمانسازی بنایی اضافه کرده و دریچه جدیدی برای کاربردهای وسیع از این مصالح گشودند. باوجود قدمت زیاد خشت و آجر ،قدیمیترین و اساسیترین نوع بنایی، مصالح بنایی سنگی هست که شامل بلوکهای سنگی شکسته یا قلوهسنگ است. چون این نوع از بنایی را میتوان بدون نیاز به کار سنگتراشی اجرا کرد و بدون هیچ مادهای بهعنوان عامل قفل و بست) ملات( اجرا شدند، درحالیکه بعد ا ملات رس یا آهک استفاده شد. آجرهای رسی یکی از مصالح بسیار عمومی در ساختمان بنایی بوده است ،استفاده از آجرهای رسًی در ساختمان به زمان بابلیان و آشوریان برمیگردد.

در اوایل تمدن یونان هم از آجرهای رسی استفادهشده است. واقعیت این است که تصویر غالب مکانهای باستانی در ذهنها، تصویری از یک سازه بنایی است. برخی از این مکانهای برجایمانده، صرفاً قدیمی یا تاریخی نیستند بلکه این جلوههای تمدن بشری بافرهنگ بشری و معنای هستی عجین شدهاند. برترین مثالی که به ذهن هر مسلمانی خطور میکند، خانه کعبه است] 55[.

یونانیها بنایی با سنگهای تراشیده شده را توسعه دادند که درنتیجه آن به روشی استاندارد برای بناهای ِ یادبود در اواخر تمدن یونان و بهعلاوه در امپراتوری روم رسیدند؛ که در آن سنگها بدون ملات کنار همدیگر قرارگرفته بودند، ولی بهوسیله مهارهای آهنی یا برنزی به همدیگر قفل و بست میشدند. در آغاز، فقط امکان دستگیره دار کردن سنگهای با سختی متوسط وجود داشت اما با گسترش استفاده عملی از ابزار سختتر برای برش، رومیها از سنگهای طبیعی سختتری، مانند گرانیت وبازالت استفاده کردند .از طرف دیگر تولید بتن ساختهشده از سنگ لاشه، آهک و ماسه آتشفشانی ویژه) پوزولان(، انقلابی در ساختمانسازی ایجاد کرد. در طول امپراتورِی روم ،تکنیکهای ابتکاری در ساخت دیوارها با استفاده از آجر یا سنگ معرفیشده است مثلاً بهعنوان روکش ،بهطور ظریف پرداخت میشد و فضاهای داخلی را با بتن پر میکردند ]8[.

8-2-3 رفتار ساختمانهای آجری

ساختمان آجری سازهای است که با مصالح فشاری و ملات ساختهشده؛ مصالحی همچون آجر، بلوک بتنی، سنگ و خشت. باید توجه داشت که یکی از بارزترین ویژگیهای مصالح بنایی کم بودن مقاومت کششی و برشی نسبت به مقاومت فشاری میباشد. ]3[

این ضعف مقاومتی موجب گردیده است تا در ساخت ساختمانهای با مصالح بنایی دستهبندیهایی به وجود آید که بر اساس آن میتوان ساختمانهای بنایی را به چند دسته تقسیم کرد که در ادامه بهطور مفصل شرح دادهشده است با توجه به ضعف مصالح بنایی که در بالا اشاره شد و با توجه به میزان آسیبدیدگی شدید این ساختمانها در زلزلههای مشاهدهشده، محققین و مجریا ننِ برنامه را بر آن داشت تا با تمهیداتی در مقابل این نقاط ضعف چارهای بیندیشند .مطمئنترین راه برای تضمین پایداری لرزهای ساختمانهای بنایی، تسلیح کلاف بندی و قاببندی میباشد. ایجاد پوشش بر روی دیوارهای بنایی موجب افزایش مقاومت دیوارها میشود ]1[.

8-2-4 دستهبندی ساختمانهای آجری

این ساختمانها را میتوان به چهار گروه تقسیم کرد: بنایی غیرمسلح، بنایی نیمه مسلح، بنایی مسلح و بنایی مرکب.

8-2-4-8 ساختمان آجری غیرمسلح

متداولترین و قدیمیترین نوع ساختمان در کشور ایران است که به دو گروه عمده شهری و روستایی قابلتفکیک است که در روستاییها دیوارها معمولاً از خشت خام و یا سنگهای رودخانهای با ملات گل ساختهشدهاند و سقف بهصورت گنبدی از خشت خام و یا تیرهای چوبی با پوشش گل بنا میشود. در ساختمانهای شهری دیوارها از آجر فشاری با ملات ماسه سیمان بنا میشوند و سقفها تیرآهن یا تیرچهبلوک و گاهی اوقات چوبی هستند ]7[.

8-2-4-8-8 موارد مجاز استفاده از سازههای بنایی غیرمسلح

استفاده از دیوارهای بنایی غیرمسلح فقط در کشورهایی که لرزهخیزی پائینی دارند به رسمیت شناختهشده است. محاسبه نیروی نهاییای که این دیوارها میتوانند تحمل کنند معمولاً با استفاده از روشهای انرژی انجام میشود. استفاده از ساختمانهای آجری غیرمسلح در مناطق لرزهخیز توصیه نمیشود. در صورت ساخت چنین سازههایی رعایت نکات زیر اکیداً توصیه میگردد:

1( ملات مورداستفاده و آجرها با یکدیگر سازگاری داشته باشند بهطور مثال دیواری که از خشتهای خام و ملات گل ساخته میشود از دیوار ساختهشده با سنگ و ملات گل قویتر است. ملات مناسب برای دیوارهای آجری ملات ساختهشده با یک حجم سیمان یک حجم آهک و شش حجم ماسه است.

2( ضخامت حداقل دیوارهای ساختهشده با خشت خام و آجر به ترتیب 04 و 04 سانتیمتر باشد.

3( عرض کل بازشوها در دیواری خارجی از یکسوم طول کل دیوار نباید بیشتر شود و مجموع سطح بازشوها در هر دیوار خارجی نباید از یکسوم سطح نمای دیوار بیشتر باشد.

4( فاصله بین بازشوها باید بیش از 71 سانتیمتر بوده و فاصله بین یک بازشو در یک دیوار با دیوار عمود بر آن و یا از گوشه ساختمان نباید از 71 سانتیمتر کمتر باشد.

5( فاصله بین بازشو در یک دیوار داخلی و دیوار مجاور آن باید از سه برابر ضخامت دیوار داخلی بیشتر باشد.

6( ازنقطهنظر فرم و شکل هندسی مناسب است که ساختمانها مخروطی یا استوانهای شکل با سقفهای گنبدی باشند.

7( دیوارهای خشتی و گلی باید با استفاده از حائلهای ذوزنقهای تقویت شوند. حداقل عرض این حائلها در پائین 11 سانتیمتر و در بالا 21 سانتیمتر و طول آنها در پای دیوار حداقل برابر با نصف ارتفاع دیوار باشد ]51[.

8-2-4-8-2 عملکرد ساختمانهای آجری غیرمسلح در برابر زلزله

رفتار سازههای بنایی غیرمسلح در حالت مجزا و در حالت ترکیب با دیوارهای دیگر متفاوت است که در بررسی دیوار مجزا دو حالت دیوار دارای بازشو و بدون بازشو داریم.

8-2-4-8-2-8 دیوارهای دارای بازشو

پاسخهای اجزاء بنایی در طول زلزله بر اساس طرز عملکردشان متفاوت است .همانگونه که در شکل 5-5 نشان دادهشده، یک ساختمان بنایی دارای بازشو، زیر اجزاء5 متفاوتی دارد.

 


 

شکل 1- 1: زير اجزا در ساختمان بنايي، ديوارها در طول زلزله بهصورت واحدهاي مجزا رفتار ميکنند. به ترتيب نامگذاري ديوارها از بالا عبارتاند از ديوار پيشاني2، ديوار پايه3 و ديوار آستانه4 ]11[

اجزا دیوار دارای بازشو در طی زلزله رفتار متفاوتی از خود نشان میدهند. پایهها) دیوار آستانه( تلاش میکنند که در صفحه خود دوران کنند، سقف بر اساس میزان صلبیتش تغییر شکل انعطافپذیر یا حرکت جسم صلب دارد. ولی واژگونی پایهها اثر جانبی قابلتوجهی روی کل سازه دارد. این اثر جانبی باعث ناپایداری سازه و درنتیجه گسیختگی کل سازه میگردد. در هنگام زمینلرزه، نیروی اینرسی سبب میشود که دیوارهای پایه بنایی با اندازه کوچک، از بنایی بالا و پایین خود جدا گردد. این زیر جزء بنایی به عقب و جلو میلغزد و فقط در گوشهها تماس برقرار میشود. این حرکت گهوارهای5 پایه بنایی میتواند بنایی را در گوشهها خرد کند. حرکت گهوارهای وقتی پایهها لاغرند و وقتی وزن سازه بالای آن کوچک است، احتمال رخ دادن دارد .

در غیر این صورت پایهها مستعد توسعه ترکهای قطری )نوع X( هستند که این نوع گسیختگی، در سازههای بنایی رایج است. ]55[


 

شکل 1- 2: دو نوع مود گسيختگي در ديوار داراي بازشو ]11[

در ساختمانهای بنایی غیرمسلح شکل 5-9 سطح مقطع دیوار بنایی در بازشوها کاهش مییابد. در طول زلزلهای قوی، ساختمان ممکن است در امتداد سقف، زیر باند نعل درگاه2 یا در سطح آستانه9 بلغزد. گاهی حتی لغزش در سطح ته ستون4 ممکن است رخ دهد. محل دقیق لغزش وابسته به فاکتورهای متعددی مانند وزن ساختمان، نیروی اینرسی تحمیلی زلزله، سطح بازشوها و نوع چارچوب درهای1 استفادهشده است.


 

شکل 1- 3: لغزش افقي در ساختمان بنايي غيرمسلح ]11[

8-2-4-8-2-2 دیوارهای بدون بازشو

دیوار مجزای بدون بازشو در دو حالت زیر بررسی میشود:

حالت اول- نیروی زلزله در امتداد دیوار باشد، در این حالت به دلیل طول دیوار، مقاومت دیوار در برابر واژگونی بیشتر خواهد بود و باید در برابر برش حاصله مقاومت نماید. در دیوارهای برشی ساختهشده از مصالح بنایی غیرمسلح، معمولاً ابتدا در اثر تنشهای کششی ناشی از خمش، ترک افقی ظاهر میشود و سپس به دلیل کاهش سطح مقطع فشاری، کاهش سطح مقاوم در برابر برش خواهد داشت و نیروی برشی باعث لغزیدن دیوار میشود.

حالت دوم- نیروی زلزله عمود بر امتداد دیوار باشد که در این حالت نیروی مقاوم دیوار بستگی به وزن و مقاومت کششی ملات دیوار دارد که بسیار ناچیزند] 55[.

8-2-4-8-2-3 رفتار داخل صفحه دیوارهای بنایی

رفتار درون صفحهای دیوارهای بنایی که تحت بارگذاری قائم و افقی قرار دارند، بسیار مهم است. در حقیقت این دیوارها در ساختمانهای بنایی نقش دیوارهای برشی و درنتیجه المانهای مقاوم در برابر بارهای زلزله را به عهدهدارند. لذا شناخت نحوه رفتار آنها در برابر بار جانبی بسیار حائز اهمیت است.

8-2-4-8-2-3-8 مکانیسمهای مختلف شکست داخل صفحه دیوارهای بنایی

مکانیسمهای شکست داخل صفحه یک دیوار بنایی به چهار گروه تقسیم میشود که در شکل) 5-4( نشان دادهشده است .معمو لالاً دیوارهای بنایی در تغیر مکان نسبی جانبی بین 1116/1 تا 15/1 به گسیختگی میرسند. مقادیر بالاتر از این حد در دیوارهای بنایی مسلح قابلدستیابی است.

ازنقطهنظر ماکروسکوپیک مودهای گسیختگی درون صفحهای میتوانند به شکل زیر رخ دهند:

  • گسیختگی برشی) لغزش قطری(

مطابق شکل 5-4- الف این مودِ گسیختگی معمولاً بهوسیله ترکها در ملاتهای قائم و افقی رخ میدهد، این مود ِگسیختگی یک رفتار شکلپذیر را در مقایسهِ با سایر مودها نشان میدهد.

  • گسیختگی اصطکاکی )لغزش افقی(

در شکل 5-4- ب این مود گِسیختگی متناظر با لغزش افقی است که این حالت معمولاً وقتی رخ میدهد که بارهای مردۀ قائمِ کِوچک، با بارهای افقیِ بزرگ ترکیبشده باشند.

  • گسیختگی خمشی

شکل 5-4-پ نشاندهنده این مود در پانلهای لاغر با سطوح بار فشاری بالا در گوشههای تکیهگاه است که در آن بارهای قائم بزرگترند و مود گسیختگی بسیار ترد و شکننده است.

  • گسیختگی ترک قطری

طبق شکل 5-4-ت این حالت شبیه مود گسیختگی با لغزش قطری است، در حالتی که آجرها مقاومت کمی دارند ،ترکها عموماً آجرها را به دو نیم تبدیل میکنند] 55[.

         

الف

         

    پ     ت

شکل 1- 4: مودهاي گسيختگي ماکروسکوپيک مربوط به يک پانل بنايي] 11[

در شکل 5-1، مکانیسم شکست ساختمان و نحوه ایجاد ترکهای کششی خارج از صفحه و برشی و کششی داخل صفحه در اثر شتاب زلزله در یک ساختمان یک طبقه نشان دادهشده است.

 



 

شکل 1- 5: مکانيسم شکست بر اثر زلزله: a- ترک برشي) قطري( ،b- ترک کششي ناشي از خمش خارج از صفحه ،c- ترک کششي ناشي از خمش درون صفحه ،d- ترک کششي ناشي از تمرکز تنش ]3[

8-2-4-2 ساختمانهای آجری نیمه مسلح

این دسته مانند دسته قبلی است با این تفاوت که برای بهبود رفتار آنها در مقابل زلزله از عناصری استفاده میشود که سبب افزایش نسبی مقاومت یا نرمی میشوند همچون کلاف فوقانی و تحتانی در دیوارهای آجری و یا استفاده از قید پنجه ]7[.

8-2-4-3 ساختمانهای آجری مسلح

ساختمانهای نیمه مسلح هرچند دارای عناصری هستند که موجب افزایش مقاومت میشوند اما زمانی میتوان سازه را کام لالاً مسلح دانست که دارای یک سیستم لرزهای با دو ویژگی باشد: الف( کاملاً ایستا، ب ( قابلمحاسبه.

سیستم کاملاً ایستا سیستمی است که در کلیه حالتهای اصلی شکست دارای عناصر تسلیح باشد .مثلاً دیوارهای برشی دو حالت اصلی شکست دارند: خمشی و برشی که عناصر تسلیح اولی میلگردهای قائم و دومی میلگردهای افقی است ]7[.

هدف اصلی در طراحی ساختمانهای بنایی مسلح افزایش شکلپذیری در دیوارها با اجرای میلگردهای افقی و قائم در داخل بلوکهای آجری یا سیمانی است .کلاف بندی و قرار دادن ستونها و تیرها در ساختمان بنایی و قاببندی دیوارها که ارتفاع آن نیز محدودشده، از روشهای دیگر تسلیح است. تعداد زیاد دیوارهای برشی در ساختمانهای بنایی مسلح و بالا بودن میرایی در مصالح بنایی منجر به قرارگیری این ساختمانها در گروه ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله شده است. اختلاف این ساختمانها با ساختمانهای بتنی در این است که در ساختمانهای بنایی مسلح قرار دادن فولاد در نواحی موردنیاز مشکلتر است. از طرفی این میلگردها باید توسط دوغاب یا بتن محصور شوند بهطوریکه نتیجه کار یک مجموعه مرکب را به وجود آورد. اهمیت ایجاد یک مجموعه مرکب و مقید کردن واحدهای بنایی به دلیل تردی این واحدها است چون به هنگام تأثیر بارهای دینامیکی بر المانهای بنایی تمایل به جدایی و ایجاد ترک در آنها افزایش مییابد رفتار اندرکنشی و پیچیده مصالح بنایی مسلح در مبحث هشتم مقررات ملی ساختمان به همراه تمهیدات اندیشیده شده برای پایداری درون صفحه و برون صفحه دیوارهای آن ،مطرحشده است. در اینگونه ساختمانها پس از وقوع زلزله، میزان خسارتها نسبت به ساختمانهای غیرمسلح تا حدود قابلتوجهی کاهشیافته است و اکثر ااً خردشدگی در قسمتهای اتصالی دیوارها به یکدیگر دیدهشده است.

8-2-4-4 ساختمانهای آجری مرکب) قاببندی شده(

ساختمانهای آجری که دارای اسکلت فلزی یا بتنی باشند مرکب نامیده میشوند. این اسم معرف رفتار مرکب قاب و دیوارداخل آن یعنی میان قاب است .هنگامیکه داخل قابی با دیوار پر میشود خواص مکانیکی آن نظیر سختی مقاومت نرمی و شکلپذیری و… بهطور چشمگیری تغییر پیدا میکند بهگونهای که نمیتوان با جمع ساده خواص قاب تنها و دیوار تنها به این خواص دستیافت. ]7[ در نخستین لحظات رخداد زلزله بخش مهمی از نیروی ناشی از زلزله توسط دیوارهای آجری تحمل شده که پس از شکست دیوار این نیروها به قاب منتقل میشوند و همزمان با انتقال نیروی زلزله از دیوار به قاب مقاومت ساختمان بهشدت کاهشیافته و احتمال تخریب آن بالا میرود. بر این اساس اگر بتوان رفتار دیوار) میان قاب( را کنترل کرد، میتوان به مقاومت ساختمان در برابر زلزله اطمینان یافت و بدون این کنترل ساختمانهای با اسکلت و دیوارهای پرکننده را نمیتوان در ردیف ساختمانهای بنایی مرکب محسوب کرد.

8-2-5 مزایا و معایب ساختمانهای بنایی

ساخت دیوارهای بنایی چندین مزیت دارد. اولین مزیت این است که یک عنصر میتواند چندین عملکرد داشته باشد ازجمله محافظت در برابر آتش عایق حرارتی و صوتی حفاظت رطوبتی و تقسیم فضاهای فرعی. مزیت بزرگ دیگر مربوط به دوام میباشد که انتظار میرود با انتخابی مناسب و نگهداری نسبتاً کم تا دهههای زیادی بدون عیب باقی بمانند .ازنقطهنظر معماری نیز انعطافپذیری زیاد ازنظر فرم طرح ترکیب فضاها و ظاهر دیوارهای خارجی با طیف وسیعی از رنگ و بافت وجود دارد .

میتوان دیوارهای منحنی شکل را بدون نیاز به قالبهای گرانقیمت یا نیروی کار ماهر ساخت؛ بنابراین مزایای ساخت دیوارهای بنایی قابلتوجه است اما با تمامی این موارد با فرض مقبولیت ازنظر معماری باید تناسب در کاربرد نیز حفظ شود بهعنوانمثال اگر دیوار غیر باربر است باید اثرات وزن و اثر آن روی تکیهگاه سازه در نظر گرفته شود و اگر دیوار باربر است باید از پایداری کلی و دوری از شکست و تخریب در هر جهت اطمینان حاصل کرد ]52[.

8-2-6 مهمترین انواع گسیختگی در دیوارهای باربر آجری

دیوارهای آجری در صفحه خود بسیار سخت میباشند و لذا نیرویی که از زلزله به آنها انتقال مییابد، بسیار زیاد است. خرابی دیوارها معمو لا با ایجاد ترک آغازشده و با گسترش و عریضتر شدن ترکها، نابودی کامل دیوار که ناشی از خرابی دیوار در صفحه خود استً رخ میدهد. ترکها عموماً در نزدیکی بازشوها متمرکز بوده و اغلب از محل ملاتها ریشه میگیرند. اگر دیوار جانبی تحت اثر نیروهای جانبی قرار بگیرد به علت تغییر مکان دیوار و رفتار شکننده آن در پای دیوار، ترک ایجادشده و مقاومت دیوار به مقدار زیادی کاهش پیدا میکند و درنهایت در تغییر مکانی مشخص مقاومت دیوار تقریباً صفر میگردد. حال اگر نیروی جانبی اعمالشده در این لحظه قابلیت انتقال به اعضای سازهای دیگر را نداشته باشد، گسیختگی دیوار بهطور ناگهانی رخ خواهد داد .بر اساس مطالعات تحلیلی و نتایج حاصل از آزمایشهای گوناگون، گسیختگی در دیوارهای آجری بهشدت وابسته به انرژی جذبشده توسط آنها در زمان اعمال نیرو بوده و اگر نیروهایی که بر دیوار اعمال میشوند در راستای سطح

دیوار و در امتداد طول آن باشند به علت اینرسی زیاد دیوار در امتداد نیرو، دیوار مقاومت قابلتوجهی از خود نشان میدهد. در چنین حالاتی اگر دیوار دچار گسیختگی گردد علت آن را میتوان یکی از دلایل زیر و یا ترکیبی از آنها دانست:

1( تشکیل ترکهای قطری مورب که از محل درزهای ملات گسترش مییابند. این ترکها به دلیل وجود تنشهای کششی در صفحه دیوار و در امتداد مایل هستند .ترکهای مورب در منطقه بین دو بازشو که در یک تراز افقی ساختهشده باشند نیز به وجود میآیند.

2( تشکیل ترکهای افقی در طول ملات به علت لغزش یا گسیختگی برشی افقی در صفحه دیوار و در ناحیه بین دو بازشو که در یک راستای قائم قرارگرفته باشند. همچنین تشکیل ترکهای افقی بین دیوارها و سقف ساختمان.

3( به وجود آمدن ترکهای قائم در محل اتصال دیوارها به همدیگر.

4( گسیختگی موضعی در گوشههای دیوار

اگر نیروها عمود بر سطح دیوار اعمال شوند دیوار تحت خمش قرار میگیرد و در آن ترک تشکیل میشود. شکل و نحوه تشکیل ترکها در این حالت وابسته به نسبت ارتفاع به طول آن میباشد. اگر این نسبت کمتر از یک باشد ترکها حالت افقی دارند و با افزایش این نسبت ترکها ابتدا مورب شده و سپس بهصورت قائم در دیوار ظاهر میشوند ]51[.

8-2-6-8 مودهای شکست دیوارهای آجری

از دیدگاه بارهای درون صفحهای و برون صفحهای مودهای شکست یک دیوار آجری را میتوان به دو گروه عمده شکست درون صفحهای و شکست برون صفحهای تقسیم کرد.

در حالت شکست درون صفحهای معمو لالاً یکی از مودهای زیر رخ میدهد. درصورتیکه دیوار تحت بار قائم زیاد بوده و نسبت ارتفاع به طول دیوار کمتر از واحد باشد مود شکست برشی رخ میدهد. همچنین اگر نسبت ارتفاع به طول بزرگتر از واحد باشد) تقریباً دو برابر( و مقدار بار قائم بسیار زیاد باشد بازهم امکان شکست برشی وجود دارد .درصورتیکه مقاومت برشی اندک بوده و بار جانبی در مقایسه با بار قائم بسیار زیاد باشد شکست برشی-لغزشی رخ خواهد داد. در این حالت معمولاً نسبت ارتفاع به طول دیوار کمتر از 1/5 به 5 و در حدود 5 به 5 است .درصورتیکه مقاومت برشی دیوار بهاندازه کافی باشد و نسبت ارتفاع به طول دیوار در حدود 2 به 5 باشد آنگاه شکست خمشی رخ میدهد. اگر مقدار بار قائم اندک باشد در صورت کم بودن مقاومت برشی نیز شکست خمشی رخ میدهد.

در حالت شکست برون صفحهای معمولاً یکی از مودهای زیر رخ میدهد . اگر تنش کششی منجر به شکست موازی درزهای افقی باشد ترک قائم در ارتفاع دیوار به وجود میآید. این شکست معمولاً هنگامی رخ میدهد که طول دیوار بزرگ باشد. اگر تنش کششی منجر به شکست عمود بر درزهای افقی آجرها باشد ترک افقی در میانه دیوار به وجود میآید. این شکست معمو لالاً هنگامی رخ میدهد که ارتفاع دیوار بزرگ باشد. در حالت شکست برون صفحهای معمولاً میان قاب به سمت بیرون شکسته میشود.

8-2-6-2 مودهای شکست مصالح بنایی

در بعضی حالات شکست در امتداد ملات و در بعضی دیگر در واحدهای آجری و یا همزمان در هر دو رخ میدهد. بر اساسدادههای منتشرشده از شکست مصالح بنایی تحت شرایط تنش مسطح نه مود اصلی شکست بهصورت زیر شناساییشده است:

1( تقسیم شدن به چند ستون: شکست مصالح بنایی تحتفشار تکمحوره عمود بر ملات افقی به علت شکلگیری ترکهای گذرنده از واحدهای بنایی و ملات قائم یا تنها از واحدهای آجری.

2( تقسیم شدن به لایههایی از یک یا چند ردیف: شکست مصالح بنایی تحتفشار تکمحوره بهموازات ملات افقی به علت شکلگیری ترکهای در امتداد ملات افقی.

3( دو نیم شدن بهموازات سطوح خارجی مقطع بنایی: شکست مقاطع بنایی تحتفشار دومحوره در امتداد عمود و بهموازات ملات افقی.

4( شکست در امتداد یکلایه ملات افقی: شکست مقاطع بنایی تحت کشش عمود بر ملات افقی.

5( شکست در امتداد ترک پلکانی: شکست مقاطع بنایی تحت کشش بهموازات ملات افقی درنتیجه لغزش ملات افقی و شکست ملات قائم.

6( شکست قائم در امتداد المانهای بنایی: شکست مقاطع بنایی تحت کشش بهموازات ملات افقی به علت شکلگیری ترک گذرنده از واحدهای مصالح بنایی و ملات قائم در مقطع.

7( دونیم شدن در امتداد ترک پلکانی با برش در امتداد ملات افقی: شکست مقاطع بنایی تحت برش و فشار عمود بر ملات افقی.

8( برش در امتداد ملات افقی: شکست مقاطع بنایی به علت برش در امتداد سطح تماس ملات افقی و واحدهای اجری یا در امتداد ترکی در ملات افقی.

9( دو نیم شدن در امتداد ترک مورب: شکست مقاطع بنایی تحت برش و فشار به علت شکلگیری ترک مورب گذرنده از واحدهای آجری.

مودهای شکست دیگری هم وجود دارند که معمولاً ترکیبی از دو یا چند حالت ذکرشده در بالا هستند ]59[.

8-2-6-3 انواع گسیختگی المانهای بنایی دوبعدی دو نوع گسیختگی کلی برای المانهای بنایی دوبعدی وجود دارد:

گسیختگی درون صفحهای و گسیختگی برون صفحهای. در گسیختگی درون صفحهای بار وارده بر میان تار صفحه وارد میشود و المانها رفتار غشایی دارند و با المان تنش مسطح یا کرنش مسطح مدل میشوند. در گسیختگی برون صفحهای، بار عمود بر صفحه وارد میشود و المانها رفتار خمشی دارند و با المان خمش صفحهای مدل میشوند. کل این پایاننامه بر مبنای مدلسازی با رفتار غشایی و المانهای تنش مسطح متمرکز است مگر اینکه خلاف آن ذکر گردد.

8-2-7 کلاف بندی ساختمانهای بنایی

در فصل هفتم ویرایش چهارم آئیننامه 2811 برای تمام ساختمانهای بنایی اعم از آجری، بلوک سیمانی و یا سنگی )یک، دوو سهطبقه(، حداکثر طول و ارتفاع هر دیوار سازهای محصور در کلافهای افقی و قائم به ترتیب 4 و 1 متر است .درصورتیکهطول و ارتفاع بیش از موارد فوق باشد، باید کلافهای اضافی )افقی و قائم( در دیوار تعبیه شود.

8-2-7-8 کلاف افقی

برای کلیه دیوارهای سازهای باید کلافهای افقی با شرایط و در ترازهای معین بکار برود. فاصله کلافهای افقی در همه ترازها نباید از 4 متر بیشتر باشد.

8-2-7-2 کلاف بندی قائم

کلیه دیوارهای سازهای منتهی به کلافهای قائم، باید با رعایت شرایط مربوط به هر یک از موقعیتهای مشخص ساخته شوند .

برای ساختمان یک طبقه واقع در مناطق با خطر نسبی متوسط و کم میتوان از کلاف قائم چوبی استفاده کرد.

8-2-7-2-8 موقعیت کلافهای قائم

کلافهای قائم باید در گوشههای اصلی ساختمان و ترجیحاً در نقاط تقاطع دیوارها اجرا شوند. اگر طول دیوار سازهای از 1 متر بیشتر باشد باید با تعبیه کلافهای قائم طول دیوار را محدود کرد. اگر انتهای دیوار سازهای آزاد باشد باید با تعبیه کلاف قائم ان را مقید ساخت. فاصله آزاد بین کلافهای قائم نباید از 1 متر تجاوز کند. در اطراف بازشوها باید در صورت نیاز کلاف قائم اجرا شود. کلاف قائم در هیچ جا نباید منقطع باشد.

8-2-7-2-2 نحوه اجرای انواع مختلف کلافهای قائم

8-2-7-2-2-8 نحوه اجرای کلاف قائم بتنآرمه

اجرای کلافهای قائم بتنآرمه باید همزمان با اجرای دیوار سازهای و بهصورت یکپارچه انجام شود. اگر کلاف قائم با دیوار همزمان اجرا نشود رعایت موارد زیر الزامی است:

الف- اجرای دیوار و باز گذاشتن محل کلاف بهصورت کنگرهای ب- میلگرد گذاری و تأمین همپوشانی با میلگردهای انتظار

پ- نصب مرحلهای قاب بیرونی به ارتفاع 71 سانتیمتر از پائین به بالا ت- ملات ریزی مرحلهای و ویبره کردن برای حصول اطمینان از جاگیری ملات در تمام فضاهای خالی

8-2-7-2-2-2 نحوه اجرای کلاف قائم فولادی

کلاف قائم فولادی را میتوان از تیرآهن نمره 51 و یا پروفیل فولادی با سطح مقطع معادل آن ساخت، مشروط بر آنکه اتصالکلاف فولادی با دیوار بهوسیله میلگردهای افقی بهخوبی تأمین شود. چنانچه پروفیلهای فولادی در و پنجره، معادل تیرآهننمره 51 باشد و بهخوبی در کلاف افقی و سقف مهارشده باشد ،میتوان آن را بهعنوان کلاف قائم در نظر گرفت.

8-2-7-2-2-3 نحوه اجرای کلافهای قائم چوبی

برای ساختمانهای یک طبقه در مناطق با خطر نسبی متوسط یا کم ،میتوان بجای کلاف بتنآرمه از پایه یا ستون چوبی با حداقل مقطع 11 سانتیمتر مربع استفاده کرد .کوچکترین بعد کلاف چوبی باید حداقل 1 سانتیمتر باشد. کلاف چوبی باید عاری از ترک، شکاف و اعوجاج باشد. کلاف چوبی باید بهخوبی در کلافهای افقی تراز سقف و زیر دیوار و داخل شالوده مهار شود ]54[.

8-2-1 توزیع بار در سازههای بنایی

عنصر اصلی باربر در این ساختمانها دیوار بوده است و بار سقف از طریق دیوارها به پی منتقل میشود. نقطهضعف اصلی در این قبیل ساختمانها نبودن اتصال مناسب بین اجزای تشکیلدهنده آنها مثل اتصال واحدهای مصالح به همدیگر، اتصال دو دیوار و اتصال دیوار و سقف است .ساختمانهای بنایی در برابر بارهای قائم از مقاومت کافی برخوردار هستند و مشکل اصلی رفتار نامناسب آنها هنگام زلزله یا مواردی چون نشست نامساوی است. رفتار ساختمانهای بنایی به دلیل ضعف مصالح بنایی در برابر کشش و برش موجب شده است که طراحی این ساختمانها با توجه به شرایط خاص آنها مورد سؤال باشد. برای کاهش تردی و شکنندگی ساختمانهای بنایی و افزایش مقاومت آنها از کلافهای افقی و قائم استفاده میشود. استاندارد 2811 ایران، لزوم اجرای کلاف افقی روی دیوارها را ضروری میداند. جزئیات اجرای کلافها در استاندارد 2811 بیانشده که بیشتر بر اساس تجربههای بهدستآمده از نوع تخریب این قبیل ساختمانها در زلزلههای گذشته و برای کاهش خطر تخریب آنها ارائه گردیده است.

8-2-9 مقاومسازی دیوارهای بنایی

مقاومسازی در کل موضوعی پیچیده است و در بعضی از حالات بسیار مشکل بوده و ممکن است حتی هزینههای آن بیشتر از هزینه تخریب و بازسازی ساختمان باشد ولی باید به این نکته مهم توجه داشت که تقویت ساختمان آجری میتواند موجب شود که بجای گسیختگی کلی ساختمان دچار خرابی موضعی شده باشد و لذا از میزان تلفات جانی بهشدت کاسته شود. ازجمله نکات مهم در مقاومسازی آن است که نباید تنها دیوارهای باربر محیطی را تقویت نمود بلکه ساختمان باید بهگونهای تقویت گردد که در زمان وقوع زلزله هیچ بخشی از آن تخریب نگردد .بهبیاندیگر تقویت یک ساختمان بنایی باید بهصورت همهجانبه در نظر گرفته شود. نوع روشی که برای مقاومسازی مورداستفاده قرار میگیرد وابسته به فاکتورهای مختلف بوده و اجرای آن میبایست توجیه اقتصادی داشته باشد .ازجمله فاکتورها سن ساختمان است و اینکه آیا پس از گذشت زمان مشخصات مهندسی مصالح تغییر )کاهش( یافته است یا خیر؟ آیا در نحوه کاربری ساختمان تغییراتی صورت پذیرفته است؟ آیا پس از ساخت ساختماناندازه بازشوها تغییریافته یا بازشوهای جدیدی احداثشدهاند؟ و درنهایت اینکه تجربه و تسلط نقشی کلیدی در انتخاب نوعروش تقویت دارد. در کلیه روشهای مقاومسازی ساختمان، افزایش مقاومت دیوارهای جانبی هدف اولیه میباشد زیرا ایندیوارها عموماً در برابر بارهای ثقلی از خود مقاومت نشان میدهند اما در برابر بارهای جانبی به علت عدم شکلپذیری کافی مقاومت چندانی ندارند ]51[.

8-2-9-8 انواع روشهای مقاومسازی سازههای بنایی

1( روکش بتن مسلح بهصورت یکطرفه یا دوطرفه: در این روش شبکههایی از آرماتور در یک یا دو طرف دیوار آجری قرار داده میشود و روی آنها یکلایه بتنی به ضخامت حدود 4 سانتیمتر پاشیده میشود. به این نوع تقویت شبکه تقویت به همراه شاتکریت نیز گفته میشود.

2( روکش بتنی همراه با تعبیه ستونهای باریک بتنی در داخل دیوار: در این روش جهت ایجاد ستون در داخل دیوار شیارهای قائمی به ابعاد تقریبی 51 سانتیمتر و به فواصل حدود 1/2 متر ایجاد میگردد که درون آنها میلگردهایی به قطر حدود 51 میلیمتر قرار داده میشود.

3( هسته مرکزی: در این روش در مرکز دیوارها حفرههایی به قطر حدود 51 سانتیمتر و به فواصل حدود 511 الی 541 سانتیمتر ایجاد میگردد. درون این حفرهها آرماتورها قرار دادهشده و سپس حفرهها با نوعی دوغاب بتنی که دارای خاصیت انقباضی کم باشد پر میشود.

4( مهاربندی با استفاده از بادبند قطری: در این روش با استفاده از پروفیلها یا میلگردهای فولادی در دیوارها بادبندهای قطری نصب میگردد.

5( مهاربندی فولادی با استفاده از نوارهای فولادی: در این روش در دو طرف دیوار شیارهایی قطری ایجاد کرده و درون آنها نوارهای فولادی قرار داده میشود. این نوارها در دو طرف دیوار توسط پیچهایی به یکدیگر متصل میشوند.

6( مهاربندی دیوار با استفاده از الیاف پلیمری: در این روش در داخل دیوار بهصورت افقی یا قائم الیاف پلیمری قرار داده میشود. ازجمله این الیاف پلیمری میتوان به FRP و GFRP و CFRP اشاره کرد که در سالهای اخیر استفاده از این نوع الیافها رواج بیشتری پیداکرده است.

7( تقویت دیوار آجری با استفاده از شبکه آرماتور و شاتکریت:

یکی دیگر از روشهای مؤثر برای مقاومسازی ساختمانهای آجری اعمال شاتکریت مسلح شده با شبکه آرماتور به سطح دیوار میباشد که بهکارگیری روشهای عددی در این زمینه اجتنابناپذیر است. اعمال روکش بتن مسلح به دیوار باعث افزایش سختی مقاومت و نیز بهبود مشخصات لرزهای دیوار آجری میگردد.

8( مقاومسازی سازههای بنایی با استفاده از کامپوزیتهای FRP

سیستمهای FRP چسبیده بهصورت خارجی برای مقاومسازی سازههای بتنی از اواسط سال 5381 میلادی مورداستفاده قرارگرفت. تعداد پروژههایی که در سراسر جهان از سیستم FRP استفاده میکنند بهطور چشمگیری از سالهای پیش تاکنونافزایشیافته است. اعضای سازهای که توسط سیستمهای FRP مقاومسازی میشوند عبارتاند از تیرها دالها دیوارها اتصالاتو سازههایی همانند کورهها و دودکشها طاقها گنبدها و تونلها و سیلوها و سولهها و خرپاها .سیستمهای FRP همچنین برای تقویت سازههای بنایی چوبی فولادی و چدنی نیز مورداستفاده قرار میگیرند. مزیت اصلی مصالح FRP نسبت زیاد مقاومت به وزن و مقاومت زیاد آن در مقابل خوردگی است. مقاومت زیاد آنها درعینحال که وزن کمی دارند سبب میشود که جابجایی و حملونقل آنها راحتتر باشد و هزینه استفاده از آنها و نیروی کار کاهش یابد همچنین مقاوم بودن آنها در مقابل خوردگی سبب دوام و پایا بودن عملکرد آنهاست. مقاومت صفحات FRP دستکم دو برابر مقاومت صفحات فولادی است که این مقدار ممکن است تا ده برابر نیز افزایش پیدا کند درحالیکه وزن آنها فقط 21% وزن فولاد است. محدودیت استفاده و کاربرد آنها در مهندسی ساختمان به دلیل قیمت زیاد آنها است البته هزینه و قیمت آنها رو به کاهش است و بهاینترتیب استفاده از آنها بیشتر خواهد شد. استفاده از آنها درزمینه ٔ مقاومسازی سازهها هرچند هزینه زیادی دارد اما با توجه به هزینه اجرای کم و نیز سایر مزایا در کل بهعنوان یکی از مؤثرترین راههای مقاومسازی سازهها به شمار میرود ]51[.

در صورت تسلیح و تقویت دیوارهای آجری ساختمانهای ساختهشده با مصالح بنایی با هر یک از روشهای فوق مقاومت دیوار حدود 9 تا 1 برابر افزایش مییابد ]51[.

8-3 آشنایی با تاریخچه چوب

چوب یکی از قدیمیترین و ابتداییترین مصالح ساختمانی موجود در طبیعت است که بشر در طول تاریخ از آن استفاده کرده و تنها مصالح ساختمانی است که از منبع قابلتجدید به دست میآید و جزو مصالح خوب برای مناطق زلزلهخیز است .قبل از به وجود آمدن خانه و مسکن انسانهایی که در کنارههای جنگل زندگی میکردند برای رهایی از خطر حیوانات از کلاف بندی تیرهای کوچک و بزرگ به شکل ترکیبی از آلاچیق ساده و پوششهای گیاهی سرپناه به وجود میآوردهاند تا از گزند حیوانات وحشی در امان باشند .طبق مطالعات مردمان بومی شمال ایران، که قرنها قبل از مهاجرت آریائیها در ایران زندگی میکردند ،در حدود 4211 سال قبل از میلاد مسیح، چوب را در کلمهسازی خود به کار میبردند. در کاوشهای باستانشناسی که در طبقات سوم تپههای سیلک کاشان انجامشده وجود سقف چوبی از معماری هزاره سوم قبل از میلاد رؤیت شده است همچنین در اکتشافات دیگر باستانشناسی که از شهر سوخته در کنار رود هیرمند که به علت وقوع زمینلرزه در زیرخاک مدفونشده، سقفهای چوبی و نعل درگاه دربها و پنجرهها و تیرهای حمال و باربر در زیر پلهها کاربرد مؤثر چوب مشاهدهشده است .

کوروش مشخصاً به کشت درخت بها میداده و کاربرد چوب در معماری تخت جمشید و شوش کاملاً مشهود است و داریوش در فرمان به بناسازی شهر شوش از تخته و چوب استفاده کرده و در قصه آپادانا در دوره هخامنشیان چوب را برای استفاده کاربردی و تزئینی بکار میبردند و شواهد نشان میدهد که در آن زمان جنگل و چوب ارزش داشته و یک مزیت مهم تولید چوب بوده است ،استفاده از چوب در امور ساختمانی و معماری در دوره هخامنشیان بهطور فوقالعادهای ترقی کرد. در دوره ساسانیان از چوب برای قابسازی طاق و گنبدها استفاده میکردند. از قدیمیترین آثار چوبی بعد از اسلام، دو ستون چوبی وقطعهای خاتمکاری است که در ناحیه ترکستان غربی کشفشده و متعلق به قرن سوم ه – ق یا نهم میلادی است. در کل مهمترینوسایلی که در اوایل اسلام با چوب ساخته میشده است شامل درب و پنجره، ابزارآلات صنعتی، کشاورزی و جنگی بوده است .در دوران مادها، قسمتی از یک نقش برجسته، درباره ماد در حال حمل یک صندلی چوبی مشاهده میشود که مربوط به سده پنجم پیش از میلاد است.

8-3-8 پیشینه کاربرد چوب در سازههای بنایی

امروزه بسیاری از سازههای بنایی با قاب چوبی در نواحی با خطر لرزهای بالا بهعنوان خانه و یا برای خدمات عمومی ساخته میشوند. بعضی از آنها در یونان و پرتغال و همچنین در کشورهای دیگر همچون ترکیه و هند و … دیده میشود این سازهها قسمتی از میراث فرهنگی هستند و ارزیابی صحیح خطر لرزهای آنها با ابزارهای قابلاعتماد پیشنهادشده همچون آنالیز غیرخطی قطعاً ارزشمند است ]56[.

سیستم ساختوساز باربونه5، متشکل از سازه بنایی مسلح شده با قابهای چوبی است که کاربرد بسیاری از آئیننامههای اروپائی ضد زلزله قدیمی را ارائه میدهد. این سیستم در کالابریا2 در اواخر دههی 5711 به کار رفت.

ساختمان میلتو بیشاپس9 در کالابریا فور ااً بعد از زلزله فاجعهبار در 5789 دقیقاً مطابق قوانین باربونه ساخته شد] 57[. آسیبپذیری بالای ساختمانهای بنایی قدیمی بعد از زلزلههای گذشته و اخیر بر نیاز به روشهای مناسب برای حفاظت از میراث فرهنگی در مناطق مستعد زلزله تأکید دارد از طرفی تنوع گسترده و پیچیدگی انواع آثار تاریخی بهخوبی گویای این واقعیت است که آنها بر پایه یک طرح مهندسی نیستند و پیشنهاد روشهای خوب را مشکل میکند. بهمنظور کاهش آسیبپذیری لازم است که با اقدامات سازگار و سبکسازی، مدلهای درستی برای آنالیزهای لرزهای داشته باشیم و قادر به شبیهسازی رفتار غیرخطی سازه بنایی باشیم.

کمیسیون اروپایی در پروژه تحقیقاتی پرپچیوئیت4 برای حفاظت لرزهای از ساختمانهای بهیادماندنی و میراث فرهنگی بودجهای اختصاص داد که توجه ویژه روی دو نوع خاص از میراث معماری داشت، نوع اول کاخها و قلعهها و نوع دوم شامل کلیساها و مسجدها بود که عمارت حسن بیگ در Rhods و مسجد بزرگ شهر الجزایر1 از این جملهاند. شکل و رفتار متفاوت این دو نوع سازه احتیاج به اتخاذ مدلسازی متفاوت داشت ]58[.

بعد از زلزله izmit و ducze در سال 5333، در دهههای گذشته علاقه به سازههای با قاب چوبی افزایش یافت که بنا بهگزارشها ناشی از عملکرد مناسب سازههای بنایی با قاب چوبی نسبت به سازههای بنایی غیرمسلح و حتی سازههای بتن مسلحیبود که بهقدر کافی مقاوم نشده بودند ]53[.

سیستم ساختوساز پامبلینو5 که ترکیب چوب و سازه بنایی بود در قرن هجدهم و بعد از زلزله فاجعهبار 5711 در مرکز شهر لیسبون در حوزه ملی و بینالمللی به رسمیت شناخته شد .بر اساس دانش آن زمان و دانش تجربی جمع شده از ساختمانهایی که بعد از زلزله سالم باقیمانده بودند این سیستم پیشنهاد شد که ساختمان با یک خرپای چوبی سهبعدی مقاوم در برابر نیروهای افقی طراحی شد و در تاریخ اولین بار بود که کل ساختمانهای یک شهر باهدف برآورده کردن مقاومت لرزهای ساخته میشدند. در لیسبون و پرتغال ساختمانهای Pre-Pombalino قبل از سال 5771 و ساختمانهای پامبلینو در 5771-5871 و ساختمان گایولیرو2 در سالهای 5881-5331 و تا حدودی ساختمانهای پالاچا9 در 5341-5361 با این سیستم ساخته شدند. بعضی از این ساختمانها بیش از 211 سال قدمت دارند و همچنان بکار میروند و عمدتاً کاربرد مسکونی داشتهاند. در این ساختمانها دیوار ساختهشده با مصالح سنگی و ملات آهک عمدتاً برای دیوارهای خارجی استفادهشده درحالیکه برای پشتبام و طبقات یا کفها در ساختمانها از چوب استفادهشده است. دیوارهای با قاب چوبی یکی از مشخصات کلیدی این ساختمانها هستند ]21[.

در طول زلزلههای duzce 999 و orta 000 در ترکیه بسیاری از سازهها آسیب دیدند در این میان سازههای بنایی با قاب چوبی که بالای سهطبقه بودند و شامل میان قابهای بنایی با تیر و ستون یا مهاربندهای قطری چوبی بودند عملکردشان در طول زلزله duzce با شدت 2/7 ریشتر به دلیل عدم مشاهده فروپاشی ساختمان خوب گزارش شد. این در حالی است که سازههای بنایی مسلحی که ایرادهای جزئی داشتند بشدت تحت تأثیر قرار گرفتند. تنها خسارتدیده شده در ساختمانهای بنایی با قاب چوبی فروریختن ملات داخلی یا خارجی و یا ترکخوردگی در میان قابهای بنایی و در موارد کمیاب یا نادر نیز گسیختگی خارج از صفحهی میان قابها بود. در زلزلههای orta 2000 و sultandgi 2002 که به ترتیب بهشدت 1/6 و 5/6 بودند خسارت در سازههای با قاب چوبی قابلتوجه بود و ریزش خارج از صفحه در میان قابهای بنایی رخ داد و فروپاشی کلی و جزئی ساختمانها رخ داد. برعکس در این زلزلهها در ساختمانهای مسلح بتنی خسارت قابلتوجهی وجود نداشت. به دلیل اطلاعات کم موجود واضح نیست که رفتار ضعیفتر در مقایسه با ساختمانهای بنایی duzce به علت محتوای فرکانسی متفاوت ،حرکات زمین متفاوت، کیفیت ساخت پائین و یا ترکیبی از آنها تأثیرگذار بوده است ]56[.

جزیره لفکس5 که در ناحیه با خطر لرزهخیزی بالا در یونان وجود دارد در طول دو قرن گذشته شاهد زلزلههای قابلتوجهی در5878 و 5354 و 5398 و 5384 و 5379 و 5385 و 5381 و 5388 و 5322 و 5339 و 5334 بوده است. کانون آخرین زلزله شدیددر جنوب غربی جزیره در سال 2119 بود که شدتی 4/6 ریشتر داشت و بسیار به پایتخت نزدیک بود بزرگترین شتاب زمین در شهر 0.42g بود اگرچه شدت نسبتاً بالابود و بعضی از ساختمانها بشدت آسیب دیدند و چند ساختمان بتن مسلح فروریختند اما قسمت قابلتوجهی از ساختمانهای موجود در شهر) 94%( که از بنایی با قاب چوبی بودند در طول این زلزله هیچکدام آسیب ندیدند ]56[.

بقایای سازههای بنایی با قاب چوبی به عصر برنز برمیگردد. بقایای سازه بنایی با قاب چوبی در یونان شامل یک قاب چوبی روی هر رویه از دیوار بنایی ضخیم است. این نوع سازه گاهی اوقات در جزیره کریت2 و مایکنا9 و جزیره تیئرا4 وجود داشت .

همگی این نواحی دارای خطر لرزهای بالابودند علاوه بر این جزیره تیئرا یک آتشفشان فعال در آن زمان بود. قاب چوبی اغلب تکنولوژی سادهای داشت و معمولاً در سازههای چندطبقه استفاده میشد و در آن چندین المان چوبی قائم یا افقی به داخل دیوارهای دارای سنگ جاگذاری میشدند که تقویت با چوب در سازههای بنایی فقط در نقاط بحرانی ساختمان دیده میشد حتی بقایای با 7 متر ارتفاع از ساختمانهای سهطبقه از بناییهای با قاب چوبی مشاهده میشود.

حفاریهای باستانشناسی در شهرکهای زیرخاک مدفونشده بعد از فوران آتشفشان Vesuvius در سال 73 بعد از میلاد دیوارهای با قاب چوبی را در بسیاری از ساختمانهای اشرافی عمدتاً در Herculaneum مطابق شکل 5-9 ب و در پمپئی1 کشف کرده است .المانهای چوبی افقی در دیوارهای بنایی برای افزایش شکلپذیری عموماً در کلیساهای بایزنتین6 در مقدونیه یعنی یونان شمالی بکار میرفتند. این سیستم حتی در کشورهای اروپایی نیز که مقاومت لرزهای یک معیار کلیدی نبود غالب بودند .بهعنوانمثال سبک معماری tudor در بریتانیا و جاهای دیگر اروپا همچون آلمان و هلند و کشورهای شمالی و… کاربرد داشت .ساختوساز بنایی با قاب چوبی دستخوش چندین توسعه در طول تاریخ بود که در درجه اول باهدف افزایش مقاومت لرزهای بود ]56[.



    الف     ب

شکل 1- 6: الف( يک نوع ساختمان با قاب چوبي در مقدونيه يونان، ب( عمارت Augustals، يک ساختمان باشکوه از Herculaneum با ديوارهاي بنايي داراي قاب چوبي ]16[

8-3-8-8 کاربرد چوب در کالیفرنیا آمریکا

سهم سازههای چوبی در سراسر امریکا نسبت به سازههای دیگر بین 81 تا 31 درصد است .کالیفرنیا که در شمال آمریکا واقعشده یکی از بیثباتترین ناحیهها ازنظر لرزهای است که 33 درصد منازل مسکونی آن با قابهای چوبی ساختهشدهاند. بعد از زلزله 5334 نورتریچ5، وزارت مسکن فاش کرد که 31 درصد منازل در مناطق آسیبدیده که تعدادشان در حدود 991111 بود خسارت دیدند که خسارت تخمین زدهشده آنها حدوداً 21 میلیون دلار بود ]25[.

8-3-8-2 بزرگترین سازه چوبی جهان

سایبان متروپل در سویل اسپانیا که بزرگترین سازه چوبی جهان بهحساب میآید و بازارچه محصولات کشاورزی و سایتهای باستانشناسی و همچنین کافیشاپ و رستورانهای متعددی را در خود جایداده یکی از عجایب این روزهای معماری مدرن بهحساب میآید. این اثر در بالای خود باندی برای پیادهروی دارد که متشکل از الوارهای چوبی با روکش پلی اورتان میباشد.

در زیر شکل آن قابلمشاهده است.



شکل 1- 7: تصاويري از بزرگترين سازه چوبي جهان

8-3-2 بعضی از انواع چوب

راش5، توسکا2، اکالیپتوس ،چنار9، نارون، کاج4، صنوبر افرا، ملچ، آزاد، بلوط1، گردو6، نوئل7، توس8، صنوبر3، کاج رادیاتا51، زبانگنجشک55 و لاریکس52 بعضی از انواع چوب هستند.

5-9-2-5 مهمترین کاربردهای چوب

ازجمله مهمترین کاربردهای چوب میتوان به این موارد اشاره کرد:

  • استفاده از چوب در ساخت مصنوعات چوبی
  • استفاده از چوب برای اعضای باربر
  • استفاده از چوب برای کارهای کمکی در ساختوساز، مثل قالبسازی، چوببست
  • استفاده از چوب برای نماسازی و تزئین و هنر و مبلمان
  • استفاده از چوب برای ساخت صنایعدستی
  • کاربرد آن در ساخت قایقها و کشتی و یا پلها


شکل 1- 8: کاربرد چوب بهعنوان عضو باربر و نحوه اتصالات چوبها به هم

نکته قابلتوجه این است که برای استفاده مهمتر از چوبها باید مواردی مثل جهت الیاف چوب، مقدار رطوبت، نوع چوب، محل رویش، پهنی دایره سالانه، درجه حرارت، تعداد گرههای روی چوب، شرایط نمونهگیری، شرایط لحظهای آزمایش و دستورالعمل آزمایشی را در نظر بگیریم ]22[.

8-3-3 آشنایی با ساختار و خصوصیات مکانیکی چوب

ساختار ناهمگن چوب منجر شده خواص مکانیکیاش در هر نقطه از این ماده متفاوت با نقطه دیگر باشد. چوب بهطورکلی یک عایق حرارتی است و هرچه وزن مخصوص چوب کمتر باشد مقدار هدایت حرارتی آن کمتر میشود و بهطورکلی هدایت حرارتی در گونههای مختلف جهت الیاف و مقدار رطوبت متفاوت است هرچه هوای موجود در چوب بیشتر باشد هدایت حرارتی آن کمتر میشود یعنی چوبهای سبک و متخلخل هدایت حرارتی کمتری دارند و اگر رطوبت در چوب زیاد شود به دلیل کاهش هوای موجود در چوب هدایت گرمایی بیشتر میشود در فراوردههای چوبی وجود لایه پلی استایرن در داخل پانلهای سقفی و دیواری موجب انتقال کمتر حرارت و برودت از فضایی به فضای دیگر شده و از هدر رفتن انرژی جلوگیری مینماید. کاربرد گسترده آن از خصوصیات مکانیکی خوب آن بهدستآمده است همچون کارایی آسان و در دسترس بودن تقریباً در همه جای دنیا ]22[.



شکل 1- 9: تصوير سهبعدي از ريزساختار چوب در زير ميکروسکوپ

8-3-3-8 خصوصیات مکانیکی چوب

  • ارتوتروپیک؛ تغییر خواص قابلتوجه با توجه به جهت الیاف
  • ویسکوالاستیک؛ تغییر شکلهای وابسته به زمان )خزش(
  • مدت اعمال بار مؤثر در مقاومت
  • شکلپذیری در فشار، تردشکنی در کشش و برش
  • مقاومت بالا و سختی نسبی نسبت به وزن ]22[.

8-3-3-2 ویژگیهای فیزیکی چوب

  • رنگ: هرچه چوب تیرهتر باشد معمولاً بادوام تراست.
  • تلالو چوب: به حالت درخشندگی مخصوص تلالو گفته میشود که اکثر چوبها این حالت را ندارند و به آنها چوبهای مات گفته میشود.
  • بو و طعم چوب: این دو خاصیت نیز از خواص فیزیکی بوده و به مواد استخراجی وابسته است و بهطورکلی وجود مولکولهای بیشتری از جسم جداشده و در هوا منتشر شود بوی بیشتری از آن ماده ایجاد خواهد شد.
  • قابلیت هدایت الکتریکی )مقاومت الکتریکی چوب(: چوب خشک مادهای عایق است و قابلیت رسانایی در آن وجود ندارد یعنی مقاومت الکتریکی بالائی دارد اما با افزایش رطوبت رسانایی چوب بیشتر میشود. رسانایی به جهت الیاف و مخصوصاً به مقدار رطوبت چوب بستگی دارد.
  • قابلیت هدایت حرارت: چوب بهطورکلی یک عایق حرارتی است و هرچه وزن مخصوص چوب کمتر باشد مقدار هدایت حرارتی آن کمتر میشود و بهطورکلی هدایت حرارتی در گونههای مختلف جهت الیاف و مقدار رطوبت متفاوت است. هرچه هوای موجود در چوب بیشتر باشد هدایت حرارتی آن کمتر میشود یعنی چوبهای سبک و متخلخل هدایت حرارتی کمتری دارند و اگر رطوبت در چوب زیاد شود به دلیل کاهش هوای موجود در چوب هدایت گرمایی بیشتر میشود.
  • قابلیت سوخت چوب: چوب به علت وجود مواد هیدروکربن و مواد استخراجی آلی قابلیت سوخت دارد ولی داشتن رطوبت باعث کاهش انرژی سوخت چوب میشود چون بخشی از انرژی باید صرف تبخیر آب از چوب شود.
  • خاصیت طنین چوب: چوب دارای خاصیت طنین یا تشدید صوت است و در بیشتر سازهای موسیقی بهعنوان وسیله تشدید صوت استفاده میشود و صوت اغلب از طریق سیم یا تار ساز ایجادشده و فرکانس صوتی با ضربه به سیم ایجاد میشود و چوب وظیفه تشدید و تقویت آن را دارد و زیبایی خاصی به صوت میدهد.
  • خاصیت آکوستیک چوب: چوب خاصیت آکوستیک یا جذب صوت را داشته و میتواند بخشی از انرژی صوتی را جذب کند و شدت صوت را کاهش دهد. چوبهای سبک و تخته فیبر عایق بهعنوان عایق استفاده میشوند.
  • رطوبت: رطوبت چوب بهطورکلی سه حالت دارد: آب آزاد، آب آغشتگی، آب نهادی یا بنیادی؛ که آب آزاد در وسط حفرهها و خلل و فرج چوب است و آب آغشتگی جدارههای دیواره سلولی چوب را مرطوب میکند. آب نهادی یا بنیادی در ساختار مولکولی چوب موجود است.
  • خاصیت تاب و قوس چوب: علت اصلی تاب و قوس در چوبها و تختهها اختلاف هم کشیدگی شعاعی و مماسی و گاهی بین اختلاف باهم کشیدگی طولی است که در اثر تغییرات رطوبت هم کشیدگی در چوب ایجاد میشود و هم کشیدگی با کاهش رطوبت همراه است و مهمتر از واکشیدگی است و واکشیدگی بزرگ شدن ابعاد با افزایش رطوبت است.

 

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

پایان نامه های موجود در سایت فقط در صورت دریافت پکیج طلایی انسیس قابل دریافت است.
برای دریافت این پایان نامه و تمامی پایان نامه های سایت، پکیج طلایی انسیس را خریداری بفرمایید. پس از خریداری پکیج طلایی لینک دانلود پایان نامه ها فعال خواهد شد.
شماره های تماس :
05142241253
09120821418

دریافت پکیج طلایی

————————————————————————————————————————————–