شکل ۱-۱: نحوه انتقال انرژی زلزله به سازه [۲۲]
حال با توجه به این که زلزله­ها همواره در هنگام وقوع، به دنبال نقاط ضعف ساختمان هستند و اثر آنها بر روی این قسمت ­ها می ­تواند مشکل ساز شود، باید این نقاط ضعیف که معمولاً در اثر تغییرات سریع در سختی، مقاومت و یا شکل­پذیری به وجود می­آیند به طور کامل شناسایی شوند. آنچه که در این پایان نامه به بررسی اثر آن پرداخته شده است تغییرات سریع در سختی یک طبقه است. مطابق تعریف ویرایش چهارم آیین­ نامه ۲۸۰۰ منظور از سختی طبقه جمع سختی جانبی اعضای قائم باربر جانبی است. برای محاسبه این سختی­ها می­توان تغییر مکان جانبی واحدی را در سقف طبقه مورد نظر وارد کرد در حالتی که کلیه طبقات زیرین بدون حرکت باقی بمانند. اگر پس از جابجایی پی به اندازه Δ درستون­های یک طبقه، سختی طبقات دیگر آن قدر زیاد باشد که ستون­ها نتوانند سقف­های بالا و پایین را با خود همراه سازند، آنگاه در ابتدا و انتهای محل اتصال ستون­ها به طبقه یا طبقه ­های سخت در اثر جابجایی­های رفت و برگشتی ناشی از زلزله، مفصل پلاستیک ایجاد شده و به علت ایجاد لنگرهای خمشی بزرگ در این مفاصل، طبقه یا دچار تغییر شکل ماندگار و یا دچار ریزش می­ شود که در بعضی مواقع ریزش طبقه منجر به پیچش سازه و ریزش کامل سازه نیز می­ شود.

(( اینجا فقط تکه ای از متن درج شده است. برای خرید متن کامل فایل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. ))

شکل ۱-۲: ایجاد تغییر مکان جانبی ماندگار ۶ درجه­ای در اثر پدیده نرم.[۶]
شکل ۱-۳: نمونه ­ای از خرابی ناشی از پدیده طبقه نرم در ژاپن. [۴]
شناخت و درک رفتار سازه­های مختلف تحت اثر بارگذاری­های مختلف به منظور کاهش خطر آسیب­پذیری ساختمان­ها در مقابل نیروی زلزله، اخیراً مورد توجه بسیاری از محققان و پژوهشگران قرار گرفته است. در این میان بررسی رفتار سازه ­هایی که دارای طبقات با سختی­های متفاوت بوده، کمتر مورد توجه واقع شده است. ملاحظات و نگرش خوش بینانه معماری اغلب منجر به ساختن ساختمان­هایی می­ شود که در آنها طبقه همکف و یا سایر طبقه­ها، به لحاظ سختی، تفاوت فراوانی با سایر طبقه ­های سازه داشته و سازه را در زمان وقوع زلزله در برابر پدیده طبقه نرم، آسیب­پذیر می­ کند. منظور از طبقه نرم، کاهش قابل ملاحظه سختی در یک طبقه نسبت به سایر طبقات است. کاهش سختی در سازه­ها یکی از اساسی­ترین مسائل نامنظمی در ارتفاع سازه است که رایج­ترین نوع آن در ساختمان­های موجود، وجود طبقه همکف باز به جهت تامین ورودی ساختمان و پارکینگ، تعبیه پنجره­های بزرگ، درب­های اصلی فضاهای تجاری و یا تفاوت ارتفاع در این طبقه به علت کاربری تجاری می­باشد که سبب می­ شود این طبقه در مقایسه با سایر طبقات فاقد یکنواحتی، نظم و تکرار دیوارها باشد. قرارگیری طبقه نرم در طبقه همکف بحرانی­ترین حالت را ایجاد می­ کند زیرا میزان برش پایه در این طبقه بیشتر از سایر طبقات است. ساختمان­های دارای طبقه همکف باز از عملکرد ضعیفی در هنگام و بعد از وقوع زلزله­ها برخوردار هستند و توجه به تأثیر آن بر رفتار سازه، توسط آیین­ نامه­ های مختلف به مهندسین تأکید شده است. این پیکره­بندی گرچه به لحاظ توزیع و استفاده فضاهای طبقه مناسب می­باشد، ولی از دیدگاه لرزه­ای، آسیب­پذیری ساختمان را در برابر پدیده­ طبقه نرم، بسیار بالا می­برد. طبقه نرم سبب ایجاد خرابی در بیش از دو-سوم از ۴۶۰۰۰ ساختمانی است که در زلزله نورتریج^[۱] تخریب شدند و اثرات زیان­بار آن بارها در زلزله­های مختلف نظیر ژاپن ۱۹۹۵، ترکیه۱۹۹۹ ، تایوان۱۹۹۹ ، هندوستان ۲۰۰۱ و الجزایر ۲۰۰۳ دیده شده است.
شکل ۱-۴: شکست طبقه نرم به علت حذف میانقاب­ها؛ طبقه نرم می ­تواند در طبقه همکف یا در طبقات میانی باشد. [۲۲]
۱-۲- اهمیت موضوع
در حال حاضر در کلان شهرها، تقریباً تمامی ساختمان­ها به علت ضوابط شهرداری برای تامین پارکینگ، بگونه­ای ساخته می­شوند که طبقه­ی همکف و یا حتی طبقه­ی منهای یک، فاقد هر گونه میان­قاب بوده که این امر احتمال ایجاد طبقه نرم در سازه را بالا می­برد. هم­چنین در بعضی موارد با سازه ­هایی روبرو هستیم که طبقه همکف آنها به علت ایجاد فضای تجاری، علاوه بر حذف میان­قاب­ها (البته در بعضی موارد)، دارای ارتفاع بیشتر نیز نسبت به سایر طبقات می­باشد. بنابراین باز هم احتمال ایجاد طبقه نرم در سازه وجود دارد. از طرف دیگر، امروزه، قرار دادن یک طبقه به عنوان سالن اجتماعات در بعضی از ساختمان­های اداری در طبقات میانی سازه، امری بسیار رایج است. به هر حال اجتناب از ملاحظات معماری غیر ممکن است، بنابراین در اکثر سازه­ها به احتمال زیاد با پدیده طبقه نرم روبرو خواهیم بود. لذا حفظ ایمنی جانی ساکنان ساختمان و تجهیزات درون آن (مثل بیمارستان­ها) امری ضروری است.
در این پایان نامه تلاش شده است که در ابتدا کلیه جوانب تئوریک طبقه نرم به طور کامل بررسی گردد. سپس در بخش مدلسازی با جابجایی طبقه نرم (ایجاد شده به علل مختلف) در طبقات سازه­های میان­مرتبه، مقادیر دریفت، جابجایی، نیروی برشی و لنگر خمشی تحمیل شده توسط زلزله مورد بررسی قرار می­گیرد.
۱-۳- تعریف طبقه نرم
مطابق ویرایش چهارم آیین نامه ۲۸۰۰، طبقه نرم طبقه­ای است که سختی جانبی آن بین ۷۰-۶۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا بین ۸۰-۷۰ درصد متوسط سختی ۳ طبقه روی خود باشد. همچنین مطابق همین ویرایش طبقه خیلی نرم^[۲] طبقه­ای است که سختی جانبی آن کمتر از ۶۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کمتر از ۸۰ درصد متوسط سختی ۳ طبقه روی خود باشد.
طبقه نرم زمانی ایجاد می­ شود که یک طبقه سختی کمتری نسبت به سایر طبقات داشته باشد که این امر موجب نامنظمی در ارتفاع می­گردد.[۱]
۱-۴- سابقه طبقه نرم در آیین­ نامه­ های مختلف
قبل از دهه­ ۱۹۶۰ در کشورهای توسعه یافته مانند آمریکا و ژاپن و اواخر دهه­ ۱۹۷۰ در بسیاری از کشورهای جهان مانند چین و ترکیه، سازه­ها بدون جزئیات و تقویت کننده­ های کافی در مقابل زلزله طراحی می­شدند. از آنجایی که زلزله خطری قریب الوقوع است، مطالعه و تحقیق آغاز شد و آیین­ نامه­ هایی برای مقاوم سازی و بازسازی لرزه­ای سازه­ها مانند ASCE-SEI 41 و دستورالعمل­های انجمن مهندسی زلزله نیوزلند^[۳] در سراسر جهان منتشر شد. این آیین­ نامه­ ها نیازمند به روز شدن بودند، بنابراین در سال­های اخیر محققان علم مهندسی زلزله پس از هر زلزله­ی ویرانگر در نقاط مختلف جهان به بررسی نقاط ضعف سازه­ها پرداخته­اند، تا مشکلات را برطرف نموده و خسارات مالی و جانی وارد به جامعه را کاهش دهند. در زیر به بررسی چند مورد از این پژوهش­ها می­پردازیم.
ایران: موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی ایران تنها سازمانی است که بر طبق قانون می ­تواند استاندارد رسمی فرآورده ­ها را تعیین و تدوین و اجرای آنها را با کسب موافقت شورای عالی استاندارد اجباری اعلام کند. برای هماهنگی استانداردهای ایران و استانداردهای جهانی، همان گونه که در قسمت پیشگفتارهای این استانداردها آورده شده، از آیین­ نامه معتبر کشورهای جهان مانند UBC و IBC استفاده شده است. بنابراین تکامل آیین­ نامه ایران پس از آیین­ نامه­ های معتبر جهان صورت گرفته است. اولین استاندارد طراحی ساختمان ایران پس از زلزله مخرب بویئن زهرا (۱۳۴۱) با نام ” آیین نامه موقت حفاظت ساختمان ها در برابر زلزله” در سال ۱۳۴۳ منتشر گردید. به دنبال آن، کمیته آیین‌نامه دفتر مطالعات و معیارهای ساختمانی تشکیل و جزوه‌ای را تحت عنوان «آیین‌نامه ایمنی‌ساختمان­ها در برابر زلزله» در شهریور ۱۳۴۶ منتشر کرد. این آیین نامه دو فصل داشت: فصل اول ساختمان­های با مصالح بنایی و فصل دوم محاسبه ساختمان­ها در برابرنیروی زلزله. آیین‌نامه مذکور در قالب نشریات سازمان برنامه و بودجه وقت (دستورالعملهای لازم‌الاجرا) در سال ۱۳۴۸ انتشار یافت. بعد از مدتی فصل دوم این آیین‌نامه که مربوط به بارهای ناشی از زلزله بود به استاندارد ملی ایران شماره ۵۱۹  «حداقل بار وارده بر ساختمان­ها» انتقال یافت و این آیین‌نامه ملاک محاسبه ساختمان­ها در برابر زلزله قرارگرفت. در فصل هشتم این استاندارد نیروهای حاصل از اثر زلزله بررسی شده که در آن هیچ اشاره­ای به طبقه نرم نشده بود. در بهمن ۱۳۶۶، ویرایش اول آیین­ نامه ۲۸۰۰ چاپ و در آن اعلام گردید که از آن پس فصل هشتم استاندارد ۵۱۹ فاقد اعتبار است. در این آیین­ نامه نیز طبقه­ی نرم جایگاهی نداشت اما در بند۱-۶-۲-۲ آورده شده که صلبیت جانبی در هر طبقه اولاً نسبت به صلبیت جانبی طبقه زیر خود بیش از ۳۰ درصد تقلیل نیابد و ثانیاً نسبت به صلبیت جانبی در سه طبقه زیرین خود بیش از ۵۰ درصد کاهش پیدا نکند. این بند نوعی کنترل برای جلوگیری از ایجاد طبقه نرم است اما همان طور که گفته شد نامی از طبقه نرم نیست. در ویرایش دوم آیین­ نامه ۲۸۰۰ که هفدهم آذر ۱۳۷۵ به چاپ رسید نیز، توجهی به پدیده نرم نشده بود.
پس از فاجعه زلزله ۱۳۸۲ بم که منجر به فوت ۵۰۰۰۰ نفر و مجروح شدن ۳۰۰۰۰ نفر و خرابی ۹۰ درصد ساختمان­های شهر شد، محققان علم مهندسی زلزله به فکر رفع خلاءهای آیین­ نامه طراحی لرزه­ای ایران افتادند. خرابی ۳ طبقه از ۵ طبقه ساختمان کیمیا، با اسکلت فلزی نمونه ­ای از خرابی ساختمان­ها در اثر پدیده طبقه نرم و پیچش ناشی از آن، در شهر بم بود. این ساختمان در جهت شمالی- جنوبی دچار تغییر شکل زیادی شده بود که در نتیجه این تغییر شکل، بادبندها در محل اتصال دچار گسیختگی شده و تغییر­شکل کلی ستون رخ داده بود. [۲]
شکل ۱-۵: زلزله ۱۳۸۲ بم: مدفون شدن ۳ طبقه از ساختمان در اثر پدیده طبقه نرم.[۲]
در چاپ سوم آیین­ نامه ۲۸۰۰، که در تاریخ بیست و ششم تیرماه ۱۳۸۴ انتشار یافته در ابتدای آیین­ نامه در بخش تعاریف ابتدا طبقه نرم این گونه تعریف شد؛ طبقه نرم طبقه­ای است که سختی جانبی آن کمتر از ۷۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کمتر از ۸۰ درصد متوسط سختی ۳ طبقه روی خود باشد. و در قسمت ۱۱-۱-۲ بند (ب) از پدیده طبقه نرم به عنوان عامل بی­نظمی در ارتفاع یاد شد. مطابق ویرایش چهارم آیین­ نامه ۲۸۰۰ که در تیر ماه ۱۳۹۱ منتشر شد، طبقه نرم طبقه­ای است که سختی جانبی آن بین ۷۰-۶۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا بین ۸۰-۷۰ درصد متوسط سختی ۳ طبقه روی خود باشد. در همین ویرایش در قسمت تعاریف طبقه خیلی نرم نیز این گونه تعریف شد؛ طبقه خیلی نرم، طبقه­ای است که سختی جانبی آن کمتر از ۶۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کمتر از ۷۰ درصد متوسط سختی ۳ طبقه روی خود باشد. طبقه خیلی نرم اصطلاح و تعریف جدیدی است که در این ویرایش آورده شده و این­گونه آیین­ نامه ایران در مورد طبقه نرم تکامل یافت.
شکل ۱-۶: زلزله ۱۳۸۲ بم؛ ایجاد تغییر شکل ماندگار به علت طبقه نرم.[۲]
آمریکا: در زلزله ۱۹۹۴ نورتریج^[۴] ساختمان­های دارای طبقه نرم بیشتر از سایر ساختمان­ها دچار خرابی و آسیب شدند که حدود دو-سوم از ۴۶۰۰۰ ساختمان تخریب شده را تشکیل می­دادند. براساس آمار اعلام شده ۶۰ نفر در اثر ریزش این ساختمان­ها فوت و صدها نفر زخمی شدند. ساخت این ساختمان­ها در دهه ۱۹۶۰ و ۱۹۷۰ در آمریکا بسیار رایج بودند. پس از این زلزله، در سال ۱۹۷۹یک بازنگری در آیین­ نامه برای تقویت ساختمان­های دارای طبقه نرم رخ داد و آیین­ نامه ایمنی  و سلامت کد ۱۹۱۶۰^[۵] نوشته شد. با تجربه بدست آمده از این زلزله و تدوین آیین­ نامه جدید، در زلزله ۲۰۰۳ سانفرانسیسکو تنها ۲ نفر در اثر پدیده طبقه نرم فوت کردند. [۳]
شکل۱-۷: زلزله ۱۹۹۴ نورتریج؛ خرابی ساختمان در اثر پدیده طبقه نرم [۳]
ژاپن: در کشور ژاپن پس از زلزله ۱۹۲۳ کانتو^[۶]، دولت به فکر تدوین یک دستورالعمل برای طراحی ساختمان افتاد که در همین راستا در ماه می سال ۱۹۵۰ اولین قانون استاندارد ساختمان انتشار یافت. هدف از این دستورالعمل حفاظت از جان و مال و سلامت جامعه با ارائه حداقل استانداردهای مربوط به اسکلت ساختمان، تجهیزات، سایت و نحوه بهره ­برداری از ساختمان بود که در آن هیچ نامی از پدیده طبقه نرم وجود نداشت. اما از آنجایی که دولت نیازمند ضوابطی دقیق برای کنترل ساختمان­های در حال ساخت از نظر اسکلت ساختمان، تجهیزات، سایت و نحوه بهره ­برداری بود، بنابراین آیین­ نامه طراحی ساختمان تدوین گشت. این آیین­ نامه شامل یک ضریب لرزه­ای و یک روش طراحی دو مرحله­ ای بود. پس از زلزله مخرب میاگی-کن اکی^[۷] در سال ۱۹۷۸ محققان متوجه نواقص آیین­ نامه شدند و سرانجام در سال ۱۹۸۱در آیین­ نامه طراحی ساختمان تجدید نظر شد [۴]. پس از زلزله ۱۹۹۵ کوبه و انجام تحقیقات فراوان بر روی سازه­ها، الگوهای خرابی سازه­ها طی این زلزله مشخص شد. توجه به الگوهای خرابی در این زلزله برای محققان ژاپن بسیار حائز اهمیت بود زیرا تقریباً اکثر ساختمان­ها با پیروی از آیین­ نامه طراحی لرزه­ای سال ۱۹۸۱ طراحی شده بودند و آنها به دنبال رفع نواقص آیین­ نامه بودند. در میان این الگوها، خرابی طبقه اول و طبقه میانی در ساختمان­هایی که قبل از سال ۱۹۸۱ ساخته شده بودند، مشهود بود. اصلی­ترین علت شکست در این سازه­ها وجود طبقه نرم، گزارش شده است. در این زلزله در سازه­های دارای طبقه همکف باز، که اصطلاحاً در آیین­ نامه ژاپن به آنها سازه روی پیلوت^[۸] گفته می­ شود، احتمال انهدام طبقه همکف ۴ برابر بیشتر از سازه­های بدون پیلوت برآورد شد. اکثر ساختمان­هایی که در این زلزله فروریزش کردند، بین سال­های ۱۹۵۰ تا ۱۹۸۰ ساخته شده بودند و تنها ۵ درصد ساختمان­های ساخته شده پس از سال ۱۹۸۱ دچار خرابی شدند. [۵]
شکل ۱-۸: شکست طبقه پنجم از ساختمان ۸ طبقه [۵] شکل ۱-۹: کوبه ۱۹۹۵ [۵]
شکل ۱-۱۰: سطح آسیب وارده به سازه­های با طبقه همکف باز در زلزله ۱۹۹۵ کوبه [۵]
ترکیه: زلزله ۱۹۳۹ ارزینکن^[۹] یک نقطه عطف برای تصویب مفهوم طراحی و ساخت و ساز مقاوم در برابر زلزله بود. در این زلزله ۱۳۰۰۰۰ نفر جان باختند و حدود ۱۴۰۰۰۰ خانه تخریب شد. پس از این زلزله، اولین مجموعه از مقررات قانونی صریح و روشن برای طراحی مقاوم در برابر زلزله در سال ۱۹۴۰ توسط وزارت کار ترکیه انتشار یافت. در این دستورالعمل به طبقه نرم توجهی نشده بود. به دنبال آن نسخه دیگری از آیین­ نامه در سال ۱۹۴۲ به همراه نقشه مناطق لرزه­خیز ترکیه انتشار یافت. پس از زلزله­های متعدد در کشور ترکیه آیین­ نامه در سال­های ۱۹۵۳، ۱۹۶۸،۱۹۶۲،۱۹۷۵، ۱۹۹۷و ۱۹۹۸ ویرایش و تجدید نظر شد [۶].
آیین­ نامه ۱۹۹۸ توصیه می­ کند از ایجاد نامنظمی در ارتفاع سازه مانند طبقه نرم و ضعیف خودداری شود. طبق این آیین­ نامه، طبقه نرم هنگامی در سازه ایجاد می­ شود که ضریب نامنظمی در سختی (که برابر است با نسبت میانگین تغییر مکان جانبی نسبی در هر طبقه به میانگین تغییر مکان جانبی نسبی طبقه بالایی­اش) برای هر کدام از جهات متعامد زلزله بزرگتر از ۵/۱ باشد. همچنین در این آیین­ نامه برای ساختمان­هایی که دارای طبقه نرم یا انعطاف­پذیر و ارتفاع کلی بیشتر از ۲۵ متر هستند و برای مناطق با خطر نسبی زیاد و خیلی زیاد طراحی می­شوند، استفاده از روش تحلیل استاتیکی معادل را مجاز نمی­داند.
در زلزله ۱۹۹۹ کوجائلی^[۱۰] و دوزجه^[۱۱] و زلزله ۲۰۰۳ بینگول^[۱۲] اکثر خرابی­ها ناشی از پدیده طبقه نرم به علت کمبود دیوارهای پرکننده و ایجاد فضای باز در خروجی­های بزرگ طبقه همکف بود. خسارات وارد شده در این زلزله­ها بیشتر به علت ضعف در نحوه اجرا و ساخت و ساز بود و ضعف آیین­ نامه سهم کوچکی از این خرابی­ها را به خود اختصاص می­داد. در حال حاضر ساختمان­ها در ترکیه با تبعیت از آیین­ نامه زلزله ترکیه^[۱۳] که در سال ۲۰۰۷ چاپ شده، ساخته می­شوند که تعریف طبقه نرم در این ویرایش مورد بازنگری قرار گرفته است. طبق این آیین­ نامه طبقه­ای نرم است که ضریب نامنظمی در سختی آن طبقه برای هر کدام از جهات متعامد زلزله بزرگتر از ۲ باشد [۷].
شکل ۱-۱۱: زلزله ۱۹۹۹ کوجائلی [۷] شکل ۱-۱۲: زلزله ۱۹۹۹ دوزجه [۷]
شکل ۱-۱۳: زلزله ۲۰۰۳ بینگول؛ شکستن ستون­های طبقه همکف در اثر پدیده نرم [۷]
چین: اولین آیین­ نامه طراحی لرزه­ای با نام ” آیین­ نامه طراحی لرزه­ای ساختمان­های عمرانی و صنعتی TJ11-74″ در سال ۱۹۷۴ تدوین و در سال ۱۹۷۸ نسخه جدید TJ11-78 چاپ شد. نسخه به روز رسانی شده با نام “آیین­ نامه طراحی لرزه­ای GBJ11-89″ ویرایش و در سال ۱۹۸۹ توسط مرکز تحقیقات ساختمان چین منتشر شد. در حال حاضر ساختمان­ها در چین با تبعیت از آیین­ نامه GB50011-2001 که در سال ۲۰۰۱ چاپ شده، ساخته می­شوند که شامل چند بند جدید در مورد طبقه نرم است مثلاً این که برای طبقه نرم باید افزایش بار طراحی به میزان ۱۵ درصد را در نظر گرفت [۸].
شکل ۱-۱۴: زلزله ۲۰۰۸ چین؛ ایجاد تغییر شکل ماندگار در ستون [۸]
هند: اولین آیین­ نامه طراحی ساختمان هند با نام IS1893 در سال ۱۹۷۰ به چاپ رسید. این آیین­ نامه در ابتدا تنها شامل یک بخش بود. با گذشت زمان در همین آیین­ نامه تجدید نظر، و ویرایش سوم در سال ۱۹۷۵ و ویرایش چهارم در سال ۱۹۸۴ چاپ شد [۹]. در ویرایش چهارم به پدیده طبقه نرم توجه شده بود. پس از یک وقفه ۱۸ ساله و با توجه به تجارب محققان از زلزله­های رخ داده در هند مخصوصاً زلزله بهوج^[۱۴] در سال ۲۰۰۲ چندین بخش جدید به آیین­ نامه اضافه و ویرایش پنجم آن منتشر گردید. در این ویرایش تعریف طبقه نرم تغییر کرده^[۱۵] و اصطلاح طبقه خیلی نرم نیز از آیین­ نامه حذف شده است. در زلزله ۲۰۰۱ بهوج خسارات زیادی ایجاد شد و کلیه ساختمان­های دارای طبقه نرم به طور کلی خراب شدند. مثلاً در شهر احمدآباد حدود ۲۵۰۰۰ ساختمان ۵ طبقه و حدود ۱۵۰۰ ساختمان ۱۱ طبقه که دارای طبقه همکف باز بودند به طور کامل منهدم شدند، بنابراین محققان به این نتیجه رسیدند که این ساختمان­ها در طول زلزله بسیار آسیب­پذیر بوده و آیین­ نامه­ی هند در طراحی ­آنها ضعیف عمل کرده است. در سال ۲۰۰۲ بخش جدیدی شامل مقررات طراحی ویژه ساختمان­های دارای طبقه نرم و ضعیف به آیین­ نامه طراحی لرزه­ای ساختمان هند اضافه شد که این آیین­ نامه طبقه­ای را نرم می­داند که، سختی جانبی آن کمتر از ۷۰ درصد سختی جانبی طبقه روی خود یا کمتر از ۸۰ درصد متوسط سختی سه طبقه روی خود باشد. در حالی که در ویرایش قبلی این آیین­ نامه این درصدها به ترتیب ۶۰ و ۷۰ بودند که نشان می­دهد ویرایش جدید محافظه­ کارانه­تر است. [۱۰].
شکل ۱-۱۵: زلزله ۲۰۰۲ بهوج؛ شکستن ستون­ها در اثر پدیده طبقه نرم [۱۰]
۱-۵- مروری بر پیشینه تحقیقاتی
در تحقیقات پیشین به بعضی از اثرات طبقه نرم مخصوصاً در طبقه همکف در طی تحلیل­های مختلف مثل تحلیل استاتیکی خطی پرداخته شده است که نتایج حاصله عموماً به صورت تغییر مکان جانبی طبقات و نیروهای داخلی اعضای طبقه نرم در طبقه اول می­باشند. به دلیل اهمیت موضوع و آشکار شدن ضعف طبقه نرم در زلزله­های اخیر، در این پژوهش به موارد و پارامترهای بیشتری از سازه­های دارای طبقه نرم پرداخته می­ شود و از تحلیل­هایی که رفتار اعضا را به صورت واقعی­تری در زلزله نشان می­ دهند، مانند تحلیل استاتیکی غیرخطی استفاده می­ شود.
- آلتین^[۱۶] و همکاران در سال ۱۹۹۲ با مطالعه رفتار قاب به همراه دیوار پرکننده، افزایش ۶ تا ۸ درصد برای سختی قاب بتنی در اثر وجود میان­قاب­های چسبیده به قاب را گزارش کردند. [۱۱]
- کاسیس^[۱۷] و کورنجو^[۱۸] در سال ۱۹۹۶ مطالعات خود را بر روی پاسخ­های غیر خطی ساختمان­های بتن مسلح با نامنظمی در ارتفاع انجام دادند و در مطالعه خود دو نوع نامنظمی را در نظر گرفتند: ۱- دیوارهای برشی قطع شده در ارتفاع. ۲- ساختمان­هایی که دارای اولین طبقه نرم هستند. این محققان مدل­های ساختمانی را تحت آنالیزهای استاتیکی غیرخطی و دینامیکی غیرخطی مورد مطالعه قرار دادند و به این نتیجه رسیدند که ساختمان­های نامنظم که در بعضی طبقات فاقد دیوار بودند دارای یک حالت شکننده از شکست هستند و باید از ساخت آنها اجتناب شود. [۱۲]
- مهرابی و همکاران (۱۹۹۶) با انجام کار آزمایشگاهی دریافتند در نتیجه وجود پرکننده­ها مقاومت جانبی قاب تا حدود ۲۵ درصد افزایش می­یابد. [۱۳]
- آرلکار^[۱۹] و همکاران (۱۹۹۷) یک قاب خمشی چهار طبقه با سه دهنه بتنی که ارتفاع طبقه اول ۴/۴ متر و ارتفاع سایر طبقات ۲/۳ متر بود را تحت تحلیل استاتیکی خطی معادل و تحلیل دینامیکی خطی با مشارکت چند مود اول، قرار دادند. آنها در این پژوهش ضخامت میان­قاب­ها را نیز در چند قاب به عنوان متغیر مورد بررسی قرار دادند. در نهایت این نتایج حاصل شد که جابجایی­ها و نیروهای حاصل از تحلیل استاتیکی معادل حدوداً ۲۰ درصد بزرگتر از نتایج خاصل از تحلیل دینامیکی خطی مودی است. از طرفی کاهش ضخامت دیوار میانقابی در طبقات بالایی باعث کاهش نامنظمی در سختی می­ شود. [۱۴]
- کراوینکلر^[۲۰] و العلی^[۲۱] در سال ۱۹۹۸ مطالعات پارامتری بر روی قاب دوبعدی انجام دادند که تاثیر تغییر در نامنظمی عمودی در ارتفاع سازه­ها را بررسی کردند و به این نتیجه رسیدند که تشکیل یک طبقه نرم با تغییر مشخص در سختی، باعث افزایش در میزان دریفت نسبی در تراز آن طبقه می­ شود. این محققان مکانیزم ستون قوی-تیر ضعیف را مبنای مدلسازی خود قرار دادند. [۱۵]
- ستار^[۲۲] و لیل^[۲۳] در سال ۲۰۰۰ با انجام تحلیل پوش­آور نشان دادند که دیوارهای میان­قاب موجب افزایش سختی اولیه، مقاومت و استهلاک انرژی قاب دارای دیوار پرکننده با مصالح بنایی می­شوند. [۱۶]
- تابش­پور در سال ۲۰۰۴ با تحلیل عددی و مفهومی اثر دیوارهای پرکننده روی رفتار لرزه­ای قاب­های بتنی مشاهده کرد که جابجایی نسبی بزرگ به عنوان یک مشکل اصلی برای این گونه سازه­ها تحت زلزله شدید بروز می­ کند و به منظور جلوگیری از ایجاد طبقه نرم، ستون­ها بایستی با ملاحظات ویژه­ای طراحی شوند. [۱۷]
- آستریس^[۲۴] (۲۰۰۴)، در تحقیقات خود معمول­ترین طبقه نرم را طبقه پیلوت معرفی کرده است. این امر منجر به تمرکز تنش زیادی در المان­های باربر طبقه اول می­ شود. این در حالی است که اکثر المان­های سازه­ای دیگر بدون تخریب باقی می­مانند. همچنین وی بیان کرده است هر چند میان­قاب­ها سختی و مقاومت را افزایش می­ دهند، ولی سهم مشارکت آنها به دلیل فقدان دانش کافی از رفتار مرکب قاب و میان­قاب نادیده گرفته می­ شود. به طور مثال بعد از زلزله ۱۹۷۸ یونان تنها ۴/۱۶ درصد از ساختمان­ها که دارای میان­قاب در طبقه اول بودند، دچار خرابی شدند.
- کاشف محمود و همکاران (۲۰۰۷)، به مطالعه قاب­های بتن آرمه ۱۰ طبقه­ی دارای میان­قاب آجری تحت تحلیل استاتیکی خطی پرداختند و با تغییر دادن پارامترهای مختلف تاثیر آن را بر سازه بررسی کردند. آنها بیان کردند که تغییر ناگهانی سختی در ارتفاع منجر به ایجاد طبقه نرم می­ شود. هم­چنین میان­قاب­ها منجر به افزایش قابل توجه در مقاومت و سختی می­شوند. طبق آزمایش­های صورت گرفته افزایش در سختی سودمند است زیرا منجر به کاهش بزرگی تغییر مکان­های ناشی از زمین لرزه می­گردد. از طرفی تغییر مکان­های جانبی سازه دارای میان­قاب با ضخامت بیشتر، کمتر از تغییر مکان­های جانبی سازه دارای میان­قاب با ضخامت کمتر است. [۱۸]
- ترانگ^[۲۵] و لی^[۲۶] در سال ۲۰۰۸ رفتار لرزه­ای ساختمان­های قاب خمشی ویژه نامظم در ارتفاع و مقایسه با همتای منظم را مورد بررسی قرار دادند. این محققان ساختمان­های ۲۰ طبقه را طراحی کرده و سه نوع نامنظمی (جرمی، سختی، مقاومتی) را به عنوان نامنظمی عمودی در IBC 2000 به ساختمان اصلی اعمال کردند. بر روی سازه­ها آنالیزهای استاتیکی غیرخطی و دینامیکی غیرخطی انجام دادند و انواع مختلف بی­نظمی را بر روی رفتار لرزه­ای ساختمان­ها مورد بررسی قرار دادند. آنها در مورد توزیع دریفت­های طبقه در ارتفاع، و ماکزیمم دریفت طبقه به نتایج زیر دست یافتند: ۱- در طبقه بالای طبقه نرم یا ضعیف توجه به نامنظمی­های عمودی لازم نیست ولی نامنظمی جرمی در طبقه آخر باید مورد توجه قرار گیرد. زیرا این حالت باعث دریفت بزرگتر طبقه در طبقات بالاتر می­ شود. ۲- نامنظمی جرمی در طبقه اول با همتای منظم تفاوت چندانی ندارد. ۳- نامنظمی مقاومتی در طبقات ۹ تا ۱۱ تاثیر زیادی روی دریفت دارد. [۱۹]