تحقیقات محققان دانشگاه امیرکبیر | ارائه مدل نوین تحلیل سازه‌های فولادی در برابر زلزله

محققان مدلی نوین برای طراحی بهینه سازه‌های فولادی در برابر زلزله ارائه کردند که با تلفیق تحلیل هزینه چرخه عمر و مدلسازی اطلاعات ساختمان، خسارات زلزله را کاهش می‌دهد.

در پی افزایش نگرانی‌ها از خسارات ناشی از زلزله در سازه‌های شهری، پژوهشگران دانشگاه صنعتی امیرکبیر موفق به ارائه مدلی نوین برای تحلیل و طراحی بهینه سازه‌های فولادی منظم و نامنظم با رویکرد کاهش هزینه‌های چرخه عمر شدند؛ مدلی که با بهره‌گیری همزمان از ظرفیت‌های مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) و تحلیل هزینه چرخه عمر (LCC)، می‌تواند افق تازه‌ای در طراحی مقاوم و اقتصادی سازه‌ها به‌ویژه در مناطق لرزه‌خیز بگشاید.

غرب تهران و کرج لرزید | زلزله در غرب تهران

سجاد طاهری جبلی، دانش آموخته دکترای دانشگاه صنعتی امیرکبیر با راهنمایی و هدایت دکتر بهروز بهنام از اعضای هیات علمی این دانشگاه طرح تحقیقاتی را با عنوان «تحلیل هزینه بهینه ساختمان‌های فولادی تحت بارهای لرزه‌ای» اجرایی کردند.

طاهری به جزئیات این طرح تحقیقاتی اشاره کرد و با بیان این که استراتژی غالب در طراحی سازه‌ها کاهش وزن اولیه سازه است، گفت: از سوی دیگر معمولا هزینه‌های محتمل آینده نظیر خرابی‌های ناشی از زلزله عموما نادیده گرفته می‌شوند، در حالی که هزینه‌های احتمالی چرخه عمر ساختمان، در پی وقوع حوادثی چون زلزله می تواند منجر به خسارات مالی و یا جانی، تا چند برابر هزینه اولیه ساخت شود؛ از این رو می‌توان در رویکردی متفاوت، به جای تنها کاهش هزینه‌های اولیه ساخت، هزینه های چرخه عمر (LCC) را بهینه کرد.

وی بهینه کردن هزینه های چرخه عمر سازه ها را دارای مزایایی چون افزایش ایمنی جانی افراد و حفظ منابع مالی در طولانی مدت دانست و افزود: هزینه‌های ثانویه LCC شامل هزینه‌های خسارت و تعمیر، از بین رفتن لوازم منزل، جابه‌جایی، ضرر اقتصادی، جراحت و تلفات انسانی است. طبیعتا این موارد با توجه به عوامل اقتصادی هر جامعه‌ای متفاوت است و ما در این پژوهش، نحوه محاسبه آنها را با توجه وضعیت اقتصادی ایران بومی سازی کردیم.

مجری طرح با اشاره به تنوع ساختمان‌های شهری از منظر منظمی یا نامنظمی معماری، خاطر نشان کرد: تجارب و آمارهای حاصل از زلزله‌های گذشته نشان داده‌اند که ساختمان‌های نامنظم به میزان قابل توجهی بیشتر از سازه‌های منظم آسیب می‌بینند.تحقیقات نیز نشان داده اند که شاخص‌های خرابی لرزه‌ای در سازه‌های نامنظم به خصوص سازه‌های بلندمرتبه عموما بیشتر از منظم هستند. علیرغم این، تحقیقات کمی به مقایسه طراحی بر مبنای LCC سازه‌های نامنظم و منظم پرداخته‌اند.

این دانش آموخته دانشگاه صنعتی امیرکبیر هدف از اجرای این پژوهش را برجسته کردن تأثیر نامنظمی بر هزینه چرخه عمر سازه‌ها، ایجاد چارچوبی یکپارچه مبتنی بر بهینه سازی طراحی لرزه‌ای سازه‌ها با استفاده از ظرفیت‌های هزینه چرخه عمر و مدلسازی اطلاعات ساختمان عنوان کرد.

وی روش کار این پژوهش را در ۴ مرحله دانست که شامل «مرور و مطالعه اسناد کتابخانه‌ای و مقالات مرتبط با موضوع»، «ارائه چارچوب یکپارچه طراحی و بهینه سازی بر مبنای LCC-BIM»، «مشخص کردن جزئیات مربوط به چارچوب و تمرکز بر ویژگی‌های مهم آن (بومی سازی اطلاعات مالی)» و «به کارگیری چارچوب در نمونه‌های موردی مختلف و مقایسه آن در سازه‌های مختلف منظم و نامنظم» دانست.

طاهری یادآور شد: در مناطق لرزه خیز یک تغییر کوچک در مرحله طراحی می‌تواند منجر به ایجاد هزینه‌های گزاف یا بالعکس منجر به جلوگیری از هدررفت سرمایه‌های اجتماعی شود. با توجه به نتایج مطالعات عددی، طراحی بر اساس زلزله طرح آئین نامه، حداقل LCC را برای سازه ارائه نمی‌دهد. در عوض، مدل‌های طراحی شده برای بارهای زلزله بیشتر، قادر به ارائه LCC ای به مراتب کمتر از طراحی بر مبنای زلزله طرح خواهند بود که می‌توانند سوالات مهمی را برای مبحث طراحی لرزه‌ای ایجاد کنند؛ این مورد به ویژه در مورد سازه‌های نامنظم بلندمرتبه ملموس تر بود. با این وجود، بر اساس کار ارائه شده در اینجا، نمی توان نتیجه گرفت که طراحی بر اساس کدهای لرزه‌ای فعلی دارای کاستی است و عملکرد سازه‌ها با توجه به ایمنی جانی در هنگام زلزله در اینجا مورد انتقاد قرار نمی‌گیرد.

وی اضافه کرد : اما نتایج می‌تواند برای تحریک بخش‌های مختلف جامعه مهندسی مانند سازندگان، طراحان سازه و ارزیاب‌های شرکت‌های بیمه به تفکر متفاوت در هنگام استفاده از کدهای لرزه‌ای مورد استفاده قرار گیرد.

این محقق، انتشار چهار مقاله ISI، یک مقاله علمی پژوهشی و یک مقاله کنفرانسی را از دیگر دستاوردهای این پژوهش نام برد و اظهار کرد: ارائه مدل یکپارچه و بکارگیری همزمان LCC-BIM در متدولوژی ارائه شده و همچنین تفاوت رفتار سازه های منظم و نامنظم در طراحی برمبنای هزینه چرخه عمر از نوآوری های این مقالات بود.