بیشتر تلفات جانی و مالی در زلزلههای گذشته ناشی از ریزش ساختمانهای غیرمهندسی بوده است. این نوع ساختمانها در بسیاری از کشورها وجود دارند و معمولاً بر اساس روشهای سنتی و با استفاده از مصالح محلی مانند سنگ، آجر و چوب ساخته میشوند. متأسفانه، این سازهها غالباً بدون نظارت مهندسی و رعایت اصول ایمنی و نکات سازهای طراحی و اجرا شدهاند.
با وجود پیشرفتهای چشمگیر در مهندسی ساختمان و روشهای مدرن ساخت، واقعیت این است که هنوز در نقاط مختلف جهان، ساختمانهای غیرمهندسی بسیاری وجود دارند که بدون رعایت الزامات ساخت ساخته شدهاند. کشور ما نیز از این قاعده مستثنی نیست و همچنان با چالش وجود این نوع سازهها روبهرو هستیم.
با توجه به تعداد زیاد این ساختمانها و خطرات بالقوهای که در برابر زلزله دارند، یکی از اقدامات حیاتی برای کاهش تلفات و خسارات ناشی از زلزله، ارائه راهکارهای مقاومسازی برای این سازهها است. این راهکارها میتوانند ایمنی ساختمانها را افزایش دهند و از آسیبهای جانی و مالی در زلزلههای آینده جلوگیری کنند.
بنابراین، لازم است که تلاشهای جدی در راستای اجرایی کردن این راهکارها صورت گیرد تا در مواجهه با زلزلههای احتمالی، بتوانیم از جان و مال شهروندان خود محافظت کنیم و به ایمنی و پایداری ساختمانها در برابر خطرات طبیعی کمک کنیم.
ملاحظات اجتماعی و اقتصادی در ایمنسازی ساختمانها
در ایمنسازی ساختمانها، باید ملاحظات اجتماعی و اقتصادی را در نظر گرفت. وقتی احساس نیاز به مقاومسازی سازهها وجود دارد، این مقاومسازی باید با در نظر گرفتن مواردی انجام شود تا عملیاتی باشد. به برخی از این موارد اشاره میشود:
- تغییرات انقلابی در روشهای ساخت و ساز: این تغییرات باید با واقعیتهای عملی و قابل اجرا هماهنگ باشد.
- سادگی در تکنیکها: تغییرات در تکنیکهای ساخت و ساز باید به حدی ساده باشد که توسط صنعت ساخت و ساز قابل درک و پیگیری باشد.
- تطابق با صنعت محلی: تکنیکهای معرفیشده باید به گونهای باشند که صنعت فعلی آن ناحیه بتواند به راحتی آنها را به مرحله عمل برساند و نیازی به نظارتهای سختگیرانه نداشته باشد.
- استفاده از متریال بومی: هر ناحیه باید ساخت و ساز خود را بر اساس متریال بومی همسو کند و از درخواست متریالهایی که به دست آوردن آنها دشوار است، اجتناب شود.
- هزینههای معقول: متریال مورد استفاده نباید خیلی پرهزینه باشد و تفاوت در هزینههای مقاومسازی و ساخت نباید با سازههای قبلی اختلاف زیادی داشته باشد.
- قابلیت پرداخت: هزینههای اضافی باید در حدی باشد که توسط صاحبان خانه قابل پرداخت باشد.
ملاحظات روانشناختی و اجتماعی
علاوه بر موارد بالا، باید به باورها و نگرشهای ساکنین یک منطقه نیز توجه شود. برای مثال، در مناطقی که ساکنان آن به سختی آخرین زلزله را به یاد میآورند، کار دشواری است که الزامات تغییرات را تدوین کرد. به برخی از این محدودیتها اشاره میشود:
- عدم نگرانی ساکنان: در مناطقی که زلزله کمتری رخ داده یا از آخرین زلزله زمان زیادی گذشته است، ساکنان ممکن است نگرانی کمی نسبت به وقوع زلزله داشته باشند.
- عدم آگاهی مردم: ساکنان ممکن است ندانند که با هزینهها و تغییرات اندک، میتوان میزان مقاومت ساختمانها را به شکل قابل توجهی افزایش داد و بنابراین انگیزه کمی برای ایجاد تغییر داشته باشند.
- کمبود منابع مالی: ممکن است فقدان منابع ورودی مالی در آن ناحیه وجود داشته باشد که نیاز به بررسی دارد.
- اولویتهای مالی دیگر: مردم در آن ناحیه ممکن است اولویتهای مالی بالاتری نسبت به مقاومسازی سازهها داشته باشند.
- فقدان مهارت: نبود مهارت در طراحی و ساخت و ساماندهی سازهها نیز میتواند یک محدودیت باشد.
محدودیت های انتقال فناوری
علاوه بر موارد فوق، محدودیتهایی در انتقال فناوری لازم با توجه به هر جغرافیا وجود دارد که باید در نظر گرفته شود. به برخی از این موارد اشاره میشود:
- شرایط آب و هوایی و توپوگرافی: تفاوت در شرایط جغرافیایی میتواند تأثیر زیادی بر اجرای الزامات ساخت و ساز داشته باشد.
- وسعت ناحیه: اگر تعداد روستاها در یک منطقه بسیار زیاد باشد، این میتواند اجرای اقدامات مقاومسازی را به شدت دشوار کند.
تاثیرات زلزله بر روی سازه ها
زلزلهها تغییرات طبیعی و ضروری زمین هستند که میتوانند عواقب ویرانگری برای انسانها به همراه داشته باشند. بلایای جانی و مالی ناشی از زلزلهها، واقعیتی غیرقابل انکار است که بشر بهطور مداوم با آن مواجه است. این واقعیت باعث شکلگیری نگرشهای متفاوتی نسبت به زلزله در فرهنگهای مختلف شده است. بهعنوان مثال، در فرهنگ مردم ایران، زلزله به عنوان نشانهای از خشم خداوند یا هشداری برای بازگشت به مسیر درست تعبیر میشود.
هرچند پیشرفتهای علمی و فنی در زمینه زلزلهشناسی وجود دارد، اما تا به امروز هیچ راهی برای جلوگیری از وقوع زلزلهها پیدا نشده است. به جای تلاش برای توقف این پدیده طبیعی، بهترین راهکار آمادهسازی برای آن است. انتخاب مناطقی برای ساخت و ساز که کمتر در معرض خطر زلزله قرار دارند، میتواند به میزان قابل توجهی از آسیبهای ناشی از زلزله بکاهد.
برنامهریزی دقیق و ساخت سازههای مقاوم در مناطق مناسب، راهحلهایی هستند که میتوانند در زمان بروز زلزله آسیبهای ناشی از آن را کاهش دهند. با استفاده از فناوریهای نوین و در نظر گرفتن ویژگیهای محلی، میتوان سازههایی طراحی کرد که در برابر زلزلهها مقاومتر باشند و در نتیجه، ایمنی ساکنان این مناطق را افزایش دهند. بدین ترتیب، میتوان با آمادگی و اقدامهای پیشگیرانه، تأثیرات مخرب زلزلهها را به حداقل رساند.
میزان تخریب زلزله به عوامل مختلفی بستگی دارد:
- ویژگی های لرزش زلزله (شدت، مدت و فرکانس محتوای حرکت زمین)
- خصوصیات خاک (توپوگرافی، زمین شناسی و وضعیت خاک)
- ویژگی های ساختمان ها (سختی، استحکام، شکل پذیری و یکپارچگی ساختمان)
علاوه بر ویژگی های زلزله میزان تخریب به پارامترهای اجتماعی دیگری نیز بستگی دارد مانند
- تراکم جمعیت در آن منطقه
- زمان وقوع زلزله
- میزان آمادگی جامعه برای لحظه بروز زلزله و بعد از آن
نوع تخریب های اساسی در زمان زلزله
- لرزش زمین عامل اصلی آسیب های ناشی از زلزله است.
- رانش زمین که می تواند به صورت های متفاوت اتفاق بیفتد. رانش زمین، شکست و ترک خوردگی و روان و جاری شدن فاضلاب و آبهای زیرزمنی
- سونامی
- آتش سوزی های بعد زلزله (از آنجایی که امکان از دست رفتن منابع انتقال آب در این زمان بسیار بالاست، آتش سوزی های ایجاد شده باعث تخریب های زیادی می شود)
عمده تخریب های در زمان زلزله به دلیل لرزش زمین می باشد و سه نوع دیگر در درجه دوم اهمیت قرار می گیرد. به همین دلیل در کل دنیا تمرکز اصلی بر روی تقویت سازه ها می باشد. در زیر نمونه هایی از انواع تخریب ها را به شما نشان خواهیم داد.
چه عواملی در آسیب سازه ها تاثیر دارد
شرایط زمین
شرایط زمینی که سازه ها بر روی آنها ساخته شده است به صورت قابل توجهی در میزان تخریب سازه ها تاثیر دارد. نوع خاک و لایه های زیرین و حتی نوع شرایط زمین در شعاع یک منطقه مسکونی در میزان و نوع پشتیبانی از سازه ها مرتبط است.
پیکربندی و چیدمان سازه ها
یکی از عواملی که تاثیر زیادی در تخریب سازه ها دارد نوع پیکربندی سازه ها می باشد که باید دو فاکتور اساسی در آن رعایت گردد. یکی منظم بودن سازه و دیگری تقارن در شکل کلی یک ساختمان می باشد.
ابعاد دهانه ها
دهانه های دیوارهای ساختمان باعث ضعیف شدن دیوارها می باشد و به طور کلی آسیب دیوارها با بازشوهای کمتر، اندک است. در کشور ما برای جلوگیری از این گونه تخریب ها از المان های خاصی به نام وال پست استفاده می شود که در آیین نامه 2800 و پیوست ششم آن توضیحات کاملی در مورد آن داده شده است.
توزیع مناسب بارها به فنداسیون سازه
بارهای سازه باید به درستی و کاملاً مناسب و یکنواخت در جهات عمودی و افقی سازه توزیع شود. تفاوت میزان مقاومت سازه در برابر بارها در طبقات مختلف سبب ایجاد طبقه نرم و میزان آسیب سازه را در زمان بروز زلزله بسیار بیشتر می کند. در نتیجه هرچه فاصله بین مرکز جرم و مرکز صلبیت بیشتر باشد، در هنگام لرزش توسط زلزله تمایل به آسیب بیشتر است.
استحکام سازه ها
فنداستون و اسکلت بندی سازه ها باید از استحکام کافی برای مقاومت در برابر لرزه های ناگهانی و تکانش های شدید داشته باشد. تمام اجزای سازه ای و غیرسازه ای ساختمان، فونداسیون، تیرها، دیوارها و … باید به یکدیگر گره بخورند، به طوری که هنگام لرزش در اثر زلزله، ساختمان ها به صورت یکپارچه عمل کنند.
شکل پذیری
نرمی یا انعطافپذیری ساختمان به توانایی آن در خم شدن، تاب خوردن و تغییر شکل زیاد بدون فرو ریختن اشاره دارد. این ویژگی به ویژه در هنگام وقوع زلزله بسیار اهمیت دارد، زیرا ساختمانهای انعطافپذیر میتوانند نیروهای بزرگی را تحمل کنند و در برابر فروپاشی مقاومت کنند. از نظر فنی، نرمی به نسبت بین میزان خمشدگی ساختمان درست قبل از فرو ریختن و میزان خمشدگی در لحظهای که ساختمان برای اولین بار شروع به آسیب دیدن میکند، گفته میشود. این نسبت نشاندهنده ظرفیت ساختمان در تحمل تغییر شکلهای بزرگ و جذب انرژی پیش از رسیدن به نقطهی فروپاشی است.
همانطور که گفته شد، یک سازه زمانی در برابر زلزله مقاوم است که دارای نرمی (انعطافپذیری) بالایی باشد، به این معنا که بتواند تحت نیروهای زلزله به میزان زیادی خم شده و تغییر شکل دهد بدون اینکه فرو بریزد. برای دستیابی به این مقاومت، میتوان مواد با نرمی بالا که قابلیت تغییر شکل بیشتری دارند را با مواد با نرمی پایین که سختتر و کمتر انعطافپذیر هستند، به نسبتهای مناسب و در مکانهای مشخص ترکیب کرد. این ترکیب به گونهای است که کل سازه از نرمی بالایی برخوردار شده و توانایی بیشتری در تحمل نیروهای زلزله پیدا میکند.
در ساختمانهای بلندمرتبه، علاوه بر استحکام، نرمی (انعطافپذیری) نیز ضروری است، زیرا این سازهها بیشتر در معرض نیروهایی مانند باد و زلزله قرار دارند و برای جلوگیری از فروپاشی باید توانایی خم شدن و تغییر شکل بدون آسیب دیدن را داشته باشند. در مقابل، برای خانههای معمولی که نسبتاً سختتر و کوچکتر هستند، استحکام نقش بیشتری نسبت به نرمی ایفا میکند. این خانهها باید به اندازه کافی قوی باشند تا نیروهای وارده را تحمل کنند، اما به دلیل ارتفاع کم و انعطافپذیری کمتر، نرمی به اندازه ساختمانهای بلند اهمیت ندارد.
فنداسیون
طراحی مناسب فنداسیون سازه ها از اهمیت زیادی برخوردار است. حتی اگر یک ساختمان از نظر ساختاری قوی باشد و بتواند زلزلهها را تحمل کند، ممکن است به دلیل طراحی ناکافی فنداسیون دچار شکست شود، زیرا فنداسیون برای حمایت از کل سازه بسیار حیاتی است. مشکلاتی مانند کج شدن، ترک خوردن و شکست بخشهای بالایی ساختمان (سپرساختار) میتواند به دلیل عواملی نظیر مایع شدن خاک رخ دهد. در این پدیده، خاک اشباعشده در حین زلزله قدرت خود را از دست میدهد و مانند یک مایع رفتار میکند که میتواند به فنداسیون آسیب بزند. همچنین، نشست غیر یکنواخت فنداسیونها میتواند به معنای نشست ناهموار باشد که منجر به بیثباتی و آسیب ساختاری میشود. بنابراین، طراحی مناسب فنداسیون برای اطمینان از ایمنی و پایداری ساختمانها در برابر زلزلهها ضروری است.
کیفیت ساخت و ساز
شکست ساختمانها در هنگام زلزله معمولاً به دو عامل اصلی برمیگردد: کیفیت پایین مصالح و کارکرد نامناسب. اگر مصالح مورد استفاده در ساخت و ساز از کیفیت لازم برخوردار نباشند یا برای مقاصد سازهای مناسب نباشند، میتوانند یکپارچگی ساختمان را به خطر بیندازند و آن را در برابر آسیبهای ناشی از زلزله آسیبپذیر کنند. علاوه بر این، مهارت و دقت در اجرای عملیات ساخت و ساز نیز بسیار اهمیت دارد. اگر نحوه اجرای سازه به صورت نامناسب و با بیدقتی انجام شود—یعنی روشهای ساخت به درستی رعایت نشود یا به صورت سهلانگارانه ای صورت گیرد—این امر میتواند منجر به ضعفهای ساختاری شود و احتمال شکست ساختمان در برابر زلزله را افزایش دهد. بنابراین، استفاده از مصالح با کیفیت و اطمینان از مهارت در کارکرد برای افزایش مقاومت ساختمانها در برابر زلزلهها ضروری است.
سطح عملکرد لازم برای طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله
ملاحظات اقتصادی: طراحی یک ساختمان به گونهای که بتواند شدیدترین زلزلهای را که ممکن است در یک منطقه رخ دهد، بدون هیچگونه آسیبی تحمل کند، از نظر اقتصادی غیرقابل توجیه است، زیرا چنین زلزلههای شدیدی به ندرت اتفاق میافتند.
اولویتها در طراحی: هدف اصلی در برنامهریزی ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله، تضمین ایمنی جان انسانها است. هدف ثانویه، کاهش خسارتهای مالی است.
حداقل سطوح عملکرد: در استانداردهای طراحی و اجرای سازه ها حداقل میزان عملکرد مورد نیاز در برابر زلزله بیان شده است که به صورت خلاصه شامل موارد زیر است:
بارهای گرانشی و بار باد: ساختمان باید به اندازه کافی قوی باشد تا وزن خود (بار مرده) و وزن ساکنان و اثاثیه (بار زنده) را تحمل کند و همچنین بتواند در برابر نیروهای باد مقاومت کند، بدون اینکه به اجزای سازهای و غیرسازهای آسیب برسد.
سطوح مقاومت در برابر زلزله:
- زلزلههای خفیف (با دوره بازگشت ۴۳ سال): ساختمان باید قادر باشد زلزلههای خفیف را بدون هیچگونه آسیبی تحمل کند.
- زلزلههای متوسط (با دوره بازگشت ۷۲ سال): ساختمان باید در برابر زلزلههای متوسط مقاومت کند بدون اینکه آسیب سازهای ببیند، اما ممکن است آسیبهایی به اجزای غیرسازهای (OFC) وارد شود.
- زلزلههای قابل توجه (با دوره بازگشت ۵۰۰ سال):
- ساختمانها نباید دچار فروپاشی جزئی یا کلی شوند.
- آسیبها باید به گونهای باشد که قابل ترمیم (رتروفیت) باشند و نیاز به تخریب و بازسازی کامل نداشته باشند.
- اگر آسیبهای سازهای یا غیرسازهای رخ دهد، باید به گونهای باشد که قابل مدیریت باشد و تعمیرات آن به سرعت انجام شود و هزینههای تعمیر نباید بیشتر از ساخت یک ساختمان جدید باشد.
ملاحظات ویژه برای ساختمانهای حیاتی: برخی ساختمانها مانند بیمارستانها، مدارس، انبارهای مواد غذایی، مخازن آب، نیروگاهها و ساختمانهای ارتباطی باید به گونهای طراحی شوند که در برابر آسیبهای سنگین قرار نگیرند تا بتوانند پس از زلزله به عملکرد خود ادامه دهند.
برنامه ریزی کلی طرح مقاوم در برابر زلزله
طرح کلی ساختمان (تقارن): ساختمان بهطور کلی یا بلوکهای مختلف آن باید نسبت به هر دو محور تقارن داشته باشند. تقارن باعث پایداری بیشتر ساختمان در برابر نیروهای زلزله میشود. عدم تقارن منجر به پیچش در هنگام زلزله میشود که میتواند باعث آسیبدیدگی ساختمان گردد.
منظم بودن (اشکال مستطیلی ساده و اجتناب از بلوک های طولانی و باریک): اشکال مستطیلی ساده و منظم عملکرد بهتری در برابر زلزله دارند. اشکال پیچیده و دارای زوایا یا بخشهای بیرونزده، رفتار مناسبی در برابر زلزله ندارند. بلوکهای مستطیلی طولانی و باریک میتوانند باعث اثرات پیچشی شوند که آسیبپذیری ساختمان را افزایش میدهد.
جداسازی بلوکها (تقسیم ساختمان به بلوکهای جداگانه): گاهی نیاز است که ساختمانهای بزرگ به چندین بلوک تقسیم شوند تا هر بلوک به تقارن و نظم مناسب دست یابد. این جداسازی به کاهش آسیبها در هنگام زلزله کمک میکند.
سادگی (اجتناب از تزئینات زیاد): تزئیناتی مانند کارهای زینتی بزرگ، کرنیسهای عمودی یا افقی، و بیرونزدگیهای کنسولدار هم به صورت عمودی و هم افقی خطرناک و نامطلوب هستند. این تزئینات در هنگام زلزله مستعد ریزش و آسیب هستند و باید از آنها اجتناب کرد.
مساحت محصور (محصورسازی صحیح): یک فضای کوچک محصور با دیوارهایی که بهدرستی به یکدیگر متصل شدهاند، مانند یک جعبه سخت عمل میکند. این حالت، مقاومت در برابر زلزله را افزایش میدهد. دیوارهای طولانی باید به دیوارهای عرضی متصل باشند تا قدرت مقاومت آنها در برابر زلزله بیشتر شود، و این قدرت با کاهش طول دیوار افزایش مییابد.
این اصول کلی، پایههای طراحی سازههایی هستند که بتوانند در برابر زلزله عملکرد مطلوبی داشته باشند. رعایت این اصول میتواند به میزان زیادی خطرات ناشی از زلزله را کاهش دهد.
انتخاب محل ساخت مناسب
نوع خاک (شنهای بسیار ریز و رسهای حساس): از ساخت و ساز بر روی شنهای بسیار ریز و رسهای حساس که با آب اشباع شدهاند باید اجتناب کرد. این نوع خاکها به دلیل پتانسیل روانگرایی (liquefaction) در هنگام زلزله میتوانند استحکام خود را از دست بدهند و باعث آسیب جدی به ساختمان شوند. در حالت روانگرایی، خاک مانند مایع عمل کرده و نمیتواند وزن ساختمان را بهدرستی تحمل کند.
ساخت در شیبهای ناپایدار (خطر شیبهای ناپایدار): از ساخت و ساز در شیبهای ناپایدار باید اجتناب شود. این نوع شیبها در زمان زلزله ممکن است لغزش کرده و منجر به ریزش زمین و تخریب ساختمانها شوند.
طراحی سازهای
استحکام
تعریف استحکام: استحکام به معنای توانایی سازه برای تحمل تکانهای زلزله و اثرات ناشی از نوسان و “تکان خوردن” است. تمامی اجزای ساختمان باید به یکدیگر متصل باشند تا زمانی که زلزله رخ میدهد، ساختمان به عنوان یک واحد یکپارچه عمل کند و در مقابل نیروهای زلزله مقاومت کند.
سختی
تعریف سختی: سختی به مقاومت یک سازه در برابر تغییر شکل ناشی از اعمال نیروها اطلاق میشود. سازهای که سختی بالایی داشته باشد، در برابر تغییر شکل ناشی از نیروهای زلزله بهتر مقاومت میکند.
کاربرد سختی: سختی تنها به سازه مربوط میشود و به میزان مقاومت آن در برابر نیروهای اعمالی اشاره دارد.
انعطاف پذیری (نرمی)
تعریف انعطافپذیری: انعطافپذیری نسبت جابجایی نهایی سازه قبل از فروپاشی به جابجایی سازه در اولین لحظه آسیب یا تغییر شکل است. سازههایی که انعطافپذیری بالاتری دارند، در برابر زلزله رفتار نرمتری نشان میدهند و میتوانند تغییر شکلهای بیشتری را بدون فروپاشی تحمل کنند.
اهمیت انعطافپذیری: انعطافپذیری هم در مصالح سازهای و هم در خود طراحی سازه باید مد نظر قرار گیرد تا سازه بتواند پس از تغییر شکلهای ناشی از زلزله، بدون فروپاشی به حالت پایدار بازگردد.
این سه ویژگی، یعنی استحکام، سختی و انعطافپذیری، اساس طراحی سازهای مقاوم در برابر زلزله را تشکیل میدهند.
مقاومت در برابر آتش سوزی
خطر آتشسوزی پس از وقوع زلزله گاهی میتواند از خود خسارتهای زلزله جدیتر باشد. زمانی که ساختمانها به دلیل زلزله آسیب میبینند یا لرزشهای شدید رخ میدهد، احتمال بروز آتشسوزی به دلایل مختلف افزایش مییابد. یکی از مهمترین دلایل، اتصال کوتاه در سیمهای برق است. زلزله ممکن است به شبکه سیمکشی آسیب برساند و باعث بروز اتصال کوتاه شود که در نهایت میتواند منجر به آتشسوزیهای گسترده شود.
علاوه بر این، آتشسوزیهای ناشی از وسایل آشپزی نیز یکی دیگر از تهدیدات جدی است. در هنگام زلزله، جابجایی و تکانهای شدید میتواند باعث افتادن ظروف یا وسایل آتشزا در آشپزخانه شود که احتمال بروز حریق را افزایش میدهد. همچنین، واژگونی بخاریهای نفتی یا دیگر وسایل گرمایشی که از سوختهای قابل اشتعال استفاده میکنند، از دیگر عواملی است که میتواند منجر به نشتی سوخت و در نتیجه آتشسوزیهای ناخواسته شود.
از این رو، در طراحی ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله، علاوه بر توجه به استحکام سازه، باید مقاومت در برابر آتشسوزی نیز به دقت در نظر گرفته شود. این امر میتواند از گسترش آتش و افزایش خسارتها پس از زلزله جلوگیری کند و ایمنی ساکنان را افزایش دهد.