زمین‌لرزه یکی از بلایای طبیعی شناخته شده است که در صورت رعایت نکردن نکات ایمنی در هنگام ساخت و ساز ساختمان‌ها می‌تواند خسارت‌های مالی و جانی جبران‌ناپذیری به افراد تحمیل کند. از این رو، یک ساختمان علاوه بر اینکه در طول زمان بهره‌برداری باید مقاومت کافی را داشته باشد، لازم است تا در برابر زمین‌لرزه نیز از استحکام کافی برخوردار باشد.
از گذشته تاکنون روش‌های مختلفی به منظور مقاوم‌سازی ساختمان‌ها به کار برده شده است؛ اما بهترین روش، مؤثرترین آن‌ها خواهد بود که تمام نگرانی‌های ساکنین ساختمان را در مورد این مسئله برطرف کند. میزان خسارت‌های ناشی از زمین‌لرزه به عوامل مختلفی مانند عمق زلزله، شدت آن، نوع حرکت گسل و پارامترهای دیگر بستگی دارد.
اینکه مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله تا چه اندازه اهمیت دارد و از چه روش‌هایی برای این کار می‌توان استفاده کرد را در ادامه به طور کامل مورد بررسی قرار می‌دهیم.
منظور از مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله چیست؟
زمانی که صحبت از مقاوم سازی ساختمان در برابر نیروی زلزله می‌شود، منظور استفاده از راهکارهایی است که عملکرد اجزاء سازه را بهتر کند. در حالت کلی، مهندسان اعتقاد دارند که عبارت بهسازی لرزه‌ای، اصطلاح درست‌تری به‌جای مقاوم‌سازی ساختمان است. بهسازی به مجموعه اقداماتی گفته می‌شود که برای افزایش قابلیت بهره‌برداری و طول عمر مفید ساختمان صورت می‌گیرد.
اینکه راهی برای جلوگیری از وقوع زلزله وجود ندارد امری کاملاً بدیهی است، اما به این معنا نیست که نمی‌توان از آسیب‌های شدید حاصل از آن جلوگیری کرد؛ بلکه با به کارگیری روش‌های مقاوم‌سازی می‌توان سازه‌ای ساخت که افراد نسبت به ریزش آن حس امنیت داشته باشند. از این رو، باید از قوانین و علوم لازم برای ساخت سازه‌های ایمن استفاده کرد. برای دستیابی به ایمنی لازم باید موارد زیر در نظر گرفته شود:
- کیفیت پایین مصالح مصرفی و اجرای غیراصولی آن‌ها
- ارزیابی اشتباه بارها و دیگر عوامل تأثیرگذار بر ساختمان
- خورندگی و عوامل محیطی
- عوامل پیش‌بینی‌نشده مانند انفجار
در صورتی که هرکدام از این عوامل، ساختمانی را تهدید کند می‌توان با ترمیم، تقویت و تعمیر کردن، وضع ساختمان را بهتر کرد. این تقویت باید متناسب با وظیفه ساختمان باشد تا در سطحی بهتر قرار بگیرد.
نکات مربوط به مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله
در آیین‌نامه‌هایی که به منظور مقاومت ساختمان در برابر زلزله تبیین شده است، آورده شده که میزان ایمنی در برابر زمین‌لرزه امری نسبی است و نمی‌توان گفت که در برابر زلزله، هیچ ساختمانی هیچ‌گونه آسیبی را متحمل نشود. علاوه بر این باید در رابطه با مقاوم‌سازی سازه‌ها نکات دیگری را در نظر داشت:
- شدت یک زلزله با اندازه مشخص در بخش‌های مختلف، متفاوت است و همواره بیشترین شدت‌ها پیرامون مرکز زلزله وجود دارد و شدت آن با دور شدن از مرکز کاهش پیدا می‌کند.
- هرچقدر که ساختمان‌ها و سازه‌ها در برابر خسارت‌های ناشی از زلزله ایمن‌تر ساخته شوند، هزینه ایمن‌سازی آن‌ها بیشتر است.
- با دانش امروزی صفر کردن خسارت‌های حاصل از زمین‌لرزه حتی با پرداخت هزینه‌های هنگفت غیرممکن است.
- امکان برآورد دقیق نیروهای زلزله وجود ندارد.
بهترین کار این است که محل‌های زلزله‌خیز و دارای گسل شناخته شود و از همان ابتدا از ساخت و ساز در آن مناطق خودداری کرد. در این محل‌ها حتی با وقوع زلزله احتمال خرابی و آسیب رسیدن به افراد خیلی کم‌تر خواهد بود. نکته دیگری که باید در نظر گرفته شود این است که هر چیزی در دنیا دارای عمر مفیدی است و به مرور زمان فرسایش پیدا می‌کند. این قانون برای ساختمان‌ها و سازه‌های دست بشر نیز صدق می‌کند. عمر مفید سازه‌ها تحت تأثیر پارامترهای مختلفی قرار دارد که از جمله آن‌ها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- میزان کیفیت طرح
- میزان کیفیت اجرا
- کیفیت مصالح
- کیفیت بهره‌برداری
- میزان مقاومت در رویارویی با شرایط محیطی
- کیفیت نگهداری
البته عمر مفید ساختمان‌ها را می‌توان با یک طراحی خوب و ایده‌آل با شرایط محیطی، به‌کارگیری مصالح باکیفیت، اجرای خوب و پیروی از روش‌های نگهداری اصولی افزایش داد؛ اما هیچ راه فراری از فرسودگی نیست. در واقع تمام سازه‌ها دچار فرو پایگی می‌شوند اما با استفاده از اصول و قوانین مربوطه می‌توان سرعت آن را کاهش داد.
بررسی روش‌های مقاوم سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله
-
مقاوم سازی با روش جداساز لرزه‌ای
روش جداساز لرزه‌ای از روش‌های نوین مقاوم‌سازی به حساب می‌آید که ارتعاشات لرزه‌ای زمین را کنترل می‌کند. در این روش به دنبال کاهش نیروی حاصل از زلزله به ساختمان هستند. این جداسازها روی یک صفحه افقی در پایه ساختمان به منظور انعطاف‌پذیری قرار می‌گیرند. علاوه بر جداسازها برای کاهش دامنه حرکتی زلزله از اجزای میران نیز استفاده می‌کنند. در صورتی که ساختمان‌ها روی سیستم جداساز لرزه‌ای قرار بگیرند، میزان انتقال حرکت افقی زمین به طبقات ساختمان تا مقدار 80 درصد کاهش پیدا می‌کند. به طور کلی جداسازهای لرزه‌ای در دو گروه زیر دسته‌بندی می‌شوند:
- جداسازهای اصطکاکی که در سه نوع موجود هستند:
- جداساز اصطکاکی
- جداساز الاستیک اصطکاکی
- جداساز اصطکاکی پاندولی
- جداسازهای لاستیکی در دسته‌بندی زیر قرار می‌گیرند:
- جداساز لاستیکی با میرایی زیاد
- جداساز لاستیکی با ورقه فولادی
- جداساز لاستیکی با هسته سربی
مزایایی که جداسازهای لرزه‌ای به همراه دارند می‌توانند ترغیبی برای استفاده از این روش در ساختمان‌سازی باشند. این مزایا عبارتند از:
- بیشتر از 60 درصد از نیروی وارده به ساختمان از زلزله کاهش می‌یابد.
- رسیدن به سطح عملکرد بی‌وقفه
- حفظ کاربری سازه در هنگام زلزله و پس از آن
- بیشتر از 20 درصد از حجم مصالح لازم برای ساخت و ساز را می‌توان کاهش داد.
- نیاز استفاده از دیوار برشی یا مهاربند کاهش پیدا می‌کند.
- کاهش قابل توجهی از خسارت‌های سازه‌ای و رساندن آن‌ها به صفر
- مقاوم‌سازی با روش FRP
روش FRP جزء روش‌های جدید مقاوم‌سازی است که در اثر پیشرفت تکنولوژی در صنعت مقاوم‌سازی حاصل شده است. در این روش از مصالح کامپوزیتی پلیمری که ترکیبی از الیاف و رزین هستند، استفاده می‌کنند. با مقاوم‌سازی رزین، سیستم FRP به سطح زیرین بتن چسبیده می‌شود تا یک‌لایه یکپارچه برای حفاظت از مصالح ایجاد شود. از مزایای روش FRP می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- مقاومت بالایی ایجاد می‌کند.
- سرعت بالای اجرا
- محدودیت‌های معماری به دنبال ندارد.
- وزن پایین
- از سازه در برابر عوامل خورنده شیمیایی محافظت می‌کند.
- دارای مقاومت کششی بسیار بالایی هستند.
- طول عمر سازه را افزایش می‌دهد.
- عرض ترک‌ها را کنترل می‌کند.
- مقاومت خمشی، فشاری و برشی ساختمان‌ها را افزایش می‌دهد.
-
مقاوم سازی با دیوار برشی
دیوار برشی از روش‌های سنتی مقاوم‌سازی است که سختی سازه را برای تحمل نیروهای جانبی بالا می‌برد.
این دیوار وظیفه دارد تا اثر بارهای جانبی که بر سازه وارد می‌شود را خنثی کند. حجم دیوار برشی در مقایسه با دیگر المان‌های ساختمان بیشتر است تا توانایی جذب نیروهای حاصل از زمین‌لرزه را داشته باشد.
لازم است بدانید که حرکت نیروها به سمت سختی ساختمان است و هرچقدر سختی بیشتر باشد، جذب نیرو بیشتر است. سختی بالای دیوارهای برشی، نیاز به فوندانسیون بسیار قوی دارد.
در به‌کارگیری دیوار برشی باید محاسبات بسیار دقیقی داشت؛ زیرا با نداشتن طراحی‌های صحیح، دیوار برشی دچار شکست برشی می‌شود و با برآوردهای اشتباه در محل قرارگیری و تعداد دیوار برشی نیروهای رانش بسیار بالایی ایجاد خواهد شد. از مزایای استفاده از دیوار برشی می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- رفتار لرزه‌ای سازه را بهبود می‌بخشد.
- تغییر شکل‌های المان‌های سازه را کاهش می‌دهد.
- از وارد شدن خسارت به دیگر المان‌ها جلوگیری می‌کند.
- افزایش میزان سختی، مقاومت و شکل‌پذیری سازه را به دنبال خواهد داشت.
-
مقاوم‌سازی با ژاکت فولادی
برای مقاوم‌سازی اجزای ضعیف در ساختمان‌های بتنی از ژاکت فولادی استفاده می‌کنند. این روش اجرای آسانی دارد و چندان باعث افزایش وزن نمی‌شود. در مقاوم‌سازی با ژاکت فولادی از ورق‌های فولادی برای تقویت المان‌های آسیب‌دیده استفاده می‌کنند و آن‌ها را با کمک بولت با عضو آسیب‌دیده مانند تیر یا ستون متصل می‌کنند. مزایای ژاکت فولادی عبارتند از:
- مقاومت برشی، خمشی و فشاری افزایش می‌یابد.
- میزان شکل‌پذیری سازه افزایش می‌یابد.
- برای هر قسمت از ساختمان می‌توان مقاوم‌سازی با ژاکت فولادی را انجام داد و نیازی به مقاوم‌سازی از فوندانسیون تا ژاکت فولادی نیست.