مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله

در این مقاله تلاش شده است که به تعدادی از سؤالات پرتکرار مطرح‌شده درباره مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله توسط مالکان و استفاده‌کنندگان از ساختمان‌های مسکونی، تجاری، صنعتی و اداری پاسخ‌های ساده داده شود. احتمالاً خود شما نیز پارها پس از شنیدن خبرهای رویداد زلزله در نقاط مختلف دنیا و مشاهده وضعیت ساکنین آن نواحی از خود پرسیده اید. سؤالاتی از قبیل «آیا در ناحیه محل زندگی من احتمال وقوع زلزله وجود دارد؟»، «اگر در این منطقه زلزله روی دهد، چقدر قدرت تخریب خواهد داشت؟»، «آیا ساختمانی که من در آن ساکن هستم در برابر زلزله ایمن می‌باشد؟» یا «چگونه ساختمان خود را در برابر زلزله مقاوم‌سازی نماییم؟» که معمولا به ذهن افراد خطور می‌کنند. بنابراین برای ارائه پاسخ این پرسش‌ها بهتر است ابتدا به بررسی ساده پدیده زلزله بپردازیم.

زلزله یا زمین لرزه چیست؟

زلزله یا زمین‌لرزه، لرزش ناگهانی زمین است که به دلیل آزاد شدن انرژی تخلیه‌شده از لایه‌های سنگی در پوسته زمین به وقوع می‌پیوندد. این مقدار انرژی معمولاً وقتی توده‌های سنگی که در حال فشار یا لغزش بر روی یکدیگر هستند می‌شکنند و بر روی یکدیگر در جهات مختلف حرکت می‌کنند، آزاد می‌گردد. این شکست و لغزش لایه‌های سنگی بر روی یکدیگر، به‌صورت موج‌های انرژی را در سراسر زمین توزیع می‌کند و به‌صورت لرزشی و گردشی در ساختارهای مختلف زمین به وقوع می‌پیوندد.

زلزله چه زمانی ایجاد می شود؟

بنابراین می‌توان گفت که زلزله هنگامی ایجاد می‌شود که دو یا چند صفحه از پوسته زمین به هم می‌رسند. این صفحه‌ها قطعاتی از پوسته زمین هستند که به نام صفحه‌های تکتونیک شناخته می‌شوند. این صفحه‌ها بر روی یک‌لایه‌ای از ماده گرم‌ونرم که به نام گوشته معروف است، حرکت می‌کنند. حرکت این صفحه‌ها باعث می‌شود که آن‌ها به هم برخورد کنند، از هم دور شوند یا در کنار هم لغزش کنند. این حرکت‌ها باعث می‌شود که انرژی در سنگ‌های صفحه‌ها ذخیره شود. وقتی این انرژی به حدی برسد که سنگ‌ها نتوانند تحمل کنند، آن‌ها می‌شکنند و انرژی آزاد می‌شود. این انرژی به‌صورت امواج لرزه‌ای در زمین منتشر می‌شود و زلزله را ایجاد می‌کند.

کانون و مرکز زلزله چیست؟

موضوع دیگری که معمولاً هنگام وقوع زلزله مطرح می‌شود این است که کانون و مرکز زلزله چیست؟ کانون زلزله، نقطه‌ای در عمق زمین است که در آن شکستگی سنگ‌ها و آزاد شدن انرژی از آن آغاز می‌گردد. مرکز زلزله، نقطه‌ای بر روی سطح زمین است که درست بالای کانون قرار دارد. مرکز زلزله معمولاً با حرف E نشان داده می‌شود. کانون و مرکز زلزله می‌توانند فاصله زیادی از هم داشته باشند. برای مثال، زلزله‌ای که در سال ۱۹۹۴ در شهر لس‌آنجلس رخ داد، کانون آن در عمق ۱۸ کیلومتری زمین بود.

گسل چیست؟

نمی‌توان بحث بر روی زلزله را بدون داشتن توضیحی در خصوص گسل به پایان برد. گسل، شکاف یا ترکی است که در سنگ‌های پوسته زمین به وجود می‌آید. گسل‌ها می‌توانند به اندازه‌های مختلف باشند، از چند سانتی‌متر تا چند صد کیلومتر. گسل‌ها معمولاً در نزدیکی مرزهای صفحه‌های تکتونیک یا در نقاطی که زمین تحت تنش قرار دارد، شکل می‌گیرند. حرکت صفحه‌ها باعث می‌شود که گسل‌ها به‌صورت افقی یا عمودی لغزش کنند. این لغزش می‌تواند باعث شکستگی سنگ‌ها و آزاد شدن انرژی شود و زلزله را ایجاد کند.

نحوه اثرگذاری زلزله بر ساختمان چگونه می باشد؟

حال باید به این موضوع پرداخته شود که وقوع زلزله که پیش‌تر در خصوص آن توضیح داده شد، چه اثراتی بر پایایی سازه، قابلیت باربری و نهایتاً کارایی آن خواهد داشت. بارهای لرزه‌ای وارد بر ساختمان درواقع نیروهایی هستند که در زمان وقوع زمین‌لرزه به ساختمان‌ها و بخش‌های مختلف آن وارد می‌شوند. این نیروها به دلیل دو عامل عمده ایجاد می‌شوند که در ادامه تشریح خواهند شد.

1. نیروی اینرسی: این نیرو به دلیل تغییر سرعت و جهت حرکت زمین در زمان زلزله ایجاد می‌شود. وقتی زمین لرزش می‌کند، ساختمان‌ها که بر روی آن قرار دارند، سعی می‌کنند در حالت ساکن بمانند. اما زمین باعث می‌شود که ساختمان‌ها نیز حرکت کنند. این تفاوت درحرکت زمین و ساختمان‌ها، نیروی اینرسی را ایجاد می‌کند. نیروی اینرسی با جرم ساختمان تغییر می‌کند. جرم بیشتر ساختمان به این معنی است که نیروی اینرسی و میزان تخریب ساختمان نیز زیاد خواهد بود. نیروی اینرسی هم در جهات افقی و هم قائم عمل می‌کند و بار جانبی را ایجاد می‌کند.
2. تحریکات لرزه‌ای: این تحریکات به دلیل انتقال امواج لرزه‌ای از کانون زلزله به ساختمان‌ها ایجاد می‌شوند. امواج لرزه‌ای می‌توانند در دو جهت عمودی و افقی حرکت کنند و باعث تغییر شکل و انحنای ساختمان‌ها شوند. این تحریکات می‌توانند باعث ایجاد تنش‌ها و کرنش‌هایی در ساختمان‌ها شوند که ممکن است از حد تحمل آن‌ها فراتر رود. معمولاً بارها مهم‌ترین عامل کنترل‌کننده ابعاد مقاطع در ساختمان‌ها هستند.

در بحث مدل‌سازی معمولاً بارهای لرزه‌ای وارد بر ساختمان، می‌توانند به‌صورت استاتیکی یا دینامیکی به مدل اعمال شوند که در این صورت نوع تحلیل استاتیکی یا دینامیکی نامیده می‌شوند.

در تحلیل استاتیکی، بارهای لرزه‌ای را به‌صورت نیروهای ثابت و متمرکز در نقاط مختلف ساختمان (با انواع توزیع در ارتفاع سازه) در نظر می‌گیرد. اما در تحلیل‌های دینامیکی، بارهای لرزه‌ای را به‌صورت نیروهای متغیر و توزیع‌شده در تمام ساختمان در نظر گرفته می‌شود. نیازی به توضیح اضافی نیست که نتایج به‌دست‌آمده از تحلیل‌های دینامیکی، دقیق‌تر و پیچیده‌تر از نتایج تحلیل‌های استاتیکی هستند و نیاز به تخصص و ابزار محاسباتی پیشرفته‌تر دارند.

ارزیابی وضعیت سازه(ساختمان) در برابر زلزله چگونه می باشد؟

همان‌گونه که در بخش قبل توضیح داده شد، زلزله یک حادثه طبیعی است که باعث وارد شدن نیروهای عظیمی با ساختمان می‌شود. وارد شدن این نیروها درصورتی‌که سازه برای مقابله با آن‌ها طراحی نشده باشد می‌تواند باعث فروریزش آن شود. بنابراین برای جلوگیری از رویداد این حادثه، مهندسان طراح سازه باید ساختمان‌ها را طوری طراحی و اجرا کنند که در برابر زلزله مقاوم باشند. اما چطور توان فهمید که یک ساختمان موجود و قدیمی چقدر در برابر زلزله محتمل وقوع در منطقه مقاوم است؟

ارزیابی وضعیت سازه موجود در برابر زلزله یکی از مراحل مهم مقاوم‌ سازی لرزه‌ای ساختمان‌ها است که هدف آن بهبود عملکرد سازه در برابر اثرات و نیروهای زلزله است که عمدتاً رفت و برگشتی (سیکلیک) هستند. در عملیات ارزیابی وضعیت سازه موجود در برابر زلزله بررسی می‌شود که ساختمان چه ویژگی‌ها و نقاط ضعفی دارد و چه تغییراتی می‌توان برای بهبود عملکرد آن در هنگام زلزله انجام داد. در این مرحله بسته به نیاز پروژه تمامی پارامترهای مؤثر در عملکرد نظیر، مقاومت فشاری بتن، وضعیت میلگردها، وضعیت المان‌های باربر سازه، میزان مقاومت در برابر بارهای وارده و … موردبررسی قرار خواهند گرفت.این ارزیابی می‌تواند به دو روش سریع یا دقیق انجام شود.

• ارزیابی سریع یک روش ساده و کم‌هزینه است که با نگاه کردن به ساختمان و پر کردن فرم‌های مخصوص، می‌توان به‌صورت کیفی درباره رفتار ساختمان نظر داد. این روش برای ساختمان‌های کوچک و ساده مناسب است.
• ارزیابی دقیق یک روش پیچیده و گران‌قیمت است که با انجام محاسبات و آزمایش‌های مختلف، می‌توان به‌صورت کمی درباره پاسخ ساختمان به زلزله‌های مختلف حرف زد. این روش برای ساختمان‌های بزرگ و پیچیده مناسب است. این روش معمولاً با انجام انواع آزمایش‌ها مخرب یا غیر مخرب بر روی المان‌های سازه به‌منظور دستیابی به مقاومت موجود مصالح آغاز می‌شود. ترکیب اطلاعات به‌دست‌آمده از انجام آزمایشات و همچنین مدل 3 بعدی ساختمان در نرم‌افزارهای تحلیلی می‌تواند ارزیابی صحیحی از وضعیت فعلی سازه به ما ارائه نماید. معمولاً پس از یافتن نقاط ضعف سازه (کمبود سطح مقطع موردنیاز، کمبود آرماتور، کمبود مقاومت کششی، کمبود مقاومت برشی، کمبود مقاومت باربری خاک …) می‌توان به ارائه راهکار به‌منظور تقویت آن‌ها پرداخت.

نکته بسیار مهم در انجام هر دو نوع ارزیابی لزوم تسلط بر دانش و قوانین مهندسی سازه و زلزله می‌باشد. این بدان معنی می‌باشد که حتی در روش ارزیابی ساده که به‌ظاهر کم‌اهمیت به نظر می‌رسد، دانش، مهارت و تجربیات ارزیاب نقش بسیار مهمی در نتایج حاصله دارد. متخصصین ما در حوزه مهندسی سازه و زلزله در شرکت برنا بهینه تدبیر با تکیه در دانش و تجربه خود تاکنون موفق به ارزیابی و ارائه طرح مقاوم‌ سازی برای تعداد زیادی از سازه‌های مسکونی، تجاری و صنعتی شده‌اند.

مقاوم سازی ساختمان و سازه در برابر زلزله

روش های مقاوم‌سازی ساختمان در برابر زلزله چگونه می باشد؟

قطعاً پس از انجام ارزیابی سازه و تشخیص نقاط ضعف آن در گام بعدی باید به ارتقای وضعیت کیفی و تقویت این نقاط ضعف پرداخته شود. مقاوم‌سازی ساختمان و بهسازی سازه‌ها در برابر زلزله به معنی انجام تغییرات و بهبودهایی بر روی المان‌های باربر سازه‌های موجود یا جدید به‌منظور افزایش توانایی آن‌ها در تحمل اثرات زلزله می‌باشد و این ساده‌ترین تعریفی است که می‌توان برای آن ارائه نمود. مقاوم سازی ساختمان را می‌توان با استفاده از روش های گوناگونی انجام داد که هر یک بسته به نوع، شکل، مصالح و وضعیت سازه متفاوت هستند.

 مهم‌ترین روش‌های مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله چیست؟

• افزایش تعداد و ابعاد ستون‌ها و تیرها برای افزایش مقاومت خمشی و برشی سازه. معمولاً افزایش تعداد المان‌های نظیر ستون به علت محدودیت‌های معماری که در پس آن ایجاد می‌شود به‌عنوان آخرین گزینه پیشنهادی هستند اما افزایش بعد المان‌های باربر که تحت عنوان روش‌های ژاکتینگ شناخته می‌شوند می‌توانند به‌عنوان راهکار در بسیاری از موارد مورداستفاده قرار گیرند. نکته بسیار بااهمیت در این بخش، نحوه اتصال قطعات جدید الحاقی به قطعات قدیمی سازه می‌باشد که بایستی توسط طراح و مجری مقاوم‌سازی موردتوجه قرارگیرد.
• افزایش عمق و عرض کلاف‌های پی و استفاده از پی‌های مقاوم‌تر برای افزایش مقاومت فونداسیون سازه. این روش که می‌تواند باعث افزایش قابلیت باربری فونداسیون شود معمولاً زمانی پیشنهاد می‌شود که بارهای وارده بر خاک زیر فونداسیون بیش از مقدار مجاز آن باشند. این وضعیت معمولاً در موارد اضافه شدن طبقات، تغییرات کاربری سازه، وجود ایرادات طراحی و حین ساخت ساختمان و … به وجود می‌آید.
• استفاده از مصالح سبک مانند بلوک و سایر مصالح سبک برای کاهش وزن سازه و کاهش نیروی زلزله. همان‌گونه که در بخش‌های پیشین همین مقاله توضیح داده شد، کاهش وزن سازه می‌تواند مستقیماً نیروی لرزه‌ای وارد برسازه را کاهش دهد بنابراین تکنیک سبک‌سازی سازه به کمک همین ایده می‌تواند به‌جای افزایش مقاومت و سختی اعضا، نیروی وارده بر آن‌ها را کاهش داده و از این طریق سازه را مقاوم‌سازی نماید.
• استفاده از ژاکت بتنی یا فولادی برای تقویت اعضای ضعیف سازه مانند تیرها،ستون‌ها و دیوارها. تکنیک ژاکتینگ همان‌گونه که ذکر شد از طریق افزایش سطح مقطع مؤثر المان، می‌تواند ظرفیت فشاری، خمشی، برشی و پیچشی آن را افزایش دهد. البته طراح مقاوم سازی ساختمان قبل از پیشنهاد این تکنیک بایستی محدودیت‌های معماری را مدنظر قراردهد. برای مطالعه بیشتر در خصوص این تکنیک‌ها می‌توانید به بخش‌های مربوط به مقاوم سازی با ژاکت بتنی یا فولادی مراجعه نمایید.
• استفاده از دیوار برشی یا بادبند برای افزایش سختی و کاهش تغییر شکل سازه. در مواقعی که سازه نمی‌تواند الزامات مربوط به کنترل دریفت یا میزان خیز را پاس نماید، معمولاً تکنیک اضافه شدن المان باربر جانبی نظیر دیوار برشی یا بادبند توسط طراح مقاوم‌سازی پیشنهاد می‌گردد. این مشکلات معمولاً ناشی از ایرادات طراحی، مشکلات ساخت نظیر کمبود مقاومت مصالح، افزایش ارتفاع طبقات در ساختمان‌های تجاری، حذف المان ستون برای زیبایی و باز شدن فضا، تصمیم به اجرای اضافه بنای طبقات یا کنسول بعد از تکمیل فرایند طراحی و … می‌باشند که همگی قابل‌رفع هستند.
• استفاده از کابل‌های پس کشیده برای افزایش مقاومت و شکل‌پذیری سازه. پس کشیدگی المان‌های بتنی منجر به افزایش سطح فشاری مقطع و نهایتاً استفاده بهینه از المان‌های بتنی می‌شود اما باید این موضوع را مدنظر داشت که سازه باید قابلیت پس کشیده شدن را داشته باشد. این عملیات معمولاً با اعمال بار متمرکز زیادی در برخی نقاط سازه همراه خواهد بود که قابلیت انجام آن بایستی از قبل بررسی شود.
• استفاده از لایه‌های FRP برای تقویت اعضای خمشی سازه. با پیشرفت علم و فناوری، روش‌های جدید و بهینه‌تری برای مقاوم سازی ساختمان های بتن آرمه با استفاده از کامپوزیت‌های FRP (Fiber Reinforced Polymer) به وجود آمده است. FRPیک ماده کامپوزیتی است که از ترکیب الیاف و رزین تشکیل‌شده است. این ماده دارای خواص مکانیکی بالا، وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی و انعطاف‌پذیری زیاد است. نصب لایه FRP  بر روی ستون‌ها می‌تواند به افزایش مقاومت خمشی، برشی، فشاری، شکل‌پذیری و دوام ستون‌ها کمک کند. این روش مقاوم‌سازی از سرعت‌بالا، هزینه کم، ضخامت پایین، وزن کم و کاربرپسند بودن برخوردار است. همچنین این روش می‌تواند از خوردگی، سایش جلوگیری کند.
• استفاده از جداساز لرزه‌ای برای کاهش انتقال نیروی زلزله از زمین به سازه. جداساز لرزه‌ای یک فناوری است که با قرار دادن یک‌لایه منعطف و جاذب انرژی بین سازه و زمین، از انتقال نیروی زلزله به سازه جلوگیری می‌کند. این کار باعث می‌شود که سازه کمتر آسیب ببیند و محتویات و افراد داخل آن ایمن‌تر باشند. جداساز لرزه‌ای می‌تواند از انواع مختلفی باشد که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از 1) جداساز لغزشی، که با ایجاد یک سطح لغزنده بین سازه و زمین، از حرکت سازه و زمین جلوگیری می‌کند. 2) جداساز با هسته سربی،که با استفاده از یک یا چند هسته سربی درون یک نشیمن لاستیکی، هم میرایی و هم شکل‌پذیری را به سازه می‌دهد. 3) جداساز الاستومری، که با استفاده از لاستیک طبیعی یا مصنوعی، نیروی زلزله را کاهش داده و نیروهای جانبی را به‌طور یکنواخت توزیع می‌کند.
• استفاده از میراگر لرزه‌ای برای جذب و کاهش انرژی زلزله. میراگر لرزه‌ای یک تجهیز است که با استهلاک بخشی از انرژی زلزله، پاسخ سازه را کاهش می‌دهد. میراگر لرزه‌ای می‌تواند از انواع مختلفی باشد که بر اساس مکانیزم اتلاف انرژی، می‌توان آن‌ها را به دسته‌های زیر تقسیم کرد.
• میراگر اصطکاکی: که با ایجاد اصطکاک بین دو سطح متحرک، انرژی زلزله را مصرف می‌کند.
• میراگر ویسکوز: که با ایجاد مقاومت سیال درون یک محفظه، انرژی زلزله را تبدیل به حرارت می‌کند.
• میراگر تسلیم شونده: که با ایجاد تغییر شکل پلاستیک در یک ماده، انرژی زلزله را جذب می‌کند.
• میراگر جرمی: که با ایجاد ارتعاش یک جرم متصل به سازه، انرژی زلزله را از سازه به جرم منتقل می‌کند.

استفاده از میراگر لرزه‌ای در سازه‌ها مزایای زیادی دارد که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:

• کاهش شتاب، جابه‌جایی و دریفت سازه
• کاهش نیروهای وارده به سازه و اعضای آن
• کاهش خسارات سازه‌ای و غیر سازه‌ای
• کاهش هزینه‌های ساخت و بهسازی سازه
• افزایش مقاومت و شکل‌پذیری سازه
• افزایش عمر مفید سازه

• اصلاح اتصالات قاب برای افزایش مقاومت و شکل‌پذیری سازه

شرکت مهندسین مشاور برنا بهینه تدبیر

درنهایت درصورتی‌که شما همچنان نگران وضعیت عملکرد ساختمان‌های خود در برابر زلزله هستید، می‌تواند در این زمینه از خدمات مشاوره‌ای شرکت برنا بهینه تدبیر که توسط متخصصین و نخبگان حوزه مهندسی سازه و زلزله ارائه می‌گردد بهره‌ ببرید. شرکت برنا بهینه تدبیر با بیش از چندین سال تجربه درزمینهٔ طراحی و اجرای مقاوم‌سازی انواع ساختمان‌های مسکونی، تجاری و صنعتی در برابر زلزله و دارا بودن شناخت کافی بر اصول و استانداردهای مقاوم سازی ساختمان و همچنین داشتن شناخت بر ایرادات محتمل فرایند طراحی و ساخت انواع ساختمان، آماده ارائه خدمات باکیفیت به شماست.

متخصصین ما با تکیه‌بر دانش روز مهندسی سازه و زلزله و همچنین داشتن تجربیات متعدد درزمینهٔ استفاده از تکنیک‌های نوین و مؤثر مقاوم‌سازی، مانند جداساز لرزه‌ای، میراگر لرزه‌ای، FRP، ژاکت بتنی و فولادی و …، می‌توانند ساختمان‌های شمارا در برابر زلزله‌ها و یا سایر بارهای وارده بر آن مقاوم‌سازی کنند. دپارتمان طراحی شرکت برنا بهینه تدبیر با داشتن کادری متخصص و باتجربه، از آخرین دستاوردهای علمی و فنی درزمینهٔ مهندسی زلزله استفاده می‌نماید تا با رعایت آیین‌نامه‌های مربوطه در این حوزه، پروژه‌های شمارا با سرعت و دقت بالا انجام شود.

ما در شرکت برنا بهینه تدبیر مفتخریم که تاکنون توانسته‌ایم با انجام پروژه‌های متعدد و متنوع، رضایت کارفرمایان خود را جلب کنیم و گواهی‌های معتبری از سازمان‌های مرتبط دریافت کنیم که این امر جز با ارائه خدمات شایسته در زمان کوتاه و متناسب با نیاز کارفرما و شرایط متنوع هر پروژه میسر نبوده است.

جهت مشاهده پروژه های انجام شده توسط شرکت پیمانکاری اجرای تخصصی طرح های مقاوم سازی ساختمان به سایت bbtsaze.com مراجعه نمایید.