زلزله و مقاوم سازی منازل



وجود تعداد زیادی ساختمان نا ا من در شهرها و روستاهای کشور تهدیدی جدی است که وقوع هر زلزله ای، تلخی آن را یادآور می شود. بخصوص این که آسیب پذیری ساختمان ها نه تنها اقتصاد کشور را تهدید می کند بلکه به علت خطر لطمات جانی وسیع، مهم ترین سرمایه کشور یعنی جامعه انسانی آن را نیز به خطر می اندازد. این واقعیت که یک زمین لرزه چند ثانیه ای بتواند قسمت عمده ای از توشه انسانی، مالی، اجتماعی، فرهنگی و تاریخی ملتی را نابود کند تهدیدی نیست که به راحتی بتوان از کنار آن گذشت. به همین علت باید به بهسازی و مقاوم سازی به عنوان راهکار اصلی کاهش آسیب پذیری لرزه ای در کشور توجهی ویژه داشت.

برای این منظوردانش فنی موجود در زمینه طراحی ساختمان ها برای کاربرد عملی به صورت دستورالعمل و آیین نامه در اختیار جامعه مهندسی قرار دارد. منشا دانش فنی در قلمرو مهندسی زلزله عموما از ۳ منبع تجربیات حاصله از عملکرد ساختمان ها در زلزله های گذشته و علوم مرتبط با این زمینه مثل علم دینامیک سازه ها و تحقیقات علمی سرچشمه می گیرد.

برای داشتن عملکرد مناسب لرزه ای ساختمان ها به ۳ نوع دستورالعمل و آیین نامه نیازمند هستند. نوع اول در مورد ساختمان هایی مورد نیاز است که قرار است ساخته شوند. نوع دوم در مورد ساختمان های موجود و نوع سوم در مورد ساختمان هایی که در زلزله صدمه دیده اند. در مورد ساختمان هایی که قرار است ساخته شوند، طراح قادر است مشخصات مصالح، هندسه ساختمان و جزئیات اجزای تشکیل دهنده ساختمان را به نحوی تعیین کند که با آخرین یافته های علمی و تجربی مطابقت داشته باشد و با نظارت و اجرای مناسب می توان امید داشت که ضوابط طراحی عینیت یابند. در حالی که در مورد بهبود بخشیدن به رفتار لرزه ای یک ساختمان موجود محدودیت های زیادی موجود است. لذا دستورالعمل ها و آیین نامه های بهبود لرزه ای رفتار ساختمان های موجود، مفصل تر و پیچیده تر از دستورالعمل ها و آیین نامه های طراحی لرزه ای ساختمان های جدید هستند.

در مورد بررسی ساختمان هایی که زلزله را تجربه کرده و احیانا صدمه دیده اند نیز نحوه ارزیابی و تشخیص وضعیت آن با ساختمان های جدید یا موجود متفاوت است و دستورالعمل ها و آیین نامه های خاص خود را می طلبد.

با توجه به حیطه و قلمرو متفاوت این سه نوع دستورالعمل و آیین نامه، اصطلاحات موردنظر در هر کدام از آنها نیز متفاوتند. به طوری که ۲ اصطلاح «طراحی مقاوم لرزه ای» و «ارزیابی آسیب پذیری و بهسازی یا مقاوم سازی لرزه ای» به ترتیب برای به کارگیری ضوابط لازم در طرح و اجرای یک ساختمان «جدید» و بررسی وضعیت و تقویت لرزه ای یک ساختمان «موجود» به کار گرفته می شود.

طراحی ساختمانی که در زلزله شدید هیچ آسیبی نبیند، مقرون به صرفه نیست

ضوابط و مقررات فنی لازم برای طرح و اجرای یک ساختمان «جدید» به نحوی که در زلزله عملکرد مناسب داشته باشد در استاندارد ۲۸۰۰ ایران (آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله) که اکنون ویرایش سوم آن در دسترس است و نیز در آیین نامه های طراحی ساختمان های بتنی (آبا) و ساختمان های فولادی (مبحث دهم مقررات ملی) گنجانده شده اند. فلسفه طراحی لرزه ای ساختمان ها بر این اصل استوار است که در زلزله طرح (که عموما زلزله ای با دوره بازگشت ۴۷۵ سال می باشد) نمی توان از ساختمان انتظار عملکرد بی آسیب داشت. این امر به آن معنی است که در زلزله شدید با دوره بازگشت ۴۷۵ سال روش طراحی به نوعی است که ساختمان ایستایی خود را حفظ کند ولی ممکن است متحمل آسیب های عمده سازه ای و غیرسازه ای شود و حتی پس از زلزله قابل استفاده نباشد. علت چنین فلسفه برخوردی از آنجاست که طراحی یک ساختمان به نحوی که در زلزله شدید آسیب نبیند از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیست. بنابراین در طراحی لرزه ای ساختمان ها وقوع خسارت قبول می گردد ولی نحوه ایجاد خسارت در ساختمان با اعمال ضوابط طراحی کنترل می شود. این ضوابط خاص، اصطلاحا ضوابط شکل پذیری نامیده می شوند. منظور از شکل پذیرکردن یک ساختمان آن است که اجزای سازه ای ساختمان طوری طراحی شوند که پس از آسیب دیدن بلافاصله دچار گسیختگی کامل نشود بلکه در عین ایجاد صدماتی مثل ترک خوردگی و خرابی ظرفیت تحمل بار موجود در خود را تا گسترش و توسعه بسیار زیاد این خرابی ها حفظ نمایند.

البته در زمینه ساختمان های «موجود» باید گفت که چون اغلب فاقد جزئیات لازم برای رفتار شکل پذیر به نحوی که در مورد ساختمان «جدید» مورد نظر است می باشند روال بررسی آسیب پذیری که به اصطلاح ارزیابی لرزه ای ساختمان نامیده می شود و نیز ارائه تمهیدات لازم برای بهبود رفتار لرزه ای ساختمان که به اصطلاح بهسازی لرزه ای نامیده می شود از پیچیدگی بیشتری برخوردار است.

چگونه ساختمان ها از نظر لرزه ای ارزیابی می شوند؟

برای ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان های موجود چند روش به کار گرفته می شود. روش های ارزیابی کلی عموما با هدف تهیه اطلاعات لازم برای برنامه های مدیریت شهری و مدیریت بحران قابل استفاده اند. در این روش ها با استفاده از تجارب زلزله های گذشته یا مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی روابطی که بین سطح زلزله و میزان خسارت در تیپ های مختلف ساختمان ارتباط برقرار نماید استخراج می شوند. مثلا با کمک روابطی که برای ساختمان های کوتاه بتنی با شرایط طرح و ساخت ایران به دست می آید می توان برای هر سطح از زلزله تخمینی از درصد ساختمان های بتنی که تخریب خواهند شد، داشت. در این روش ارزیابی، ابتدا سطح زلزله در نقاط مختلف شهر برآورد شده سپس با کمک روابط فوق الذکر، درصد تخریب هر نوع ساختمانی برآورد شده و با کمک آمار، تعداد ساختمان موجود هر تیپ نیز در دسترس است و لذا تعداد کل ساختمان های تخریب شده در نقاط مختلف شهر قابل برآورد می باشند. باتوجه به آمار ساکنان می توان تخمینی از تعداد مجروحین و کشته ها نیز داشت و با این گونه اطلاعات می توان به برنامه ریزی و امور مرتبط با مدیریت بحران اقدام کرد.

نکته: واقعیت آن است که توجه به بهسازی لرزه ای در کشورهای لرزه خیز امری ضروری است که عملا راه گریزی از آن وجود ندارد

به این ترتیب روش های ارزیابی کلی برای کسب شمایی کلی از وضعیت آسیب پذیری ساختمان های شهر مناسب است ولی در مورد هر ساختمان اطلاعاتی قابل اتکا فراهم نمی آورد. مزیت این روش درواقع کسب سریع اطلاعات در مقیاس شهر یا ناحیه یا محله است، اما اگر هدف بررسی آسیب پذیری ساختمان ها با در نظر گرفتن شرایط واقعی تر هر ساختمان بوده و ضمنا سرعت عمل نیز موردنظر باشد از روش های ارزیابی کیفی استفاده می شود. این روش ها بخصوص در مورد ساختمان هایی مثل مدارس که به تعداد زیاد در یک شهر، منطقه یا کشور وجود دارند برای غربال و تقسیم بندی آنها از لحاظ آسیب پذیری لرزه ای مفیدند. یعنی به جای این که هر مدرسه تحت مطالعات زمانبر و هزینه بر کمی و دقیق قرار گیرد می توان ابتدا تعداد زیادی از مدارس را با مطالعه کیفی رده بندی نمود تا با اولویت بندی آنها بهینه تر از بودجه اختصاص داده شده به بهسازی استفاده شود.

ارزیابی کیفی در اغلب اوقات بصورت ارزیابی سریع با کمک فرم های مخصوص صورت می گیرد. در فرم ها با توجه به هندسه کلی ساختمان و وجود یا عدم وجود منظمی و نامنظمی در آن، وجود یا عدم وجود اطلاعاتی از قبیل دفترچه محاسبه و نقشه ها در مورد وضعیت ساختمان تصمیم گیری می شود. گونه ای از روش های ارزیابی کیفی در تعیین وضعیت ساختمان های صدمه دیده در زلزله به کار می رود. در این مورد نتیجه بررسی به صورت پلاکارد سبز در مورد ساختمانی که افراد به آن اجازه ورود دارند، پلاکارد زرد برای ساختمان با اجازه ورود محدود (برخی قسمت های آن خطرناک و غیرقابل ورود است) و پلاکارد قرمز برای ساختمانی که ورود افراد به آن ممنوع است، ارائه می گردد.

وقتی روش ارزیابی کیفی در ارزیابی ساختمان «موجود» به کار گرفته می شود معمولا در فرم ها به عواملی نظیر میزان خطر زلزله در ساختگاه ساختمان، شرایط خاک محل، تیپ و نوع ساختمان و سازه آن، انواع نامنظمی های موجود در پلان و ارتفاع و اهمیت ساختمان توجه شده و با کمک جداولی به هر مورد امتیازی داده می شود که در نهایت امتیاز سازه ای ساختمان را معین می کند.

در برخی فرم ها به اجزای غیرسازه ای نیز توجه شده و شاخصی برای وضعیت این اعضا نیز حاصل می گردد که نهایتاً با ترکیب ۲ امتیاز سازه ای و غیرسازه ای، امتیاز لرزه ای آن ساختمان خاص تعیین می گردد. این امتیاز برای طبقه بندی و رده بندی ساختمان مناسب است .

اما سومین روش ارزیابی لرزه ای ساختمان ها، ارزیابی کمی است که بر تحلیل و مدلسازی کامپیوتری ساختمان برای ارزیابی آسیب پذیری آن متکی هستند. عموما این روش ها با شناخت وضعیت موجود ساختمان آغاز می گردند. این قسمت کار در عمل وقتگیرترین و پردردسرترین قسمت کار است . بخصوص اگر ساختمان موجود فاقد نقشه و مدارک فنی بوده یا در حال ساخت دچار تغییرات طراحی و اجرایی شده باشد.

بخش عمده ای از دستورالعمل های ارزیابی کمی ساختمان های موجود به ضوابط و معیارهای شناخت وضعیت ساختمان اختصاص دارد. هدف از این معیارها، ضابطه مندکردن روال انجام سونداژها (برداشت نازک کاری و رویه عناصر سازه ای برای تعیین ابعاد و وضعیت ساختار اصلی ساختمان) و آزمایشات مصالح مورد نیازاست. بعد از شناخت وضعیت موجود ساختمان به همراه ارزیابی ها و آزمایش های لازمه به مدلسازی کامپیوتری ساختمان مبادرت می گردد تا عملکرد آن در سطوح زلزله موردنظر بررسی شود. در صورتی که این مطالعات آسیب پذیری ساختمان را برای سطح زلزله و سطح عملکرد موردنظر نشان دهند به بررسی گزینه های مختلف برای بهسازی ساختمان مبادرت خواهد شد.

ضرورت بهسازی لرزه ای

در یک دیدگاه کلی بهسازی لرزه ای ساختمان ها به ۲ روش ساده و سیستماتیک تقسیم می شوند. در روش ساده، هدف بهبود رفتار لرزه ای ساختمان بدون تضمین سطوح عملکرد خاص در سطوح زلزله مشخص است. در این صورت تیم مهندسی به بررسی ساختمان اقدام و ضعف ها و نواقص آن را شناسایی و برطرف می کند. رفع نقایص عمده، کاهش جرم و تامین پیوستگی در اجزای ساختمان از روش هایی هستند که اغلب باعث بهبود رفتار لرزه ای ساختمان می شوند. برای بسیاری از منازل مسکونی در شهرها و روستاها چنین برخوردی منطقی ترین روش با توجه به محدودیت های منابع مالی و تخصصی وسیع است.

در مورد برخی ساختمان ها مثل بیمارستان ها و مراکز مخابراتی، صرف بهبود رفتار لرزه ای کافی نیست بلکه از تیم مهندسی انتظار می رود بتوانند تامین سطوح عملکرد خاص در سطوح زلزله مشخص را بررسی نمایند. به عنوان مثال لازم است کنترل شود، آیا بیمارستان قادر است در زلزله با دوره بازگشت ۲۵۰۰ سال ایمنی جانی افراد را تامین نماید یا خیر.

انجام چنین کنترل هایی طبعا نیازمند ارزیابی به روش کمی با تمام دشواری ها و مراحل زمان و هزینه بر مربوطه است . چنین روال بهسازی لرزه ای روش سیستماتیک خوانده می شود.

بررسی مراحل مطالعات بهسازی لرزه ای نشانگر آن است که این امر مطالعه ای تخصصی و در مواردی پردردسر است. همین امر باعث می شود برخی تصمیم گیران و متصدیان امور بر این باور باشند که توجه به امر بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود امری غیرلازم است و به جای صرف هزینه در این راستا بهتر است فعالیت ها و منابع تخصیص داده شده برای ارتقای ایمنی ساختمان ها مصروف تخریب ساختمان های غیرایمن و نوسازی آنها شود.

واقعیت آن است که توجه به بهسازی لرزه ای در کشورهای لرزه خیز امری جبری است که عملا راه گریزی از آن وجود ندارد.

از یک طرف امکان تخریب خیل عظیم ساختمان های موجود آسیب پذیر در شهرها و روستاها نیست و از طرف دیگر حتی اگر تمام این ساختمان ها تخریب و نوسازی شوند پیشرفت آئین نامه های ساختمانی که برمبنای تحقیقات علمی و تجارب زلزله هایی که در نقاط مختلف جهان روی می دهند باعث می شود بعد از چندی مجددا تمام این «ساختمان های نوسازی شده» فاقد برخی ضوابط آیین نامه های جدیدتر شده و باید دوباره تخریب و نوسازی شوند.

بنابراین این امر عملاً ممکن نیست و لازم است دانش فنی بهسازی لرزه ای و روش ها و تکنیک های اجرایی آن مورد توجه باشد و برنامه ریزی شناسایی و اولویت بندی ساختمان ها برای مطالعات بهسازی بدون وقفه ادامه یابد.

لینک های مهم