ضرورت طراحی لرزه ای

slide-fb27484

افزایش بهره‌برداری و استخراج از منابع طبیعی که ناشی از رشد چشمگیر کشورهای در حال توسعه می‌باشد، چالش‌های جدیدی را برای جوامع بشری به وجود آورده است. با توجه به صنعتی شدن ساخت و سازها، تحقیقات بی‌پایانی در خصوص ارائه راه‌حل‌های نوین با هدف حفاظت از منابع انرژی، کاهش Co2 ، محدودکردن تولید ضایعات و غیره بایستی صورت پذیرد، با این دید که راه‌حل‌ها از نظر توسعه پایدار نیز قابل رقابت باشند. علاوه برالزامات مرتبط با توسعه پایدار، یکی از موضوعات اساسی ساختمان‌ها به عنوان بخش مهمی از دارایی‌های جامعه، برآوردن نیازهای متداول عملکردی نظیر ملاحظات ایمنی بخصوص در برابر زلزله است.

در واقع زلزله‌هاي بزرگ و ويرانگر هر از چند گاهي بخشي از كره زمين را به لرزه درآورده و موجب تلفات و خسارات جاني و مالي فراوان مي‌گردند. تنها طي يک قرن اخير حدود 1000 زلزله مخرب در جهان روي داده و بيش از يک ميليون نفر را به کام مرگ کشانده است. آنچه که در اين ميان نگران کننده است اين است که حدود 20 درصد زمين لرزه‌هايي که طي اين مدت در دنيا رخ داده است به ايران مربوط مي‌شود و حدود 80 درصد تلفات ناشي از این زلزله‌ها مربوط به 6 کشور دنيا از جمله ايران است.

کشور ايران بر روی کمربند زلزله آلپ هيماليا واقع شده است. بررسي‌ها نشان مي‌دهد که بيش از 90 درصد از خاك ايران زلزله خيز است  و اکثر شهرهای ايران را خطر وقوع زلزله‌های شديد تهديد می‌کند. آمارها نشان مي‌دهند که به طور متوسط در هر دهه، زلزله‌اي با قدرت بالاي 7 ريشتر در ايران رخ می‌دهد و در سه دهه اخير، افزون بر 130 هزار نفر از هموطنانمان بر اثر زلزله جان خود را از دست داده‌اند.

وقوع اين حوادث موجب شد که بازنگري هايي در روش‌های اجرایی ساخت و ساز صورت پذيرد و استفاده از مصالح و ساختارهای سبک و انعطاف پذير در اجزاي غيرسازه‌اي، به عنوان راهکاری موثر در ساخت بناهای ايمن در برابر زلزله، در دستور کار قرار گيرد، که از آن جمله می‌توان به بندهای استاندارد 2800 در این خصوص اشاره نمود. استفاده از اجزای غيرسازه‌اي سنگين و صلب باعث افزايش نيروهای وارده از زلزله گرديده و تاثير منفی بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها دارد؛ به طوری که اين آثار می‌توانند موجب نابودی کامل ساختمان‌ها شوند.

برای نشان دادن اهمیت اجزای غیرسازه‌ای در هنگام وقوع زلزله، کمتر موردی مانند تصاویر ساختمان‌های مسکن مهر سرپل ذهاب بعد از زلزله آبان ماه ۱۳۹۶ کرمانشاه که تاثیر بسیار زیادی بر اذهان عمومی به جای گذاشته است، می‌تواند نشان گویایی باشد. در عملکرد مهندسی ساختمان‌ها در مواجهه با زلزله، صرفا تحلیل و طراحی سازه مورد توجه قرار می‌گیرد. این در حالی است که اجزای غیرسازه‌ای (نظیر دیوارهای جداگر و میانقاب‌ها) نیز باید در مقابل زلزله مقاوم باشند. به علاوه، اثرات اجزای غیرسازه‌ای (به ویژه سختی پر کننده‌های میانقابی) بر رفتار لرزه ای سازه نیز باید در نظر گرفته شود.

سیستم‌های ساخت و ساز خشک سبک فولادی

يکی از ساختارهاي مناسب جهت اجرای اجزای غيرسازه‌ای مانند ديوارهاي داخلي و خارجي، نماها و سقف‌های کاذب، سيستم‌هاي ساخت و ساز خشک Drywall Systems مي‌باشد. ساختار کلی سيستم‌هاي ساخت و ساز خشک، شامل صفحات روکش دار گچی (و يا صفحات مسلح سيمانی) و مقاطع فولادی سبک می‌باشد که اين صفحات به عنوان پوشش و مقاطع فولادی به عنوان زيرسازی عمل می‌نمايند. در حال حاضر بيش از 90 درصد ساختمان سازي‌ها در کشورهای پيشرفته جهان با استفاده از اين ساختارها انجام می‌شود و با توجه به پاسخ لرزه ای به دست آمده، سیستم‌های ساخت و ساز خشک سبک فولادی در مقایسه با سایر ساختارهای متداول مانند بتن مسلح یا فولاد، دارای رفتار الاستیک تحت زلزله طراح، با آسیب‌پذیری کم و بسیارکارآمد می‌باشد. خوشبختانه اين فناوري وارد کشور شده و تا کنون پروژه‌هاي بسيار مهمي در سطح کشور با موفقيت اجرا شده است.

ریسک لرزه ای

ریسک لرزه ای به عنوان احتمال زیان و آسیب ناشی از یک زلزله تعریف می‌شود و ترکیب پیچیده‌ای از شدت خطر، میزان آسیب‌پذیری و احتمال مواجهه (معرضیت) است که می‌توان آن را به صورت کمّی از طریق رابطه زیر بیان نمود.

ریسک لرزه ای = شدت خطر * میزان آسیب پذیری * احتمال مواجهه.

در این رابطه نماد ریاضی ضرب به معنای یک رابطه خطی نمی‌باشد و به این خاطر استفاده شده که عبارات مختلف با یکدیگر ترکیب می‌شوند. در واقع می‌توان گفت شدت خطر لرزه‌ای زیاد همیشه به معنای ریسک لرزه‌ای زیاد نیست و بالعکس. در حقیقت، در یک منطقه‌ی غیر متراکم، میزان مواجهه برابر است با صفر و نیز خطر لرزه‌ای زیاد نمی‌تواند هیچگونه ریسک لرزه‌ای را موجب شود . از سوی دیگر، یک منطقه ی متراکم دارای ساخت و ساز ضعیف (احتمال مواجهه و آسیب پذیری زیاد) می‌تواند ریسک لرزه‌ای زیادی حتی در مناطق دارای خطر لرزه‌ای کم، داشته باشد. بنابراین، خطر به خودی خود نمی‌تواند ریسک ایجاد کند. در حالیکه توسعه بدون برنامه ریزی صحیح توان انجام آن را دارد.

راهکارهای کاهش ریسک لرزه‌ای

  • آسیب پذیری لرزه‌ای یک سازه عبارت است از: میزان آسیب‌های وارده بر سازه تحت اثر زلزله‌ای با این شدت مشخص و توانایی گذر از این رخداد. پس از وقوع زلزله می‌توان با ارزیابی آسیب پذیری ساختمان، خسارات وارده و ارتباط آن با شدت زلزله را مشخص نمود. از سوی دیگر، ارزیابی آسیب پذیری پیش از وقوع زلزله اندکی پیچیده‌تر است و برای این منظور روش‌های مدل‌سازی و آماری توسعه داده شده‌اند. در روش‌های آماری، ساختمان‌ها براساس مصالح و روش ساخت وساز آنها با عملکرد ساختمان‌های مشابه در زلزله‌های گذشته مقایسه و دسته بندی می‌شوند. لذا این روش متکی بر وجود اطلاعاتی پیرامون خسارات وارده از زلزله‌های پیشین است، اگر چه همواره چنین اطلاعاتی موجود نیست. در روش‌های مدلسازی، مدل‌های تحلیلی را که ویژگی‌های اصلی ساختمان‌ها را داشته باشند شبیه‌سازی می‌نمایند. سپس آسیب وارده بر اساس زلزله‌های شبیه سازی شده برآورد و ارزیابی می‌شود.

    حفاظت از زندگی انسان‌ها اولین هدف در کنترل ریسک لرزه‌ای است لذا کاهش تلفات و مجروحان در ساختمان در پی وقوع زلزله اهمیت بسزایی دارد. دلیل تلفات انسانی حین وقوع زلزله تنها به فروریختن سازه‌ها مربوط نمی‌شود، بلکه پدیده‌های ناشی از زلزله، همچون رانش زمین (زمین لغزش) ، روانگرایی، سونامی و آتش‌سوزی نیز در آن مؤثرند. این خطرها با میزان احتمال مواجهه در ریسک لرزه‌ای مرتبط هستند. تلفات ناشی از زلزله وابستگی زیادی به تعداد افراد حاضر در منطقه ی وقوع حادثه دارد، خسارات مالی نیز به کیفیت ساختمان‌ها، زیرساخت‌ها و سایر اموال موجود در این مناطق مربوط می‌شود. بدیهی است ریسک لرزه‌ای با متراکم‌تر شدن و افزایش شهرنشینی بدون برنامه‌ریزی در مناطق زلزله‌خیز، افزایش می‌یابد.

    بطور قطع، زمین‌لرزه در برخی مناطق اجتناب‌ناپذیر و خارج از کنترل انسان‌اند، بنابراین خطر لرزه‌ای را نمی‌توان کاهش داد و تنها بهبود دانش مرتبط با آن امکان‌پذیر است. از سوی دیگر، میزان آسیب‌پذیری و احتمال مواجهه را می‌توان کنترل نمود لذا بایستی این موضوع هدف اصلی برنامه‌های کاهش ریسک لرزه‌ای باشد. در حقیقت، راهکارهای نوین برای کاهش ریسک لرزه‌ای عمدتاً بر مشخصه‌های قابل اطمینان همچون نیاز و ظرفیت لرزه‌ای اعضا در شناسایی عملکرد و رفتار آنها تمرکز دارند. این روش شامل برآورد نیاز لرزه‌ای از طریق پهنه‌بندی خطر زلزله و اختصاص ضریب لرزه‌خیزی در منطقه مورد نظر می‌باشد. راهکارهای کاهش آسیب پذیری لرزه‌ای بر ترویج اقداماتی جهت کاستن از آسیب‌پذیری این اعضا، از طریق کاربرد روش‌های مناسب طراحی لرزه‌ای برای ساختمان‌های جدید، مقاوم سازی و ارتقای عملکرد ساختمان‌های موجود، تمرکز دارند.

بررسي آثار زيانبار لرزه‌اي ناشي از به کارگيري مصالح و ساختارهاي نامناسب در اجزاي غيرسازه‌اي

  • به طور کلی برای بررسی و مطالعه اثر خرابی غیرسازه‌ای بر روی رفتار لرزه‌ای سازه‌ها دو عامل اساسی جرم و سختی مد نظر قرار می‌گیرند.

آثار زيانبار ناشي از جرم زياد

- اثر کلی بر سازه:

  • اگر معادله پايه در محاسبات دینامیک سازه‌ها را [m]{x}+[c]{x}+[k]{x}=-[m]{ag} قرار دهيم، در مي‌يابيم که آزاد شدن ناگهاني انرژي پوسته زمين در مرز بين گسل‌ها (زلزله) باعث حرکت يا شتاب زمين  ag  مي‌شود که خود به صورت يک نيروي اینرسی خارجي pt=-m.ag  به سازه اعمال مي‌گردد. اين نيروي خارجي سبب تحريک عکس العمل‌هايي در سازه به صورت نيروهاي اينرسي mẍ  و نيروهاي ميرايي   cẋ و نيروهاي سختي kx مي‌شود. اما نکته قابل توجه اين است که جرم مهمترين نقش را در ايجاد نيروهاي زلزله در سازه‌ها ايفا مي‌کند. به عبارت ديگر، بدون وجود جرم، حرکات ديناميکي سازه بسیار ناچیز خواهد بود. هر قدر که جرم بيشتر باشد نيروي زلزله بزرگتري به سازه وارد مي‌شود. مسلماً حذف جرم در ساختمان غيرممکن است، ولي مي‌توان با به کارگيري مصالح نوين مقدار آن را به حداقل رساند. بررسي‌ها نشان می‌دهد که ديوارهای ساخت و ساز خشک، 60-90% از ديوارهای بنايي متداول سبک‌تر هستند .

    به طور کلی، سبك سازي موجب می‌شود که ارتعاشات زلزله کمتر بر ساختمان اثر کند و نيروهای مخرب ناشی از زلزله کاهش يابند. بررسی موردی يک ساختمان هفت طبقه نشان می‌دهد که استفاده از ديوارهای سبک به جای ديوارهای سنگين بنايي، موجب کاهش وزن ساختمان به ميزان 36 % و کاهش نيروی زلزله به ميزان 59 % شده است  به لحاظ اقتصادی، سبک سازی موجب می‌شود که مخارج تامين ايمنی سازه در برابر زلزله کاهش يابد. سبك كردن اجزای غيرسازه‌اي علاوه بر اينکه نيروهاي جانبي ناشي از زلزله را کاهش مي‌دهند، نيروهاي قائم (بار مرده) وارده بر ساختمان را نيز کاهش داده و در نتيجه ابعاد پی و مقاطع مورد نياز براي تامين ايستايي سازه بسيار بهينه و اقتصادي می‌گردد. از سوی دیگر کاهش وزن سازه منجر به افزایش زمان تناوب خواهد شد که در غالب موارد به کاهش مقدار ضریب بازتاب و در نتیجه کاهش نیروی برش پایه زلزله وارده بر سازه می‌انجامد.

اثر موضعی بر اجزای غيرسازه‌ای:

  • به کارگيري ديوارهای سنگين، نه تنها جرم کلی ساختمان را افزايش مي‌دهد و باعث هدايت نيروهاي بيشتري از زلزله به سازه مي‌شود، بلکه سبب می‌شود که اين اجزا به خاطر وجود جرم‌های زياد و به دلیل اتصال به سازه به عنوان قطعه الحاقی، تحت اثر شتاب زلزله، در امتداد عمود بر صفحه خود دچار ناپايداري و انهدام خارج از صفحه شوند؛ خصوصاً وقتي که اين اجزا با وجود وزن زياد، به سازه مهار نشده باشند. اجزای غيرسازه‌ای بايد خود در مقابل زلزله مقاوم باشند. آزمايشات نشان می‌دهد که ديوارهای سیستم‌های ساخت و ساز خشک به خوبی در برابر شتاب‌هايی به بزرگی بيش از g5 مقاومت دارند اين در حالي است که شتاب مبنای طرح بر اساس استاندارد 2800 در زلزله خيزترين مناطق ايران حداکثر g 0.35 در نظر گرفته می‌شود. عوامل مهمی که باعث پايداری این ديوارها شده است، وزن بسيار کم و ساختار ترکيبی لايه‌های پوششی با سازه‌های فولادی سبک به کار رفته در آن‌ها می‌باشد.

    اثر موضعی نيروهای ناشی از زلزله بر روی اجزای غيرسازه‌ای به خصوص ديوارها را بايد جدي گرفت. فروريزی ديوارها همواره خطری مرگبار برای انسان‌ها به حساب می‌آيد و آوارهای به جای مانده از تخريب زلزله، دسترسی و امداد رسانی را به آسيب ديدگان دشوار می‌سازد و مسلماً هر چه حجم و گستردگی آوار بيشتر باشد، شانس نجات و زنده ماندن مصدومين نيز کاهش می‌يابد. به علاوه، چنانچه ديوارهای بنايي نقش باربری را در ساختمان داشته باشند، فروريزی آن‌ها موجب نابودی کل بنا خواهد شد .

    از نظر اقتصادی نيز از بين رفتن اجزای غیرسازه‌ای می تواند خسارت‌های فراوانی به ساختمان وارد سازد؛ به طوري که پس از وقوع زلزله‌ها، بعضاً در ساختمان‌ها مشاهده شده است كه خرابي اسکلت سازه‌ها گسترده نبوده ولي خرابي اجزای غيرسازه‌اي به حدي است كه كل ساختمان بايد جمع آوري گردد. در ايران قيمت اسكلت به طور ميانگين و تقريبی 25 % قيمت كل ساختمان است و هزينه‌های مربوط به اجزای غيرسازه‌اي حدود 75 % قيمت كل ساختمان را در بر می‌گيرد. بنابراين، در صورت خرابي یک ساختمان، علاوه بر اسكلت، هزينه سنگيني به اجزای غيرسازه‌اي تعلق مي‌گيرد و به لحاظ مسائل اقتصادي شايد صلاح باشد كه در صورت تخريب گسترده اين اجزا، اسکلت ساختمان نيز تخريب و از نو ساخته شود. به علاوه، موضوع استفاده از ساختارهاي مناسب جهت ديوارهاي تاسيساتي و حفاظت از تاسيسات ساختمان نيز اهميت زيادي دارد؛ زيرا علاوه بر هزينه‌های سنگين بازسازی تاسيسات ساختمان و ملاحظات اقتصادي، اهميت اين موضوع به ويژه براي ساختمان‌هايي مانند بيمارستان‌ها، که پس از وقوع زلزله ملزم به سرويس دهی بدون وقفه هستند، مشخص مي‌شود.

تشديد اثر P-Δ :

  • وجود اجزای غيرسازه‌اي سنگين در ابنيه، که معمولا از مصالح بنايي سنتی ساخته می‌شوند، موجب افزايش نيروهای ثقلی و در نتيجه افزايش اثر P-Δ می‌شود. اثر P-Δ ، اثر ثانوي بر روی برش‌ها و لنگرهای اجزای قاب است، که به واسطة عملکرد بارهای قائم بر روی سازه تغيير شکل يافته به وجود می‌آيد. اين عامل طبق توصیه استاندارد 2800 ایران بايد به طور جدي مد نظر قرار گيرد.

آثار زيانبار ناشي از سختی جانبی اولیه ميانقاب‌های بنايي متداول

  • اثرات مثبت سبک سازی، به عنوان يکی از راهکارهای مؤثر در افزايش ايمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله، خوشبختانه در کشور به خوبی شناخته شده است. اما متأسفانه آنچه که معمولا در تحليل و طراحی سازه‌ها مد نظر قرار نمي‌گيرد، اثرات اجزای غير سازه‌اي، به ويژه سختی پرکننده‌های ميانقابي، بر رفتار کلی سازه است. به طور معمول در تحليل و طراحی ساختمان‌ها، اثرات متقابل ديوارهای ميانقابي و اسکلت ساختمان در نظر گرفته نمی‌شود؛ اما در عمل اين اجزا وجود دارند و اثرات قابل توجهی بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها دارند (در اين صورت مدل سازه در هنگام تحليل، با رفتار واقعی سازه مغايرت خواهد داشت). اين اجزا در ناحيه ارتجاعی، سختی جانبی سازه را به مقدار قابل توجهی افزايش مي‌دهند. بنابراين به علت وجود همين سختی غير ماندگار و کاذب اوليه، بارهای بزرگ پيش‌بينی نشده‌ای در هنگام وقوع زلزله به سازه وارد می‌شود که اجزای سازه برای مقابله با آ‌ن‌ها طراحی نشده و مقاومت کافی در برابر آن‌ها را ندارند و به همين علت، ساختمان ممکن است فرو ریزد. از سوی ديگر، از آنجا که خود ميانقاب‌ها جهت مقابله با اين نيروها طراحی نشده‌اند، مقاومت کافی در برابر بارها و ضربات متوالی را نداشته و تخريب مي‌شوند.

    لذا جهت حل اين معضل، بايد ديوارهای ميانقابی در مدل سازه به عنوان اجزای سازه‌ای در نظر گرفته شوند و محاسبه گردند و اثرات متقابل ميان آن‌ها و سازه ملحوظ گردد؛ يا بايد با تمهيداتی، ديوارهای ميانقابي را از اسکلت سازه مجزا نمود و يا از ساختارهايي استفاده شود که دارای انعطاف کافی در برابر حرکات زلزله باشند، تا از مشارکت اين اجزا در باربری جانبی سازه جلوگيری شود. رعايت توصيه‌های استاندارد 2800 ایران، به ويژه در اجرای ساختمان‌های مهم و بلند مرتبه، اهميت فراوانی دارد. ذيلاً به بررسی برخی آثار ناشی از صلبيت پرکننده‌های ميانقابی در رفتار لرزه‌ای ساختمان‌ها می‌پردازيم:‌

- تشديد پاسخ ديناميکی سازه:

  • استفاده از ديوارهای ميانقابي صلب، باعث افزايش سختی جانبی سازه (در ناحيه ارتجاعی) و کوتاه شدن دوره تناوب طبيعی آن می شود که در اين صورت، اثر زلزله ورودی به سيستم تغيير نموده و پاسخ ديناميکی سازه در غالب موارد با کاهش زمان تناوب، ضریب بازتاب B در بخش سوم طیف افزایش یافته و در نتیجه با افزایش مقدار ضریب زلزله C برش زلزله نیز افزایش خواهد یافت.

اثر طبقه نرم:

  • اگر پرکننده‌های ميانقابی صلب در ارتفاع توزيع غيريکنواختی داشته باشند، اين امر می‌تواند باعث تمرکز ناخواسته و پيش‌بينی نشده جا به جایی‌ها در يک تراز (طبقه) خاص شود و با اعمال نيرو و ضربه‌های متوالی موجب ناپايداری و انهدام کلی سازه شود. درساختمان‌هاي چند طبقه كه بر روی پيلوت ساخته مي‌شوند مشاهده شده است که در طبقات فوقاني، ديوارهای ميانقابي مانند بادبندهاي قوی عمل نموده و بخش فوقاني سازه را سخت مي‌نمايند؛ در حالي‌که در طبقه زيرين (پيلوت) ديوارهای کمتری به کار رفته و آن سختی وجود ندارد. در نتيجه در هنگام وقوع زلزله، تغییر مکان‌های قابل توجهی در آن طبقه ایجاد می‌شود و سازه به دلیل نیروهای قابل توجه ایجاد شده در این طبقه دچار ناپایداری و انهدام موضعی یا کلی خواهد شد .

- اثر ستون کوتاه:

  • سختی ديوارهای ميانقابي، موجب تغيير توزيع نيروهای برشی در طبقه شده، که در اين صورت به برخی از ستون‌ها نيرويی بيشتر از نيروی طراحی اوليه وارد می‌گردد. در عين حال، ديوارهای احاطه کننده ستون، اگر در تمام ارتفاع، ستون را در برنگرفته باشند، طول مؤثر آن را کوتاه نموده و رفتار خمشی ستون به رفتار برشی ميل می‌کند. ضمن آن که سختی جانبی ستون به شدت افزایش می‌یابد و برش بیشتری جذب می‌کند که غالبا قادر به تحمل این برش اضافه نیست. در اين حالت ممکن است در ستون‌ها شکست ترد برشی رخ دهد که خود می‌تواند باعث ناپايداری و ويرانی کامل سازه شود. به اين پديده اصطلاحا اثر ستون کوتاه گفته می‌شود.

- اثر پيچش:

  • اگر پرکننده‌های ميانقابی صلب در پلان توزيع نامتقارنی داشته باشند، اين امر باعث ايجاد پيچش ناخواسته و پيش‌بينی نشده در سازه شده، که اين عامل خود موجب تغيير توزيع نيروها در اجزای باربر جانبی می‌گردد. عدم بررسی اين موضوع می تواند باعث ناپايداری و انهدام کلی سازه شود.

- شکست انفجاری ديوارها:

  •  

    اگر ديوارهای پرکننده به طور صلب به قاب سازه‌ای متصل شده باشند، ديوار به تبعيت از تغيير شکل قاب، تغيير شکل می‌یابد. اگر ديوار تحمل تغيير شکل بيش از حد را نداشته باشد، به صورت انفجاری در خارج از صفحه خود گسيخته می‌گردد. دليل اين امر، سختی بالای مصالح بنايي سنتی می‌باشد که باعث جذب بيش از حد نيرو های زلزله به ديوار می‌شود.

    اگر در ديوارهای ميانقابی از مصالح و ساختارهای انعطاف پذير استفاده شود، اثرات فوق الذکر در طراحی قابل صرف نظر کردن خواهند بود. در عمل، پر کننده‌های ميانقابی از مصالح سخت مانند بلوک‌های بتنی، سفالی و آجر ساخته می‌شوند که اثرات فوق در آن‌ها قابل ملاحظه است؛ در صورتي که ديوارهای خشک کاملاً انعطاف پذير بوده و با استفاده از جزئيات خاص و با اجرای اتصالات کشويی لغزان، می توان آن‌ها را کلاً از قاب‌های سازه منفک نمود. در اين حالت، از اثرات متقابل بين ديوار و سازه به طور کامل جلوگيری می‌شود.

آثار زيانبار ناشي از روش‌های نادرست اجرايي (اتصالات نامناسب اجزای غير سازه‌ای)

  • يکی از مسائلی که می‌تواند در هنگام وقوع زلزله بسيار خطر آفرين باشد، عدم رعايت اصول اجرايي صحيح مربوط به اتصال ديوارها به سازه و همچنين عدم ايجاد اتصال مناسب در قطعات نما، سقف‌های کاذب و سقف‌های تزئيني معلق می‌باشد. همانگونه که قبلا اشاره شد، ديوارهای سنگين تحت اثر شتاب زلزله ممکن است دچار ناپايداری خارج از صفحه شوند. اين پديده به خصوص در محل‌هایی که اتصال مناسب ميان ديوار و سازه صورت نگرفته باشد، تشديد می‌گردد. در ديوارهای به دليل سبکی وزن از يک سو و ايجاد اتصالات مناسب ميان ديوار و سازه از سوی ديگر، اين پديده رخ نمی‌دهد و خطر فروريزی ديوارها بر ساکنين و ايجاد آوار بر طرف می‌گردد.

    يکی ديگر از خطرات جدی در هنگام وقوع زلزله، جدا شدن و فروريزی قطعات نما است. در روش‌های متداول معمولا از قطعات سنگ نما و آجر پلاک استفاده می‌شود که به صورت دوغابی بر بدنه ديوارهای خارجی اجرا می‌شوند. عدم وجود اتصال مناسب ميان اين قطعات و بدنه ديوارهای خارجی موجب می‌شود که در هنگام وقوع زلزله، جابه جايي و لرزش‌ها در مصالح مستهلک نگشته و نما فرو بريزد و حتی در صورت استفاده از اندودهای کم ضخامت در نما (مانند نماهای سيمانی)، ممکن است کل بدنه ديوار خارجی ساختمان دچار گسيختگی انفجاری يا ناپايداری خارج از صفحه گردد، که در اين صورت نيز خطر فروريزی نما وجود خواهد داشت.

    در انتها لازم است به معضل ساخت سقف‌های کاذب و سقف‌های تزئينی معلق با استفاده از رابيتس و گچ کاری سنتی اشاره نماييم. اين ساختار از يک سو سنگين بوده و از سوی ديگر معمولا در اجرای اتصالات و مهارهای شبکه نگهدارنده معلق توجه کافی صورت نمی‌گيرد. در نتيجه در هنگام وقوع زلزله، شبکه نگهدارنده در محل اتصالات از بدنه اصلی ساختمان جدا شده و کل ساختار فرو می‌ريزد يا تکان‌های ناشی از زلزله به دلیل صلبیت و وزن زیاد موجب می‌شود که سقف کاذب به ديوارهای مجاور خود ضربه وارد نمايد و آن‌ها را تخريب کند.

- مطالعه عملکرد لرزه‌ای ديوارهای غير باربر

  • ديوارهای جداکننده و میانقابی به لحاظ لرزه‌ای بايد دارای سه خصوصیت باشند:

    ■ باید سبک باشند.

    ■ باید دارای پايداری جانبی در برابر نيروهای عمود بر صفحه خود باشند.

    ■ باید منعطف باشند، به طوری که برای حرکات جانبی سازه مزاحمت ايجاد ننمايد.

    در اين بررسی، نتايج آزمايشات لرزه‌ای انجام شده در مرکز تحقیقات و آزمایشات آرسنال وین بر روی ديوارهای غیرباربر مورد مطالعه قرار گرفته و مشخص می‌گردد که این ديوارها دارای مزاياي زير می باشند:

    ■ وزن بسيار کم در مقايسه با ديوارهای بنايي

    ■ پايداری موضعی و استحکام در برابر نيروهای زلزله

    ■ رفتار ميانقابی ايده‌آل با توجه به انعطاف پذيری و جزئيات اجرايي مناسب جهت مجزاسازی ديوار از سازه

    ■ عدم شکست انفجاری و عدم ايجاد آوار

    مطابق با نمودار مشخص می‌شود که ديوارهای ساخت و ساز خشک ، 60% – 90% از ديوارهای معمولی سبک‌تر هستند. ديوارهاي بنايي غيرباربری که در ساختمان‌ها استفاده مي‌شود، حداقل بين 65 – 220 كيلوگرم بر متر مربع وزن دارند؛ در صورتيكه مي‌توانيم همان بهره را از ديوارهای خشک بگيريم که فقط 25 كيلوگرم بر متر مربع وزن دارند و این اختلاف در وزن واحد سطح ديوار، رقم بسيار بزرگ و قابل توجهي است.

    ديوارهای غیرباربر خشک به خوبی می‌توانند در مقابل نيروهای زلزله در امتداد عمود بر صفحه خود مقاومت کنند. آزمايشات نشان می‌دهد که این دیوارها به خوبی در برابر شتاب‌هايی به بزرگی بيش از g5  مقاومت دارند. اين در حالي است که شتاب مبنای طرح در زلزله خيزترين مناطق ايران حداکثر g 0.35 در نظر گرفته می‌شود. 

    ديوارهای غیر باربر خشک دارای رفتار ميانقابی ايده‌آل بوده و کاملاً انعطاف پذير می‌باشند. با قرار دادن فاصله آزاد ميان ديوار و سازه به اندازه تغيير مکان نسبی حداکثر طبقه و با اجرای اتصالات کشويی لغزان، می‌توان ديوارها را کلاً از قاب‌های سازه جدا نمود .در اين حالت، از اثرات متقابل بين ديوار و سازه به طور کامل جلوگيری می‌شود. همچنين، ديوار دچار شکست انفجاری نشده و آوار برجای نمی‌گذارد.

مطالعه عملکرد لرزه‌ای سقف‌های کاذب

  • سقف‌های کاذب ساخت و ساز خشک سبک بوده و دارای اتصالات و مهارهای استاندارد و مستحکم می‌باشند. آزمايشات انجام شده در مرکز تحقیقات و آزمایشات آرسنال وین نشان می‌دهد که سقف‌های کاذب به خوبی در برابر شتاب‌هايی به بزرگی g0.5  از خود مقاومت و پايداری نشان می‌دهند.

    در آزمايشات مذکور، رفتار لرزه‌ای سقف‌های معلق در حالت های مختلف مورد بررسی قرار گرفت تا ارتباط ميان سختی سيستم تعليق و ابعاد سقف، با پاسخ ديناميکی ساختار مشخص شود.

    سختی سيستم تعليق به تعداد، چيدمان و سختی آويزها بستگی دارد  نتايج آزمايشات نشان می‌دهد که سيستم‌های تعليق صلب (سخت)، عملکرد لرزه‌ای بهتری نسبت به سيستم‌های تعليق انعطاف‌پذير (نرم) دارند. پديده تشديد (رزونانس) موجب می‌شود که لنگرهای خمشی و تغيير شکل‌ها در سيستم‌های تعليق انعطاف‌پذير به مراتب بيشتر از سيستم‌های تعليق صلب باشد؛ به طوری که در سيستم‌های تعليق انعطاف‌پذير، لنگرهای خمشی حاصل از نيروهای ديناميکی، از ظرفيت خمشی پروفيل‌های به کار رفته در ساختار اندکی تجاوز می نمايد. بنابراين، بايد در مناطق زلزله خيز از سيستم های تعليق صلب استفاده شود.

    نتيجه ديگر اينکه ابعاد و شکل سقف، تأثير چندانی بر روی تغيير شکل‌ها ندارد.

    در اجرای سقفهای کاذب مورد آزمایش نکات زير رعايت شده است:

    ■ برای پايين نگه داشتن وزن سقف، ترجيحاً از يک لايه صفحه گچی استفاده شده است. البته رعايت اين امر در همه موارد امکان‌پذير نيست؛ چرا که در برخی موارد برای تأمين مقاومت در برابر حريق، استفاده از يک لايه کافی نبوده است.

    ■ آويزها تا حد امکان نزديک به نقاط تقاطع پروفيل‌ها نصب شده است.

    ■ ارتفاع آويز تا حد امکان کم بوده است.

    ■ اتصالات به آويزها و سازه‌ها پیچ شده‌اند.

    ■ اتصال جانبی سقف به نحوی اجرا شده که امکان حرکت در جهت افقی وجود داشته باشد، اما در جهت عمودی ثابت باشد.

    ■ فاصله اولين سازه تا جداره کناری خود حدود 10 ميليمتر بوده است.

    ■ کليه عوامل موجود در فضای بالای سقف، که جزئی از سقف کاذب محسوب نمی‌گردند (مانند تأسيسات)، بايد آويز جداگانه داشته و وزن آن‌ها بر اجزای سازه سقف کاذب تحميل نشده است.