با روش های مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله آشنا شوید

زلزله یکی از پرخطرترین و در عین حال پدیده ای غیرقابل پیش بینی است که هر ساله جان و مال میلیون‌ ها انسان را در سراسر دنیا تهدید می‌ کند. از آنجایی که کشور ایران در کمربند زلزله‌ خیز جهان واقع شده، مقاوم‌ سازی ساختمان‌ یک ضرورت اجتناب‌ ناپذیر جهت کاهش خسارات ناشی از زمین‌ لرزه به شمار می رود. با توسعه شهرنشینی، افزایش جمعیت و همچنین ساخت‌ و سازهای متنوع، نیاز به طراحی و اجرای راه کارهای اصولی و علمی به منظور افزایش مقاومت سازه‌ ها در برابر زلزله بیشتر از قبل حس می شود. ما در این مقاله به تحلیل و بررسی مفهوم ساختمان‌ های ضد زلزله، ساختمان‌ های نیازمند به مقاوم‌ سازی و روش‌ های مقاوم‌ سازی خواهیم پرداخت. با ما همراه باشید.

فهرست مطالب

منظور از ساختمان‌ های ضد زلزله چیست

چه ساختمان‌ هایی به مقاوم‌ سازی در برابر زلزله نیاز دارند

راه‌ های مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله

منظور از ساختمان‌ های ضد زلزله چیست

ساختمان‌ های ضد زلزله به ساختمان هایی اطلاق می گردد که در مقابل نیروهای ناشی از زلزله مقاومت کرده و از تخریب یا آسیب جدی جلوگیری می کنند. این ساختمان‌ ها نه‌ تنها با بهره مندی از متریال و تکنولوژی‌ های مقاوم ساخته می‌شوند، بلکه عکس العمل آن‌ ها در برابر بارهای جانبی ناشی از زلزله به‌ شکل اصولی مدل‌ سازی و مهندسی شده است.

ساختمان های ضد زلزله از ویژگی هایی نظیر؛ طراحی اصولی طبق آیین‌ نامه‌ های لرزه‌ ای از جمله (آیین‌ نامه 2800 در ایران)، بهره مندی از سیستم‌ های جذب انرژی از جمله؛ میراگرها (دمپرها)، استفاده از جداگرهای لرزه‌ ای و توزیع متوازن جرم و سختی در سازه، قابلیت تعمیر و امکان بازسازی بعد از وقوع زلزله، اتصال قدرتمند بین اجزای سازه‌ مانند (ستون، تیر، سقف و دیوارها) جهت جلوگیری از گسیختگی یا ریزش موضعی و ... برخوردار می باشد.

در حقیقت هدف اصلی طراحی سازه های ضد زلزله، حفظ امنیت و جان ساکنین، جلوگیری از تخریب سازه در هنگام وقوع زلزله، کنترل آسیب در زلزله های متوسط، حفظ سرمایه، کاهش خسارات مالی افراد و ... است، حتی اگر آسیب‌ هایی سطحی و جزئی به بنا وارد شود.

بیشتر بخوانید: ویژگی های ساختمان های ضد زلزله

بستن تبلیغ

چه ساختمان‌ هایی به مقاوم‌ سازی در برابر زلزله نیاز دارند

 طبق استانداردها، تمام ساختمان ها باید با رعایت اصول مقاومت در برابر زلزله طراحی و اجرا شده باشند. ولی بعضی از ساختمان ها در این مورد دارای ضعف بوده و نیاز به مقاوم سازی برابر زلزله دارند. این مساله مخصوصاً در مورد ساختمان هایی که در بافت فرسوده قرار دارند صدق می کند. در ادامه خواهیم گفت که چه ساختمان‌ هایی نیاز سریع به مقاوم‌ سازی دارند:

ساختمان‌ های قدیمی (پیش از تصویب آیین‌ نامه‌ های لرزه‌ ای)

این نوع ساختمان ها معمولاً دارای اعضا و اجزای مقاوم در برابر زلزله نیستند. این ساختمان ها به دلیل اینکه دارای متریال های ضعیف هستند در برابر زلزله بسیار آسیب پذیرند. همچنین ممکن است این ساختمان ها با روش‌ هایی ساخته شده‌ باشند که مقاومت کمی در برابر زلزله ایجاد کند. بنابراین این مدل ساختمان ها احتیاج به مقاوم سازی سریع در برابر زلزله دارند.

ساختمان‌ های فاقد سیستم باربر جانبی مؤثر

ساختمان هایی که سیستم مهار جانبی اعم از مهاربند، قاب خمشی یا دیوار برشی ندارند نیاز به مقاوم سازی خواهند داشت. 

ساختمان‌ هایی که تغییر کاربری داده اند

یکی از عوامل تعیین کننده در طراحی ساختمان ها و میزان بارهای وارده بر آنها، کاربری ساختمان است. در صورتی که کاربری ساختمان به یک کاربری با بارهای مرده یا زنده بیشتری تبدیل شود، نیاز به مقاوم سازی دارد. مثلاً اگر ساختمانی مسکونی به یک فروشگاه یا ساختمان اداری تغییر کاربری دهد به دلیل تحمل بارهای بیشتر، نیاز به مقاوم سازی دارد.

ساختمان های دارای نشتی، ترک یا تغییر شکل مشهود

ساختمان هایی که در اعضای سازه ای یا غیر سازه ای با ترک، تغییر شکل، قوس یا تغییر حالت مواجه شوند نیاز به بررسی دارند. در صورتی که این تغییر شکل ها به بارهای مرده یا زنده و سازه ساختمان مربوط باشد باید ساختمان را مقاوم سازی کرد. این علائم از هشدارهای قبل از شکست یا ریزش اعضای سازه ای هستند که باید با روش های مناسب مقاوم شوند.

ساختمان‌ های واقع در مناطق زلزله‌ خیز

ساختمان هایی که در مناطق روی گسل یا در شهرهایی با سابقه زمین‌ لرزه شدید قرار گرفته اند.

ساختمان هایی که طراحی و اجرای ضعیفی دارند

بناهایی که بدون بررسی و نظارت مهندسی و یا با متریال غیر استاندارد ساخته شده اند و یا در هنگام ساخت از آیین نامه های لرزه ای پیروی نکرده اند.

ساختمان هایی با هندسه نامنظم در نقشه و ارتفاع

پلان و حجم ساختمان باید تا جای ممکن به صورت متعادل و متقارن طراحی و اجرا شود. این ویژگی موجب می شود رفتار سازه در برابر نیروهای جانبی زلزله بهتر بوده و مقاومت بیشتری داشته باشد. ساختمان هایی که پلان نامنظمی مانند؛ L شکل ، T شکل و ... و طبقات نامنظم و همچنین طبقه همکف فاقد دیوار هستند.

بستن تبلیغ

راه‌ های مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله

مقاوم‌ سازی ساختمان در برابر زلزله راه های مختلفی دارد که نسبت به نوع سازه، میزان آسیب‌ پذیری و همچنین وضعیت اقتصادی و فنی مورد استفاده قرار می گیرند. مهم‌ترین روش‌ های مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله عبارت‌اند از:

تقویت عناصر مقاوم جانبی

• بادبند: بالابردن سختی جانبی سازه از طریق نصب عناصر قطری یا ضربدری در قاب‌ ها.
• دیوار برشی بتن مسلح یا فولادی: جذب نیروهای جانبی و انتقال آنها به فونداسیون.

افزایش ساختار یکپارچه سازه

• اتصال بهتر بین اعضای سازه‌ ای مانند (تیر به ستون یا سقف به دیوار)
• بهره مندی از کاشت میلگرد یا استفاده از صفحه‌ های فولادی

مقاوم‌ سازی فونداسیون

• پیاده سازی خاک زیر پی با افزودن دوغاب یا اجرای شمع
• تعویض یا تقویت شالوده‌ های غیر استاندارد و آسیب دیده

استفاده از روکش های FRP و CFRP

مقاوم سازی و تقویت ستون‌ ها یا تیرها با استفاده از روکش های تقویت کننده FRP  که از الیاف پلیمری (کامپوزیتی) تشکیل شده است. همچنین روکش های CFRP که متشکل از کامپوزیت الیاف کربن هستند برای مقاوم سازی تیر و ستون ها به کار می رود.

نصب سیستم‌ های کنترل لرزه‌ ای

• میراگرها: کاربرد میراگرهای اصطکاکی، هیسترزیس و ویسکوالاستیک در فونداسیون ساختمان باعث استهلاک انرژی زلزله می شود. این میراگرها در هنگام وقوع زلزله با کاهش دامنه زلزله، نیروی کمتری را به سازه منتقل می کنند.
• جداگرهای لرزه‌ای: جدا کردن سازه از زمین با اجرای لایه‌ هایی بین سازه و فونداسیون با استفاده از جداگرهای لرزه ای انجام می شود.  این جداگرها برای عدم انتقال انرژی زلزله به ساختمان به کار می روند. جداگر لرزه ای به دو نوع لاستیکی و اصطکاکی تقسیم می شود.

سبک‌ کردن سازه و کاهش جرم مؤثر لرزه‌ ای

سبک بودن سازه ساختمان یکی از عوامل اصلی برای مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله است. سبک سازی ساختمان با از بین بردن دیوارهای غیر باربر اضافی یا حذف مصالح سنگین با مصالح سبک‌ تر انجام می شود. وزن یا جرم ساختمان هر چقدر بیشتر باشد جرم موثر در برابر زلزله افزایش یافته و انرژی زلزله بیشتری را جذب می کند.

اتصالات انعطاف پذیر

       یکی از راه های مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله ، طراحی و اجرای اتصالات مقاوم و انعطاف پذیر است. اتصالات انعطاف پذیر بر خلاف اتصالات صلب و سخت، انرژی کمتری را به اعضای سازه ای منتقل می کنند. هر چه اتصالات گیردار و سخت باشند مانند اتصالات جوشی، انعطاف پذیری کمتری خواهند داشت. با طراحی اتصالات انعطاف پذیر مانند پیچ و مهره ای ، ساختمان مقاومت بیشتری در برابر زلزله خواهد داشت.

پس کشیدگی سقف

پس کشیدگی به کارگیری رشته‌های فولادی با مقاومت کششی بالا درون بتن سقف و اعمال پیش‌تنش معینی بر آن است. این کار باعث می‌شود بتن بتواند تنش‌های وارده بر سقف را بهتر تحمل کرده و دیافراگم سازه‌ای یکپارچه شود. پس کشیدگی در سقف سازه، منجر به پیوستگی و انسجام بهتر بین رشته‌ها و بتن می‌گردد و مقاومت برشی و کششی اعضا را افزایش می‌دهد. به دلیل دیافراگم به هم پیوسته تر در سیستم‌های پیش-تنیده و پس-کشیده نسبت به روش‌های معمول، سقف عملکرد لرزه‌ای بهتری از خود نشان می‌دهد. 

طراحی فونداسیون انعطاف‌پذیر

طراحی فونداسیون انعطاف‌پذیر یکی از رویکردهای مؤثر برای مقاوم‌ سازی ساختمان ها در برابر زلزله است. این امر با قرار دادن فونداسیون سازه بر روی میراگرهای انعطاف‌پذیر از جنس فولاد و لاستیک در بالاى سطح زمین انجام می‌شود. این میراگرها با اجازه حرکت کنترل‌شده سازه در پاسخ به نیروهای افقی زلزله، انرژی لرزه را جذب کرده و از انتقال بیشتر انرژی به ساختمان جلوگیری می‌کنند. در نتیجه پاسخ دینامیکی سازه بهبود می‌یابد و احتمال خرابی کاهش می‌یابد. همچنین طراحی پی‌های عمیق و گسترده با توزیع نیروهای لرزه‌ای بهتر طراحی می شوند. همچنین استفاده از میکروپایل‌ها و شمع‌های مقاوم فونداسیون را تقویت می‌کند و با تزریق مواد مقاوم‌کننده در خاک ظرفیت باربری و پایداری پی را افزایش می‌دهد. این ترکیب یک فونداسیون و خاک یکپارچه برای هر دو لایه زیرین ساختمان و اتصالات سطح بالا ایجاد می کند. این یکپارچگی پایداری سازه را در برابر ارتعاشات لرزه‌ای به طور قابل توجهی بالا می برد.

کاربرد فیبر های تقویتی در بتن

فیبرهای تقویتی در بتن به عنوان روشی جدید و موثر برای افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله به کار می‌روند. فیبرهای فولادی با ترکیباتی مختلف برای بهبود مقاومت در برابر خوردگی و انعطاف‌پذیری در بتن ساختمان به کار می روند. این فیبرها باعث تقویت شبکه کششی و برشی بتن می‌شوند تا در برابر نیروهای دینامیکی و ارتعاشات مکرر مقاومت بیشتری از خود نشان دهند. همچنین فیبرهای پلیمری هم در ترکیب با رزین‌های اپوکسی و ترکیبات ترموپلاستیک، رفتار سازه را در حرکت‌های ناگهانی و شدت لرزه بهبود می دهند. این فیبرها به عنوان تقویت‌کننده‌های افزودنی در بتن، با بهبود پیوستگی بین دانه‌ها و توزیع بهتر تنش‌ها، باعث مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله می شوند. 

استفاده از حس گر های الکترونیکی و سیستم‌های هوشمند 

در ساختمان‌های ضد زلزله، به کارگیری سیستم‌های هوشمند و حسگرهای الکترونیکی برای نظارت مداوم بر وضعیت سازه به یک ضرورت تبدیل شده است. این سیستم ها قادرند به صورت دقیق و پیوسته پاسخ سازه را به بارهای وارد شده، به‌ویژه نیروهای زلزله، بررسی کنند. خروجی این تحلیل و نظارت، اطلاعات حیاتی مرتبط با سلامت سازه است که در اختیار مهندسان قرار می گیرد. این حسگرها مانند چشم‌های هوشمند عمل می‌کنند و با جمع‌آوری داده‌های مربوط به تغییر شکل، حرکات، ارتعاشات و تغییرات محیطی، امکان تشخیص نقص یا خرابی‌های سازه را فراهم می‌کنند. مهندسان با این سیستم ها و با کنترل سریع‌تر و به‌روزتر سازه و ساختمان، ایمنی آن را حفظ می کنند.