عوامل مهم در طراحی ساختمان ضد زلزله
ساختمان ضد زلزله، یک نوع ساختمان است که برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی زلزله طراحی شده است. این ساختمان باید توانایی داشته باشد تا در هنگام وقوع زلزله، نه تنها از دست دادن ساختار خود جلوگیری کند، بلکه با توجه به نوع وظیفه‌ای که دارد، عملکرد خود را حفظ کند.
دو عامل مهم برای مقاومت در برابر زلزله
در طراحی و ساخت ساختمان‌ها و سازه‌ها، دو عامل مهم برای افزایش مقاومت در برابر زلزله به عنوان سبکی و انعطاف‌پذیری مطرح می‌شوند. این دو ویژگی به صورت زیر می‌توانند به مقاومت در برابر زلزله کمک کنند.
سبک بودن ساختمان
به عنوان یک توصیه آسان، می‌توان اظهار کرد که ساختمان‌های سبک‌تر ممکن است مقاومت بیشتری در برابر زلزله داشته باشند. به عبارت دیگر، هر چه ساختمان ساخته‌شده سبک‌تر باشد، احتمالاً میزان مقاومت آن در برابر زلزله نیز بیشتر است. این اصل رعایت شده توسط ژاپنی‌ها است که برای افزایش مقاومت در برابر زلزله، به ساختمان‌هایی با سبکی بالا تمایل دارند.
اگر به موضوع زلزله اهمیت می‌دهید از شما دعوت می‌کنیم که این مقاله را بخوانید ؛ روش های مقاوم سازی ساختمان
برای توضیح این موضوع، فرض کنید یک کارتن مقوایی را بدون محتوا در صحرا یا بیابان قرار دهید. حالا فرض کنید یک زلزله با قدرت ۷ ریشتر رخ دهد. در این حالت، به نظر می‌رسد که کارتن مقوایی تحت تأثیر زلزله کمتری قرار می‌گیرد و به عبارت دیگر، تاثیر زلزله بر آن به حداقل می‌رسد. این واقعیت نشان‌دهنده اهمیت سبکی در پایداری ساختمان در مواجهه با زلزله است.
انعطاف‌پذیری ساختمان
عامل دوم مهم در افزایش مقاومت ساختمان در برابر زلزله، انعطاف‌پذیری ساختمان در نقاط اتصال به زمین است. زمانی که ساختمان با روش‌های خاصی به طور انعطاف‌پذیر بر زمین یا فونداسیون قرار می‌گیرد، این ساختمان‌ها بهترین توانایی را در مقابل نیروهای زلزله از خود نشان می‌دهند. برای توضیح این مسئله، یک مثال ساده را در نظر بگیرید.
در جملات بالا به فونداسیون اشاره شد ؛ فونداسیون چیست و کاربردهای آن
در این مثال فرض کنید که در محیط بیابان یا صحرا قرار داریم و یک اتوبوس را در مکان مورد نظر مستقر می‌کنیم. اگر یک زلزله با شدت ۷ ریشتر رخ دهد، اتوبوس تا حد زیادی تکان می‌خورد و به سمت چپ و راست می‌لغزد. اما چرا این اتوبوس آسیب نمی‌بیند و خرد یا منهدم نمی‌شود؟
علت این امر به عدم اتصال کامل اتوبوس به زمین و انعطاف‌پذیر بودن نقاط اتصال آن به زمین باز می‌گردد. این انعطاف‌پذیری از طریق چرخ‌ها و کمک‌های فنری تعیین می‌شود. با اضافه کردن یک مکانیزم ساده مانند چرخ‌های لاستیکی و کمک‌های فنر زیر ساختمان، ساختمان مورد نظر مقاومت بهتری در برابر نیروهای زلزله از خود نشان خواهد داد.
طراحی و ساخت ساختمان ضد زلزله چگونه است؟
طراحی و ساخت یک ساختمان ضد زلزله به این سادگی که تاکنون ذکر شده، با چالش‌ها و مشکلات زیادی روبرو است. ابتدا باید توجه داشت که ساختمان‌های سبک محدودیت‌هایی دارند و نمی‌توان آنها را به سادگی مانند یک کارتن مقوایی بسیار سبک ساخت. این محدودیت به دلیل نیاز به مقاومت در برابر وزن افراد، امواج زلزله، و اثاثیه درون ساختمان است، به خصوص در قسمت‌های حساس مانند سقف و کف.
همچنین، اگرچه ساختمان‌های سبک در مقابل زلزله می‌توانند مؤثر باشند، اما سبکی بیش از حد می‌تواند آنها را در برابر باد و طوفان ناپایدار کند. در شرایط وزش باد شدید، ساختمان ممکن است جابجا شده و حتی واژگون شود. این موضوع در ساختمان‌های سبک ژاپن، به خصوص در حوادث سونامی، به چالش کشیده شد. در این حوادث، سبکی بیش از اندازه باعث ناتوانی ساختمان در مقابل جریان آب شد و باعث تخریب و تخلیه شهرها شد.
پیشنهاد مقاله ؛ ۵ نکته ایمنی در بازسازی ساختمان
به علاوه، انعطاف‌پذیر کردن پایه‌های ساختمان در محل اتصال به زمین یا فونداسیون نیز به سادگی مورد نظر نیست. این امر به دلیل وزن بالای ساختمان، مقایسه با وزن خودروها یا اتوبوس‌ها و نیاز به سیستم‌های تعلیق پیچیده‌تر است. بنابراین، پیاده‌سازی چنین مکانیزم‌هایی برای ساختمان، با پیچیدگی، وزن زیاد، و هزینه بالا همراه خواهد بود.
نکات مهم در خصوص طراحی ساختمان ضد زلزله
با توجه به مطالب مطرح شده، توصیه اول در طراحی و اجرای یک ساختمان ضد زلزله این است که اسکلت و سازه ساختمان بسیار قوی و محکم باشد، اما قسمت‌های دیگر ساختمان، از جمله دیوارها، کف‌ها، و اجزای فرعی، بسیار سبک طراحی شوند. چنین ساختمانی با مقاومت بالای اسکلت و سبکی جزئیات می‌تواند به عنوان یک ساختمان ضد زلزله مؤثر باشد.
آیین‌نامه‌های معتبر جهانی در زمینه طراحی و اجرای ساختمان‌های ضد زلزله دستورالعمل‌ها و ضوابط زیادی را تعیین کرده‌اند. مهندسان طراح سازه و مجریان ساختمان با رعایت این دستورالعمل‌ها قادر به اجرای ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله خواهند بود.
بنابراین، برای تضمین مقاومت لازم در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله، لازم است که در طراحی از همه ضوابط و دستورالعمل‌های اعلام شده در آیین‌نامه‌های طراحی سازه پیروی شود و در مراحل اجرا، تمامی مقررات کیفی و کمی رعایت گردد.
در این راستا، لازم به یادآوری است که استفاده از اجزای سازه‌ای که در کارخانه ساخته شده و در محل فقط نصب می‌شوند، کیفیت ساخت بالاتری را فراهم می‌آورد. به همین دلیل، درصد ساخت اسکلت در کارخانه و مونتاژ و جوشکاری آن، می‌تواند به عنوان یک معیار برای کیفیت ساختمان مورد نظر مطرح شود.
برعکس، اگر درصد ساخت در محل بیشتر باشد، احتمال کاهش کیفیت و قابل اطمینان بودن ساختمان افزایش می‌یابد، به‌ویژه اگر اتصالات با پیچ و مهره به درستی طراحی نشده باشند. از این رو، می‌توان نتیجه گرفت که ساختمان‌های با اسکلت فولادی، اگر اسکلت آنها در کارخانه مونتاژ و جوشکاری گردد و فاقد اجزا یا سهم کمی از مراحل ساخت در محل باشد، بهترین کیفیت را خواهند داشت.
این مسئله به خصوص مهم است زیرا در مورد ساختمان‌های بتنی، اغلب مراحل ساخت در کارگاه صورت نمی‌گیرد و توسط عوامل کارگاهی در محل ساخت اجرا می‌شود.
شاخصه های مهم در طراحی ساختمان ضد زلزله
علاوه بر نوع اسکلت مورد استفاده (فلزی یا بتنی)، پارامترهای دیگری در طراحی یک ساختمان ضد زلزله تأثیرگذارند. یکی از این پارامترها، شکل هندسی بنا است. به طور کلی، ساختمان‌هایی که دارای ابعاد مربع یا مستطیل هستند، نسبت به ساختمان‌هایی با اشکال مثلثی یا ذوزنقه‌ای، مقاومت بیشتری در برابر زلزله دارند. همچنین، ساختمان‌هایی که دارای شکستگی‌های زیاد در پلان نیستند، معمولاً دچار ضعف کمتری در برابر زلزله می‌شوند.
نکته مهم دیگر در ارزیابی یک ملک جهت مقابله با نیروی زلزله، موقعیت جغرافیایی ساختمان در منطقه است. باید اطمینان حاصل شود که ساختمان به اندازه کافی از گسل‌های معروف شهر و گسل‌هایی با طول زیاد فاصله داشته باشد. این پارامتر به عنوان یک عامل مهم برای مقاومت ساختمان در برابر زلزله مدنظر است.
در ادامه، چند مورد از این نکات را برجسته می‌کنیم:
- طراحی سازه باید توسط مهندسان مجرب و با سابقه در زمینه طراحی سازه انجام شود.
- آزمایشات مکانیک خاک و ژئوتکنیک باید با دقت از محل پروژه انجام شود و نوع خاک با توجه به لرزه‌خیزی و مقاومت مجاز فشاری بررسی شود.
- در صورتی که اسکلت ساختمان از بتن باشد و بخاطر اجرای اسکلت در کارگاه، از پیمانکار اسکلت‌کار بتنی مجرب استفاده شود.
- از بتن مرغوب از نظر مقاومت فشاری در بخش‌های مختلف اجزای ساختمان ( فونداسیون، ستون‌ها، دیوارهای برشی، سقف و انواع آن ) استفاده شود و نمونه‌گیری نمونه بتن از هر بخش با دقت انجام شود.
- قرارداد با تولید کننده بتن معتبر و باکیفیت جهت خرید بتن بسته شود.
- در هنگام اجرای اسکلت بتنی، از مهندس مقیم در پروژه جهت کنترل آرماتوربندی و خاموت‌گذاری استفاده شود.
- کیورینگ بتن اجرا شده، به معنای مراقبت از بتن از جمله جلوگیری از تابش نور شدید خورشید و یخ‌زدگی بتن و آبیاری سطح بتن، اهمیت زیادی داشته باشد.
- با رعایت این موارد، ساختمانی با کیفیت بالا از نظر طراحی و اجرا ایجاد می‌شود و می‌تواند در مقابل نیروهای جانبی، از جمله زلزله، مقاومت مناسبی ارائه دهد.
مقاومت ساختمان فلزی در برابر زلزله
اگر ساختمان مورد نظر دارای اسکلت فلزی باشد، وضعیت به مراتب بهتر خواهد بود. همانطور که در بالا اشاره شد، این به دلیل این است که بخش اعظم تولید و ساخت سازه فولادی در کارخانه انجام می‌شود، که منجر به کاهش دخالت دستی و نیروی کار می‌شود.
بنابراین، سازه با کیفیت بهتری تولید می‌شود. مواد مانند پروفیل‌های فولادی از جمله تیرآهن‌ها، ناودانی‌ها، نبشی‌ها و ورق‌های اتصال در کارخانجات فولاد سازی تولید می‌شوند و دارای استانداردهای کاملی هستند.
لذا، یک عنصر سازه‌ای مانند تیر فولادی از ابتدا تا انتها توسط کارخانه ساخته و تولید می‌شود. از این رو، نگرانی در مورد کیفیت این عناصر نخواهد بود. تنها اگر در اتصال ابتدا و انتهای تیر فولادی، به نام تکیه‌گاه، دقت لازم در نحوه اتصال، به ویژه در جوشکاری، صورت گیرد، دیگر هیچ نگرانی نخواهد بود و می‌توان به اطمینان ادعا کرد که تیر مورد نظر دارای کیفیت بالایی است.
در مورد ستون‌های فولادی پروژه، اگر از ترکیب و اتصال دو پروفیل کارخانه تشکیل شده باشند، تنها باید به جوشکاری برای اتصال دو پروفیل به یکدیگر توجه کنید. اما اگر ستون‌ها از نوع باکس باشند، باید ورق‌هایی از چهار طرف به یکدیگر جوش گردیده و متصل گردند، که باز هم تنها در خصوص جوش اتصال ورق‌ها باید حساسیت نشان داد.
البته باید یادآوری کرد که تمام جوشکاری‌ها در کارخانه، از جمله برش و مونتاژ ساخت اسکلت، توسط دستگاه‌های تمام اتوماتیک و با استفاده از جوش زیرپودری صورت می‌گیرد که از کیفیت بالایی برخوردار است. بنابراین، حساسیت فقط در خصوص جوشکاری‌هایی وجود دارد که در کارگاه ساختمانی و توسط عوامل انسانی انجام می‌شود.این موضوع به ویژه در جوشکاری‌های نفوذی که در محل اتصال گیردار تیر به ستون انجام می‌شود، بسیار مهم است.
به نحوی که تمام جوش‌های نفوذی انجام شده در کارگاه با دستگاه التراسونیک مورد کنترل و آزمایش قرار گیرد، تا از صحت کیفیت آن اطمینان کامل حاصل شود. البته به دلیل حساسیت بالا و اهمیت فوق‌العاده ای که جوشکاری‌های نفوذی در محل اتصال دارند، و متاسفانه این بخش از کار در کارگاه و توسط عوامل انسانی انجام می‌شود، طراحان سازه نقشه‌های سازه را به گونه‌ای تهیه می‌کنند که این بخش از اتصالات نیز در کارخانه و با کیفیت عالی توسط دستگاه‌های اتوماتیک انجام گیرد، و اتصالات ساده و تقریباً با اهمیت کم را به جوشکار کارگاه بسپارند.
جمع بندی نهایی
در نتیجه، طراحی ساختمان ضد زلزله یک فرآیند پیچیده و چالش‌برانگیز است که به عوامل مختلفی نیاز دارد تا ایمنی و مقاومت لازم را در برابر زلزله فراهم کند. اسکلت قوی و انعطاف‌پذیر، جوشکاری با کیفیت بالا و کنترل دقیق در فرآیند تولید اسکلت، استفاده از مصالح با کیفیت، انتخاب مکان مناسب برای ساخت و توجه به جزئیات اجرایی از جمله عوامل مهم در این زمینه هستند. این عوامل با هم ترکیب شده و در کنار یکدیگر به عنوان ستون‌های اصلی طراحی ساختمان ضد زلزله عمل می‌کنند. با اجتناب از طراحی‌های پیچیده، افزایش انعطاف‌پذیری سازه، و کنترل دقیق در فرآیند ساخت، می‌توان به دستیابی به ساختمان‌هایی با کیفیت و مقاوم در برابر زلزله پرداخت.
بدون دیدگاه