بررسی رفتار انواع سازه ها در برابر زلزله با تاکید بر تجربه های مهندسی علی مهدیزاده و شرکت ژرف سازه کویران کرمان

زلزله به عنوان یکی از مهم ترین مخاطرات طبیعی، همواره تهدیدی جدی برای سکونتگاه های انسانی و زیرساخت های شهری محسوب می شود. تحلیل رفتار انواع سازه ها در برابر بارهای لرزه ای، از اساسی ترین مباحث مهندسی عمران است. انتخاب نوع سازه، مصالح، سیستم باربر جانبی و نحوه اجرای دقیق، نقشی تعیین کننده در میزان خسارات و پایداری ساختمان ها دارد. تجربه نشان داده است که در بسیاری از زمین لرزه های کشور، ضعف در طراحی یا اجرای سازه ها عامل اصلی تلفات بوده است، نه صرفا بزرگی زلزله. از این رو بررسی انواع سازه ها در مقابله با زلزله اهمیت دوچندان دارد.

سازه های بتنی مسلح یکی از رایج ترین سیستم های ساختمانی در کشور هستند. بتن به دلیل مقاومت فشاری بالا و دسترسی مناسب به مصالح اولیه، به طور گسترده در اجرای ساختمان ها به کار می رود. با این حال، ضعف بتن در کشش ایجاب می کند که از آرماتورهای فولادی برای جبران این نقیصه استفاده شود. عملکرد لرزه ای سازه های بتنی به شدت به طراحی صحیح، کیفیت آرماتوربندی، تراکم بتن و رعایت جزئیات آیین نامه ای بستگی دارد. چنانچه ضوابط ویژه لرزه ای مبحث نهم مقررات ملی ساختمان رعایت گردد، قاب های خمشی بتنی می توانند ظرفیت مناسبی در جذب انرژی زلزله داشته باشند. با این وجود، زمان اجرای طولانی و وزن بالای سازه های بتنی از محدودیت های مهم این سیستم محسوب می شود.

سازه های فولادی به دلیل نسبت مقاومت به وزن بالاتر، انعطاف پذیری زیاد و امکان اجرای سریع، جایگاه ویژه ای در طراحی لرزه ای دارند. استفاده از قاب های خمشی فولادی و قاب های مهاربندی شده همگرای ویژه، از جمله سیستم های رایج در طراحی لرزه ای محسوب می شوند. تجربه نشان داده است که در زمین لرزه های اخیر ایران، سازه های فولادی با اجرای صحیح جوش و پیچ و مهره، عملکرد بهتری نسبت به ساختمان های بتنی و بنایی داشته اند. البته ضعف عمده این نوع سازه ها، حساسیت به خوردگی و نیاز به کنترل کیفی دقیق در جوشکاری و اتصالات است. شرکت ژرف سازه کویران کرمان با بهره گیری از روش های کنترل غیرمخرب جوش و استفاده از نرم افزارهای تحلیلی مانند SAP2000 و ETABS، موفق به اجرای پروژه های فولادی ایمن در مناطق با لرزه خیزی بالا شده است.

سازه های بنایی سنتی همچنان در بخش بزرگی از بافت های روستایی و شهری کشور وجود دارند. این سازه ها به دلیل وزن زیاد و مقاومت پایین در برابر بارهای جانبی، بیشترین آسیب را در زلزله ها متحمل می شوند. در بسیاری از زمین لرزه های ایران، از جمله زلزله بم، تخریب ساختمان های بنایی غیرمسلح بیشترین تلفات انسانی را به همراه داشته است. مقاوم سازی این نوع سازه ها با استفاده از کلاف های افقی و عمودی، شاتکریت و استفاده از دیوارهای برشی بتنی یا فولادی سبک می تواند تا حدی عملکرد لرزه ای آن ها را بهبود بخشد، اما اساسا استفاده از این سیستم برای ساخت وسازهای جدید توصیه نمی شود.

سیستم های LSF (Light Steel Frame) یا قاب های سبک فولادی سردنورد شده، به عنوان یک فناوری نوین در کشور مورد توجه قرار گرفته اند. این سیستم به دلیل وزن بسیار کم، سرعت بالای اجرا و قابلیت صنعتی سازی، می تواند گزینه ای مناسب برای ساختمان های کوتاه مرتبه و میان مرتبه باشد. رفتار لرزه ای LSF با توجه به کاهش قابل توجه بار مرده، بسیار مطلوب است، زیرا نیروی زلزله به طور مستقیم تابع وزن ساختمان است. شرکت ژرف سازه کویران کرمان با اجرای پروژه های پایلوت در این زمینه نشان داده است که استفاده از LSF می تواند هزینه های پی سازی و زمان اجرای پروژه را به میزان چشمگیری کاهش دهد. البته رعایت دقیق جزئیات اتصالات و محدودیت ارتفاعی از ملاحظات ضروری در این سیستم است.

سیستم های نوین مقاوم در برابر زلزله نیز طی سال های اخیر وارد صنعت ساخت شده اند. از جمله این سیستم ها می توان به میراگرهای ویسکوز، میراگرهای اصطکاکی، جداسازهای لرزه ای (Seismic Isolators) و استفاده از بتن های توانمند با الیاف پلیمری اشاره کرد. این فناوری ها با هدف افزایش میرایی، کاهش پاسخ دینامیکی سازه و ارتقای شکل پذیری طراحی می شوند. اگرچه هزینه اولیه استفاده از این فناوری ها بالاتر است، اما در پروژه های حیاتی مانند بیمارستان ها، پل ها و ساختمان های بلندمرتبه، استفاده از آن ها به شدت توصیه می شود.

شرایط زمین شناسی و لرزه خیزی استان کرمان، لزوم توجه ویژه به انتخاب سیستم سازه ای مناسب را دوچندان می کند. این استان در کمربند لرزه خیز زاگرس و مکران قرار دارد و زمین لرزه های تاریخی متعددی را تجربه کرده است. به همین دلیل طراحی سازه ها در این منطقه باید بر اساس ضریب اهمیت بالاتر و در نظر گرفتن بارهای جانبی شدیدتر صورت گیرد. دکتر علی مهدیزاده، مدیرعامل شرکت ژرف سازه کویران، با تاکید بر ضرورت اجرای سازه های ایمن در این منطقه، بیان کرده است: «تجربه نشان داده که سرمایه گذاری در ایمنی سازه ها، نه تنها هزینه اضافی نیست، بلکه نوعی بیمه برای حفظ جان انسان ها و دارایی های ملی محسوب می شود.»

در پروژه های اخیر این شرکت، استفاده از فونداسیون های مرکب رادیه–شمع (Piled Raft Foundation) در خاک های مسئله دار کرمان توانسته است عملکرد لرزه ای سازه ها را به میزان قابل توجهی ارتقا دهد. این سیستم با ترکیب باربری گسترده پی رادیه و ظرفیت باربری گروه شمع ها، موجب کاهش نشست و افزایش پایداری سازه می شود. مطالعات عددی انجام شده با نرم افزار PLAXIS 3D نشان داده است که این نوع فونداسیون می تواند تا ۳۰ درصد از پاسخ لرزه ای سازه بکاهد.

از منظر مدیریتی، انتخاب سیستم سازه ای باید همواره با توجه به معیارهای فنی، اقتصادی و زمانی صورت گیرد. در پروژه های کوچک و میان مقیاس، استفاده از LSF و قاب های سبک فولادی می تواند به کاهش زمان و هزینه کمک کند، در حالی که در پروژه های بلندمرتبه و حساس، استفاده از قاب های بتنی ویژه یا فولادی همراه با میراگرهای لرزه ای مناسب تر است.

در جمع بندی می توان گفت که هیچ سیستم سازه ای به طور مطلق بر دیگری برتری ندارد، بلکه شرایط زمین، نوع کاربری، ارتفاع ساختمان و منابع مالی کارفرما تعیین کننده انتخاب خواهند بود. تجربه های شرکت ژرف سازه کویران کرمان نشان داده است که ترکیب فناوری های نوین با رعایت دقیق آیین نامه ها، بهترین راهکار برای ارتقای ایمنی و پایداری سازه ها در برابر زلزله است.