طبقه نرم و نحوه مقاومسازی آن در برابر زلزله

طبقه نرم زلزله مقاوم سازی

در ۱۷ ژانویه سال ۱۹۹۴ میلادی, یک زلزله با بزرگی ۶٫۷  ریشتر منطقه Reseda در کالیفرنیا را لرزاند. این زلزله که به زلزله نرثریدج (Northridge Earthquake) معروف شد باعث شد توجه مهندسین به اشکالی که در ساخت و ساز خانه های این منطقه وجود داشت جلب شود. مشکلی که باعث تخریب هزاران خانه در شهرهای زلزله خیز آمریکا شده بود. چیزی که مشاهده شده بود ریزش طبقات بالایی ساختمانها بر روی طبقات پایینی آنها بود. طوری که طبقه پایینی کاملا از بین رفته بودند اما طبقات بالایی تقریبا سالم بودند.

به ساختمانهایی که اینگونه تخریب شده اند ساختمانهای طبقه نرم میگویند. در زیر این اصطلاح را تعریف میکنیم:

ساختمان با طبقه نرم, به ساختمانهایی میگویند که طبقات پایینی آنها سختی بسیار کمتری از طبقات بالایی آنها داشته باشند. این ساختمانها به دلیل داشتن تعداد زیادی دهانه آزاد در طبقات پایینی در برابر زلزله بسیار آسیب پذیر هستند. دلیل ساخت تعداد زیاد دهانه آزاد در طبقات پایینی معمولا ایجاد فضای مناسب برای پارکینگ اتومبیلها و یا ایجاد کاربری های تجاری مثلا مغازه در طبقات پایینی است ( چیزی که در ساختمانهای بنایی شهر بم باعث تخریب تعداد زیادی خانه در زلزله سال ۸۲ بم شد) و یا در مواردی این موضوع به دلیل پنجره های بزرگ در طبقه پایین ایجاد میشود.

شکست ناشی از طبقه نرم - زلزله بم ۱۳۸۲ - قسمت پایینی ساختمان کاربری تجاری داشته و به همین دلیل احتمالا ارتفاع طبقه پایینی و بازشوهایش زیاد بوده که باعث ایجاد طبقه نرم شده است.

چنین ساختمانهایی بیشتر در مقابل نیروهای جانبی آسیب پذیر خواهند بود. زمانی که طبقه پایینی تخریب میشود, طبقات بالایی بصورت ساندویچی بر روی آن میریزند و سقفها بر روی هم قرار گرفته که باعث له شدن ساکنین زیر بار سقف میشود.

یک ساختمان در کالیفرنیا - تعداد زیاد بازشوها (درهای ورودی گاراجها) خطر ایجاد طبقه نرم را بوجود آورده است.

حال که طبقه نرم را در ساختمانها توضیح دادیم به مقاومسازی آنها میپردازیم. با تحقیقی که توسط موسسه تکنولوژی کالیفرنیا (California Institute of Technology) صورت گرفت, تخمین زده شد بیش از ۲۰,۰۰۰ ساختمان طبقه نرم تنها در لس آنجلس وجود دارد که تنها ۸۰۰ مورد از آنها مقاومسازی شده اند. سانفرانسیسکو نیز با داشتن چیزی در حدود ۱۰,۸۰۰ ساختمان با طبقه نرم وضعیت مشابهی دارد. با توجه به تعداد بالای ساختمانهای دچار این مشکل موضوع مقاومسازی ساختمانهای با طبقه نرم بیشتر حائز اهمیت میشود.

مقاومت و سختی جانبی از عوامل کلیدی در مقامسازی ساختمانها دربرابر زلزله هستند. در ساختمانهای با طبقه نرم اعضای باربر جانبی یا از اول طراحی و اجرا نشده اند و یا کافی نمی باشند.

مقاومسازی ساختمانهای با طبقه نرم در برابر زلزله به موارد ذکر شده می پردازد و باعث میشود ساختمانها پس از زلزله دچار آسیب کمتری شوند.

عملیات مقاومسازی ساختمانهای با طبقه نرم در برابر زلزله:

اولین قدم برای مقاومسازی ساختمانهای با طبقه نرم آنالیز سازه برای مشخص کردن بهترین راه مقاومسازی است. مهندسین سازه باید فاکتورهای متعددی را برای تشخیص بهترین راه مقاومسازی در نظر بگیرند. نه تنها باید مطمئن شوند که سازه به میزان لازم مقاومسازی شده است بلکه باید کمترین تاثیر را در بهره برداری سازه داشته باشد. مثلا مطمئنا با پر کردن تمامی بازشوهای طبقه های پایین توسط بادبند و یا دیوارهای باربر مشکل طبقه نرم حل خواهد شد اما آیا اینکار عاقلانه است؟! در عوض مهندسین روشهای متعدد دیگری را برای اینکار در نظر میگیرند.

یکی از روشهای رایج برای این موضوع مقاوم کردن دیوارهای موجود است, اضافه کردن دیوارهای برشی و یا حتی قابهای فولادی در نواحی نرم ساختمان.  برای مقاوم کردن دیوارهای موجود مثلا دیوارهای خشک (Drywall) توسط دیوارهای باربر جایگزین میشوند. مهار کردن دیوارها در فونداسیون نیز قسمتی از همین مقاومسازی است. اضافه کردن دیوارهای برشی (دیوارهایی که در برابر بارهای جانبی مقاومت میکنند) نیز میتواند بسیار موثر باشد. البته در صورتی که با بهره وری ساختمان مداخله ای نداشته باشند که در اینصورت شاید استفاده از قابهای فولادی بهترین راه حل باشد. حتی با این وجود که نصب قابهای فولادی بسیار پر دردسرتر خواهد بود.

مقاومسازی ساختمانها به معنای ضد زلزله کردن آنها نیست بلکه تنها امن کردن این ساختمانهاست. یعنی پس از زلزله سازه پابرجا باقی بماند و امنیت جانی ساکنین مهیا شود. حال ممکن است ساختمان دیگر امکان بهره برداری نداشته باشد. با این وجود یک ساختمان مقاومسازی شده مطمئنا استانداردهای یک ساختمان طراحی شده برای زلزله را نخواهد داشت.

با توجه به راهنمای مقاومسازی ساختمانهای با طبقات نرم در برابر زلزله، طبقات نرم باید حداقل ۸۰% مقاومت طبقات بالایی خود را داشته باشند. که البته این مقدار برابر است با ۶۰% مقاومت لازم برای ساختمانهای جدید.

برخی از دلایل ایجاد طبقه نرم:

۱- داشتن بازشوهای زیاد در طبقه

۲- ارتفاع زیادتر یک طبقه نسبت به دیگر طبقات

۳- عدم مقاومت المانهای باربر جانبی در طبقه

اگر تصاویر زلزله بم را دیده باشید ساختمانهای زیادی را با طبقه نرم مشاهده خواهید کرد که تخریب شده اند. این موضوع در تصاویر زلزله وان ترکیه و همچنین در بیشتر زلزله های جهان نیز مشاهده میشود. پس با توجه به میزان خساراتی که به دلیل ایجاد طبقه نرم بوجود می آید آیا راه منطقی پیشگیری از آن نیست!؟ نه تنها باید ساختمانهای جدید مناسب طراحی شوند تا طبقه نرم در آنها ایجاد نشود بلکه باید ساختمانهای قدیمی نیز در برابر این خطر مقاومسازی شوند.