تاثیر تخریبی زلزله

چكیده

با وجود تجربه تلفات و خسارات سنگین زلزله های اخیر مانند زلزله های منجیل و بم، احتمال وقوع زمین لرزه‌های بزرگ در بیشتر مناطق پرجمعیت كشور و نیاز جدی به اعمال كنترل كیفی در طراحی و اجرای ساختمان ها، هنوز توجه كافی به ساخت و ساز صحیح نشده است.

ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشكیل می دهد. در این مقاله مرور مختصری بر وضعیت اجرای این ساختمان ها در كشور می شود و موارد نقاط ضعف اجرایی كه به‌طورمعمول بعلت سهل انگاری یا عدم تسلط كافی مهندس ناظر به اصول اجرایی ساختمان مقاوم در برابر زلزله رخ می دهد مورد توجه قرار داده و راهكار های مناسب و ممكن جهت بهبود ساخت و ساز ارائه شود.

مقدمه
با وجود لرزه خیزی بالای اغلب نقاط پر جمعیت كشور و آسیب پذیری ساختمان های موجود در برابر زلزله بر اساس تجربیات زلزله های اخیر مثل منجیل و بم و... هنوز توجه كافی به ساخت و ساز صحیح نشده است.از نظر مهندسی زلزله در حال حاضر احداث بناهای مقاوم در برابر زلزله به راحتی امكان پذیر است. لیكن درعمل مشكلاتی شكل گرفته كه رسیدن به ساختمان های مقا وم تضمین نمی گردد. بیشتر ساختمان های كوچك مسكونی با نظارت صحیح مهندسان ساختما نی كه دانش فنی لازم را دارند ساخته نمی شود و حتی اگر ساختمان مورد نظر درست طراحی و محاسبه شده باشد، به‌طورمعمول در اجرا به علت سهت انگاری مهندس ناظر و یا عدم تسلط وی به اصول اجرایی ساختمان ها ی مقاوم در برابر زلزله طرح دچار خطا های گاهی اساسی می‌گردد.

مشكل اصلی آسیب پذیری لرزه ای ساختمان ها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران عدم استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا میباشد.بسیاری از مهندسان كشور نه تنها اطلاعات كاملی در مورد اسیب پذیری و مقاوم سازی لرزه‌ای ندارند، بلكه در مواجهه با غالب مسایل اجرایی معمول ساختمان نیز كوتاهی می كنند. لذا بایستی سطح اگاهی در اطلاعات فنی این افراد افزایش یافته ونیز مكانیزمی برای اعمال قاطعیت اجرایی و كنترل امر در نظر گرفته شود و البته طوری كه حق مهندسی ناظر حفظ شده و مسئو لیتها به درستی تقسیم گردد. ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساخت و ساز در ایران را تشكیل می دهد. لذا در این مقاله وضعیت ساخت و ساز ساختمان های فولادی در كشور مختصرا مرور شده و یكسری علل ضعف اجرای این ساختمان ها بررسی شده و توصیه هایی جهت بهبود اجرا ارائه می‌گردد.

معایب و ضعف های ساختمان های فولادی موجود ضعف های عمده ساختمان های فولادی با توجه به نحوه طراحی و اجرای آنها در پی ها، ستونها، تیرها، اتصالات تیرها به ستونها، اتصال تیر به تیر اصلی، سیستم باربر جانبی، اعضای مهار بندی، اتصالات باد بند ها، سیستم دیافراگم، كف دیوار ها و تیغه های داخلی و راه پله می باشد.

پی ها و شنا ژ ها

در ساختمان های فولادی به‌طورمعمول از پی های مستطیلی منفرد یا باسكولی و یا گاهی نواری استفاده می گردد كه با شناژ های حداقلی به هم متصل می‌گردند.ابعاد این پی ها حتی گاهی برای بار های ثقلی كفایت نمی كند و تنش حداكثر وارد به خاك بیش ازمقاومت مجاز خاك می باشد.در عمل به جز برای ساختمان های بزرگ هیچ گونه ازمایشی جهت تعیین مقاومت خاك صورت نمی گیرد و  اغلب ابعاد پی ها بر اساس مقاومت فرضی 2kg/cm2به دست می آید. این عدد به‌طورمعمول به صورت محافظه كارانه انتخاب می شود. ولی برای ساختمان هایی كه روی خاك های سست ساخته می شوند، دور از اطمینان خواهد بود.

ابعاد این پی ها در اثر وجود بار جانبی به‌طورمعمول افزایش می یابد كه در اجرای خیلی از ساختمان ها اعمال نمی شود. مشكل دیگری كه در اجرای پی و شناژ ساختمان ها زیاد پیش می آید شناژ هایی است كه با مقطعی بزرگتر وآر ماتور های بیشتر مثل یك تیر عمیق برای پی های كناری ساختمان نقش پی باسكولی را ایفا می كنند. ستون های موجود بر این پی ها با توجه به مجاورت زمین همسایه لنگر خمشی قابل توجهی به پی اعمال می كنند كه به كمك پی نواری یا باسكولی تحمل می گردد. بعضی از طراحان در این زمینه از یك شناژ قوی استفاده می كنند كه متاسفانه در عمل با همان شناژ حداقل اتصال بین پی ها (مقطع 40در40 و دارای 4 آرماتور نمره‌ی 14)اشتباه می شود. چنین مساله ای همچنین ممكن است برای تحمل وضعیت اجتناب ناپذیر نیروهای به طرف بالا (uplift) در پای یك ستون بعلت نیرو های موجود در اعضای مهار بندی پیش آید.

اتصال ستون ها به پی ها

مسائل متعددی در اجرای اتصال ستون ها به پی ها پیش می آید. غالباً ابعاد و ضخامت صفحات زیر سری كافی نیست و گاهی تعداد پیچ های مهاری و قطر انها كم می باشد و به طورمعمول از یك پیچ با جوش بالای آن استفاده می گردد. بعضی اوقات بدنبال سهل انگاری در استقرار صفحه ستون ها و یا جابجایی احتمالی صفحه در حین بتن ریزی پی صفحه ستون در محل صحیح خود قرار نمی گیرد و یكی از مشكلات عمده ساختمان های فولادی را به وجود می آورد.

برای ساختمان های 4 طبقه یا بیشتر به‌طورمعمول باید ضخامت صفحات از 2.5 سانتی متر بیشتر باشد و یا اینكه از سخت كننده ها روی صفحه ستون برای افزایش مقاومت خمشی ان استفاده نمود. در عمل این ورق های تقویتی بدرستی بكار نمی روند و اغلب گیرداری ناخواسته‌ای را به صفحه ستون تحمیل می نماید
نحوه اتصا ل ستون به صفحه ستون نیز بایستی مورد توجه بیشتری قرار گیرد. برای ساختمان های فولادی در امتداد بدون باد بندی یك اتصال گیر دار در این موقعیت انتظار می رود، در صورتی كه در اجرا ممكن است چنین اتصالی تامین نشود. عكس چنین وضعیتی برای امتداد باد بندی شده (اتصالات ساده تیر ها به ستون ها) مورد انتظار است.

ستون ها
به ستون ها بعنوان عضو اصلی هر ساختمان بایستی توجه خاصی صورت گیرد.غالبا به دلیل سهولت اجرایی از دو پرو فیل بهم چسبیده كه تا حدی
غیر اقتصادی است و یا با فاصله و بكمك ورق های بست افقی استفاده می شود كه گاهی فواصل و ابعاد ورق های بست بدرستی اجرا نمی شود
برای ساختمان های بزرگ بلند تر از 5 طبقه ستون ها به‌طورمعمول از ورق ساخته می شوند.در بیشتر موارد طول جوش مطابق با محاسبات و دستور العمل های ایین نامه ای صورت نمی گیرد. به عنوان مثال طول جوش نشده از ورق 20 سانتی متر یا بیشتر دیده می شود كه بویژه برای ستون ها بسیار بحرانی خواهد بود.
هر گونه خمیدگی و تابیدگی پرو فیل های فولادی مورد استفاده در ستونهای مركب بایستی جلو گیری شود. برای ساختمان های 5 طبقه یا بیشتر نیاز به اتصال ستون ها بر روی یكدیگر پیش می آید كه وصله این ستون ها در خیلی موارد در محل مقطع بحرانی (نزدیكتر از طبقه) اتفاق می‌افتد  گاهی اوقات و اضافه برآن ابعاد و جوش این ورق های وصله نیز كافی نمی باشد.

در بعضی ساختمان های فولادی برای راحتی اجرا از یك یا دو ستون برای همه ستون ها استفاده می گردد حال آنكه چنین مقطعی برای خیلی از ستون ها جوابگو نمی باشد.اشكال غیر مناسب از تركیب سه پرو فیل و یا نا موزون بودن ابعاد ورق های تقویتی در مقایسه با ضخامت بال خود پروفیل‌ها و نیز استفاده از ورق در لبه بال های مقطع (به موازات جان) در اجرای بعضی ساختمان های فولادی دیده می شود.

تیر ها

در اكثر موارد از تیر های لانه زنبوری در ساختمان های فولادی استفاده می شود. این تیر ها در مقابل برش ضعیف هستند و در محل اعمال بار های متمركز مثل دو انتهای تیر بایستی جان را با ورق تقویتی پر نمود. لیكن با توجه به ایجاد نیروی برشی در تمام طول تیر ها در سیستم قاب خمشی كاربرد تیر های لانه زنبوری برای ساختمان های فلزی در مناطق زلزله خیز در راستای بدون باد بندی مناسب نمی باشد.
خیلی از تیر ها در سیستم قاب صلب از مقاطع زوج باورقهای تقویتی بالها در دو انتها تشكیل می شود. منتها این ورق ها با جوش منقطع و به‌طورمعمول با ساق ضعیف به بالهای تیر وصل می شوند. از آنجا كه نیروهای كششی بزرگی در بال ها ناشی از خمش تیر در دو انتهای تیر توسط این ورق ها بایستی به ستون منتقل گردند. در طول و بعد جوش این ناحیه دقت خاصی نیاز است و غالبا ورق های تقویتی بالها باید به صورت ممتد به بال ها جوش شوند. مشكل متداول دیگر در تیر های ساختمان های فولادی طول نامناسب آنهاست. رواداری مجاز در انتهای تیر و در محل اتصال به ستون به‌طورمعمول حدود 1سانتیمتر می باشد. لیكن در خیلی از ساختمان ها به علت ضعف كیفیت اجرایی این فاصله حتی به 5 سانتیمتر می رسد كه خروج از محوریت زیاد و در نتیجه لنگر خمشی بزرگی را به نبشی نشیمن زیر تیر اعمال می نماید.
مهندسان ناظر بایستی مراقب باشند كه این فاصله ها در حد مجاز باقی بماند ودر صورت لزوم در خواست تغییر تیر ویا حداقل از نشیمن تقویت شده (در صورتی‌كه رواداری چندان از مقدار مجاز تجاوز نكرده باشد) استفاده بنمایند.

اتصال تیر به ستون و تیر به تیر

شاید مشكل ترین قسمت از وظایف مهندس ناظر در كنترل كیفیت اجرایی یك ساختمان فولادی اطمینان از درستی اتصال تیر به ستون باشد به ویژه در امتدادی كه سیستم مهار بندی وجود ندارد و صرفا قاب خمشی قرار است در مقابل بار های جانبی زلزله مقاومت نماید. در چنین حالتی اگر ستونهای قوطی ساخته شده از ورق استفاده می شود، بایستی به نصب ورقهای پیوستگی در داخل ستون قوطی ودر تراز ورقهای زیر و روی تیرتوجه خاصی گردد. غالبا اجرای این ورق ها فراموش شده و یا در تراز صحیح خود صورت نمی گیرد. مطلب مهم دیگر جوش صحیح آن به داخل 4 وجه ستون می باشد و متاسفانه در عمل سه طرف جوش شده ودر وجه چهارم به ورق های پیوستگی متصل نمی شود. برای رفع این مشكل می توان ورق وجه چهارم قوطی ستون را در یك طول مشخص یك متری به صورت منقطع اجرا نمود تا امكان جوشكاری ورقهای پیوستگی به وجه چهارم نیز به وجود آید. در خیلی از سا ختمان های فولادی برای ستون های واقع در قاب خمشی از مقطع زوج متشكل از دو نیم رخ IPEو ورقهای تقویتی روی بال ها استفاده می گردد. در این حالت به هنگام اعمال كشش به ورقهای تقویتی بال ها براحتی این ورق خمیده شده و فلسفه اتصال گیر دار زیر سوال می‌رود. برای رفع یا حداقل كاهش مشكل در چنین حالاتی می توان از جوشكاری ورق تقویت بالها استفاده نمود كه این جزئیات بایستی در نقشه های اجرایی سازه آمده باشد.

جوش شیاری اتصال ورق های فوقانی و تحتانی به ستون برای تامین اتصال گیردار نیز اهمیت زیادی دارد و در عمل نسبت به جزئیات آن مثل داشتن پخ 45 درجه لبه ورق و شرایط جوش نفوذی سهل انگاری می شود. خیلی اوقات ورق فوقانی به صورت مستطیلی بكار می رود و لذا جوش شیاری از مقاومت كافی برخوردار نخواهد بود. برای رفع این مشكل بهتر است پهنای این ورق به صورت ذوزنقه ای در محل اتصال به ستون افزایش یابد

نبشی های نشیمن زیر تیر ها در خیلی موارد برای تحمل نیروهای تكیه گاهی كافی نیستند و لذا بایستی آنها با افزودن سخت كننده های مثلثی تقویت نمود  مشكل دیگر اتصال تیر به ستون در سیستم اتصال خورجینی (اگر چه در حال حاضر به ندرت به كار می رود) است كه همواره تا حدی لنگر خمشی از تیر به ستون منتقل می شود لیكن عملا ستون ها برای این لنگر اضافی محاسبه و طراحی نمی‌شوند.

سیستم مقاوم جانبی در ساختمان های فولادی

تعداد قابل توجهی از ساختمان های فلزی موجود در كشوربكلی فاقد هر گونه سیستم باربر در برابر بارهای زلزله هستند در غالب انها بدون هیچ سیستم مهار بندی از قاب ساده یا قاب با اتصالات خورجینی استفاده شده است كه صرفا برای تحمل بار های قائم طراحی شده اند. در حالت باد بندی شده نیز گاهی اوقات به صورت متقارن باد بندی نمی شود كه موجب ایجاد كوپل پیچشی بزرگی در طبقات ساختمان می گردد. بعنوان یك مساله مهم حذف عنصر مقاوم در طبقه همكف به علت ورودی ساختمان سبب شكل گیری طبقه نرم و ضعیف در این طبقه كه قرار است حداكثر نیروی برشی ناشی از زلزله را تحمل نماید می شود.

مهاربندی

اشكالات متعددی در سیستم مهاربندی ساختمان های فولادی در حال اجرا دیده می شود. اتصال عضو باد بند به صورت خارج از مركز با نصب ورق اتصال در لبه بال ستون و تیر اتصال این ورق به تنهایی به ستون یا تنها به تیر و نیز ضعف عضو مهاربند و ابعاد غیر كافی ورق های اتصال باد بند از موارد معمول می باشد كه بایستی با هشیاری مهندس ناظر از انها اجتناب گردد

شكل قدیمی به جای اعضای مهاربندی) به طور معمول مقاطع زوج از ناودانی یا نبشی( Iدر بعضی ساختمان ها مالك تر جیح می دهد كه از پروفیل های داده شده در نقشه ها استفاده گردد. باید توجه داشت كه این مقاطع اغلب حتی جوابگوی شرط لازم لاغری اعضای فشاری نیز نیستند ودر صورت ارضا شرط لاغری تنها شاید بتوان در طبقات فوقانی ساختمان كه نیرو های ناشی از زلزله در باد بند ها كاهش می یابد از انها استفاده نمود. مشكل دیگر اجرایی در این رابطه عدم اتصال دو نیمرخ (ناودانی یا نبشی) به یكدیگر در طول اعضای باد بندی با مقاطع زوج می باشد كه لازم است در فواصل مشخص با تسمه به یكدیگر وصل شوند
در سیستم مهاربندی واگرا (ذوزنقه) علاوه بر توجه كافی به مشخصات لازم برای اعضای مهاربند بایستی به محل اتصال این اعضا به تیر و مقاومت خود تیر دقت نمود. اغلب دیده می شود كه برای تامین بازشو بزرگتر زاویه مهاربند ها با افق زیاد شده و نه تنها از راندمان سیستم مقاوم جانبی در تحمل بارهای جانبی می كاهد بلكه نیروی برشی بزرگتری را به تیر پیوند تحمیل می نماید درضمن بدین ترتیب تیر پیوند به صورت خمشی عمل خواهد نمود.در صورتی‌كه بهتر است تحت نیروی برشی به محدوده تغییر شكل های غیر ارتجاعی وارد شده و انر ژی زلزله را مستهلك می نماید.
متاسفانه در خیلی از ساختمان های فولادی در حال اجرا با سیستم مهاربندی واگرا از یك تیر لانه زنبوری بعنوان تیر پیوند استفاده می گردد.كه به هیچ وجه جوابگوی ضوابط طراحی در خصوص جاری شدن برش جان تیر پیوند نمی باشد.

جوشكاری
یكی از مهمترین موضوعات در هر ساختمان فولادی كنترل جوش آن می‌باشد. جوش ها در همه بخش ها بایستی منطبق بر اطلاعات نقشه بوده و از لحاظ بعد و طول جوش و كنترل كیفیت لازم بررسی گردد. در این خصوص حتی ممكن است در یك ساختمان فولادی كوچك به انجام ازمایشات غیرمخرب NDTبر روی جوش نیاز باشد 

 

سیستم سقف

در حال حاضر اغلب از سقف های تیرچه بلوك در ساختمان‌های فولادی استفاده می شود كه در این صورت بایستی میلگرد های تیرچه ها به خوبی در بتن محصور گردند و پوشش بتن تامین گردد. درضمن در خیلی از ساختمان‌های فولادی كه از مقاطع لانه زنبوری IPE180استفاده می شود. ضخامت سقف سازهای معادل 25 سانتی متر می باشد لایه بتنی و آرماتور گذاری حرارتی به درستی روی پل های مزبور را نمی گیرد و دیافراگم صلب كف نمی‌تواند به خوبی عمل کند.

در سقف های طاق ضربی كه برای غالب ساختمان های قدیمی استفاده شده بایستی از مهاربندی با میلگرد و 5 سانتی متر بر روی سقف به منظور تامین صلبیت دیافراگم كف كمك گرفت كه حتی به‌طورمعمول در نقشه های سازه ای فراموش می شود.

سقف های مركب به خصوص درصورت اجرای مناسب بهترین عملكرد صلب را می توانند از خود نشان دهند. موارد ضعف اجرایی این سقف ها بیشتر به قرار گیری اتصالات برشی و ارماتور گذاری دال بتنی آن مربوط می‌شود.

در اجرای تاسیسات مكانیكی و برقی طبقات بایستی حتی المقدور سعی شود تا ضخامت تمام شده كف كاهش یابد. بدین منظور می توان از روی هم شدن لوله ها جلوگیری نمود. مساله دیگر در این رابطه استفاده از پوكه معدنی سبك برای كف سازی طبقات و شیب بندی بام میباشد كه در صورت سهل انگاری مهندس ناظر ممكن است حتی از نخاله های ساختمانی استفاده گردد.

دیوار های داخلی و خارجی

مشكل اصلی اجرایی در خصوص دیوار ها عدم اتصال مناسب آنها به اسكلت فلزی ساختمان می باشد و لذا احتمال خسارت آنها به هنگام زلزله زیاد است. برای جلوگیری از فرو ریختن این دیوار ها می توان از پروفیل نبشی یا سپری به صورت قائم یا افقی در فواصل مشخص به عنوان مثال در هر 50 سانتی‌متر استفاده نمود.
دیوار چینی با آجر فشاری به جای آجر مجوف سبك نیز نمونه دیگر اشتباهات اجرایی است و به‌طورمعمول از آجر فشاری بعلت وزن بیشتر ان فقط در دیوار چینی طبقه زیر زمین ساختمان استفاده می شود. بعضی اوقات در اجرا محل دیوار ها و تیغه ها نسبت به آنچه در نقشه ها آمده است تغییر می كند. تا ثیر تغییر بار گذاری تیرها در چنین مواردی بایستی توسط مهندس ناظر بررسی گردد.

 

راه پله

از معایب معمول در اجرای راه پله فولادی اشتباه در طول مناسب شمشیری پله می باشد كه موجب شیب نا مناسب پله و شرایط نامناسب ابعاد پاگرد می گردد. برای حل این مشكل گاهی از كف سازی زیاد در قسمت شیب‌دار پله استفاده می كنند كه خطای بزرگی است و بار مرده ی زیادی را به تیرهای شمشیری پله و نیز به‌طور كلی به ساختمان تحمیل می نماید.

در حالت غیر معمول پلكان در پلان (مثلا به صورت مثلثی یا ذوزنقه ای) بایستی به تفاوت طول قسمت های دو تیر شمشیری پله توجه نمود. در صورت سهل انگاری در چنین مواردی مقطع عرضی راه پله كج اجرا می گردد و دوباره بار مرده قابل توجهی به پله تحمیل می نماید 

نتیجه گیری

ساختمان های فولادی بخش قابل توجهی از ساختمان های در حال احداث را تشكیل می دهند و متاسفانه هنوز علیرغم عنایت به زلزله خیزی از یك سو و افزایش بیش از حد قیمت مسكن از طرف دیگر اشكالات اجرایی زیادی در آن ها دیده می شود. بكار گیری اصول صحیح اجرایی می تواند كارایی ساختمان را به خصوص در برابر بارهای فوق العاده زلزله افزایش دهد. در مناطق با لرزه خیزی زیاد با توجه به شرایط اجرایی در كشور بهتر است از سیستم باد بندی در هر دو راستای ساختمان استفاده شود. در این حالت كار برد تیر های لانه زنبوری برای تیر پیوند در سیستم مهاربندی واگرا مناسب نمیباشد.

چنانچه عرض پلان ساختمان خیلی كم باشد طوری‌كه در آن راستا ناچار به استفاده قاب خمشی باشیم در امتداد مزبور از تیر ها با اتصالات خور جینی و درکل تیرهای لانه زنبوری استفاده نشود. شرایط خاص گیر دار اتصال تیر به ستون در این رابطه بایستی توسط مهندس ناظر دنبال شود. جوشكاری به عنوان مهمترین مساله در اجرای یك ساختمان فلزی بایستی مورد توجه قرار گیرد و روش های مختلف كنترل كیفیت جوش در این خصوص به‌كار گرفته شود. كاهش بار مرده كف سازی و دیوار ها نیز می تواند به كاستن نیرو های جانبی ناشی از زلزله كمك نماید و بدین ترتیب اثر بعضی اشكالات اجرایی اجتناب نا پذیر را تا حدودی جبران نمود.

مراجع
1- كوهیان افضلی، رویا غفوری اشتیانی، نگاهی به تكنولوژی ساخت ساختمان های متداول مسكونی در كشور. پژوهشنامه موسسه بین المللی زلزله 1375 : شناسی و مهندسی زلزله .شماره 5.6

2- تیو. مهران، نقدی بر فرایند طرح و اجرای ساختمان های فولادی در كشور: پژوهشنامه موسسه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله شماره 1379:2
3- زهرائی. سید مهدی جنبه های كاربردی مقاوم سازی: سمینار اموزشی مقاوم سازی ساختمان های فولادی موجود :تبریز:مرداد 1381

4- سر حدی. احمد رضا، نقدی بر عمل كرد دفتر امور مهندسان ناظر شهر داری تهران: پیام نظام مهندسی:شمار 22:1381