مقاوم‌سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله
هدف از مقاوم ساختن اکثر ساختمان‌ها در مقابل زلزله آن نیست که ساختمان‌ها در شدیدترین زلزله‌ها هیچ‌گونه صدمه‌ای نبینند. زیرا در صورت مزبور ساختمان به طور غیرمعقولی گران تمام خواهد شد. در ساختمان‌های مقاوم در مقابل زلزله هدف آن است که اول از تلفات و صدمات جانی جلوگیری به عمل آید. سپس بین هزینه اضافی برای مقاوم کردن ساختمان در مقابل زلزله و هزینه احتمال تعمیر خسارت ناشی از زلزله در طول عمر ساختمان موازنه برقرار گردد.
اهداف اصلی مقاوم‌سازی
اولین اولویت، جلوگیری از تلفات جانی و فروپاشی سازه است. در کنار این، باید تعادلی منطقی بین هزینه‌های مقاوم‌سازی و هزینه‌های بازسازی پس از زلزله ایجاد شود تا ساخت‌وساز اقتصادی باقی بماند.
ساختمان‌های ارزان‌قیمت و مقاومت در برابر زلزله
بنابراین هدف اصلی در ساختمان‌های ارزان‌قیمت مقاوم در مقابل زلزله باید جلوگیری از فروریختن ساختمان‌ها و تلفات ناشی از آن باشد. در زلزله‌های بزرگ باید انتظار داشت که ساختمان ترک بخورد و نیاز به تعمیر داشته باشد. نکته‌ی دیگری را که باید در نظر داشت این است که برای جامعه بعضی از ساختمان‌ها مهم‌تر از ساختمان‌های دیگر می‌باشند. اگر یک خانه مسکونی در زلزله صدمه ببیند، اثر آن فقط روی یک خانواده می‌باشد. اما اگر مدرسه‌ای در ساعات درسی فروبریزد تعداد زیادی دانش‌آموز تلف خواهند شد. همچنین اگر ساختمان مدرسه سقوط کند، دیگر پس از زلزله برای منزل دادن افراد بدون خانه به طور موقت قابل استفاده نخواهد بود.
اهمیت ساختمان‌های عمومی
ساختمان‌هایی مثل مدارس یا بیمارستان‌ها به دلیل تأثیر گسترده‌ترشان بر جامعه، باید از مقاومت بیشتری برخوردار باشند تا در شرایط بحرانی قابل استفاده باقی بمانند.
شکل ساختمان‌ها در تصویر افقی
ساختمان در تصویر افقی باید حتی‌المقدور نسبت به خطوطی که از مرکز آن می‌گذرد متقارن باشد. اگر تقارن وجود نداشته باشد آثار پیچشی در سازه ایجاد می‌شود که می‌تواند خیلی مخرب باشد و حتماً باید ارزیابی گردد. اشکال گوه‌دار مانند L و T برای تصویر افقی به طور کلی مناسب نیستند. برای مطالعه رفتار ساختمان‌ها با تصویر افقی نامتقارن اشکال L و T را در نظر می‌گیریم. در این نوع اشکال بسته به جهت نیروی زلزله نسبت به ساختمان، بال‌های ساختمان ممکن است تحت حرکات مختلف قرار گیرند.
اثرات زلزله بر اشکال نامتقارن
برای مثال اگر زلزله در جهت شمال-جنوب اثر کند، بال شمالی-جنوبی یک ساختمان Lشکل یا Tشکل نسبت به بال دیگر سخت‌تر خواهد بود، زیرا محور بلند آن موازی حرکت زلزله است و در نتیجه به طور قابل ملاحظه‌ای حرکت نخواهد کرد. از طرف دیگر بال شرقی-غربی در جهت زلزله دارای طول کوتاه می‌باشد و از این رو اگر برای جذب نیروهای زلزله ظرفیت کافی موجود نباشد، خسارات بیشتری به‌ویژه در منطقه اتصال بال‌ها به یکدیگر به ساختمان وارد خواهد آمد.
انتخاب نوع مصالح ساختمان
مصالح سازه‌ای اغلب به علت در دسترس بودن یا ملاحظات اقتصادی انتخاب می‌شوند. اگر مقاومت فقط در مقابل زلزله مورد نظر باشد، بهترین مصالح پایه دارای خواص زیر باشند:
الف- خاصیت جذب انرژی ارتعاشی و تغییر شکل پلاستیک زیاد.
ب- نسبت مقاومت به وزن بالا.
پ- همگن بودن.
ت- مقاومت یکسان ساختمان و زیاد حداقل در دو جهت عمود بر هم.
ث- ایجاد اتصالات با مقاومت کامل.
به طور کلی ساختمان هر چه قدر بزرگ‌تر باشد خواص فوق اهمیت بیشتری پیدا می‌کنند. رفتار غیرارتجاعی و خمیری مختلفی دارند. خصوصیت رفتار غیرارتجاعی و خمیری مصالح اصطلاحاً به شکل‌پذیری موسوم می‌باشد. مصالح شکل‌پذیر مانند فولاد قبل از شکست تغییر شکل خمیری زیادی می‌دهند. از طرف دیگر مصالح شکننده همچون آجر تحت بارگذاری زیاد تقریباً هیچ رفتار غیرارتجاعی و خمیری نشان نداده و در مجاورت ارتجاعی به طور ناگهانی می‌شکنند. شیشه و بتن ساده نیز رفتاری مشابه آجر دارند. خاصیت جذب انرژی و تغییر شکل پلاستیک زیاد قبل از شکست یکی از خواص مهم مصالح برای بقای ساختمان تحت بارگذاری ارتعاشی زلزله می‌باشد.
مقایسه مصالح شکل‌پذیر و شکننده
مصالح شکل‌پذیر مانند فولاد به دلیل انعطاف‌پذیری، انرژی زلزله را بهتر جذب می‌کنند، در حالی که مصالح شکننده مثل آجر یا بتن ساده به سرعت شکسته و مقاومت خود را از دست می‌دهند. استفاده از ابزارهایی مثل جک سقفی جک صلیبی می‌تواند به تقویت سازه‌های بتنی کمک کند.
نقاطی که باید تقویت شوند
اولین قدم برای ایمنی ساختمان جلوگیری از گسترش بالای دیوارها به طرف خارج در حین وقوع زمین‌لرزه می‌باشد. نحوه انجام این عمل بستگی به مصالح مصرفی برای دیوار دارد. اگر مصالح دیوار آجر یا بلوک سیمانی باشد بهترین روش استفاده از تیر کلاف بتن مسلح می‌باشد. تحقیقات انجام‌شده در هندوستان نشان داده است که بعد از تیر کلاف بتن مسلح مهم‌ترین راه تقویت ساختمان شامل تقویت کردن قائم دیوارها با استفاده از فولاد در محل برخورد آن‌ها می‌باشد. فولادهای تقویتی دیوارها باید از طرفی به پی و از طرف دیگر به فولادهای تقویتی تیر کلاف متصل باشند. به این ترتیب قابی تشکیل می‌شود که ساختمان را تا حدود زیادی تقویت می‌کنند. لازم به تذکر است که ارتفاع دیوارها باید حتی‌الامکان کوتاه انتخاب شود. بازشوهای ساختمان از قبیل درب‌ها و پنجره‌ها باید طوری طرح شوند که فاصله آن‌ها از یکدیگر و همچنین از گوشه‌ها و محل تلاقی دیوارها حتی‌الامکان زیاد باشد. برای تقویت بیشتر ساختمان‌ها بهتر است در طرفین تمام درها و پنجره‌ها فولادهای تقویتی قائم و در داخل دیوارها در بالا و پایین بازشوها فولادهای تقویتی افقی قرار داده شود.
تقویت دیوارها با تیر کلاف و فولاد
تیر کلاف بتن مسلح همراه با فولادهای تقویتی عمودی و افقی، استحکام دیوارها را افزایش داده و از گسترش آن‌ها در زلزله جلوگیری می‌کند.
فاصله ساختمان‌های مجاور
ساختمان‌های مجاور به‌خصوص ساختمان‌هایی با ارتفاع مختلف باید از یکدیگر فاصله داشته باشند. برای مثال اگر یک ساختمان یک‌طبقه بدون هیچ فاصله‌ای در مجاورت یک ساختمان دوطبقه ساخته شود، آن‌ها در موقع وقوع زلزله به صورت‌های مختلف مرتعش شده و ممکن است به یکدیگر ضربه بزنند. نیروی ناشی از زلزله از طریق خاک و زمین زیر ساختمان به پی و سپس به ساختمان منتقل می‌شود. اهمیت تأثیر خاک زیر ساختمان روی رفتار ساختمان در زلزله‌های مختلف نشان داده شده است. در بسیاری از مواقع صدمه دیدن ساختمان‌ها در اثر شکست و درهم‌ریختن خاک زیر ساختمان‌ها بوده است، نه در اثر عدم مقاومت کافی خود ساختمان. مسائل اصلی مربوط به خاک و طرح پی‌ها به اختصار در این فصل مورد بحث قرار می‌گیرد.
نقش خاک و پی در مقاومت
خاک زیرین و طراحی صحیح پی نقشی کلیدی در انتقال نیروها و جلوگیری از آسیب به سازه دارند و باید به دقت بررسی شوند.
دیوارهای خشت و گلی
استفاده از خشت‌های گلی خام که در زیر آفتاب خشک می‌شوند برای ساختن ساختمان‌ها در بسیاری از نقاط خشک ایران رایج است، زیرا مصالح این‌گونه ساختمان‌ها در محل موجود است و در ماه‌هایی که کار کشاورزی وجود ندارد، کشاورزان خودشان می‌توانند آن‌ها را بسازند. دیوارهایی که با خشت گلی ساخته می‌شوند ضخیم و سنگین هستند و در نتیجه عایق خوبی در مقابل سرما و گرما می‌باشند، ولی از لحاظ سازه‌ای خیلی ضعیف می‌باشند و احتمال فروریختن آن‌ها در زلزله‌های متوسط و بزرگ بسیار زیاد است. این دیوارها بدون تقویت یا مسلح شدن نباید به کار روند. دیوارهای خشتی و گلی را می‌توان با استفاده از دیوارهای حائل ذوزنقه‌ای مطابق در مقابل زلزله تقویت نمود. این دیوارهای حائل باید در همان زمانی که دیوارهای اصلی ساخته می‌شوند، ساخته و به آن‌ها متصل گردند. اگر دیوارهای حائل بعد اضافه شوند، احتمالاً در موقع خشک کردن منقبض شده و از دیوارهای اصلی فاصله می‌گیرند. در هر یک از گوشه‌های ساختمان دو دیوار حائل باید ساخته شود. این دیوارهای حائل باید در جایی که یک دیوار عرضی با یک دیوار طولی برخورد می‌کند و یا یک قوس سقف سنگینی را تحمل می‌کند نیز ساخته شوند. ساختمان‌های خشتی گنبدی‌شکل را نیز می‌توان به وسیله دیوارهای حائل تقویت نمود.
تقویت دیوارهای خشتی
دیوارهای حائل ذوزنقه‌ای که همزمان با دیوارهای اصلی ساخته شوند، می‌توانند مقاومت دیوارهای خشتی را در برابر زلزله به طور قابل‌توجهی افزایش دهند.
سطوح عایق در مقابل آب
به جز در مناطق گرم و خشک، در هر دیوار لازم است یک سطح در مقابل آب ایجاد شود تا از نفوذ رطوبت به داخل ساختمان جلوگیری کند. در مناطق زلزله‌خیز از مصالحی به عنوان عایق باید استفاده نمود که کاملاً با دیوار بالا و پایینش چسبندگی داشته باشد. اگر از چنین مصالحی استفاده شود، یک رگه ضعیف در دیوار ایجاد می‌شود و دیوار در حین زلزله ممکن است در سطح رگه مزبور بلغزد. آسان‌ترین روش ایجاد یک سطح عایق در مقابل آب استفاده از یک لایه ملاط ماسه، سیمان به ضخامت 2 سانتی‌متر و به نسبت ۳ – ۱ می‌باشد. دیوار زیر این لایه را قبل از ریختن ملاط باید مرطوب نمود. قبل از ساختن دیوار باید روی لایه‌ی مزبور آن را نیز مرطوب کرد. هرگاه از مصالح دیگر به عنوان عایق استفاده شود یا اگر نسبت به اتصال ملاط ماسه‌سیمان با مخلوط با دیوار تردید وجود دارد، بهترین راه‌حل استفاده از میله‌های اتصال به طول 40 سانتی‌متر و قطر 12 میلی‌متر می‌باشد.
روش عایق‌بندی در مناطق زلزله‌خیز
استفاده از ملاط ماسه و سیمان با چسبندگی مناسب یا میله‌های اتصال، از ایجاد نقاط ضعف در دیوار جلوگیری می‌کند.
مزایا و مشکلات قطعات پیش‌ساخته بتنی
ساختن عناصر ساختمانی بتنی در کارخانه و سوارکردن آن‌ها در محل ساختمان دارای فواید زیر می‌باشد:
۱. در کارخانه می‌توان بتن با کیفیت بهتری به دست آورد چون در کارخانه بتن دیوارها را می‌توان به صورت افقی ریخت و بتن را بهتر می‌توان متراکم نمود.
۲. ضخامت دیوارها را می‌توان حداقل انتخاب کرد چون در کارخانه بتن با کیفیت بهتری به دست می‌آید. دقت در اجرا بیشتر است. ضخامت دیوارها و ابعاد قطعات پیش‌ساخته را می‌توان به حداقل کاهش داد. در نتیجه ساختمان سبک‌تر شده و نیروی ناشی از زلزله نیز کوچک‌تر خواهد بود.
۳. مخارج مربوط به قالب‌بندی به مقدار زیادی کاهش می‌یابند.
۴. کنترل و بازرسی در کارخانه به وراتب ساده‌تر و دقیق‌تر می‌باشد.
۵. عملیات ساختمانی را در فصل زمستان نیز می‌توان انجام داد چون بتن در داخل کارخانه عمل‌آوری می‌شود. درجه حرارت محل کار را به سهولت می‌توان کنترل نمود.
۶. تبخیر آب بتن بهتر صورت می‌گیرد چون دیوارهای پیش‌ساخته در موقع عمل‌آوری مستقلاً خشک و منقبض می‌شوند. انقباض بعد از اجرای ساختمان محدود به محل اتصالات دیوارها خواهد بود.
استفاده از انواع داربست مدولار می‌تواند فرآیند مونتاژ این قطعات را در محل تسریع و ایمن‌تر کند.
مزایای کلیدی قطعات پیش‌ساخته
تولید در کارخانه نه‌تنها کیفیت بتن را بهبود می‌بخشد، بلکه وزن سازه را کاهش داده و هزینه‌های اجرایی را به حداقل می‌رساند.
