چكیده

باوجود لرزه خیزی بالای اغلب شهرهای بزرگ و پر جمعیت كشور بویژه تهران وآسیب پذیری ساختمانهای موجود در برابر زلزله بر اساس تجربیات زلزله های اخیر هنوز توجه كافی به ساخت وساز صحیح نشده است. از نظر مهندسی زلزله، در حال حاضر احداث بناهای مقاوم در برابر زلزله براحتی امكان پذیر است . لیكن عملاً  مشكلاتی شكل گرفته كه رسیدن به ساختمانهای مقاوم تضمین نمی گردد. بیشتر ساختمانهای كوچك مسكونی با نظارت صحیح مهندسین ساختمانی كه دانش فنی لازم را دارند ساخته نمی شوند و حتی اگر ساختمان مورد نظر درست طراحی و محاسبه شده باشد، معمولاً  در اجرا بعلت سهل انگاری مهندس ناظر و یاعدم تسلط وی به اصول اجرایی ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله طرح دچار نقایصی بعضاً  اساسی میگردد.

مشكل اصلی آسیب پذیری لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در پایتخت كشور، عدم  استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. بسیاری از مهندسین كشور نه تنها اطلاعات كاملی در مورد آسیب پذیری و مقاوم سازی لرزه ای ندارند بلكه در مواجهه باغالب مسائل اجرایی معمول ساختمان نیز كوتاهی می كنند. لذا بایستی سطح آگاهی دراطلاعات فنی  این افراد افزایش یافته و نیز مكانیزمی برای اعمال قاطعیت اجرایی و كنترل امر در نظرگرفته شود و البته طوری كه حق مهندس ناظر حفظ شده و مسئولیتها به درستی تقسیم گردد. لذا در این مقاله وضعیت ساخت و ساز و یكسری علل ضعف كیفیت اجرا در كشور مختصراً بررسی شده و راهكارهای مناسبی جهت بهبود ساخت و ساز ارائه می گردد

مقدمه

باوجود لرزه خیزی بالای اغلب نقاط پر جمعیت كشور بویژه تهران وآسیب پذیری ساختمانهای موجود در برابر زلزله بر اساس تجربیات زلزله های اخیر هنوز توجه كافی به ساخت وساز صحیح نشده است . از نظر علم مهندسی زلزله، در حال حاضر احداث بناهای مقاوم در برابر زلزله امكان پذیر است, لیكن عملاً به دلیل یكسری مشكلات اجرائی رسیدن به ساختمانهای مقاوم تضمین نمی گردد] 1و2 [. بیشتر ساختمانهای كوچك مسكونی فاقد هر گونه دفترچه محاسبات سازه ای جهت طراحی بوده و با نظارت صحیح مهندسین ساختمانی كه دانش فنی لازم را دارند ساخته نمی شوند و حتی اگر ساختمان مورد نظر بطور صحیح طراحی و محاسبه شده باشد، معمولاً در اجرا بعلت سهل انگاری مهندس ناظر و یا عدم تسلط وی به اصول اجرایی ساختمانهای مقاوم در برابر زلزله طرح دچار نقایصی بعضاً  اساسی میگردد.

مشكل اصلی آسیب پذیری لرزه ای ساختمانها حتی نمونه های جدید الاحداث در ایران، عدم  استفاده صحیح از دانش فنی در مراحل طراحی و اجرا می باشد. با وجود گذشت حدود 3 سال از لزوم بكارگیری ویرایش دوم آئین نامه زلزله كشور]3[ برای تعیین بارگذاری جانبی زلزله, در طراحی سازه ای برخی ساختمانهای معمولی هنوز از ویرایش اول استاندارد 2800 استفاده می شود. ضوابط آئین نامه طراحی ساختمانهای فولادی]4[ كه برخی از آنها در مناطق زلزله خیز در پیوست 2 استاندارد 2800 اشاره شده, در طراحی و اجرا سهل انگاری می شود. بسیاری از مهندسین كشور نه تنها اطلاعات كاملی در مورد آسیب پذیری و مقاوم سازی لرزه ای ندارند بلكه در مواجهه با غالب مسائل طراحی و اجرایی معمول ساختمان نیز كوتاهی می كنند] 6 و5[. در این مقاله، وضعیت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی و بتنی در تهران مختصراً مرور شده و توصیه هائی جهت بهبود اجرا ارائه میگردد.

 

معایب و ضعفهای ساختمانهای فولادی موجود

ضعفهای عمده طراحی و اجرای ساختمانهای فولادی در انتخاب زمین, پی ها، صفحات ستونها, درز انقطاع، ستونها ، تیرها، اتصال تیرها به ستونها، اتصال تیر به تیر اصلی, سیستم باربر جانبی، اعضای مهاربندی، اتصالات بادبندها، سیستم دیافراگم كف، دیوارها و تیغه های داخلی و راه پله دیده می شوند.

 

1- انتخاب زمین

بطور كلی در عمل برای انتخاب محل احداث یك ساختمان, مطالعات لرزه ای انجام نمی‌شود و چه بسیار ساختمانهای بلندی كه طی سالهای اخیر در مجاورت گسلها ساخته شده‌اند. مطابق پیوست سوم استاندارد 2800 ]3[ , حركات زمین در نزدیكی منشا زلزله (مجاورت گسلهای فعال) قابل توجه بوده و خسارات لرزه ای شدیدتری به بار می‌آورد, لیكن با دور شدن از آن, حركات مزبور ضعیفتر می‌شوند. لذا در حالت كلی بایستی از احداث ساختمان در مجاورت گسلهای فعال اجتناب نمود. در زمینهائی كه ممكن است بر اثر زلزله دچار ناپایداری های ژئوتكنیكی (مثل روانگرائی, تشست زیاد, زمین لغزش) گردند, توصیه می‌شود امكان ساخت و شرایط لازم برای احداث بنا بكمك مطالعات ژئوتكنیكی بررسی گردد.

 

2- پی ها و شناژها

در ساختمانهای فولادی معمولاً از پی های مستطیلی منفرد یا باسكولی استفاده می گردد كه با شناژهای حداقلی به هم متصل می شوند. ابعاد این پی ها گاهی اوقات حتی برای بارهای ثقلی كفایت نمی كند و تنش حداكثر وارده به خاك بیشتر از مقدار مقاومت مجاز خاك می باشد . در عمل به جز برای ساختمانهای بزرگ هیچگونه آزمایشی جهت تعیین مقاومت خاك و نوع آن (با توجه به درجه بندی استاندارد 2800) انجام نمی شود و غالباً  ابعاد پی ها بر اساس مقاومت خاك فرضی kg/cm2 2 و نوع خاك 2 برای محاسبه بارگذاری جانبی زلزله انتخاب می‌شود. این عدد معمولاً به صورت محافظه كارانه انتخاب می شود ولی برای ساختمانهایی كه روی خاكهای سست ساخته می شوند دور از اطمینان خواهد بود.

ابعاد پی ها در حالت وجود بارهای جانبی معمولاً افزایش می یابد كه در اجرای خیلی از ساختمانها  اعمال نمی شود. مشكل دیگری كه در اجرای پی و شناژ ساختمانها زیاد پیش می آید، شناژهای است كه با مقطعی بزرگتر و آرماتورهای بیشتر مثل یك تیر عمیق برای پی های كناری ساختمان نقش پی باسكولی را ایفا می كنند . ستونهای موجود بر این پی ها با توجه به مجاورت زمین همسایه ، لنگر خمش قابل توجهی به پی اعمل می كنند كه به كمك پی نواری یا باسكولی تحمل می گردد. بعضی طراحان در این زمینه از یك شناژ  قوی استفاده می كنند كه متاسفانه در عمل باهمان شناژ حداقل اتصال بین پی ها (با مقطع 40×40 سانتیمتر و دارای چهار آرماتور F14) اشتباه می شود. چنین مسئله ای همچنین ممكن است برای تحمل وضعیت اجتناب ناپذیر نیروهای بطرف بالا (uplift) در پای یك ستون بعلت نیروهای موجود در اعضای مهاربندی پیش آید .

 

3- اتصال ستونها به پی ها

مسائل متعددی در اجرای اتصال ستونها به پی ها پیش می آید. غالباً  ابعاد و ضخامت صفحات زیر سری كافی نیست وگاهی تعداد پیچهای مهاری و قطر آنها نیز كم است. بعضی اوقات بدنبال سهل انگاری در استقرار صفحه ستونها و یا جابجایی احتمالی صفحه در حین بتن ریزی پی، صفحه ستون در محل صحیح خود قرار نمی گیرد  و یكی از مشكلات عمده اجرای ساختمانهای فولادی را به وجود می آورد .

برای ساختمانهای 4 طبقه یا بیشتر معمولاً ضخامت صفحه باید از 5/2 سانتیمتر بیشتر باشد و یا اینكه از سخت كننده ها روی صفحه ستون برای افزایش مقاومت خمشی آن استفاده نمود]4[. درعمل این ورقهای تقویتی بدرستی بكار نمی روند و اغلب گیرداری ناخواسته ای را به صفحه ستون تحمیل می نماید (شكل 1).

شكل (1): اتصال نامناسب ستون به صفحه ستون در یك ساختمان فولادی كه بطور ناخواسته قدری گیرداری بوجود آمده است

نحوه اتصال ستون به صفحه ستون نیز بایستی مورد توجه بیشتری قرار گیرد. برای ساختمانهای فولادی در امتداد بدون بادبندی یك اتصال گیردار انتظار می رود، در صورتیكه در اجرا ممكن است چنین اتصالی تامین نشود. مخالف چنین وضعیتی برای امتداد بادبندی شده (اتصالات ساده تیرها به ستونها ) مورد انتظار می باشد.

 

4- درز انقطاع

طبق استاندارد 2800, برا حذف یا كاهش خسارت ناشی از ضربه ساختمانهای مجاور به هم, باید ساختمانهای با ارتفاع بیش از 12 متر (یا بیش از 4 طبقه) با درز انقطاع از ساختمانهای مجاور جدا شوند و این درز حداقل 01/0 برابر ارتفاع ساختمان كوتاهتر باشد. این فاصله در محل لازمه بایستی با مصالح كم مقاومت كه در حین زلزله براحتی خرد می‌شوند پر گردد]3[. اگرچه در سالهای اخیر رعایت درز انقطاع اجباری شده و اجرای آن كنترل می‌گردد, ولی خیلی اوقات بخشی از آن با آجر یا ملات پر می‌شود.

 

- ستونها

غالباً به دلیل سهولت اجرایی برای ستونها بعنوان عضو اصلی هر ساختمان, از دو پروفیل به هم چسبیده كه تا حدی غیر اقتصادی است و یا با فاصله و به كمك ورقهای بست افقی استفاده می شود كه گاهی فواصل و ابعاد ورقهای بست بدرستی اجرا نمی شود. برای ساختمانهای بزرگ بلندتر از 5 طبقه، ستونها معمولاً  از ورق ساخته می شوند. در بیشتر موارد طول جوش مطابق با محاسبات و دستورالعملهای آیین نامه ای صورت نمیگیرد. مثلا طول جوش نشده از ورق، 20 سانتیمتر یا بیشتر دیده می شود كه بویژه برای ستونها بسیار بحرانی خواهد بود.

هرگونه خمیدگی و تابیدگی پروفیل های فولادی مورد استفاده در ستونهای مركب بایستی جلوگیری شود]4[. برای ساختمانهای 5 طبقه یا بیشتر نیاز به اتصال ستونها بر روی یكدیگر پیش می آید كه وصله این ستونها در خیلی موارد درمحل مقطع بحرانی (نزدیكی تراز طبقه ) اتفاق می افتد. گاهی اوقات و اضافه بر آن ، ابعاد و جوش این ورقهای وصله نیز كافی نمی باشد. اشكال غیر مناسب از تركیب سه پروفیل و یا ناموزون بودن ابعاد ورق های تقویتی در مقایسه با ضخامت بال خود پروفیل ها نیز در اجرای بعضی ساختمانهای فولادی دیده می شود.

 

6- تیرها

در اكثر موارد از تیرهای لانه زنبوری در ساختمانهای فولادی استفاده می شود (شكل2). این  تیرها در مقابل برش ضعیف هستند و در محل اعمال بارهای متمركز مثل دو انتهای تیر بایستی جان را با ورق تقویتی پر نمود. لیكن با توجه به ایجاد نیروی برشی در تمام طول تیرها در سیستم قاب خمشی، كاربرد تیرهای لانه زنبوری برای ساختمانهای فلزی در مناطق زلزله خیز در راستای بدون بادبندی مناسب نمی باشد (شكل2). خیلی از تیرها در سیستم قاب صلب از مقاطع زوج با ورقهای تقویتی بالها در دو انتها تشكیل می شود. منتها این ورقها با جوش منقطع و معمولاً با بعد جوش گوشه 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 ورقها بایستی به ستون منتقل گردند در طول و بعد جوش این ناحیه دقت خاصی نیاز است و غالباً ورقهای تقویتی بالها باید به صورت ممتد به بالها جوش شوند]4و3[.

مشكل متداول دیگر در تیرهای ساختمانهای فولادی طول نامناسب آنهاست. رواداری مجاز در انتهای تیر و در محل اتصال به ستون معمولاً حداكثر 1 سانتیمتر می باشد]4[. لیكن در خیلی از ساختمانها به علت ضعف كیفیت اجرایی ، این فاصله حتی به 5 سانتیمتر می رسد كه خروج از مركزیت زیاد و در نتیجه لنگر خمشی بزرگی را به نبشی نشیمن زیر تیر اعمال می نماید. مهندسین ناظر بایستی مراقب باشند كه این فاصله ها درحد مجاز باقی بمانند و در صورت لزوم در خواست تغییر تیر و یا حداقل از نشیمن تقویت شده (در صورتیكه رواداری چندان از مقدار مجاز تجاوز نكرده باشد ) استفاده بنمایند.

 

7- 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 مهاربندی وجود ندارد و صرفاً قاب خمشی قرار است درمقابل بارهای جانبی زلزله مقاومت نماید. درچنین حالتی ، اگر ستونهای قوطی ساخته شده از ورق استفاده می شود بایستی به نصب ورقهای پیوستگی در داخل ستون قوطی و در تراز ورقهای زیر و روی تیر توجه خاصی  گردد. غالباً  اجرای این ورقها فراموش می شود و یا در تراز صحیح خود صورت نمیگیرد . مطلب مهم دیگر جوش صحیح آن به داخل 4 وجه ستون می باشد و متاسفانه درعمل سه طرف جوش می شود ولی وجه چهارم به ورقهای پیوستگی متصل نمی شود.

شكل (2): در قاب خمشی (راستای بدون بادبندی) از تیرهای لانه زنبوری استفاده شده است كه كاربرد آن با توجه به ایجاد نیروی برشی در تمام طول تیرها در این سیستم, منطقی نیست. ضمنا ورق تحتانی نیز درست اجرا نشده است