طراحی ایمن زلزله با LBF سیستم

زلزله‌های بزرگ و ویرانگر، هر از چند گاهی بخشی از کره زمین را به لرزه در آورده و موجب تلفات و خسارات جانی و مالی فراوان می‌گردند. تنها طی یک قرن اخیر، حدود 1000 بار زلزله به صورت مخرب در جهان روی داده و بیش از یک میلیون نفر را به کام مرگ کشانیده‌اند. آنچه که در این میان نگران‌کننده است، این است که حدود 20 درصد زلزله‌هایی که طی این مدت در دنیا رخ داده‌است، به ایران مربوط می‌شود و حدود 80 درصد تلفات ناشی از زلزله نیز مربوط به 6 کشور دنیا از جمله ایران است. کشور ایران بر روی کمربند جهانی زلزله آلپ و هیمالیا واقع شده است (شکل 1). بررسی‌ها نشان می‌دهد که بیش از 90 درصد از خاک ایران زلزله‌خیز است (شکل 2) و اکثر شهرهای ایران را خطر وقوع زلزله‌های شدید تهدید می‌کند. آمارها نشان می‌دهند که به طور متوسط در هر دهه، زلزله‌ای با قدرت بالای 7 ریشتر در ایران رخ می‌دهد و در سه دهه اخیر، افزون بر 130 هزار نفر از هموطنانمان بر اثر زلزله جان خود را از دست داده‌اند.

وقوع این حوادث موجب شد که بازنگری‌هایی در صنعت ساختمان کشور صورت پذیرد و استفاده از مصالح و سیستم‌های سبک و انعطاف‌پذیر در اجزای سازه‌ای، به عنوان و غیرسازه‌ای، راهکاری موثر در ساخت بناهای ایمن در برابر زلزله، در دستور کار قرار گیرد بر اساس (آیین‌نامه 2800 زلزله ایران). استفاده از اجزای غیرسازه‌ای سنگین و سیلابی باعث افزایش نیروهای وارده از زلزله می‌شود و تأثیر منفی بر رفتار لرزه‌ای سازه‌ها دارد، به طوری که این آثار می‌توانند موجب نابودی کامل ساختمان‌ها شوند.

یکی از سیستم‌های مناسب جهت اجرای اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای مانند دیوارهای داخلی و خارجی، نماها و سقف‌های کاذب، سیستم‌های ساخت و ساز خشک (Drywall Systems) می‌باشد. سیستم‌های کلی سیستم‌های ساخت و ساز خشک، شامل صفحات روکش دار گچی (و یا صفحات مسلح سیمانی) و مقاطع فولادی سبک می‌باشد، که این صفحات به عنوان پوشش و مقاطع فولادی در اجزای غیرسازه‌ای به عنوان زیرسازی و در اجزای سازه‌ای به عنوان سیستم باربر سازه عمل می‌نمایند. در حال حاضر بیش از 90 درصد ساختمان‌های سازیها در کشورهای پیشرفته جهان با استفاده از این ساختارها انجام می‌شود. این فناوری توسط شرکت‌هایی وارد ایران شده و تاکنون پروژه‌های بسیاری در سرتاسر کشور با موفقیت اجرا شده است و ما اکنون از این مصالح جهت ساخت سیستمی کاملا سازه‌ای استفاده می‌کنیم.

آثار زیانبار ناشی از جرم زیاد:

اگر معادله پایه در محاسبات مهندسی زلزله سازه‌ها را به شکل زیر قرار دهیم:

در می‌یابیم که آزاد شدن ناگهانی انرژی پوسته زمین در مرز بین گسل‌ها (زلزله) باعث حرکت یا شتاب زمین می‌شود که خود به شکل یک نیروی موثر خارجی به سازه اعمال می‌گردد. این نیروی خارجی سبب تحریک عکس العملهایی در سازه به شکل نیروهای اینرسی ، نیروهای میرایی  و نیروهای سختی (kx) می‌شود. اما نکته قابل توجه این است که جرم مهمترین نقش را در ایجاد نیروهای زلزله در سازه‌ها ایفا می‌کند. به عبارت دیگر، بدون وجود جرم، حرکات دینامیکی سازه وجود نخواهد داشت. هر قدر که جرم مسلما حذف جرم بیشتر باشید، نیروی زلزله بزرگتری به سازه وارد می‌شود. در ابنیه غیرممکن است، اما می‌توان با به کارگیری مصالو نوین، مقدار آنرا به حداقل رساند. بررسی‌ها نشان می‌دهد که دیواره‌های LBF در سازه‌ها، 50ـ80% از دیواره‌های بنایی متداول سبکتر هستند.

به طور کلی، سبک سازی موجب می‌شود که شتاب زلزله کمتر بر ساختمان اثر کند و نیروهای مخرب ناشی از زلزله کاهش یابند. بررسی موردی یک ساختمان هفت طبقه نشان می‌دهد که استفاده از دیواره‌های سبک LBF به جای دیواره‌های سنگین بنایی، موجب کاهش وزن ساختمان به میزان 70% و کاهش نیروی زلزله به میزان 85% شده است. به لحاظ اقتصادی، سبک سازی موجب می‌شود که مخارج تأمین ایمنی سازه در برابر زلزله کاهش یابد. سبک کردن اجزای غیرسازه‌ای علاوه بر اینکه نیروهای جانبی ناشی از زلزله را کاهش می‌دهد، نیروهای قائم (بار مرده) وارده بر ساختمان را نیز کاهش داده و در نتیجه پی و مقاطع مورد نیاز برای تأمین استحکام سازه بسیار بهینه و اقتصادی می‌گردند.

برای مطالعه ادامه مقاله فایل زیر را دانلود کنید:

عملکرد دیواره ها