مقدمه :

 در طول تاريخ مخرب ترين پديده ای كه توانسته است بيشترين تلفات جانی و مالی را به وجود آورده و خسارت زيادی به ساخته های بشر وارد نمايد زلزله است. از آغاز قرن هيجدهم تاكنون سه ميليون نفر در زلزله های گذشته كشته شده اند.

وقوع زلزله به خصوص در كشورهای كم درآمد كه از لحاظ اقتصادی قادر به رعايت دقيق اصول فنی نيستند، موجب پيامدهای بزرگ روانی، اجتماعی، اقتصادی و سياسی شده است.

تقريباً اكثر نقاط ايران (حدود 90 درصد) دارای خطرپذيری زياد در زلزله است. كشور ما در هر سال به طور متوسط زلزله ای به قدرت 6 ريشتر و هر دهه زلزله ای با قدرت 7 ريشتر را تجربه  كرده  است.   جدول 1   زلزله هايی با  قدرت تقريبی 7 ريشتر را در قرن اخير نشان می دهد.

در زلزله های طبس، رودبار، منجيل و بم دهها هزار نفر از هموطنانمان جان خود را از دست داده اند. از زلزله وحشت داريم، حرف آن را زياد می زنيم، جلسات زيادی بنا می كنيم، ولی در عمل می بينيم كه نتيجه مطلوبی از عملكرد مان نداریم.

جدول 1- زلزله هايی با قدرت 7 ريشتر

چرا در كشوری مثل ژاپن زلزله ای باقدرت 5/7 ريشتر رخ می دهد و ساختمانها فرو نمی ريزند و تنها 2 نفر كشته و زخمی می شوند ولی با يك زلزله 5/6 ريشتری دهها هزار نفر از هموطنانمان كشته می شوند و ميلياردها تومان خسارت مالی بر كشور وارد می شود.

در طی يك قرن اخير 6/17 درصد از زمين لرزه های جهان در ايران رخ داده و 80 درصد تلفات ناشی از زلزله مربوط به 6 كشور از جمله ايران است.

        واقعيت آن است كه تجربه های زلزله های اخير نشان می دهد كه علی رغم پيشرفتهای فراوان در مهندسی ساختمان، به نكات علمی و عملی در طراحی و اجرای سازه ها توجه لازم نمی شود و فاصله بين علم و عمل در ساختمان سازی كشور فاصله زيادی دارد و لازم است با راهكارهای عملی هر چه زودتر مرتفع شود.

         استان هرمزگان و جزيره قشم يكی از مناطق با خطرپذيری نسبتاً زياد در زلزله است. وجود گسلهای زياد اين پهنه را به يكی از مناطق مستعد زلزله تبديل كرده است. اين گسلها در مناطق مختلف و در جزيره قشم در نقاط و اعماق متفاوت جزيره وجود دارند. جهت گسلهای جزيره قشم مورب از جنوب شرق به شمال غربی و در جهت شمال به جنوب می باشد. نوع گسل ها كوچك و متوسط می باشد كه حركت اين گسلها زلزله 6 ريشتری 6 آذرماه 1384 را به وجود آورده است.

عمده اين گسلها نزديك به منطقه روستاهای تنبان گياهدان و كاروان می باشد. گسلهای ديگر در غرب جزيره (باسعيدو) و چند گسل كوچك هم نزديك به فرودگاه است. اين گسلها زلزله ای با همين قدرت 6 ريشتر را در حدود 100 سال پيش به وجود آوردند و مناطق وسيعی از روستاهای جزيره را ويران كردند و منجر به كشته و زخمی شدن مردم شدند.

اين پهنه از قديم در معرض وقوع زلزله بوده و استعداد بروز زلزله های دیگری را در آينده داراست. تراكم جمعيت در گذشته كم بوده ولی امروز وجود مناطق پر جمعيت در شهرها و بازارهای تجاری و مراكز خريد و فروش و آپارتمانهای ساخته شده با صدها تن فولاد و بتن خطر پذيری و ويرانی و تلفات را صد چندان كرده است.

لازم است به جای پرداخت هزينه های هنگفت پس از زلزله اين هزينه ها را در ايجاد بناهای محكم و پايدار صرف نمائيم. استفاده از پيمانكاران خبره در اجرای اسكلت های بتنی و به ويژه فلزی و جوشكاران و كارگران فنی ماهر، استفاده از مصالح مرغوب و استاندارد شن و ماسه در ساخت بتن، واگذاری امور به مجريان ذيصلاح، توليد انبوه مسكن و حمايت از انبوه سازانی كه دارای امكانات بيشتر می باشند و كوتاه كردن دستهای ناپاك بساز بفروش، می تواند در بهبودی ساخت و ساز مسكن اثر بخش باشد.

بررسی رفتار و حالت خرابی سازه های فولادی

 الف ) رفتار مواد

       فولاد با خواص شكل پذيری زياد و نسبت بالای مقاومت به وزن به عنوان يكی از مصالح ساختمانی مقاوم در برابر زلزله شناخته شده است.

ب ) شكل پذيری در سازه

        شكل پذيری سازه بدين مفهوم نيست كه سازه به هنگام زلزله دچار آسيب ديدگی نمی شود. بلكه بدان معنی است كه ‌آسيب ديدگی آن به نفع پايداری سازه هدايت می شود.

بطوريكه اين آسيب ديدگی مي تواند در دفع نيروهای زلزله به سازه كمك كند. شكل پذيری قابليت پذيرش تغيير شكل های خميری و پلاستيك در نواحی از پيش تعيين شده می باشد.

براي جلوگيری از رفتار پلاستيك نامناسب در زلزله كافی است، طراح با يك طرح حساب شده از تشكيل مفصل پلاستيك در اعضايی كه مستقيماً در پايداری سازه موثرند. همانند ستونها و اعضای ديگر جلوگيری به عمل آورد. به عبارت ديگر اگر اين امكان فراهم شود كه از قبل تغيير شكلهای پلاستيك در محلهای تعيين شده ای مانند تيرها ، بادبندها ، ديوارهای برشی، مستهلك كننده ها صورت گيرد، می توان درصد بسيار زيادی از نيروهای زلزله را به صورت اتلاف انرژی از بين برد. در طراحی سازه ها بايد اعضا را جوری طرح نمود كه تيرها قبل از ستونها دچار خرابی شوند.

ج ) مهمترين نقايص ساختمانهای فولادی در ايران

         سازه های فولادی به دليل استفاده از مقاطع استاندارد در اعضای تير و ستون مشكل مصالح ندارند، آنچه كه اين سازه ها را آسيب پذير می نمايد، نحوه مونتاژ و چگونگی اتصالات اين اعضاء به يكديگر است.

مهمترين نكته در اسكلت فلزی توجه ويژه به اتصالات است. اتصالات نامناسب و ضعيف نقش موتور تخريب و عامل كمك كننده در خرابی سازه در زلزله است. پايداری اتصالات بسيار مهم است و معياری براي پايداری كل ساختمان می باشد. در همين راستا لازم است در اجراي سازه های فولادی از پيمانكاران و جوشكاران فنی و ماهر كه دارای تجهيزات جوشكاری مناسب باشند استفاده كرد.

دستگاه های جوشكاری فرسوده و ضعيف معمولاً جوشكاری را دچار ضعف می كنند. ماشين جوشكاری مبدل يكسو كننده DC (ركتيفاير) كه از ژنراتور برق می گيرد، از وسايل معمول و مناسبی است كه با تنظيم مناسب و ثابت برق، می تواند جوش مناسبی را در اتصالات ساختمان به وجود آورد.

از جمله موارد ضعف در سازه های فولادی می توانند شامل:

1 ـ اتصالات مهار بندها

2 ـ كمانش ستونهای با قيد و بستهای موازی

3 ـ اتصال تيرهای لانه زنبوری خورجينی به ستون

4 ـ اتصال ستون به كف ستونها

5 ـ جوشهای گوشه در تمام نقاط

6 ـ اتصالات تير به ستون

7 ـ بالكن ها و نماهای طره ای

8 ـ طبقه نرم (ارتفاع بلند مغازه ها و قطع بادبندها)

9 ـ سيستم باربر جانبی

10 ـ درزهای انقطاع

موارد ذكر شده در بندهای بعدی به تفسير توضيح داده می شود.

د ) بررسی خسارت وارده

     1  ـ مهاربندها و سيستم باربر جانبی

                   عدم وجود سيستم مهاربند و ضعف در مهاربندها يكی از علل تخريب سازه های فولادی می باشد. حتی المقدور لازم است سازه فلزی در دو جهت مهاربندی شود و آن را در طبقات ادامه داد. چرا كه نمی توان به اتصالات صلب تير و ستون اعتماد كرد. به خصوص در اتصالات خورجينی كه با تمام تلاش نمی توان آن را به صورت صلب در آورد، برسد به آنكه به صورت ساده روی نبشی ها قرار گيرد. مهاربندها به خصوص مهاربندهای ضربدری مقاومت زيادی در برابر نيروهای برشی زلزله دارند. مهارها در دو حالت كشش و فشار بايد طراحی شوند تا از برگشت شلاقی نيرو جلوگيری به عمل آيد. اتصال ورق بادبند به تير و ستون خيلی مهم است . اين صفحه بايد به دو عضو تير و ستون متصل باشد.

 اگر طراحی صحيح، ولی اجرا نامناسب باشد، در اتصالات شاهد يك رفتار نامطلوب و نامطمئن خواهيم بود و می توان به نقش مهم اتصالات و جوشها پی برد. چرا كه اين اتصالات هستندكه سازه را يك پارچه نگاه می دارند و رفتار و كيفيت جوش است كه عملكرد نامناسبی را ايجاد خواهد كرد. اصولاً جوش اتصالی است صد در صد معيوب و صد در صد بايد كنترل و مورد دقت و آزمايش قرار بگيرد.

2  ـ شكست ستون ها    

      يكي از مقاطع مرسوم در اسكلت های فولادی استفاده از ستونهای پا باز با بستهای افقی موازی مشبك است . با توجه به اينكه برای ستونهای مشبك در آئين نامه ها ضوابط خاصی برای طراحی در برابر زمين لرزه وجود ندارد، ايجاد شكست های مختلف در ستون و يا در بستهای آن قابل انتظار است. كه موارد بسياری از اين شكست ها در زمين لرزه رخ داده است.

شكستهايی از قبيل كمانش كلی ستون حول محور عمود بر بستهای افقی، كمانش موضعی در يك پای ستون، كمانش جانبی، پيچش ، گسيختگی بستها و يا جوش اتصالات بست ها. جهت جلوگيری از موارد ذكر شده لازم است در ستونهای لاغر در كل ارتفاع توسط ورق تقويت شود و در ترازهای بالاتر محل اتصال تير به ستون در ارتفاع حداقل 60 سانتی متری از بالا به پايين تقويت شود. با توجه به وجود ستونهای پا باز بدون ورق تقويت، اكثر قيدها گسيخته شده اند. به طوريكه كيفيت نامطلوب جوشها هم به اين امر كمك می كنند. جوش های كرمو، داراي بعد كم و عدم نفوذ و ذوب كافی ، ستونهای لاغر و بدون تقويت توان مقابله با نيروهای جانبی زلزله را نداشته و ندارند.

3 ـ طبقه نرم

      در بعضي ساختمانها ارتفاع طبقه همكف را بدون لحاظ نمودن طول عضو در محاسبات بادبندها و ديوارهای برشی را منقطع می كنند تا فضای باز بدون ديواری در تراز زمين ايجاد شود و از آن جهت مغازه ها باارتفاع بيشتر استفاده می كنند و با ايجاد مصالح سنگين در طبقات بعدی نسبت به طبقه همكف سختی را تغيير مي دهند. به هنگام زلزله طبقات بالا روی طبقه همكف ارتعاش كرده و ساختمان به صورت پاندول وارونه عمل می نمايد. با افزايش تغيير مكان در طبقه همكف، كل انرژی ساختمان در اين طبقه تخليه می شود و اين طبقه دچار آسيب ديدگی شديد می گردد.

4ـ كنسولها

        تير كنسول شده به دليل وجود لنگر در محل اتصال بايد از گيرداری لازم و كافی برخوردار باشد. در غير اين صورت بايد از دستكهای مورب 45 درجه جهت نگهداری بار كمك گرفت. به هنگام زلزله حركتهای قائم كنسول سبب شكست اتصال آن می شود. در طراحی حتماً بايد نيروی زلزله در جهت قائم در كنسولها و طره ها محاسبه  شود و از ايجاد طره ها و بالكن هاي بيش از 5/1 متر احتراز نمود.

5ـ اتصال رايج بی قاعده تير فرعی به ستون

          در سيستمهای خورجينی به دليل عبور تير باربر از طرفين ستون امكان اتصال تير فرعی به ستون از بين می رود و اين تير در جان تيرهای خورجينی با اشكال گوناگون ورق و نبشی متصل می شود. اين اتصال عجيبی است كه در هيچ جاي جهان تحليل و روش قابل قبولی را ندارد و سيستم سازه را با رفتار غير قابل پيش بينی مواجه می كند. چرا كه تيرها مستقيماً به ستونها متصل نمی باشند و از همه مهمتر در اين قسمت اگر بادبندی هم تعبيه كنند، ورق بادبند با روش نامناسبی با كيفيت جوش بسيار پائين و با نقصهای فراوان تعبيه می شود. بنابراين سيستم فوق غير قابل اعتماد می باشد.

6ـ درز انقطاع

              طبق آئين نامه 2800 ايران برای حذف و كاهش خسارت و خرابی ناشی از ضربه ساختمانهای مجاور به يكديگر بايد ساختمانهايی كه دارای ارتفاع بيشتر از 12 متر هستند به وسيله درز انقطاع از يكديگر به اندازه 01/0 ارتفاع جدا شوند. اين فاصله را می توان با مصالح كم مقاومت پر كرد.

به هنگام زلزله ساختمان دارای جا به جايی زيادی می شود و در اثر ضربه می تواند نيروهای زيادی را به ساختمانهای مجاور خود وارد كند.

7ـ چند توصيه در طراحی ساختمان

          با توجه به امكانات موجود و فاصله علم تا عمل بهتر است ساختمان را بر حسب نوع آن، اسکلت بتنی طراحی كرد.

ساده بودن و تقارن در پلان و ارتفاع، سازه را از آسيب های ناشی از پيچش دور می كند.

طويل نبودن ابعاد پلان و تقسيم شدن پلان به پلانهای كوچكتر و منظم، سازه را يكپارچه تر می كند. استفاده از مصالح سبك تر در اجرای سقف ها و ديوارهای جدا كننده و كاهش جرم، نيروهای وارده به سازه را كم می كنند.

در كاربری ساختمان سعی شود در طبقات بالاتر، سبكتر از طبقات پائين تر باشند. و توزيع جرم در طبقات مناسب باشد. در حال حاضر وزن 1 متر مربع ساختمان های مسکونی در کشورمان 700 تا 800 کیلوگرم میباشد اما امروزه با تازه ترین فن آوری این وزن را به 12 کیلوگرم کاهش داده اند.

طره های بزرگ در زلزله دچار آسيب ديدگی می شوند. از ساخت آنها جلوگيری شود. حتی الامكان ستونها در يك امتداد باشند تا توزيع سختی آسانتر شود.

در طراحی اجرای عناصر مقاوم ساختمان در برابر زلزله (باد بندها، ديوارهای برشی، اتصالات صلب) نهايت دقت شود.

مراقب ايجاد نشدن طبقه نرم در ساختمان باشيم.

درز انقطاع بين دو بلوك مجزا كنترل و دقت شود.

شالوده در عمق اجرا شده و از پیوستگی و يكپارچگی خوبی برخوردار باشد.

نكات در حين اجرا:

          چه اسكلت فلزی و چه اسكلت بتنی دارای شناسنامه با نقشه اجرايی كاملی باشند و با برقراری يك نظارت مستمر و سيستماتيك، مسئوليت هر يك از جوشهاو اتصالات يا چك كردن قطع و وصل و تعداد ميلگردها، فواصل خاموتها طرز قالب بندی شاقول و تراز بودن آن ها بين افراد تقسيم شده و بعد از انجام هر كار بازرسی چشمی و در صورت لزوم با تست مربوطه تحويل گرفته شود.

محل اجرای جوشكاری لازم است در تمام فصول سال سرپوشيده بوده تا محل جوش از سرما و رطوبت بدور باشد. همچنين در فصل سرما و يخبندان نبايد جوشكاری در ساعات اوليه صبح انجام شود و با پيش گرمايش قطعات از ترك خوردگی جلوگيری به عمل آورد.

قبل از جوشكاری بهتر است برای تنظيم دستگاه روی يك تكه قراضه آهن ، آمپر جوش را امتحان كنيم.

آماده سازی لبه ها و ايجاد زاويه پخ و دهانه لازم است. پخ زدن بعد جوش را مناسب كرده، سبب كم شدن مصالح مصرفی می شود.

كابل اتصال زمين از محل جوش دور باشد چرا كه سبب ايجاد جرقه های زياد و انحراف حوضچه جوش می شود.

در اتصالات گيردار و لب به لب لازم است جوشكاری در چندين پاس تكميل شود و عدم استفاده از الكترود مناسب باعث ايجاد جوش بد و ضعيف می شود. بهتر است پاس اول با الكترود نفوذی E6011 با ضخامت 3 ميليمتر و پاسهای بعدی با الكترود E6018 انجام شود.

استفاده از الكترود ضخيم برای زود پر شدن چاله جوش جهت بالا رفتن سرعت جوش مناسب نيست. گل جوش هر پاس بايد برداشته شود و پاس بعدی روی آن جوش شود.

الكترود مناسب و مصرفی مرسوم در جوشكاری ساختمان E6013 می باشد. برای جوشكاری در حالت سربالا و زير سقفی بهتر است از الكترودهای زود جوش و نفوذی E6010 و E6011 با جريان يكسو و قطبيت معكوس استفاده كرد. اين الكترودها زودگير هستند و شره نمی كنند و دارای قدرت نفوذی بالا هستند.

سطح خارجی جوش بايد محدب باشد نه مقعر تا سبب ترك های كششی روی جوش بشود.

در جوش های گوشه دو ورق عمود بر هم بايد يك فاصله با هم داشته باشند.

در صورت وجود يك ترك، اين راه غلطی است كه تصور كنيم عيب می تواند با يك پاس ديگر برطرف شود. راه درست آنست كه محل عيب را با سنگ زدن از بين برده و جوش را اصلاح نمائيم.

بعد از اجرای ديوارهای آجری و سفالی  و … بلافاصله عمل سيمانكاری (پلاستر) انجام شود. تا ديوار مستحكمتر شود.

با ميلگردهای 10  و 12 می توان به صورت گذاشتن ريشه انتظار از ستون  ديوارهای آجری را مسلح نمود.

نكات آئين نامه ای

                   اگر بتوانيم نكات مورد بحث در آئين نامه های اجرايی مثل 519 و 2800 و مبحث ششم مقررات ملی ساختمانی ايران را به درستی محاسبه و رعايت و اجرا كرد، مثلاً ضريب زلزله "C" را درست محاسبه كنيم W يا جرم سازه را به درستی و دقت محاسبه كنيم ؛ آنوقت می توانيم ادعا كنيم ساختمانی را طراحی كرديم كه در مقابل زلزله های بزرگ مقاومت می كنند. اگر شروع به خراب شدن كنند به صورت تدريجی خواهد بود و می تواند حداكثر نسبی امنيت و سلامت را برای سازه و ساكنين آن به همراه داشته باشد.

 نتيجه گيری :

      در طراحی و ساخت به هر ميزان كه اصول و قوانين مهندسی رعايت گردد به همان ميزان نتيجه مطلوبتری در زلزله حاصل می شود. نقص در اجرای سازه ها   بيشترين آسيب ديدگی های  ساختمان را در   زلزله به وجود آورده است.

طراحی مطلوب سازه متقارن و متوازن، سازه با اسكلت منسجم ،‌كيفيت خوب اجرا، استفاده از مصالح سبك و مقاوم، استفاده از  گروه های ماهر و متخصص، استفاده از  اصول و دانش مهندسی زلزله  و  رعايت قوانين آن وعمل نمودن به کلیه دستورالعمل ها و ابلاغیه های سازمان نظام مهندسی نكاتی است كه ساختمان را به هنگام زلزله محفوظ نگه می دارد. در اين ميان اتصالات اعضای فلزی به يكديگر نقش كليدی و حياتی سازه های فلزی را دارد كه اجرای صحيح آن سبب مقاومت و پايداری بيشتر اسكلت ساختمان می شود.

         در نهايت بايد به اين نكته توجه كنيم كه جوشكاری اسكلت فلزی را نبايد به يك فرد ناشی و كم تجربه با امكانات ضعيف بدهيم. چراكه عامل اصلی تخريب كل سازه های فلزی در زلزله جوشكاری ضعيف بوده است.

اين تجربه و تجربه های ديگر را بدانيم و به آن عمل كنيم .

منابع  و مآخذ

1.مقررات ملی ساختمان- مبحث ششم

2.طرح و اجرای سازه های فولادی- شاپور طاحونی

3.نقشه زمین شناسی ایران

4.جوشکاری و بازرسی جوش- مهندسین مشاور جوش گستر طوس

مقاله فوق در مجله آموزشی تحلیلی خبری برکه انتشارات سازمان نظام مهندسی هرمزگان به چاپ رسیده است.