مقاومت ال‌اس‌اف در برابر زلزله

سازه‌های ال‌اس‌اف در زلزله: ایمنی حیات و پایداری ساختمان‌ها

1. مقدمه

• زلزله یکی از خطرناک‌ترین بلایای طبیعی است و می‌تواند به جان انسان‌ها، سازه‌ها و زیرساخت‌ها آسیب جدی بزند.
• هدف سازه‌های ال‌اس‌اف (Life Safety Framework) آن است که در حین وقوع زلزله جان ساکنان حفظ شود، مسیرهای خروج امن برقرار باشد و حداقل آسیب به تاسیسات کلیدی اتفاق بیفتد تا بازگشت سریع به کارکرد عادی امکان‌پذیر گردد.
• این متن به اصول، سیستم‌ها و شیوه‌های اجرایی سازه‌های ال‌اس‌اف می‌پردازد که با تأکید بر ایمنی حیات و پایداری سازه طراحی و اجرا می‌شوند.

2. مفهوم و هدف سازه‌های ال‌اس‌اف در زلزله

• Life Safety Framework به طراحی، اجرا و مدیریت سازه‌ها با هدف حفظ جان انسان‌ها و کاهش خطرات جانبی در اثر زلزله اشاره دارد.
• سه رکن اصلی این چارچوب در قاب‌های ساختمانی عبارت‌اند از:
  • ایمنی حیات: فراهم بودن خروجی امن، جلوگیری از سقوط اشیاء سنگین و جلوگیری از آسیب‌های فاجعه‌آمیز به افراد داخل ساختمان.
  • پایداری سازه: سازه‌ای که در برابر نیروهای زلزله دچار کمترین آسیب شود تا بتواند به کارکرد اولیه یا کارکرد امن برای خروج از ساختمان بازگردد.
  • پاسخ و بازتوانی: قابلیت پاسخ سریع تیم‌های واکنش، حفظ سرویس‌های حیاتی و بازسازی سریع پس از حادثه.

3. اصول کلیدی طراحی سازه‌های ال‌اس‌اف برای زلزله

• هدف‌گذاری عملکردی به سمت Life Safety: طراحی باید به گونه‌ای باشد که در سطح PS (Performance Objective) Life Safety باقی بماند و از نابودی کامل سازه جلوگیری کند.
• ductility و مقاومت غیرخطی کنترل‌شده: استفاده از سیستم‌های سازه‌ای که بتوانند به میزان زیادی تغییر شکل بدهند، بدون فروپاشی، و نیروهای زلزله را به شکل ماندگار جذب کنند.
• افزونگی و Regularity: داشتن توزیع مناسب نیروها در ساختمان و جلوگیری از تمرکز شکست در قسمتی از سازه. وجود مسیرهای خروج امن حتی در حالت پس از زلزله اهمیت دارد.
• طراحی با دیواربری‌ها و قاب‌های مقاوم: ترکیب دقیق قاب‌های خمشی با دیوارهای برشی و اتصالات قوی برای انتقال نیروهای زلزله و جلوگیری از נעش‌های غیرقابل جبران.
• سامانه‌های پایه‌ای و انرژی‌کاهنده: استفاده از پایه‌های ایزوله، دمپرها و سایر تجهیزات انرژی‌دَهی برای کاهش مقدار نیروهای ورودی به سازه و کاهش رفتار ناپایدار.
• مدیریت رفتار غیرساختاری: توجه به تکیه‌گاه‌ها، تکیه‌گاه‌های لوازم، تجهیزات برقی و گازی، و محکم‌سازی اجزای غیر سازه‌ای برای جلوگیری از حوادث ثانویه.

4. سیستم‌های سازه‌ای ال‌اس‌اف رایج در برابر زلزله

• قاب‌های خمشی با جزئیات چرخه‌پذیر (ductile moment-resisting frames): با اتصالات قوی و قابل‌انعطاف برای انتقال بارها و جذب انرژی زلزله.
• دیوارهای برشی با تقویت دوام‌پذیر: دیوارهای بتن‌آرمه یا اسکلت فولادی با تقویت اتصالات برای مقاومت در برابر برش و چرخش‌های جانبی.
• مهاربندها (brace systems): مهاربندهای X یا K با طراحی دقیق برای افزایش سختی و تحمل نیروهای جانبی، به‌خصوص در ترکیب با دیواربرشی.
• ترکیب سیستم‌ها (dual/3D systems): استفاده همزمان از قاب‌های خمشی، دیواربرشی و مهاربندها برای افزایش پایداری و حفظ خروج امن.
• سیستم‌های ایزولاسیون پایه (Base isolation): پایه‌های قابل جابجایی که سازه را از لرزش‌های زمینی جدا می‌کنند تا پاسخ سازه به زلزله کاهش یابد.
• سامانه‌های دمنده یا انرژی‌دِه‌دهنده (Dampers): دمپرهای هیسترزیز، دمپرهای ویسکوز و سایر فناوری‌ها برای جذب انرژی زلزله و کاهش پاسخ سازه.
• ترکیب‌های پیشرفته با طراحی عملکردی (Performance-based design): استفاده از تحلیل غیرخطی دینامیکی و تعیین سطح‌های عملکردی مختلف برای IO/Life Safety/CP.

5. پیاده‌سازی و اجرای سازه‌های ال‌اس‌اف

• تحلیل و طراحی با رویکرد عملکردی: بهره‌گیری از تحلیل‌های غیرخطی دینامیک، پیاده‌سازی اهداف Life Safety و بررسی پاسخ‌های غیرخطی در برابر ورودی‌های زلزله با بزرگنمایی مناسب.
• کنترل کیفیت مواد و اجرام: استفاده از مصالح با گواهی کیفیت، آزمون‌های مصالح، و کنترل دقیق اتصالات و نصب اجزا سازه‌ای و غیرسازه‌ای.
• اجرای دقیق اتصالات و دیافرِم‌ها: توجه به کیفیت اجرا در اتصالات قاب‌ها، دیوارهای برشی، پایه‌ها و سیستم‌های ایزولاسیون یا دمپرها.
• بازرسی دوره‌ای و نگهداری: برنامه‌ریزی برای بازرسی منظم پس از ساخت و قبل از بهره‌برداری، و نگهداری تجهیزات ایزولاسیون و دمپرها برای حفظ کارایی در طول زمان.
• هماهنگی با معماری و غیرسازه‌ها: تضمین اینکه فضاهای خروج اضطراری، مسیرهای امن و فضای مناسب برای پناهگاه‌ها در طرح معماری رعایت شده و به‌روز باشند.

6. نکات عملی برای مدیران پروژه، مهندسان طراح و کارفرمایان

• مشخص کردن هدف عملکردی Life Safety در سطح پروژه و مستندسازی آن در قراردادها و نقشه‌ها.
• استفاده از تیم‌های متخصص در تحلیل غیرخطی و طراحی عملکردی و پیاده‌سازی استانداردهای بین‌المللی و محلی معتبر.
• انجام بازنگری‌های منظم طراحی و اجرا با رویکرد ایمنی حیات و کاهش خطرات ثانویه.
• توجه به قابلیت بازیابی سریع پس از حادثه: وجود فضاهای خروج امن، دسترسی به خدمات ضروری و تامین پایداری زیرساخت‌های حیاتی مانند برق، گاز، آب.
• آموزش و تمرین برای ساکنان و کارکنان ساختمان‌ها جهت خروج امن و اقدام‌های اولیه در زمان زلزله.

7. نتیجه‌گیری

• سازه‌های ال‌اس‌اف با ترکیب طراحی مقاوم، اتصالات دقیق، و استفاده از فناوری‌های پایه‌ای و کنترلی مانند ایزولاسیون و دمپرها، می‌توانند به شکل مؤثری ایمنی حیات را در زلزله تضمین کنند و در عین حال پایداری سازه و بازتوانی سریع را ممکن سازند.
• اجرای این رویکرد نیازمند هماهنگی تیمی میان مهندسین سازه، معماری، مدیریت پروژه و کارفر