زلزله از جمله پدیده‌های طبیعی است که می‌تواند در کسری از ثانیه، خسارت‌های جبران‌ناپذیری به ساختمان‌ها وارد کند. بااین‌حال، تجربه سال‌ها طراحی لرزه‌ای و بهره‌گیری از دانش مهندسی نشان می‌دهد که می‌توان خطرات مرتبط با زلزله را تا حد زیادی کاهش داد. روش‌های مقاوم‌سازی، بسته به نوع سازه (اسکلت فلزی یا بتنی) و شرایط موجود، متفاوت‌اند. در این گفتار، مروری تخصصی بر روش‌های گوناگون مقاوم‌سازی می‌کنیم و می‌بینیم چطور می‌شود یک ساختمان را در برابر ارتعاشات لرزه‌ای ایمن‌تر ساخت.
ضرورت مقاوم‌سازی در برابر زلزله
وقتی صحبت از مقاوم‌سازی می‌شود، شاید این پرسش پیش آید که چرا در وهله نخست یک ساختمان به‌طور اصولی ساخته نشده است. واقعیت اینجاست که برخی بناها از ابتدا با ملاحظات لرزه‌ای کافی طراحی نشده‌اند یا قدمت بالایی دارند و آیین‌نامه‌های جدیدتری تصویب شده که الزامات سخت‌گیرانه‌تری اعمال می‌کند. حتی در ساختمان‌های نوساز هم ممکن است اصلاح بخشی از سازه (مثلاً تغییر کاربری یا افزایش طبقات) نیازمند تقویت المان‌های باربر باشد. گاهی آسیب‌دیدگی ناشی از حوادث کوچک یا نشست‌های موضعی هم صاحب‌کار را به مقاوم‌سازی وامی‌دارد.
مقاوم‌سازی ساختمان‌های اسکلت فلزی
سازه‌های فلزی با وجود شکل‌پذیری بالای فولاد، در صورت اجرای ضعیف اتصالات یا خوردگی اعضا، می‌توانند رفتار خطرناکی حین لرزه داشته باشند. مهندسان برای مقاوم‌سازی چنین سازه‌هایی راهکارهای مختلفی در اختیار دارند:
تقویت اتصالات
شاید یکی از حساس‌ترین بخش‌های سازه فلزی، اتصالات جوشی یا پیچ‌ومهره‌ای باشد. اگر طراحی یا اجرای اتصال به‌درستی صورت نگرفته باشد، هنگام زلزله احتمال شکست اتصال بالا می‌رود. لذا با بازرسی جوش‌ها، استفاده از ورق‌های مضاعف یا تقویت فلنج و جان در محل اتصال، می‌توان ظرفیت اتصالات را افزایش داد. این روش به‌ویژه در قاب‌های خمشی اهمیت دارد که تمام تغییرشکل در محل اتصال ایجاد می‌شود.
نصب مهاربندهای جدید
در بعضی قاب‌های فلزی که فاقد سیستم مهاربندی کافی هستند، می‌توان با افزودن اعضای مورب، رفتار لرزه‌ای را بهبود بخشید. گاهی فقط در چند دهانه مهاربند ضربدری یا شورون تعبیه می‌شود تا ساختمان در برابر بارهای جانبی مقاومت بیشتری داشته باشد. استفاده از مهاربند کمانش‌تاب (BRB) هم یک راهکار پیشرفته‌تر است که جذب انرژی بالایی دارد.
اضافه‌کردن سیستم‌های لرزه‌بر پیشرفته
گاه برای ساختمان‌های حساس، جداسازی لرزه‌ای (Base Isolation) یا میراگرهای الاستومری به‌کار می‌رود. در این روش‌ها، پایه ساختمان از طریق سیستم‌های فنری یا بالشتک‌هایی از زمین جدا می‌شود یا از میراگرهای ویسکوز در طبقات استفاده می‌کنند تا انرژی زلزله در آن هدر برود و به اعضای اصلی سازه منتقل نشود.
تقویت موضعی ستون یا تیر
اگر تحلیل‌های لرزه‌ای نشان دهد که برخی المان‌های خاص ظرفیت کافی ندارند، می‌توان با ورق‌گذاری یا کاشت تسمه‌های فولادی آن‌ها را تقویت کرد. برای نمونه، صفحه‌گذاری روی بال یا جان تیر، ظرفیت خمشی و برشی را بالا می‌برد. همچنین در ستون‌های ضعیف می‌توان ورق دور تا دور ستون اضافه نمود تا سطح مقطع افزایش یابد.
مقاوم‌سازی ساختمان‌های اسکلت بتنی
در سازه‌های بتنی، مشکل اصلی غالباً پایین‌بودن شکل‌پذیری و وجود ترک‌های کششی ناشی از زلزله است. روش‌های مقاوم‌سازی در اینجا متنوع‌اند و انتخاب، بر اساس نوع آسیب یا ضعف سازه صورت می‌گیرد:
اضافه‌کردن دیوار برشی
یکی از روش‌های مؤثر در تقویت سازه بتنی، افزودن دیوار برشی است. این دیوار، نیروی جانبی زلزله را جذب می‌کند و تغییرمکان جانبی را کاهش می‌دهد. البته اجرای آن در ساختمانی که در حال بهره‌برداری است، کاری پرهزینه و زمان‌بر محسوب می‌شود. بااین‌حال، در پروژه‌هایی که ظرفیت برشی قاب بتنی کافی نیست، دیوار برشی می‌تواند راهکاری قاطع برای افزایش سختی جانبی باشد.
ژاکت بتنی یا فولادی
اگر المان‌های عمودی (مثل ستون‌ها) یا تیرها ضعیف باشند، می‌توان دورشان یک لایه بتن مسلح اضافه کرد (ژاکت بتنی) یا از ورق و مقاطع فولادی دور ستون استفاده نمود (ژاکت فولادی). هر دو روش باعث افزایش سطح مقطع و آرماتورهای محصورکننده می‌شود. ژاکت بتنی درمجموع اجرای سخت‌تری دارد، اما می‌تواند ظرفیت برشی و محوری را بهبود دهد. ژاکت فولادی هم شکل‌پذیری را بالا می‌برد و اگر با دقت نصب شود، فضای اشغال‌شده کمتری دارد.
مقاوم‌سازی با الیاف FRP
یکی از روش‌های نسبتاً نوین در سازه‌های بتنی، استفاده از الیاف پلیمری تقویت‌شده (FRP) است. با چسباندن لایه‌های CFRP یا GFRP روی سطح المان بتنی، مقاومت خمشی و برشی المان افزایش می‌یابد. الیاف FRP علاوه بر سبک‌بودن، سرعت اجرای بالا دارند. بااین‌حال، حساسیت اجرای این روش بالاست و باید از رزین‌های مخصوص بهره برد.
تزریق رزین یا گروت
اگر ترک‌های موضعی یا ترک‌های عمیق در دیوارهای برشی یا ستون‌های بتنی ایجاد شده باشد، می‌توان از تزریق رزین اپوکسی یا گروت با مقاومت بالا استفاده کرد. این کار ترک‌ها را پر و یکپارچگی مقطع را تا حدی برمی‌گرداند. هرچند اگر آسیب جدی باشد، نیاز به روش‌های ترکیبی (مثلاً ژاکت بتنی) خواهد بود.
تحلیل لرزه‌ای و انتخاب روش مناسب
تا وقتی سازه از طریق مدلسازی لرزه‌ای پیشرفته تحلیل نشود، نمی‌توان نسخه واحدی را توصیه کرد. لازم است مهندس سازه با نرم‌افزارهای تحلیلی مدل ساختمان را با ترکیبات بار لرزه‌ای بررسی کند. سپس نقاط ضعف (مثلاً ظرفیت پایین ستون در طبقه اول) شناسایی می‌شوند و به‌صورت موضعی تقویت می‌گردند. بعضی وقت‌ها تنها مشکل در اتصالات است و با اصلاح اتصالات می‌توان دغدغه‌های لرزه‌ای را رفع کرد. اما در موارد دیگر، اضافه‌کردن سیستم‌های مقاوم جانبی (مثل بادبند فولادی یا دیوار برشی) ضروری است.
نقش مصالح پیشرفته و تکنیک‌های جدید
در سال‌های اخیر، مصالح و روش‌های جدیدی معرفی شده‌اند که می‌توانند فرایند مقاوم‌سازی را آسان‌تر کنند. برای مثال، بتن خودتراکم (SCC) در اجرای ژاکت بتنی، پدیده‌ای مفید است چون جای‌گیری بهتر در مقاطع دارد. الیاف کربنی FRP که پیش‌تر اشاره شد، در پروژه‌های بزرگ و کوچک به‌طور گسترده استفاده می‌شود. همچنین سیستم‌های جداسازی لرزه‌ای پیشرفته که عموماً در ساختمان‌های حیاتی مثل بیمارستان‌ها یا مراکز امدادی دیده می‌شوند، توانایی کنترل شتاب و تغییرمکان سازه را به‌شکل محسوسی دارند.
برخی مشاوران سازه در پروژه‌هایی با حساسیت بالا، از داده‌های شبکه شتاب‌نگاری نیز سود می‌برند تا روش پیشنهادی را بهتر توجیه کنند. در این میان، بهره‌گیری از منابع تخصصی، شامل مقالات و گزارش‌های فنی سی اف تی، باعث می‌شود تیم‌های مهندسی همیشه به‌روز بمانند و از آخرین دستاوردهای تکنولوژی باخبر شوند.
اجرای حرفه‌ای و اهمیت نظارت
حتی بهترین روش مقاوم‌سازی هم بدون اجرای اصولی و نظارت دائمی، به نتیجه مطلوب نمی‌رسد. برای مثال، اگر قرار است ژاکت فلزی روی ستون‌ها نصب شود، باید ورق‌ها کاملاً با انحنای ستون مطابقت داشته باشد و پیچ یا جوش‌ها طبق دستورالعمل زده شوند. در روش FRP، تمیز کردن سطح بتن و آماده‌سازی سطحی برای چسباندن الیاف اهمیت ویژه‌ای دارد. کوچک‌ترین ناهماهنگی در چسب رزین می‌تواند بهره مورد انتظار را کاهش دهد.
گام پایانی هم تست و کنترل کیفیت است. برخی پروژه‌ها با آزمایش کشش روی نمونه میلگرد، یا اسکن آرماتور و تست التراسونیک روی بتن، از صحت کار مطمئن می‌شوند. گاهی برای سازه‌های مهم، تست‌های غیرمخرب یا بارگذاری آزمایشی محدود هم صورت می‌گیرد تا از عملکرد واقعی تحت وزن و نیروهای جانبی اطمینان حاصل شود.
خلاصه
روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان‌های اسکلت فلزی و بتنی در برابر زلزله، طیفی گسترده دارند که از اصلاح اتصالات یا افزودن مهاربند در سازه‌های فولادی گرفته تا ژاکت بتنی یا دیوار برشی جدید در سازه‌های بتنی را شامل می‌شود. تصمیم درست باید بر پایه تحلیل لرزه‌ای دقیق، ملاحظه شرایط اجرایی و لحاظ محدودیت‌های معماری باشد.
اگرچه این فرایند ممکن است هزینه‌بر باشد، اما ایمنی ناشی از آن در بلندمدت ارزشش را دارد. در این راستا، آشنایی با روش‌های نوین (مثل الیاف FRP یا سیستم‌های جداسازی لرزه‌ای) و استفاده از منابع تخصصی نظیر مطالب سی اف تی، باعث می‌شود تیم‌های مهندسی و کارفرمایان انتخابی هوشمندانه داشته باشند. در هر صورت، دقت در اجرا و نظارت فنی مستمر هم عامل کلیدی است؛ چراکه یک طراحی خوب بدون اجرای اصولی، به سازه‌ای ایمن و قابل‌اعتماد ختم نخواهد .
