کاهش تلفات زلزله با روشی جدید (طرح اتاق امن)

[Mohammad Aref 120452]

مقدمه

بطور کلی ساختمانهای موجود در کشور را به سه دسته زیر می توان تقسیم کرد:

 

الف) ساختمانهایی که دارای اسکلت نیست.

این دسته از ساختمانها دارای سیستم دیوار باربر خشتی و یا آجری است که در برابر زلزله های نسبتا شدید مقاوم نیستند و در هنگام وقوع زلزله, ساکنان آنها به علت ریزش آوار در امان نخواهند بود.

 

ب) ساختمانهایی که دارای اسکلت فلزی و یا بتنی است ولی برای نیروهای افقی ناشی از زلزله محاسبه نشده اند.

این قبیل ساختمانها در صورت اجرای صحیح اسکلت و یکپارچگی سقفها در برابر زلزله های با بزرگی کم و متوسط تا حدی مقاومت می نمایند و خسارت های وارد بر آنها کمتر باعث آسیب دیدگی ساکنان آنها می شود. البته در این نوع ساختمانها باید ایمن سازی محیط داخلی ساختمان و یا به عبارتی مبلمان آن به نحوی باشد که در اثر حرکتهای ناشی از زلزله, آسیبی از طرف آنها به ساکنان وارد نشود.

 

ج) ساختمانهای ساخته شده با اسکلت فلزی یا بتنی که برای نیروهای افقی ناشی از زلزله محاسبه شده اند.

این دسته از ساختمانها در مقابل نیروهای جانبی ناشی از زلزله پیش بینی شده توسط آئین نامه 2800 مقاومت می نمایند. اصولأ چنین ساختمانهایی, در صورت اجرای صحیح نیازی به مقاوم سازی ندارد ولی باید مبلمان داخلی ساختمان به نحوی باشد که در اثر تکانهای شدید, آسیبی از این بابت به ساکنان آن وارد نگردد.

 

روش های موجود ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله

همانگونه که قبلاً عنوان شد بخش قابل توجهی از ساختمانهای کشور مقاومت لازم را در برابر زلزله های شدید ندارند. بطور کلی جهت ایمن سازی این نوع ساختمانها, دو راه حل کلی زیر وجود دارد:

 

الف) تخریب و بازسازی اصولی و مطابق ضوابط و آئین نامه ها

ب)مقاوم سازی این نوع ساختمانهابدون تخریب آنها

 

قطعاً از نظر مدیریت شهری که علاوه بر ایمن سازی بافتهای مسکونی در برابر زلزله, دیگر معیارها از قبیل شهرسازی, اصلاح بافتهای مسکونی, استفاده از مصالح نوین و استاندارد, اصلاح ساختار ترافیک، استفاده بهینه از انرژی و خدمات رسانی استاندارد نیز مهم هستند روش الف راه حل اصولی و نهایی جهت حل مشکل است. لیکن همانطور که قبلاً عنوان شد اجرای این روش به طور کامل به چند دهه زمان نیاز دارد و به عبارت دیگر راه حل بلندمدت است ودرکوتاه مدت مشکل را حل نمی نماید.

 

اما در خصوص روش ب، تاکنون محافل مختلف علمی و اجرایی, نظرات کارشناسی متعددی مطرح نموده اند و حتی روشهایی عملی نیز برای انجام این کار ارائه کرده اند. اما بدلیل عدم صرفه اقتصادی (روش ب)دربافتهای فرسوده تاکنون توفیق جامعی در این روش نیز مشاهده نشده است. حتی در ساختمانهای دولتی که طرح مقاوم سازی بعنوان یک سر فصل اجباری برای مدیران آنها طرح شده است نیز موفقیت قابل توجهی مشاهده نشده است. علت این امر را می توان پر هزینه بودن, گاهی غیر عملی بودن, طولانی بودن زمان اجرا و عدم وجود متخصص کافی عنوان کرد.

 

بدین ترتیب مشاهده می شود که هیچ یک از روشهای دوگانه فوق مسئله ایمن سازی واحدهای مسکونی در برابر زلزله را در حال حاضر حل نکرده است.

 

طرح اتاق امن

اتاق امن مربوط به ساختمان های قدیمی موجود در بافت های فرسوده است. این ساختمان ها عموماً دارای سیستم دیوار باربر بدون کلاف های قائم و افقی هستند که تخریب آنها در زمان وقوع زمین لرزه های ویرانگر, قطعی است.

 

در این روش بخشی از ساختمان که امکان حضور ساکنان در هنگام وقوع زلزله در آن فراهم است توسط ساخت و نصب یک سازه مقاوم, ایمن سازی می شود. نقش این سازه آن است که در هنگام بروز زلزله و در زمانی که ساختمان شروع به تخریب می کند از ریزش آوار به داخل محدوده امن جلوگیری می نماید و در واقع یک منطقه حفاظتی جهت مراقبت از جان ساکنان ایجاد می کند. منطقی است که یک یا دو اتاق که اعضاء خانواده حضور بیشتری در شبانه روز در آنها دارند به این امر اختصاص داده شود. البته در هنگام وقوع زلزله, معمولاً از زمان شروع لرزش تا تخریب, فرصت حیاتی (چند ثانیه) جهت انتقال ساکنین از نقاط دیگر ساختمان به داخل اتاق امن وجوددارد.

 

در این طرح یک قاب فلزی در داخل هر طبقه از این نوع ساختمانها پیش بینی شده است تا پس از وقوع زلزله و تخریب ساختمان, آوار بر سر افراد فرو نریزد. استفاده از این قاب ها در ساختمانهای تا سه طبقه پیش بینی شده است و روش کار به این صورت است که مطابق شکل یک این قاب ها در هر طبقه بر روی قاب طبقه زیرین خود قرار می گیرند تا این ساختمانها در زمان زلزله و همچنین پس لرزه ها دارای استحکام لازم جهت پیش گیری از صدمات جانی باشند.

 

در طرح حاضر هیچگونه تغییری در ساختمان اصلی ایجاد نمی شود و فقط در داخل بخشی از آن یک قاب فلزی باربر قرار می گیرد. نحوه عملکرد این قاب به این صورت است که پس از وقوع زلزله و تخریب ساختمان, آوار بر سر افراد فرو نمی ریزد و بر روی این سازه جای می گیرد و همانطور که قبلا عنوان شد این سازه در برابر پس لرزه های متعارف هم مقاوم است

 

مزایای اتاق امن

1. در صورت اجرای این طرح از به وقوع پیوستن یک فاجعه انسانی در زمان زلزله جلوگیری می شود و میزان تلفات ناشی از آن تا حد زیادی کاهش می یابد.

2. هزینه اجرای این طرح و ایمن سازی بخشی از یک طبقه از ساختمان بسیار معقول است و در شرایط فعلی کمتر از پانصد هزار تومان تخمین زده می شود.

3. در این طرح از یک سیستم کاملاً پیش ساخته استفاده شده است و کلیه جوش های اصلی در کارخانه و تحت نظارت دقیق انجام می شوند و فقط جوش های دارای درجه دوم اهمیت ,هنگام نصب اجرا می گردند.

4. سرعت اجرای این طرح بسیار زیاد است و نصب کامل هر قاب در محل مورد نظر کمتر از یک روز طول می کشد.

5. این طرح انعطاف پذیراست.بدین معنی که قابلیت انطباق با ساختمانهای متفاوت رادارد.

6. قابلیت مخفی کردن قاب بااستفاده از طرحهای متنوع معماری وجود دارد.

 

در ضمن لازم به توضیح است که در این طرح فرضیات اولیه زیر مد نظر بوده اند:

 

الف- ابعادمناسب جهت اتاق امن در پلان حدود 4×3مترمربع است.

ب- بار وارد بر اتاق امن در زمان تخریب ساختمان به ترتیب در صورت قرارگرفتن یک, دو و سه سقف بر روی آن برابر ده, بیست و سی تن خواهد بود. تقریبا تمام ساختمان های موجود در مناطق فرسوده مشمول این قاعده می شوند.

پ- سیستم باربر جانبی در زمان پس لرزه ها، قاب خمشی فولادی است.

ت- کلیه عملیات اجرایی تحت نظارت بسیار دقیق انجام می شوند و کلیه جوش های اصلی مربوط به اتصالات تیر به ستون توسط آزمایش های مافوق صوت و یا پرتو نگاری کنترل می گردند.

 

آزمایش های انجام شده

تا کنون آزمایش های متعددی برای اجرایی نمودن طرح انجام شده است که شامل آزمایش های بار ثقلی و جانبی بوده است.

 

نتایج تحقیقات انجام شده

· استفاده از سیستم اتاق امن پیشنهاد شده صرفاً در صورت رعایت کلیه نکات فنی، می تواند برای مقاوم سازی بافتهای فرسوده بکار رود.

· در سازه اتاق امن پیشنهاد شده بایستی از سیستم تیر قوی و ستون ضعیف استفاده شود.

· با انجام یک سری تحقیقات بر روی سازه های فلزی، می توان بدون افزایش وزن قابل توجه در فولاد صرفی، قدرت باربری آنها را به شدت افزایش داد.

· انجام جوشکاری بی مورد در محلهای غیر ضروری، باعث کاهش قدرت باربری سازه می شود.لذا بایدصرفا"جوشکاری های توصیه شده درطرح اجراگردد.

· استفاده از دستک، قدرت باربری جانبی سازه را به مقدار قابل توجهی بالا می برد.

· با انتخاب جزئیات مناسب در اتصالات می توان انعطاف پذیری سازه را افزایش داد.

 

توصیه ها:

1. ستونهای اتاق امن درطبقات مختلف تا حدامکان در امتدادیکدیگرقرارگیرند.

2. برروی اتاق امن دولایه توری دارای میلگرد به قطرچهارمیلیمترکه دارای فاصله چشمه های پنج سانتی‌متراست قرارگیرد.درزاین توری های ردیف اول ودوم نبایددرامتداد هم باشند.فاصله خال جوش های اتصال توریهابه تیرهای سقف برابر بیست سانتیمتر است.

3. بر روی توری هایک لایه فوم ازجنس پلی استایرن قرارداده شود.حداقل ضخامت این فوم برابر دو سانتیمتر است.

4. به ساکنین منزل آموزش داده شودکه درهنگام وقوع زلزله درقسمت های میانی اتاق بایستند و از نزدیک شدن به دیواره های اتاق پرهیزنمایند.

5. به خانواده هاتوصیه می شود در هنگام وقوع زلزله که معمولا"چندثانیه قبل ازشروع بایک صدای مهیب همراه است باسرعت به داخل اتاق امن بروند و در قسمت میانی اتاق (تاپایان زلزله) درکنار هم بایستند.

6. پس از زلزله درصورت امکان اتاق امن راترک نموده و به فضای باز و دور از ساختمانهای در حال ریزش مستقر شوند.

7. ازچیدن وسائل بزرگ وسنگین نظیرکتابخانه وکمددرون اتاق امن اجتناب شود.

8. ازنصب وسائلی که درهنگام زلزله امکان سقوط آنهاوجود دارد(دراتاق امن) پرهیزشود.

9. نصب اتاق امن در شهر های کوچک وروستاها بدلیل روند کند نوسازی توصیه میشود.

 

جزئیات فنی «اتاق امن»

مطالعات این طرح از اسفند سال ۸۲ آغاز شده و با انجام آزمایش های نهایی در اسفند سال ۸۳ نتایج قطعی آن برای اجرایی شدن طرح ارائه شد.

 

مهندس محرابیان مدیر این پروژه و دکتر مظلوم دبیر گروه علمی پروژه درباره جزئیات فنی این طرح اشاره کردند که اتاق امن قابی فلزی و سه بعدی است که در یک یا چند اتاق از واحدهای غیر مقاوم در برابر زلزله ساخته می شود. این قاب در صورت بروز زلزله از ریزش آوار بر سر ساکنان آن جلوگیری می کند.

 

این گزارش می افزاید: وزن هر قاب حدود ۵۰۰ کیلوگرم و هزینه ساخت آن حدود پانصد هزار تومان بوده و از این نظر امکان بهره مندی از آن برای اغلب شهروندان وجود دارد. برای تکمیل مطالعات فنی این پروژه ۶۰ آزمایش به مقیاس واقعی و با انواع بارگذاری تا زمان تخریب انجام شده است. در مهمترین آزمایش انجام شده یک ساختمان سه طبقه در شمال منطقه سعادت آباد در معرض نیروی افقی ویرانگر (مشابه توان تخریب یک زلزله با مقیاس بیش از هفت ریشتر) قرار گرفت و سه اتاق از این ساختمان در طبقات اول ، دوم و سوم که مجهز به تجهیزات اتاق امن شده بود کاملا از خطر فروریزی در امان ماند.

 

کلیه قسمت های سازه اتاق امن به صورت پیش ساخته بوده و ابعاد آن در سه جهت طول، عرض و ارتفاع قابل تغییر است. همچنین اتاق امن مانع استفاده معمولی از منزل نبوده و زمان لازم برای نصب آن حدود ۵ ساعت است.

 

کارشناسان شهرداری تأکید کردند که اتاق امن جایگزین طرح نوسازی بافت های فرسوده نبوده و قطعا کماکان مهمترین رویکرد برای کاهش خطر زلزله در شهر نوسازی این بافتها و مقاوم سازی ساختمان های جدید است، اما برای ایمنی ساختمان های موجود و بافت هایی که عجالتا امکان بازسازی ندارند، طرح اتاق امن طراحی و پیشنهاد شده است

 

طرح «اتاق امن» به عنوان یک پروژه ملی در کشور زلزله خیز ایران می تواند در تمامی مناطق کشور به ویژه در مناطقی که ساختمانها اغلب بلند مرتبه نبوده و تا سه طبقه هستند و نیز از نظر اقتصادی امکان نوسازی و مقاوم سازی سریع بافت های مسکونی وجود ندارد، مورد استفاده قرار گیرد.

 

دیدگاه طراحان در این روش, صیانت وحفاظت از جان شهروندان در هنگام وقوع زلزله است باتاکید براین نکته که ساختمان فرسوده درهنگام وقوع زلزله محکوم به تخریب است.در واقع در این طرح از ایده سنگر برای حفظ جان ساکنین در برابر آوار استفاده شده است و سیستمی تعبیه گردیده است که در صورت تخریب ساختمان، آوار بر روی آن جای گیرد و بر سر افراد فرو نریزد. جهت کاهش هزینه ها نیز می توان صرفا بخشی از هر ساختمان را ایمن نمود و نیازی به نصب این سیستم در کل بنا نیست.