بهسازي لرزه اي و تفاوت آن با مقاومسازي

بهسازي لرزه اي و تفاوت آن با مقاومسازي

متن سخنراني: دكتر مهدي قاليبافيان

عضو هيئت علمي دانشكده فني دانشگاه تهران و مدير فني شركت مهندسان مشاور سانو

جوهر « بهسازي لرزه اي » وفرق آن با « مقاومسازي»  چيست ؟

 « بهسازي لرزه اي »  (Seismic Rehabilitation) بيانگرمفهومي مركب از دو مفهوم ديگر به شرح زير است :

 اول، « بهسازي » ، كه مفهومي است گسترده و فراگير و داراي وجوه مختلف و متعدد

 دوم، «  لرزه اي »  كه مشخص مي كند چه نوع بهسازي مورد نظر است. براي شناخت « بهسازي لرزه اي » بايد دو مفهوم فوق مورد بررسي و واكاوي قرار داده شوند تا بتوان با نگاه كردن به امر « بهسازي لرزه اي » از زواياي مختلف، جوهراصلي آن را دريافت.

1-  بهســـازي

 « بهسازي »  (Rehabilitation) درلغت به مفهوم بهتر كردن،  اصلاح يا بهبود بخشيدن به وضعي يا شرايطي است .

 در صنعت ساختمان، بهسازي برحسب تعريف ، ايجاد قابليت انجام وظيفه يا وظائفي است در ساختمان، سازة ساختمان يا اجزا (Components) و عناصر (Elements) آن ، كه در وضع موجود قادر به انجام تمام و كمال آن وظيفه يا وظائف نيستند.

در اين تعريف :

 -  منظور از « ساختمان » (construction) هر فضائي است كه براي زيست ، كار ، خدمات ، توليد، ارتباطات ، جابه جا شدن انسانها و حمل ونقل توليدات صنعتي و كشاورزي حاصل از كار انسانها، ساخته مي شود.

- « سازه»  (Structure) مجموعه آن  « اجزا »   (Components) و « عنــــاصـر» (Elements) ساختمان است كه بارها و اثر عاملهاي ديگر را از قسمتهاي مختلف ساختمان گرفته و به زمين منتقل مي سازند.

- عدم توانائي ساختمان براي انجام وظيفه، كه دراين تعريف مورد اشاره قرارگرفته، ممكن است ناشي از نارسائي طرح، نامناسب بودن اجرا، بهره برداري بي ضابطه يا فروپايگي ساختمان، سازه ساختمان يا اجراو عناصر آن در اثر از دست رفتن مشخصه هاي مصالح و تجهيزات به دلائل مختلف از جمله اثر فرساينده زمان،  سانحه، حادثه يا عوامل ديگر ، يا حاصل تغيير و تحول در شرايط زيست و كار وسنگين تر شدن وظائف مورد انتظار از ساختمان باشد.

 اگر بهسازي به منظور جبران فروپايگي و برگرداندن ساختمان، سازه ساختمان يا اجرا وعناصر آن به وضع اوليه باشد، « اعاده كيفيت » يا « اعادة وضع»  (Retrofitting) گفته مي شود.

اگر بهسازي به منظور پاسخگوئي به تغيير و تحول شرايط بهره برداري و سنگين تر شدن وظائف مورد انتظار از ساختمان باشد، اعم از اينكه در ساختمان ، سازة ساختمان يا اجزا و عناصر آن فروپايگي به جود آمده باشد يا خير، « ارتقاي كيفيت » يا « ارتقاي وضع» (Upgrading) نام دارد.

بهسازي طيفي گسترده از خدمات مهندسي و فعاليتهائي را در بر مي گيرد كه ممكن است به منظورهاي مختلف فني ، اقتصادي، اجتماعي ، فرهنگي، زيبائي شناسي وحتي سياسي، انجام داده شوند، از جمله:

-  نماي ساختمان را به منظور تلطيف منظر يا هماهنگي با محيط اطراف بهسازي مي كنند.

-  به منظور كم كردن بار ساختمان، ديوارهاي جداگر آن را تخريب و با مصالح سبك تر جايگزين مي نمايند.

- ديوارهاي ساختمان را به منظور كاهش آلودگي صوتي، بهبود شرايط زيست و افزايش رفاه بهره برداري كنندگان ، عايق بندي صدائي مي كنند.

-  گردشكار داخلي بنا را به منظور پاسخگوئي به نيازهاي جديد و هماهنگ كردن آن با شرايط وتكنولوژي روز تغيير مي دهند.

- به منظور كاهش هزينه هاي تامين شرايط دمائي در داخل ساختمان و كاهش ميزان تبادل حرارتي آن با بيرون، ديوارهاي ساختمان را عايق بندي حرارتي مي نمايند.

- براي بهتر كردن شرايط دمائي در فضاهاي داخل ساختمان و كاهش هزينه هاي گرمايش، خنك كردن وتهويه، موتورخانه ها وسيستمهاي تاسيساتي را تعويض و با سيستمهائي كاراتر جايگزين مي كنند.

- با تغيير يافتن وضع شبكه هاي زيربنائي سراسري آب ، فاضلاب ، گاز وبرق، به منظور تامين هماهنگي ، شبكه هاي داخلي را اصلاح يا تعويض مي نمايند.

- به منظور ايجاد قابليت هاي لازم در ساختمان براي استفاده از كامپيوتر و سيستمهاي ارتباطي و مخابراتي  روز آمد، تغييراتي در فضاهاي داخل بنا داده مي شوند.

- بناهائي را به عنوان ميراث فرهنگي باقيمانده از گذشتگان ، احيا، تعمير يا مرمت مي كنند تا بتوان آنها را حفظ كرده وسالم به آيندگان سپرد.

- محتمل است يك بنا را كه جنبه ملي و نمادين دارد، مثلا" ساختماني را كه اتفاقي ويژه ومهم در آن رخ داده، منزل يك رهبر سياسي، يك دانشمند يا يك هنرمند را از طريق بهسازي حفظ نمايند.

- ممكن است سازه يك ساختمان و اجزا وعناصر متشكله آن، به منظور افزايش ايمني و عمر مفيد ساختمان، مورد بهسازي قرار داده شوند.

- به منظور « ايمن داشت » (Preservation)  يعني حراست زندگي انسان در مقابل بلاهائي كه خود به وجود آورده ، نظير خطرات  امواج الكترو مغناطيسي ، تابشهاي راديو اكتيو و آلودگيهاي زيست محيطي، محتمل است كه تغييراتي كوچك يا بزرگ در اجزا و عناصر ساختمان داده شوند.

- بهسازي صرفنظر از نوع و گستردگي آن ، مستلزم «دخالت » (Intervention) در وضع موجود ساختمان است و همانطور كه بهسازي، طيفي گسترده را شامل مي شود، ميزان دخالت در وضع ساختان،اجزا و عناصر آن نيز طيفي گسترده از بسيار كم تا بسيار زياد را پوشش مي دهد كه از ترميم (Make up, Clean up) آغاز شده و پس از عبور از تعمير (Repair) ، تقويت (Strengthening)، باز پيرائي (تعمير و رنگ) (Refurbishing) ، نوكاري (تعمير و رنگ كلي) (Renovation) ، تعميرسازگاري (Adaptation)،(تعمير اساسي)(Reconditioning)، تغييرنوع بهره برداري و گردشكار (Remodeling) ، بازسازي (Rebuilding) ،  جـــايگزيني (Substitution) يـا تعويض (Restoration) در ساختمانهاي پيش ساخته،  به احياي (Restoration) ، بناهاي قديمي مي رسد كه وارد جزييات آنها نمي شوم . بديهي است كه اگر هيچ يك از اين راه حلها وافي به مقصود نبود، اگر ساختمان مزاحمتي نداشت، به حال خود رها مي شود يا تخريب و به جاي آن بنائي ديگر با مشخصه هاي ديگر احداث مي گردد كه  « نوسازي» (Reconstruction) گفته مي شود.

2- مفهوم « لرزه اي»

مفهوم « لرزه  اي» از زماني در نوشته ها وخدمات مهندسي وارد شد ، كه مهندسان به تجربه دريافتند كه براي تامين ايمني آنچه مي سازند، ناگزير بايد اثر تكانهاي شديد زمين را ، كه به صورت ادواري حادث مي شوند، در نظر بگيرند.

در واقع، لطمات ناشي از زلزله هاي بزرگ وكوچك و كوشش براي احتراز از اين لطمات، محمل اصلي تكوين ورشد روشها و مشخص شدن معيارهاي تامين ايمني ساختمانها در برابر زلزله بوده اند و بطور بديهي، هرچه مراكز تجمع جمعيت بزرگتر شده اند، به دليل افزايش آسيب پذيري بالقوه آنها در برابر زلزله، ضرورت تامين ايمني آنها در برابر زلزله محسوستر وتلاش براي يافتن راه حلي به منظور تامين ايمني بيشتر شده است. پيشگامان اين راه دانشمندان كشور ژاپن و در پي آنان دانشمندان ايالات متحده آمريكا بوده اند.

اولين اقدام عملي در اين راه ، انجام پژوهشهائي در دانشگاه توكيو از سالهاي 1910 براي شناختن رفتار ساختمانها در موقع زلزله و تامين پايداري آنها ، به ابتكار دكتر ر.سانو (Dr.R.SANO) بوده است.

در ايالات متحده آمريكا پس از زلزله سال 1906 سانفرانسيسكو و حريق فراگير ناشي از آن در ساختمانهاي چوبي ، ابتدا حريق در مركز توجه قرار گرفت ولي بتدريج توجه به سمت تامين پايداري ساختمانها در برابر زلزله معطوف شد و درسال 1925 پس از زلزله سانتاباربارا ، براي اولين بار ضوابط و معيارهائي براي تامين پايداري ساختمانها در برابر زلزله در آئين نامه متحدالشكل آمريكا U.B.C. مطرح شدند كه رعايت آنها اختياري بود و حدود 10 سال طول كشيد كه رعايت اين ضوابط از حالت اختياري خارج و اجباري گردد. اين امر در سال 1935 در U.B.C. تصريح شد.

تدوين ضوابط براي تامين ايمني ساختمانها در برابر زلزله، بتدريج در ساير كشورها هم آغاز گرديد و هنوز تلاش براي تدقيق و پالايش اين ضوابط، بطور گسترده وجهاني ادامه دارد. در كشور ما نيز پس اززلزله ويرانگر بوئين زهرا در سال 1341، تلاش براي تدوين اولين مدرك آئين نامه اي به منظور تامين ايمني ساختمانها در برابر زلزله ، به ابتكار و هدايت آقاي مهندس علي اكبر معين فر در چارچوب دفتر فني سازمان برنامه آغاز گرديد.

با توجه  به اينكه تلاش مهندسان براي طراحي ساختمانها در برابر زلزله وقتي شروع شدكه دهها سال از تدوين ضوابط طراحي و تامين ايمني ساختمانها در مقابل بارهاي قائم مي گذشت، بطور طبيعي براي طراحي ساختمانها  در برابر زلزله، از همان الگوي تامين ايمني در مقابل بارهاي قائم كمك گرفتند و همانطور كه تامين ايمني در مقابل بارهاي قائم و گاه بارهاي جانبي باد، با برداشتي « يقين انديشانه» به «تامين مقاومت» اجزا و عناصر سازه اي مشخص، در محيط ارتجاعي ، در مقابل نيروهاي مشخص، محدود مي شد، كوشش به عمل آمد كه اثر زلزله را هم به صورت نيروئي جانبي در نظر گرفته و بر روي ساختمان اثر بدهند.

در اولين ضوابط مربوط به طراحي ساختمانها در برابر زلزله، با اين استدلال كه در موقع زلزله ، ساختمان تحت اثر(شتاب زمين) شتاب مي گيرد واين شتاب به پديد آمدن نيروي اينرسي مي انجامد، در صدي از وزن ساختمان و اشياء، مواد و بارهاي ديگر موجود در آن را به صورت نيروئي افقي برساختمان اثر دادند و تصور حاكم اين بود كه با تامين «مقاومت» اجزا و عناصر سازه اي در برابر اين نيرو در محيط ارتجاعي ، مي توان ايمني در برابر زلزله را تامين كرد و مانع خرابي ساختمان شد. به اين ترتيب « طراحي براي مقاومت در برابر زلزله»  شكل گرفت . ولي به دليل قدرت تخريبي زياد مشاهده شده در زلزله هاي شديد ونامشخص بودن سقف آن، در هر تجديد نظر، درصد منظور شده در ضوابط افزايش داده مي شد و  خيلي زودآشكار گرديد كه با پذيرش رفتار ارتجاعي اجزا و عناصر سازه اي، ابعاد اين اجزا وعناصر بطور غير متعارف بزرگ مي شوند وعملا" امكانات موجود انسان پاسخگوي اين راه حل نيست. رسوبات ذهني آن دوره هنوز هم كاملا" از بين نرفته  وهنوز هم عده اي از مهندسان، تامين ايمني در برابر زلزله را به « تامين مقاومت» تعبير مي كنند.

وقتي مهندسان دريافتند كه تامين ايمني ساختمانها در برابر نيروهاي زلزله با همان  الگوي تامين ايمني در برابر بارهاي قائم عملي نيست، جستجوي راه حلهاي ديگر را در دستور كارشان قراردادند.

در اولين پژوهشها، مشخص گرديد كه بايد فرق ماهوي موجود بين بارهاي قائم ونيروهاي اينرسي ناشي از زلزله را در بررسي ايمني ساختمانها در برابر زلزله مد نظر داشت. مقاديربارهاي قائم در جريان زلزله تغييري نمي كنند و ثابت اند ولي نيروهاي اينرسي تابع شتاب داده شده به ساختمان دراثر زلزله اند و با تغيير مقدار شتاب تغيير مي كنند و در واقع نمايانگر انرژي حركتي القا شده به ساختمان مي باشند كه بايد توسط ساختمان جذب و مستهلك شوند. با عنايت  به اينكه بخشي از اين انرژي مي تواند با تغيير شكلهاي ارتجاعي و بخشي ديگر با تغيير شكلهاي فرا ارتجاعي جذب شوند و اگر ساختمان قادر به جذب و اتلاف انرژي حركتي از اين طريق نباشد، خرابي آن حتمي خواهد بود، مهندسان كوشش كردند با پذيرش خرابيهاي محدود قابل كنترل وبا قبول درهم شكستن موضعي بخشهائي از اجزا وعناصر متشكله س�