مقاوم ترین سیستم ساختمانی در برابر زلزله

  • دوشنبه 4 آذر 1392 ساعت 16:6

مقالات => خانه های چوبی

 

سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی
مقاوم ترین سیستم ساختمانی در برابر زمین لرزه


دکتر سپهر گنجه‌ای
فوق دکترای مهندسی راه و ساختمان (عمران) از سوئد و امریکا، متخصص خانه‌های چوبی و
سیستم‌های سبک ساختمانی، مشاور عالی مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی

چکیده:

       ساختمان‌های با قاب سبک چوبی عملکرد بسیار مناسبی در برابر زلزله‌های گذشته از خود نشان داده‌اند، بگونه‌ای که ساخت و ساز این ساختمان‌ها بر روی گسل‌های زلزله و مناطق زلزله خیز کشورهای صنعتی جهان به سرعت در حال افزایش است. امروزه تنها در ایالت زلزله خیز کالیفرنیا واقع در ایالات متحده امریکا بیش از 98% ساختمان‌های مسکونی، مدارس و دانشگاه‌ها با این سیستم ساختمانی ساخته شده‌اند.
       سیستم ساختمان‌های قاب سبک چوبی برای اجرای ساختمان‌های کوتاه‌مرتبه و میان‌مرتبه، شش طبقه و کمتر، کاربرد گسترده‌ای داشته است. خطر آتش‌سوزی و گسترش آتش بیشتر از هر چیز دیگر در محدودیت طبقات خانه‌های چوبی تعیین کننده بوده است. نداشتن اطلاعات کافی در خصوص پاسخ دینامیکی سازه‌های بلند مرتبه قاب سبک چوبی، خزش چوب تحت تاثیر هم‌زمان بار و عوامل جوی، و همچنین جلوگیری از تراکم جمعیت جهت کاهش آلودگی‌های زیست محیطی و مشکلات اجتماعی، عوامل موثر دیگری در محدودیت طبقات ساختمان‌های مسکونی در کشورهای پیش رفته صنعتی می‌باشند. در چند دهه اخیر، با مطرح شدن فن‌آوری‌های جدید، نظیر خاموش‌کننده‌های خودکار آتش، اشباع چوب‌های بدون محافظ با مواد کندسوز‌کننده، انجام آزمون زلزله بر روی ساختمان‌های چوبی در اندازه واقعی و تحقیقات گسترده در خصوص رفتار چوب تحت تاثیر بارهای ثقلی و لرزه‌ای و عوامل محیط، زمینه‌ای مناسب جهت افزایش تعداد طبقات و ارتفاع ساختمان‌های چوبی فراهم شده ‌است.

ساختار سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی
       سیستم ساختمان های قاب سبک چوبی یکی از پیش رفته ترین سیستم‌های ساختمانی است که رعایت تمام اصول فیزیک ساختمان از قبیل عایق کاری حرارتی، رطوبتی، صدا و هوابندی در شمار الزامات آن است و در نتیجه یکی از کامل ترین و در عین حال آسیب پذیر ترین سیستم‌های ساختمانی است که در صورت اجرای نادرست میتواند زیان‌های مالی فراوانی ببار آورد. مهم‌ترین نکته در این سیستم، محافظت سازه چوبی در برابر عوامل مخرب محیط از قبیل تغییرات شدید دما و رطوبت، قرار گرفتن در معرض حشراتی که از چوب تغذیه می‌کنند، میکروارگانیزم‌ها و حرارت زیاد است. از طرفی دیگر خطر آتش‌سوزی و بخصوص گسترش آتش پس از وقوع زلزله، خطری جدی برای ساختمان‌های چوبی در مناطق با تراکم بالا است. باید در نظر داشت که نحوه محاسبات بارهای وارده و طراحی این سیستم ساختمانی با سیستم‌های متداول دیگر بسیار متفاوت است. مقاومت بالای این سیستم ساختمانی در برابر زلزله به دلیل توزیع یکنواخت نیروهای جانبی باد و زمین لرزه در دیوارها و سقف، استحکام قاب دیوارها و هدایت لرزه‌ای آنها، استحکام و پیوستگی عضوهای افقی مانند سقف و بام، اتصال داخلی و یکپارچگی تمام اجزای ساختمانی و سبکی آن است.
       قاب‌بندی دیوارهای خارجی متشکل از اعضای مقاوم با اندازة مناسب جهت تحمل بارهای کف و بام است. دیوارها در سیستم قاب سبک چوبی بیشتر به گونه برشی طراحی شده و عمل می‌کنند. تیر چوبی کف دیوارها که استادها بر روی آن قرار می‌گیرند به صورت یک‌لایه ولی تیر بالایی دیوار به گونه‌ای دوتایی نصب می‌شود. در گوشه‌ها و تقاطع دیوار‌های باربر تیرهای دوتایی بالایی باید به طور متقاطع بر روی هم قرار گیرند و دیوار را به گونه‌ای محکم و یک پارچه بسازند تا ساختار سازه‌ای، به گونه واحدی یکپارچه و مستحکم عمل کند.
       مقاومت زیاد ساختار قاب سبک چوبی در برابر توفان و زلزله هنگامی کامل می‌شود که پوشش چوبی دیوارهای خارجی، که بگونه‌ای برشی عمل می‌کند، به خوبی برروی لبه‌های بیرونی استادها، صفحه‌ها و پانل‌های سازه‌ای چوبی متصل شده باشد. چنین پوششی با مطابقت کامل با الزامات تولیدکننده در مورد اتصالات انجام می‌شود تا ساختار قابی صلب و در عین حال ارتجاعی را پدید آورد.  برخی از پانل‌های سازه‌ای هم به عنوان پوشش و هم برای حمایت سازه‌ای به کار می‌روند. در جایی که لازم است پوستة خارجی ساختمان اندود شود یا هنگامی که پوشش اریب مستقیم بر روی استادها اجرا می‌شود، دیوارهای خارجی باید به وسیله بادبندها مهار شوند. این بادبندها باید بر روی سطح خارجی دیوارها و بر روی استادها، صفحه‌ها و سراندازها با زاویه‌ای در حدود 45 درجه متصل می‌شوند. در جاهایی که از پوشش‌های غیرسازه‌ای استفاده می‌شود، تخته‌های چندلا یا دیگر پانل‌های سازه‌ای مورد تایید به گونه‌ای عمودی در گوشه‌ها اجرا می‌شوند و باید بتوانند به عنوان بادبند گوشه‌ای انجام وظیفه کنند.
       در پروژه ساختمان‌های صنعتی شهر مدرن چوبی لیمنولوگ Den Moderna Trästaden  Limnologen, که از سال 2008 میلادی در کشور سوئد آغاز گردید، تعداد زیادی ساختمان‌های تمام چوب 10 و 11 طبقه با 67 واحد مسکونی در هرساختمان ساخته شده است. این ساختمان‌های مدرن تمام چوب بلند ترین ساختمان‌های چوبی کشور سوئد می‌باشند. برای حفاظت ساختمان‌ها در برابر ریزش برف و باران در هنگام ساخت، سقف متحرکی بر روی آنها قرار داده اند. زمان ساخت هر طبقه که از اجزای ساختمانی پیش ساخته تمام چوب تشکیل شده است، در حدود 10 روز بوده است. نمای اصلی این ساختمان‌ها لمبه چوبی و نما‌های دیگر ورق‌های سیمانی است.

 
شکل1 -  ساختمان‌های 11 طبقه چوبی، درحال ساخت در شهرک چوبی لیمنولوگ کشور سوئد


بررسی رفتار لرزه‌ای سازه‌ چوبی 
       زمین‌لرزه‌های فراوانی که در گوشه و کنار جهان به وقوع پیوسته، حاکی از آن است که خانه‌های با قاب سبک چوبی، عملکرد مناسبی را در برابر زلزله‌ از خود نشان داده‌اند.  شکل 2 چگونگی اعمال نیروی جانبی حاصل از زلزله بر روی یک ساختمان چوبی را نشان می‌دهد.

 
شکل 2 -  نحوه اعمال نیروی زلزله بر روی ساختمان

       در زلزله سال 1933 که در ایالت کالیفرنیا واقع در ایالات متحده امریکا رخ داد، بیش از 120 نفر در مدارس این ایالت که اکثر آن‌ها دانش آموز بودند، کشته شدند. پس از این واقعه آیین نامه ویژه‌ای برای مدارس و بیمارستان‌ها در آمریکا تصویب شد تا این گونه ساختمان‌ها با رعایت استانداردهای معتبر خانه‌های چوبی محاسبه، طرح و اجرا شوند.
       در ایالت کالیفرنیا، مساحت مدارس عمومی بیش از چهارصد میلیون متر مربع است که بیش از هشتاد درصد آنها دارای سازه چوبی هستند. هیچ کدام از سازه‌های چوبی این مدارس در زلزله نورتریج که در سال 1994 با بزرگی 7/6 در مقیاس ریشتر به وقوع پیوست، دچار آسیب جدی نشدند. تخریب جدی تنها در میان اجزای غیر چوبی این ساختمان‌ها به وقوع پیوست. هم‌چنین، مطالعه انجام شده بر روی 340 واحد مسکونی تک واحدی در شعاع 10 مایلی مرکز زلزله نورتریج نشان داده است که خرابی سازه‌ای در میان ساختمان‌های چوبی بسیار نادر بوده و کمتر از 2٪ از منازل، دچار خرابی متوسط تا زیاد شده‌اند. بسیاری از رخدادهای زلزله، در اثر روانگرایی، شکاف زمین و خرابی شیروانی‌های سفالی به وجود آمده بود. جدول 1 خلاصه‌ای از میزان خرابی را در این زلزله نشان می‌دهد. لازم به ذکر است که در این جدول، خرابی کم، معرف اجزای سازه‌ای است که تحت تنش قرار گرفته‌ ولی کارایی خود را از دست نداده‌اند؛ خرابی متوسط، نشان دهنده ایجاد تنش‌های شدید در اجزای سازه‌ای و تغییر شکل‌های ماندگار یا نزدیک به خرابی در این اجزا می‌باشد؛ و خرابی شدید نشان دهنده خرابی نسبی یا کامل تمام اجزای سازه‌ای است. 

شکل 3- مکانیزم رفتار ساختمان در برابر زمین‌لرزه


جدول 1 -  میزان خسارات به‌وجود آمده در زلزله نورتریج (لوس آنجلس) سال 1994

 

شکل 4- فرو ریختن ساختمان بتنی در زلزله نورتریج، که به ساختمانهای چوبی آسیبی وارد نیامد، لوس آنجلس 1994

       در سال 2002، دولت ایالتی کالیفرنیا تصمیم گرفت که در سازه‌های بتنی و آجری مدارس کالیفرنیا تجدید نظر به عمل آورد زیرا ساختمان‌های با اسکلت چوبی عملکرد بسیار بهتری در برابر زلزله از خود نشان داده بودند.
      در زمین لرزه هوگوکن نامبو که در سال 1995 در کوبه ژاپن رخ داد، 6800 کشته از خود برجای گذاشت که تمامی تلفات ناشی از زمین لرزه در خانه‌های غیر چوبی بوده است. آمار کشته شدگان نشان می‌دهد که تعداد زیادی از مرگ و میر نیز ناشی از آتش‌سوزی پس از زمین لرزه، در خانه‌های چوبی غیر استاندارد و غیر مهندسی، و عمدتا در محله‌های فقیر نشین شهر کوبه رخ داده است.  باید توجه داشت که هرخانه‌ای که با چوب ساخته شده باشد در شمار سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی نمی‌باشد و خانه‌های سنتی چوبی ژاپن در گذشته بر طبق این سیستم ساختمانی ساخته نشده‌اند. زمین لرزه‌های دیگری که در کشور ایالات متحده آمریکا به وقوع پیوسته است نیز، نشان دهنده مقاومت خانه‌های چوبی استاندارد در برابر زمین لرزه به شرح مندرج در جدول 2 می‌باشد. 

جدول 2 -  آمار مقاومت ساختمان‌های چوبی در زمین لرزه‌های گذشته

       در شکل 5 فروریختن دودکش آجری شومینه در زلزله نورتریج، بدون وارد آمدن هیچ گونه آسیبی به سازه چوبی نشان داده می‌شود. با اصلاح جزئیات اجرایی دودکش آجری و مهار کردن آن با تسمه فولادی به کف یا سقف طبقه، می‌توان از بروز چنین خرابی‌هایی جلوگیری کرد.

 
 شکل 5 - فروریختن دودکش شومینه آجری در زمین لرزه نورتریج، بدون آسیب به سازه چوبی

 
شکل 6 – آسیب وارده بر خانه‌های چوبی ژاپنی (جلویی) و عدم آسیب به خانه‌های چوبی کانادایی (پشتی) در زلزله کوبه

       در شکل 6 سه خانه چوبی (پشتی) که بر طبق سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی و با پیروی از آیین نامه‌های کانادایی ساخته شده‌اند، در زمین لرزه کوبه بقدرت 8/6 ریشتر، بدون هیچگونه آسیبی پابرجا ماندند ولی خانه‌های چوبی سنتی ژاپنی (در جلو) آسیب فراوان دیدند. باید توجه داشت که مهم ترین خاصیت چوب، بعنوان مصالح ساختمانی، سبکی آن و مقاومت بالای آن نسبت به وزن آن است و بدون پیروی از یک سیستم ساختمانی مناسب نمیتوان از خواص آن به درستی استفاده کرده و مقاومت قابل توجهی در برابر زلزله و توفان‌های شدید بدست آورد. دلیل اساسی مقاومت ساختمان‌های چوبی در برابر زلزله‌های گذشته، عملکرد مناسب سیستم ساختمانی قاب سبک چوبی Light Wood-Frame Construction همراه با خواص بی‌نظیر چوب است.

شکل 7- فرو ریختن ساختمان آجری بیمارستان دامپزشکی شهر سانفرانسیسکو که 47 کشته از خود برجای گذاشت


       تجربیات بدست آمده از زلزله‌های گذشته به خوبی نشان می‌دهند که صدمات ناشی از زلزله بر روی خانه‌های چوبی با وجود آنکه خطرات جانی به‌بار نیاورده‌اند، به دلیل اجرای ناصحیح و عدم پیروی از آیین‌نامه‌های معتبر خانه‌های چوبی و اصول ساخت این خانه‌ها بوده است. برای مثال شکست دیوار گربه‌رو خانه‌ای در زلزله لوماپری‌اتا را می‌توان نام برد که بدون پیروی از اصول طراحی پی و کرسی خانه‌های چوبی طراحی و اجرا شده است (شکل8). با وجود عدم مقاومت گربه‌رو در برابر زلزله، آسیبی به سازه ساختمان چوبی وارد نشده است. نحوه صحیح اجرای گربه‌روی این خانه که می‌توانسته است از این خرابی جلوگیری کند در شکل9 نشان داده شده است.

 
شکل8- شکست دیوار کرسی (گربه‌رو) در زلزله لوماپری‌اتا، بدون آسیب به سازه چوبی
 

 
شکل9- روش درست طراحی سازه کرسی،  اجرای اتصالات دیوار کرسی (گربه‌رو) و مهار آن به شالوده 

عوامل موثر بر رفتار لرزه‌ای مناسب و مقاومت سازه‌های چوبی را می‌توان  به طور کلی به شرح زیر بر شمرد:
1. سبکی ساختمان‌های چوبی: جرم کم چوب و فرآورده‌های چوبی، مشخصات میرایی و شکل پذیری سازه‌های چوبی، مشروط بر استفاده از اتصالات مناسب، سبب شده است که این نوع سازه‌ها‌ عملکرد مطلوب لرزه‌ای از خود نشان دهند.
2. مسیر انتقال بارهای جانبی: سازه مسیر کاملی را برای انتقال نیروهای جانبی در هر جهت دارا  می‌باشد، به گونه‌ای که نیروهای اینرسی را از ساختمان به شالوده منتقل می‌نماید.
3. پیکر بندی ساختمان: منظم بودن ساختمان در پلان و ارتفاع یکی از ضروریات این سیستم ساختمانی برای عملکرد مناسب آن در برابر زمین لرزه است.
4. عملکرد سقف و کف‌: دیافراگم سقف‌ها و کف‌ها، با توجه به اندازه و شکل آن‌ها، به‌گونه‌ای طراحی و اجرا می‌شود که می‌تواند یکپارچگی و پیوستگی خود را تحت تاثیر نیروهای شدید زلزله حفظ نمایند.
5. عملکرد مناسب شالوده: در زلزله‌های گذشته، هیچ موردی از حرکت نامناسب شالوده که بتواند بر روی یکپارچگی و عملکرد سازه‌های چوبی اثر بگذارد، مشاهده نشده است.
6. درجه نامعینی قاب و دیوار: تعداد خطوط دیوار یا قاب‌ در هر دو جهت متعامد اصلی سازه همواره بزرگ‌تر یا مساوی 2 می‌باشد.
7. اتصالات دیوار به شالوده: اجزای باربر قائم، توسط میلگردهای مهاری به شالوده متصل می‌شوند.
8. اتصالات دیوار به سقف: اتصال دیوار به سقف در انتقال بارهای جانبی، از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. از این روی، دیوارهای باربر برای مقابله با اثرات نیروهای لرزه‌ای، به صفحه دیافراگم سقف، با میلگرد یا تسمه فولادی مهار می‌شوند.
9. کیفیت مصالح ساختمانی: کیفیت مصالح مورد استفاده در ساختمان‌های چوبی، نظیر گونه چوب، چوب ساختمانی رده بندی شده و خشک شده در کارخانه، فرآورده‌های چوبی و اتصالات، باید مطابق با استانداردها و آیین‌نامه‌های معتبر بین‌المللی باشند.
10. کیفیت ساخت، اجرا و نگهداری: ساخت مناسب و نظارت بر حسن اجرای سازه چوبی و اجزای ساختمانی، متضمن عملکرد مطلوب لرزه‌ای این سیستم ساختمانی است. کار برد چوب‌های عمل آوری شده، در مکان‌های مورد نیاز، ضامن دوام و پایایی اجزای ساختمان‌های چوبی است.
نیروهای جانبی حاصل از باد و توفان نیز می‌توانند در محاسبات و طراحی سازه‌های چوبی بسیار حائز اهمیت باشند، در واقع نحوه عمل این نیروها شبیه به نحوه عمل نیروهای حاصله از زمین‌لرزه است. بنابراین با توجه به دو نیروی جانبی باد و زلزله، هرکدام که بتواند تنش‌های بزرگ‌تری را در مقاطع سازه چوبی به وجود آورد، برای محاسبه لرزه‌ای سازه‌ تعیین کننده خواهد بود (شکل 5).
 


شکل 10 - اعمال نیروی باد بر سقف و وجوه جانبی ساختمان

بررسی آزمایشگاهی در مقیاس واقعی
       پژوهش‌های آزمایشگاهی فراوانی بر روی ساختمان‌های داری سازه سبک چوبی از کوچکترین اجزای آن، میخ، تا شبیه‌سازی زلزله بر روی ساختمان در اندازه واقعی انجام گرفته است.
       رفتار و مقاومت مشاهده شده ساختمان‌های سنتی چوبی در هنگام زمین لرزه، به دلیل نیروهای گوناگون وارد شده و پراکندگی اجزای غیرسازه‌ای، به سادگی قابل شبیه‌سازی با معادلات ریاضی نمی‌باشد. پس از انجام آزمون‌های گوناگون و به دست آوردن دانش بیشتر در مورد رفتار مصالح و اجزای ساختمانی، پژوهشگران زمینه بهتری برای درک رفتاری ساختمان‌های چوبی در اندازه واقعی و در هنگام زمین لرزه پیدا نموده‌اند. آزمون‌های شبیه‌سازی زلزله بر روی ساختمان‌ها در اندازه واقعی راه را برای بدست آوردن مدل‌های بسیار پیچیده و پیش‌رفته در توجیه چگونگی رفتار متقابل تمام اجزای ساختمان برای مقابله با زمین لرزه هموار کرده است. این آزمون‌ها به پژوهشگران امکان داده است تا کارایی ساختمان‌های متعارفی چوبی را در هنگام زمین لرزه توجیه کرده و راهکارهای بهتری را در طراحی این‌گونه ساختمان‌ها ارائه دهند.
       موسسه فورینتک Forintek Canada Corporation  مجهزترین انستیتوی تحقیقات چوب در کشور کانادا است که پژوهش‌های گسترده‌ای در زمینه رفتار و مقاومت اجزای ساختمانی در هنگام زمین لرزه و مدل‌های شبیه سازی آن انجام داده است. از نتایج این آزمون‌ها برای تدوین استاندارد‌های زلزله کشور کانادا استفاده شده است.
       از سال 1965 میلادی تا کنون آزمون‌های زمین لرزه‌ای بسیاری بر روی ساختمان‌های چوبی با اندازه‌های گوناگون در گوشه و کنار دنیا بر روی ساختمان‌های چوبی در اندازه واقعی انجام شده است.
       در سال 2006 میلادی در آزمایشگاه مهندسی سازه و تحقیقات زلزله دانشگاه ایالتی نیویورک، بوفالو، خانه‌های دوطبقه با سه اتاق خواب از نوع متعارفی که درجنوب ایالت کالیفرنیا فراوان یافت می‌شود، در سه جهت گوناگون حرکت زمین با قدرت 7/6 ریشتر و با شبیه‌سازی زلزله نورتریج، به مدت 15 ثانیه بر روی میز لرزان، مورد آزمایش قرار گرفتند و هیچ‌گونه خرابی در آن‌ها مشاهده نشد. این اولین بار بود که ساختمان‌های چوبی در اندازه واقعی بر روی میز لرزان مورد آزمایش زلزله قرار می‌گرفتند (شکل 11).
       آزمایش لرزه‌ای فوق با حضور بیش از 200 نفر دانشجو، پژوهشگر و خبرنگاران جراید در آزمایشگاه این دانشگاه انجام گرفت و به طور زنده از کانال رادیوی ملی امریکا و اخبار تلویزیون CNN پخش گردید. این آزمون بخشی از یک پژوهش چهارساله در سطح بین الملل و با سرمایه سازمان علوم ملی آمریکا بود.

 
شکل 11- خانه‌های دوطبقه پهلو به پهلو و در اندازه واقعی بر روی میز لرزان

       در این پژوهش رفتار ثبت شده زمین در زلزله نورتریج در سه جهت گوناگون توسط میز لرزان شبیه سازی شد. وزن هر ساختمان 2/33 تن و مساحت آن 168 متر مربع است.  نتایج آزمون با 250 سنسور نصب شده در نقاط گوناگون ساختمان و 12 عدد دستگاه ویدیو جمع آوری و ضبط گردید. این بزرگ‌ترین ساختمانی بود که تا آن زمان بر روی میز لرزان مورد آزمون قرار گرفت. داخل ساختمان‌ها به طور کامل مبله شده و همه گونه تاسیسات مورد نیاز یک ساختمان برای آن در نظر گرفته شده بود. ازجمله دو آب گرم کن که یکی از آن‌ها به سازه مهار شده و دیوارها پوشیده از قاب عکس‌ها و دیگر تزیینات متداول هر خانه بود. هدف از مبله کردن ساختمان به وجود آوردن یک محیط واقعی در ساختمان بوده است.  دوربین‌های داخل ساختمان در هنگام آزمون شاهد فروریختن وسایل داخلی بدون ویران شدن ساختمان بودند. در این آزمایش دینامیکی تنها ترک‌های بزرگی در گوشه‌های فوقانی بازشوی پارکینگ به‌ وجود آمد.
       آزمون بعدی برای سال 2009 بر روی بزرگ‌ترین میز لرزان دنیا در شهر میکی کشور ژاپن برنامه ریزی شد که در آن یک خانه هفت طبقه با سازه سبک چوبی در اندازه واقعی و با قدرت 5/7 ریشتر مورد آزمایش قرار گرفت.

شکل12- آزمون زلزله بر روی خانه‌های دو طبقه چوبی دارای خرپا در پروژه  NeesWood

       آزمون زلزله بر روی ساختمان‌‌های چوبی در اندازه واقعی با استفاده از میراگرهای محتوی مایعات برای جذب قسمتی از نیروهای ناگهانی جانبی وارد بر دیوارها، در دانشگاه بوفالو، انجام گرفته است. از این گونه میراگرها برای جذب انرژی زمین لرزه در ساختما‌ن‌های فولادی و بتنی استفاده شده ولی تا کنون برای ساختمان‌های چوبی پیشنهاد نشده است. نتیجه این آزمون‌ها نشان می‌دهد که چنین میراگرهایی برای ساختمان‌های با قاب سبک چوبی نیز قابل استفاده می‌باشند.

بزرگ‌ترین آزمون لرزه‌ای تاریخ
       آزمون زلزله با قدرت هفت و نیم ریشتر، تیرماه  1388 در آزمایشگاه زمین‌لرزه‌ شهر میکی واقع در کشور ژاپن روی میز لرزان و بر روی ساختمان هفت طبقه قاب سبک چوبی در اندازه واقعی انجام گرفت. شدت زلزله (5/7 ریشتر) به اندازه‌ای است که در هر 2500 سال تنها یکبار می‌تواند در مناطق مسکونی اتفاق افتد. این زمین لرزه نتوانست باعث تخریب ساختمان هفت طبقه چوبی شود و تنها آسیبی جزیی به یکی از طبقات فوقانی رسانید. ساختمان چوبی در اندازه واقعی، در هنگام آزمون، بر روی میز لرزان فولادی به شدت به اطراف و بالا و پایین حرکت میکرد. این میز برای تحمل باری برابر با 2/1 میلیون کیلوگرم، نیروی ایجاد شده در اثر زلزله، طراحی شده است و از روی زمین‌لرزه نورتریج که در سال 1994 در شهر نورتریج واقع در ایالت کالیفرنیا اتفاق افتاده، با قدرت 180 درصد بیشتر از آن شبیه سازی شده است.
       هدف از اجرای این آزمون که بزرگترین آزمون زمین لرزه تاریخ بشری است، به مبارزه طلبیدن آیین نامه های جدید ایالات متحده امریکا بود که چندی پیش ساخت خانه‌های چوبی از شش طبقه به بالا در مناطق زلزله خیز کشور مانند نواحی شمال کالیفرنیا را ممنوع کرده بود. بیشتر ساختمانها با این ارتفاع از فولاد و یا بتن ساخته شده‌اند که در برابر زمین لرزه مقاومت خوبی از خود نشان نداده اند. این آزمون بخشی از پروژه چهار ساله‌ای است که زیر نام NEESWood و با همکاری مراکز پژوهشی زمین‌لرزه در سطح جهانی انجام گرفته است.
       رییس بخش مهندسی زلزله دانشگاه ایالتی فورت کالیز کلورادو به خبرنگاران گفت: "ما در این پروژه کوشش کرده‌ایم نشان دهیم که اگر خانه‌های چوبی به درستی و مطابق آیین‌نامه‌های معتبر طراحی و ساخته شوند، بهتر از هر سیستم ساختمانی دیگر می‌توانند در برابر زمین‌لرزه‌های بسیار شدید مقاومت کنند."

 
شکل 13 - آزمون زلزله به قدرت 5/7 ریشتر بر روی ساختمان هفت طبقه چوبی

       ارتفاع ساختمانهای چوبی به دلیل کمبود دانش در باره رفتار آن‌ها در هنگام زمین لرزه، دچار محدودیت‌هایی شده است. این آزمون‌ها که در سطح بین الملل و به مدت چهار سال در ایالات متحده امریکا و کشور ژاپن به مورد اجرا گذاشته شده‌اند، نتایج با ارزشی برای استفاده بهتر و بهبود سازه‌های چوبی جهت پایداری بیشتر در هنگام زلزله به دست داده‌اند. آزمون انجام شده فوق علاوه بر مشخص کردن نقاط ضعف و آشنایی بیشتر با نحوه رفتار اینگونه ساختما‌ن‌ها نشانگر مقاومت آن‌ها در برابر زمین لرزه و امکان افزایش ارتفاع و تعداد طبقات آ‌ن‌ها در مناطق زلزله خیز است.
       قابل توجه است که بیش از 80 درصد تمامی ساختمان‌ها در ایالات متحده آمریکا، از جمله اداری، صنعتی و مسکونی و بیش از 90 درصد ساختمان‌های مسکونی این کشور و در حدود 98 درصد تمامی ساختمان‌های مسکونی ایالت زلزله خیز کالیفرنیا دارای سازه چوبی می‌باشند.

 

مراجع:
1. دکتر سپهر گنجه‌ای، بررسی و ارزیابی چند سیستم مطرح در پروژه‌های انبوه‌سازی ساختمان‌های مسکونی. سیستم خانه‌های اسکلت سبک چوبی. مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن، شماره نشر گ-500 ، تهران 1389.
2. آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 84-2800، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن،1384

3. International Building Code, International Code Council, INC., Country Club Hills, 2009.
4. Maki, N., and Tanka, S., Single Family Wooden House, EERI and IAEE, World Housing Encyclopedia (WHE), Report no. 86, Japan, 1995, website:world-housing.net .
5. Arnold, K., Timber Construction, EERI and IAEE, World Housing Encyclopedia (WHE), Report no. 90, USA, 2002, website: world-housing.net.
6. FEMA 547, Techniques for the Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, Building Seismic Safety Council for the Federal Emergency Management Agency of the Department of Homeland Security, National Building Institute of Building Science, Oakland, California, 2005.
7. Sepehr Gangei, Trämaterials Reologi. The Royale Institue of Technology. Stockholm, Sweden 1982.
8. Wood Frame Construction, Meeting the Challenges of Earthquakes. Canadian Wood Council. Ottawa, Ontario, Canada 2003. . Sepehr Gangei, Krypning hos Trä. The Royale Institute of Technology. Stockholm, Sweden 1987.
9. Seismic Response of Wood Frame Construction. Part A to D. Built to Resist Earthquakes, California Seismic Safety Commission. USA 2006.
10. FEMA 451, NEHRP Recommended Provisions: Design Examples, Building Seismic Safety Council for the Federal Emergency Management Agency of the Department of Homeland Security, National Building Institute of Building Science, Washington, D.C., 2006.
11. Arnold, K., Wood Frame Single Family House, EERI and IAEE, World Housing Encyclopedia (WHE), Report no. 65, USA, 2002.
12. Maki, N., and Tanka, S., Single Family Wooden House, EERI and IAEE, World Housing Encyclopedia (WHE), Report no. 86, Japan, 1995.

 

برای دریافت فایل PDF مقاله زمین لرزه، بر روی "دریافت فایل مقاله" بزنید.

ارسال نظر

ارسال

فرم درخواست استعلام خدمات 

این فرم در راستای ارایه هر چه بهتر و دقیق تر مشاوره و اجرای پروژه های ساختمانی برای بازدید کنندگان سایت چوبین سازه در نظر گرفته شده، شایان ذکر است تیم های فنی و اجرایی ما بهترین پیشنهاد ها را در اسرع وقت و طبق نیازهای مطرح شده به شما ارایه خواهند کرد.

 

 

:
:
:
: