وقتی زلزله اتفاق می‌افتد، معمولاً اولین چیزی که می‌شنویم عدد بزرگی آن است؛ مثلاً می‌گویند «زلزله ۶ ریشتری بود». اما این عدد به‌تنهایی نمی‌گوید یک ساختمان چقدر آسیب خواهد دید.
ممکن است دو ساختمان در فاصله کمی از یکدیگر یک زلزله را تجربه کنند، اما یکی فقط ترک‌های جزئی بردارد و دیگری خسارت جدی ببیند. تفاوت را عواملی مانند نوع زمین، عمق زلزله، فاصله از گسل، ارتفاع ساختمان، سیستم سازهای و کیفیت اجرا ایجاد میکنند.
خلاصه مقاله: برای فهم خطر زلزله فقط نباید به ریشتر نگاه کرد. باید زلزله، زمین و ساختمان را یک مجموعه دید. ساختمان ایمن نتیجه هماهنگی زمین مناسب، طراحی صحیح و اجرای اصولی است.
زلزله چگونه به ساختمان نیرو وارد میکند؟
برای فهم رفتار ساختمان در زلزله، اتفاقی را که داخل اتوبوس تجربه می‌کنیم به یاد بیاورید. وقتی اتوبوس ناگهان ترمز میکند، بدن ما به سمت جلو متمایل می‌شود، زیرا تمایل دارد حالت حرکت قبلی خود را حفظ کند. این همان مفهوم اینرسی است.
در زمان زلزله، زمین و پی ساختمان حرکت میکنند، اما جرم طبقات تمایل دارد در وضعیت قبلی باقی بماند. همین اختلاف حرکت در تیرها، ستون‌ها، مهاربندها، دیوارهای برشی و اتصالات نیرو ایجاد میکند.
یک ویلای سبک و ساختمانی با نمای سنگی ضخیم، دیوارهای سنگین و سقف‌های پرجرم را تصور کنید. اگر هر دو شتاب مشابهی را تجربه کنند، ساختمان سنگین‌تر معمولاً نیروی اینرسی بیشتری تولید میکند. بنابراین «سنگین‌تر ساختن» الزاماً به معنی «مقاوم‌تر ساختن» نیست.
هدف طراحی لرزهای این نیست که ساختمان مانند یک جسم کاملاً صلب هیچ حرکتی نداشته باشد. سازه باید مقاومت و سختی کافی داشته باشد و در عین حال بتواند با شکل‌پذیری مناسب بخشی از انرژی زلزله را بدون شکست ناگهانی جذب کند.
ریشتر دقیقاً چه چیزی را نشان میدهد؟
در گفت‌وگوی عمومی هنوز اصطلاح «ریشتر» رایج است، اما امروزه برای بیان بزرگی زلزله‌های مهم بیشتر از مقیاس‌هایی مانند بزرگای گشتاوری استفاده می‌شود.
نکته مهم این است که بزرگی زلزله یک مقیاس خطی نیست. افزایش بزرگی از ۶ به ۷ به معنی کمی قوی‌تر شدن زلزله نیست؛ انرژی آزادشده تقریباً ۳۲ برابر افزایش پیدا میکند.
بزرگی زلزله با شدت لرزش یکی نیست. بزرگی مشخصه خود زلزله است، اما شدت لرزش در هر نقطه میتواند متفاوت باشد. به همین دلیل یک زلزله میتواند در دو منطقه خسارت کاملاً متفاوتی ایجاد کند.
عمق زلزله چرا اهمیت دارد؟
زلزله در سطح زمین آغاز نمی‌شود. شکست سنگ‌ها از نقطه‌ای در داخل زمین شروع می‌شود که به آن کانون زلزله گفته می‌شود. فاصله این نقطه تا سطح زمین، عمق زلزله است.
به‌طور کلی اگر زلزله کمعمق باشد و ساختمان نیز به منطقه گسیختگی نزدیک باشد، انرژی مسیر کوتاهتری تا سطح طی میکند و لرزش میتواند شدیدتر باشد. بنابراین یک زلزله متوسط اما کمعمق گاهی در محدوده نزدیک خسارت زیادی ایجاد میکند.
یک دستگاه حفاری را تصور کنید. اگر درست کنار ساختمان کار کند، لرزش آن کاملاً احساس می‌شود؛ اما اگر چند خیابان دورتر باشد، اثر لرزش تا رسیدن به ساختمان کمتر می‌شود. در زلزله نیز فاصله و عمق، در کنار جنس زمین، روی میزان لرزش موثرند.
خاک زیر ساختمان چه نقشی در زلزله دارد؟
امواج زلزله هنگام عبور از لایه‌های مختلف زمین رفتار یکسانی ندارند. سنگ سخت، خاک متراکم، رسوبات نرم و آبرفت ضخیم هر کدام پاسخ متفاوتی ایجاد میکنند.
در بعضی خاک‌های نرم، سرعت امواج کاهش و دامنه حرکت افزایش پیدا میکند. بنابراین شناخت نوع زمین بخشی از طراحی ساختمان است، نه یک موضوع فرعی.
صاف بودن زمین به معنی مناسب بودن آن نیست. ممکن است زمینی کاملاً صاف باشد اما آبرفت نرم، خاک دستی یا نشست‌پذیری داشته باشد. از طرف دیگر، یک زمین سنگی شیب‌دار میتواند باربری خوبی داشته باشد اما مشکل پایداری شیب، آب سطحی یا دیوار حائل ایجاد کند.
ساخت در دشت بهتر است یا دامنه کوه؟
این سؤال به‌خصوص برای زمین‌های لواسان و فشم مهم است. پاسخ درست این نیست که «دشت بد است» یا «کوه همیشه بهتر است». هر کدام مزایا و خطرهای خاص خود را دارند.
زمین دشت
معمولاً دسترسی و عملیات ساختمانی ساده‌تر است و فونداسیون و محوطه‌سازی راحت‌تر اجرا می‌شوند. اما بسیاری از دشت‌ها دارای رسوبات آبرفتی هستند که ممکن است نرم یا ضخیم باشند.
در این زمین‌ها ظرفیت باربری، نشست، سطح آب زیرزمینی و رفتار لرزهای خاک باید بررسی شود.
دامنه و کوهپایه
در بسیاری از نقاط می‌توان سریع‌تر به زمین متراکم یا سنگ رسید و تشدید ناشی از خاک نرم ممکن است کمتر باشد.
در مقابل، پایداری شیب، رانش، ریزش سنگ، زهکشی، دیوار حائل و اختلاف تراز فونداسیون اهمیت بیشتری پیدا میکنند.
برای انتخاب زمین نمیتوان فقط به «دشت یا دامنه» نگاه کرد. دو قطعه زمین نزدیک به هم ممکن است شرایط زمین‌شناسی و ژئوتکنیکی کاملاً متفاوتی داشته باشند.
اگر موضوع شما خرید زمین یا ساخت ویلا در لواسان است، بهتر است محل استقرار ساختمان، شیب، جنس بستر و نیاز احتمالی به دیوار حائل پیش از قطعی شدن پلان معماری بررسی شوند.
ساختمان کوتاه یا بلند؛ کدام مناسب‌تر است؟
این تصور که ساختمان کوتاه همیشه ایمن‌تر است دقیق نیست. ارتفاع فقط یکی از عوامل موثر در رفتار لرزهای ساختمان است.
ساختمان‌های کوتاه معمولاً سخت‌ترند و دوره تناوب کوتاهتری دارند، در حالی که ساختمان‌های بلند انعطاف‌پذیرترند و دوره تناوب طولانی‌تری دارند.
ساختمان کوتاه
ویلاها و ساختمان‌های کم‌طبقه معمولاً ارتفاع و جرم کمتری دارند و طراحی آن‌ها ساده‌تر است. با این حال، طبقه نرم، اتصال ضعیف یا فونداسیون نامناسب میتواند حتی یک ساختمان کوتاه را آسیب‌پذیر کند.
ساختمان بلند
با افزایش ارتفاع، انعطاف سازه و تغییرمکان جانبی اهمیت بیشتری پیدا میکند. در این ساختمان‌ها سیستم مقاوم جانبی، دریفت طبقات، سختی سازه و رفتار دینامیکی باید دقیقتر بررسی شوند.
نمیتوان گفت ساختمان بلند همیشه باید روی دامنه و ساختمان کوتاه همیشه در دشت ساخته شود. ارتفاع مناسب باید بر اساس خاک، شرایط لرزهای محل، سیستم سازهای و تحلیل مهندسی تعیین شود.
رزونانس؛ وقتی ریتم زمین و ساختمان به هم نزدیک می‌شود
یکی از مفاهیم مهم مهندسی زلزله رزونانس یا تشدید است. بهترین مثال برای فهم آن تاب‌بازی است.
اگر تاب را هر بار در زمان نامناسب هل بدهیم، دامنه حرکت چندان زیاد نمی‌شود. اما اگر هر بار درست در لحظه مناسب نیرو وارد کنیم، هر هل به حرکت قبلی اضافه می‌شود و تاب بالاتر می‌رود.
هر ساختمان نیز یک ریتم طبیعی برای نوسان دارد که به آن دوره تناوب طبیعی گفته می‌شود. اگر خصوصیات حرکت زمین با این دوره تناوب هم‌خوانی زیادی پیدا کند، پاسخ ساختمان میتواند بیشتر شود.
یک شاخه کوتاه و ضخیم را با یک شاخه بلند و انعطاف‌پذیر مقایسه کنید. شاخه بلند آرام‌تر رفت‌وبرگشت میکند، اما دامنه حرکت آن میتواند بیشتر باشد. ساختمان بلند نیز معمولاً دوره تناوب بیشتری دارد و به حرکات بلنددوره زمین حساس‌تر است.
زمین خوب، قبل از اسکلت خوب انتخاب می‌شود
اگر قصد ساخت ویلا در لواسان یا یک زمین شیب‌دار دارید، بررسی خاک، شیب و محل استقرار ساختمان قبل از تثبیت نقشه میتواند از بسیاری از هزینه‌های اضافی بعدی جلوگیری کند.
طبقه نرم چیست و چرا خطرناک است؟
یکی از ضعف‌های مهم ساختمان در زلزله، طبقهای است که نسبت به طبقات دیگر سختی جانبی بسیار کمتری داشته باشد. این وضعیت به‌طور عمومی با عنوان طبقه نرم شناخته می‌شود.
ساختمان چندطبقه‌ای را تصور کنید که طبقات بالایی دیوارهای زیادی دارند، اما همکف برای پارکینگ تقریباً کاملاً باز است. در زلزله ممکن است قسمت زیادی از تغییر شکل در همان طبقه متمرکز شود.
مشکل پارکینگ نیست؛ مشکل زمانی ایجاد می‌شود که سختی و مقاومت یک طبقه به شکل نامناسبی نسبت به طبقات دیگر کاهش پیدا کند.
شکل پلان چه تاثیری بر زلزله دارد؟
ساختمان هنگام زلزله فقط به جلو و عقب حرکت نمی‌کند. اگر توزیع جرم و سختی متعادل نباشد، ساختمان میتواند همزمان دچار پیچش شود.
پلان‌های L، U یا ساختمان‌هایی با عقب‌نشستگی زیاد الزاماً غیرایمن نیستند، اما نسبت به پلان‌های ساده‌تر نیاز به کنترل بیشتری دارند.
هدف آیین‌نامه این نیست که همه ساختمان‌ها مربع ساخته شوند. معماری میتواند آزاد باشد، اما سازه باید متناسب با همان فرم معماری طراحی شود و مسیر انتقال نیرو از سقف تا فونداسیون پیوسته باشد.
گسل مشا و ساخت‌وساز در لواسان و فشم
لواسان و فشم در منطقه‌ای قرار دارند که سامانه گسل مشا یکی از عوامل مهم لرزه‌زمین‌ساختی آن است. بنابراین در ساخت‌وساز این محدوده، موضوع گسل باید در کنار شرایط واقعی زمین بررسی شود.
نمیتوان گفت «چون زمین در لواسان است پس خطرناک است» و نمیتوان گفت «چون زمین سنگی است پس هیچ مشکلی ندارد». فاصله از پهنه گسل، جنس زمین، شیب، توپوگرافی، تعداد طبقات و نوع سازه باید با هم بررسی شوند.
در دامنه، خطر فقط لرزش ساختمان نیست. رانش زمین، ریزش سنگ، فشار پشت دیوار حائل و آب جمع‌شده پشت سازه نیز می‌توانند مسئله ایجاد کنند و زلزله ممکن است این ناپایداری‌ها را تشدید کند.
ساختمان مقاوم طبق آیین‌نامه ۲۸۰۰ چه ویژگی دارد؟
ایمنی لرزهای با بزرگ کردن یک ستون یا اضافه کردن چند عضو به دست نمی‌آید. کل سیستم سازه باید به‌صورت هماهنگ کار کند.
زمین باید شناخته شود، سیستم مقاوم جانبی متناسب با ساختمان انتخاب شود، نامنظمی‌ها کنترل شوند و نیرو بتواند از سقف‌ها به اعضای قائم و سپس به فونداسیون منتقل شود.
یکی از مهم‌ترین مفاهیم، شکل‌پذیری است؛ یعنی سازه بتواند پیش از شکست ناگهانی، تغییر شکل کنترل‌شده‌ای را تحمل کند و بخشی از انرژی زلزله را مستهلک کند.
زمین مناسب + طراحی صحیح + اجرای دقیق سه حلقه یک زنجیر هستند. ضعف جدی هر کدام میتواند عملکرد کل ساختمان را کاهش دهد.
در مرحله اجرا، کیفیت اتصال‌ها، کنترل مصالح و رعایت نقشه‌ها تعیینکننده است. اگر پروژه در مرحله فونداسیون، اسکلت یا اجرای سازه قرار دارد، صفحه خدمات پیمانکاری ساختمان میتواند مسیر خدمات اجرایی خوش‌ساخت را توضیح دهد.
اسکلت فولادی بهتر است یا بتنی؟
هیچ پاسخ مطلقی وجود ندارد. سازه فولادی و بتن‌آرمه هر دو در صورت طراحی و اجرای صحیح می‌توانند عملکرد مناسبی در برابر زلزله داشته باشند.
در سازه فولادی کیفیت اتصال، پیچ، جوش و جزئیات اجرایی اهمیت زیادی دارد. در سازه بتنی نیز آرماتورگذاری، خاموت، طول مهاری، کیفیت بتن و اجرای نواحی بحرانی تعیینکننده است.
مقاوم‌سازی ساختمان قدیمی از کجا شروع می‌شود؟
مقاوم‌سازی با اضافه کردن چند تیر یا مهاربند به شکل تجربی شروع نمی‌شود. ابتدا باید ضعف واقعی ساختمان مشخص شود.
در یک ساختمان ممکن است مشکل اصلی کمبود سختی جانبی باشد، در دیگری ضعف اتصال تیر و ستون و در ساختمان دیگر ضعف فونداسیون یا طبقه نرم.
بعد از ارزیابی سازهای می‌توان روش‌هایی مانند دیوار برشی، مهاربند، تقویت تیر و ستون، اصلاح اتصالات یا تقویت فونداسیون را بررسی کرد. برای خدمات مرتبط با بازسازی و تقویت ساختمان نیز می‌توانید بخش خدمات ساختمانی در لواسان را ببینید.
جمع‌بندی؛ زلزله را نمیتوان کنترل کرد، ساختمان را می‌توان
بزرگی زلزله فقط بخشی از ماجراست. عمق کانون، فاصله، نوع خاک، دشت یا دامنه بودن زمین، ارتفاع ساختمان، دوره تناوب، رزونانس، نامنظمی و کیفیت اجرا همگی روی نتیجه اثر دارند.
به همین دلیل نمیتوان فقط از روی تعداد طبقات، نوع اسکلت یا نام محله درباره ایمنی ساختمان قضاوت کرد.
ساختمان ایمن از روز اجرای اسکلت شروع نمی‌شود؛ از شناخت زمین و تصمیم درست در مرحله طراحی آغاز می‌شود.
قصد ساخت یا مقاوم‌سازی ساختمان دارید؟
خوش‌ساخت در پروژه‌های لواسان، فشم و تهران از بررسی شرایط زمین و اجرا تا مدیریت پیمان و اجرای ساختمان همراه پروژه است.
سوالات پرتکرار درباره زلزله و ساختمان
ریشتر دقیقاً چه چیزی را نشان میدهد؟
ریشتر یا دقیقتر بزرگی زلزله، اندازه خود رویداد لرزهای را بیان میکند. میزان لرزشی که ساختمان تجربه میکند علاوه بر بزرگی، به عمق، فاصله، نوع زمین و مشخصات ساختمان وابسته است.
چرا زلزله کمعمق میتواند خطرناکتر باشد؟
در زلزله کمعمق، امواج مسیر کوتاهتری تا سطح زمین طی میکنند و در مناطق نزدیک به منبع ممکن است لرزش شدیدتری ایجاد شود.
زمین دشت بهتر است یا دامنه کوه؟
هیچکدام به صورت مطلق بهتر نیستند. دشت ممکن است آبرفت نرم داشته باشد و دامنه ممکن است با رانش، ریزش سنگ یا مشکل دیوار حائل روبهرو باشد.
ساختمان کوتاه بهتر است یا بلند؟
ارتفاع به تنهایی تعیینکننده نیست. دوره تناوب، نوع خاک، سیستم سازهای، نامنظمی و کیفیت اجرا باید همزمان بررسی شوند.
رزونانس ساختمان چیست؟
اگر دوره طبیعی حرکت ساختمان به محدوده غالب حرکت زمین نزدیک شود، پاسخ و دامنه نوسان ساختمان میتواند افزایش پیدا کند. این پدیده رزونانس یا تشدید نامیده می‌شود.
آیا ساختمان بلند روی خاک نرم خطرناک است؟
نمیتوان فقط بر اساس این دو عامل حکم داد، اما ساختمان بلند و خاک نرم هر دو رفتار دینامیکی خاصی دارند و بنابراین مطالعات ژئوتکنیک و تحلیل دقیقتر اهمیت پیدا میکند.
طبقه نرم چیست؟
طبقهای است که سختی جانبی آن نسبت به طبقات مجاور به شکل قابل توجهی کمتر باشد و در زلزله تغییر شکل بیشتری در آن متمرکز شود.
آیا پلان L شکل در زلزله خطرناک است؟
نه الزاماً. این پلانها ممکن است از نظر پیچش و نامنظمی نیاز به کنترل بیشتری داشته باشند، اما با طراحی صحیح قابل اجرا هستند.
آیا زمین سنگی همیشه بهترین زمین است؟
خیر. سنگ سالم میتواند از نظر باربری مناسب باشد، اما پایداری شیب، ریزش سنگ، زهکشی و نحوه اجرای فونداسیون همچنان باید بررسی شود.
مقاوم‌سازی ساختمان قدیمی چگونه شروع می‌شود؟
ابتدا باید سازه ارزیابی و ضعف واقعی مشخص شود؛ سپس روش مناسب مانند مهاربند، دیوار برشی، تقویت اعضا، اصلاح اتصالات یا تقویت فونداسیون انتخاب می‌شود.
- استاندارد ۲۸۰۰ ایران، ویرایش چهارم، «طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله»، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.
- USGS — Earthquake Magnitude, Energy Release, and Shaking Intensity
- USGS — Determining the Depth of an Earthquake