خسارت ساختمان‌های مسکونی در زلزله تهران

روش برآورد خسارت برای ساختمان‌هایی که مشکلات ذکر شده در بالا را دارند موردمطالعه قرار گرفت. به‌طور کلی یک ساختمان وقتی ویران می‌شود که نیروی زلزله از حد مقاومت لرزه‌ای آن تجاوز نماید. در اینجا نیروی زلزله عبارت است از نیروی لرزه‌ای مؤثر در سطح زمین یا در شالوده سازه، همراه با پاسخ سازه. طیف پاسخ مثالی است از تعریف نیروی زلزله به بیان ساده. محاسبه مقاومت لرزه‌ای با در دست داشتن اطلاعات اندازه‌ها و نوع سازه امکان پذیر می‌گردد و به عبارت دیگر وقتی مشخصات نیروی زلزله مانند شتاب مؤ‌ثر در سطح زمین و شدت زلزله در مقیاس MMI و غیره وجود داشته باشد و سازه ساختمان نیز مشخص باشد میزان خسارت را می‌توان به‌طور قطعی برآورد نمود. برآورد برحسب احتمالات بیان خواهد شد زیرا بدین ترتیب دخالت دادن (یا به‌حساب آوردن) اختلاف شرایط ساختاری ساختمان‌ها در برآوردها، کار مشکلی نخواهد بود. این روش را می‌توان برای ارزیابی ثبات و پایداری یک‌یک ساختمان‌های حیاتی به کار برد. اما برای برآور‌د خسارت در مورد تعداد بسیار زیاد ساختمان‌ها مناسب نخواهد بود، به‌ویژه آنکه تعداد ساختمان‌های موجود در تهران بیش از 900000 واحد است.

نیروی وارده بر یک ساختمان را می‌توان بر اساس اطلاعاتی از جنبش زلزله و سازه ساختمان برآورد نمود، اگر ساختمان‌ها بر اساس سازه آن‌ها گروه‌بندی شوند، نیروی زلزله و مقاومت ساختمان، هر دو را می‌توان به لحاظ آماری به ازا گروه ساختمانی برآورد نمود. وقتی که رابطه بین جنبش زلزله و نسبت خسارت برقرار گردد، برآورد خسارت برای 900000 ساختمان نیز بر اساس همان ضوابط امکان پذیر خواهد شد.

اطلاعات موجود در رابطه با ساختمان در این مطالعه عبارت‌اند از نوع سازه، سال ساخت و تعداد طبقات. بر اساس این اطلاعات، ساختمان‌های موجود در گستره مورد مطالعه، به‌ویژه از نقطه نظر مقاومت در برابر زلزله به 9 گروه زیر تقسیم می‌شوند:

• آجری و فلزی یا سنگی و فلزی
• فلزی نوع 1: سازه فلزی، ساخته شده بعد از 1371، با یک تا سه طبقه
• فلزی نوع 2: سازه فلزی، ساخته شده قبل از 1370 یا با بیش از چهار طبقه
• بتن مسلح نوع صفر: سازه بتن مسلح با بیش از شش طبقه
• بتن مسلح نوع 1: سازه بتن مسلح ساخته شده بعد از 1370 و با یک یا دو طبقه
• بتن مسلح نوع 2: سازه بتن مسلح ساخته شده قبل از 1370 یا با بیش از سه طبقه
• تمام چوبی
• بلوک سیمانی (با هر نوع سقف)، آجر و چوب یا سنگ و چوب، تمام آجری یا سنگ و آجری
• خشت و چوبی و خشت و گلی

ویژگی مقاومت ساختمان‌ها در برابر زلزله از منطقه‌ای به منطقه دیگر و از کشوری به کشور دیگر متفاوت است. رابطه بین نیروی زلزله و نسبت خسارت همیشه یکسان نیست حتی اگر ساختمان‌ها از نظر ظاهر مشابه یکدیگر باشند. روش‌های مختلف ساخت، دلیلی برای تفاوت‌ها محسوب می‌شود. بنابراین گردآوری رکوردهای زلزله‌های فاجعه بار و استخراج تابع آسیب بر اساس تجربه محلی، مهم‌ترین جوانب برآورد خسارت به شمار می‌آیند.

نسبت آسیب برای سازه‌های آجری و فلزی

توکلی و توکلی (1993) خسارت وارده به روستاهای نزدیک رو مرکز زلزله 1990 منجیل ایران را مطالعه نمودند. سازه‌های اصلی و نسبت خسارت متناظر با آن‌ها به‌قرار زیرند:

• ساختمان‌های مهندسی ساز (قاب فلزی و بتنی)، 10.4%
• ساختمان‌های نیمه مهندسی ساز (خانه‌های بنایی یا چوبی)، 83.1%
• ساختمان‌های غیر مهندسی (خانه‌های خشتی)، 6.5%

 

تابع خسارت اعمال شده در مطالعه، برای سایر انواع ساختمان‌ها

تابع خسارت برای سایر انواع سازه‌ها، بر اساس تابع خسارت مربوط به سازه‌های آجری ـ فولادی و با روش انتقال منحنی‌های “نسبت خسارت” آن نوع سازه‌ها بر روی محور مقیاس شدت زلزله تعیین گردید.

سازه‌های آجر و فولادی و سنگ و فولادی (شایع‌ترین نوع در شهر، با پایه‌های فلزی لاغر)

نسبت این نوع سازه به‌عنوان “نسبت خسارت” مبنا در نظر گرفته می‌شود.

سازه‌های فولادی نوع 1: (کیفیت بهتر فولاد نوع 1 نسبت به نوع 2)

نسبت برای این نوع ساختمان، 5/0 واحد به سمت راست “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد.

بر اساس نشریه ATC-13 انتقال (یالغزاندان) منحنی مبنا (یا منحنی “نسبت خسارت” مبنا) بر روی محور مقیاس شدت زلزله به‌اندازه تقریباً یک واحد، برای این نوع سازه مناسب محسوب می‌گردد. اما با توجه به شرایط زیر، انتقال 0.5 واحدی در مقیاس شدت زلزله انتخاب گردید:

• بر اساس نقشه‌های جزئیات سازه‌ای اتصال تیر و ستون مندرج در آیین نامه ساختمانی ایران، مقاومت ناکافی در برابر زلزله را می‌توان انتظار داشت. زیرا تیر و ستون با جوشکاری کارگاهی به یکدیگر اتصال داده می‌شوند.
• اکثریت سازه‌ها توسط مهاربند تقویت نشده‌اند. به‌علاوه خود مهاربند نیز به‌طور کامل ساخته نشده است.
• بر اساس مصاحبه‌های فردی در مورد بازرسی ساختمان‌ها در هنگام ساخت، استانداردها و ضوابط ساختمانی به‌طور جدی رعایت نمی‌شوند.

سازه‌های فولادی نوع 2: (کیفیت پایین‌تر فولاد نوع 1 نسبت به نوع 2)

نسبت برای این نوع ساختمان، 0.4 واحد به سمت راست “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. ساختمان‌های با بیش از چهار طبقه یا آن‌هایی که قبل از سال 1370 (زمانی که آیین نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله توسط “مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن” ارائه گردید)‌ ساخته شده‌اند، به این گروه تعلق دارند. گفته می‌شود این سازه‌ها مقاومت نسبتاً پایینی در برابر زلزله دارند. کیفیت اتصال تیر و ستون در ساختمان‌های ساخته شده قبل از 1370، مورد تأیید آیین نامه نمی‌باشد و ساختمان‌های بلندتر مقاومت کمتری در برابر زلزله نسبت به ساختمان‌های کوتاه‌تر دارند.

سازه‌های بتن مسلح نوع صفر: (بهترین کیفیت در سازه‌های بتن مسلح)

نسبت برای این نوع ساختمان،0.5 واحد به سمت راست “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. به‌طور کلی اکثر سازه‌های بتن مسلح مقاومت کمتری در برابر زلزله نسبت به ساز‌ه‌های فولادی دارند. با این حال برخی ساختمان‌های ساخته شده در سال‌های دهه 1350 کیفیت بسیار خوبی دارند. تصور می‌شود که “نسبت خسارت” در این ساختمان‌ها برابر با مقدار متناظر آن در سازه‌های فلزی نوع 1   باشد.

سازه‌های بتن مسلح نوع 1: ( کیفیت بهتر سازه‌های بتنی نوع1 نسبت به نوع 2)

نسبت برای این نوع ساختمان، 0.4 واحد به سمت راست “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. اکثریت قاطعی از سازه‌های بتن مسلح در تهران دارای ستون‌های لاغری در هر گوشه هستند که فقط چهار عدد میلگرد در هریک از آن‌ها به کار رفته است. تصور می‌شود که این نوع سازه مقاومت کمتری در برابر زلزله نسبت به سازه فولادی داشته باشند.

سازه‌های بتن مسلح نوع 2: (کیفیت پایین‌تر سازه بتنی نوع 1 نسبت به نوع 2)

نسبت برای این نوع ساختمان، 0.7 واحد به سمت چپ “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. ساختمان‌های با بیشتر از سه طبقه یا آن‌هایی که قبل از سال 1370 (زمانی که آیین‌نامه طراحی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله توسط مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ارائه گردید) ساخته شده‌اند، به این گروه تعلق دارند. تصور می‌شود که این سازه‌ها مقاومت نسبتاً کمی در برابر زلزله داشته باشند. کیفیت ساختمان‌های که قبل از 1370 ساخته شده‌اند مورد تأیید آیین نامه نمی‌باشد و ساختمان‌های بلندتر مقاومت کمتری در برابر زلزله نسبت به ساختمان‌های کوتاه‌تر دارند.

سازه تمام چوبی

نسبت برای این نوع ساختمان، یک واحد به سمت چپ “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. به‌طور کلی سازه‌های چوبی تا اندازه‌‌ای از شکل پذیری برخوردارند و سازه‌ای که کج شده است می‌تواند پس از تعمیر مورد استفاده مجدد قرار گیرد.

بلوک سیمانی با هر نوع سقف، آجر و چوب یا سنگ و چوب، تمام آجر یا سنگ و آجر:

نسبت برای این نوع ساختمان، 1/2 واحد به سمت چپ “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. برای مثال “نسبت خسارت“ برای شدت 7.5 در مقیاس MMI، برابر 0.5 فرض می‌شود.

انواع سازه‌هایی که جزو این گروه در نظر گرفته می‌شوند عبارت‌اند از:

• نوع بلوک سیمانی: سازه‌هایی از ملات و آجر
• آجر و چوب یا سنگ و چوب:‌ ساخته شده از آجر یا سنگ (با توجه به آنکه بخشی از سقف ساختار چوبی دارد)
• تمام آجر یا سنگ و آجر: ‌ساخته شده از آجر یا سنگ ( با توجه به آنکه بخشی از سقف، ساختار طاق ضربی دارد)

مقاومت این نوع سازه‌ها در برابر زلزله کمی بیشتر از سازه خشت و گل، یعنی سازه‌های گروه 9 در نظر گرفته می‌شود. به بیان مقیاس MSK ، اکثر سازه‌های گروه B ، آجری معمولی، در برابر زلزله‌ای با شدت 8، دچار خسارت درجه 3 (خسارت شدید) و در برابر زلزله‌ای با شدت 9 دچار خسارت درجه 4 (فروریزی) می‌شوند. به‌علاوه مقیاس‌های شدت زلزله MMI  و  MSK  در این محدوده‌ها تقریباً با یکدیگر برابرند.

سازه‌های خشت و چوبی و خشت و گلی:

نسبت برای این نوع ساختمان، دو واحد به سمت چپ “نسبت خسارت” مبنا بر روی محور مقیاس شدت زلزله می‌باشد. برای مثال “نسبت خسارت” برای شدت 7.5 در مقیاس MMI ، برابر 1 فرض می‌شود.

سازه‌هایی که جزء این دو گروه ساختمانی یاد شده قرار می‌گیرند عبارت‌اند از:

خشت و چوب

سازه‌ خشتی تیپ (بخشی از سقف، چوبی است)

خشت و گل

سازه خشتی تیپ (تمام سقف از گل ساخته شده است)

بـه بیان مقیاس MSK، اکثر سازه‌های گروه A، خشت و رس، در برابر زلزله‌ای با شدت 7 دچار خسارت درجه 3 (خسارت شدید) و در برابر زلزله‌ای با شدت 8 دچار خسارت درجه 4 (فروریزی)‌ می‌شوند. به‌علاوه مقیاس‌های شدت زلزله MMI و MSK در این محدوده‌ها تقریباً با یکدیگر برابرند.

 

این مقاله برگرفته از مطالعات (JICA (1375 می‌باشد.