فرایند ایمن سازی لرزه ای بافت های تاریخی-بخش اول

فرایند مقاوم سازی و  ایمن سازی لرزه ای

بافت های تاریخی و قدیمی

بخش اول

علی رغم اینکه مسئله آسیب پذیری بافت  های تاریخی کشور در برابر زلزله، موضوع جدیدی نیست، اما کم توجهی و فقدان وجود برنامه  های جامع در زمینه ایمن سازی آن ها باعث شده هنگام بروز سوانح، بنا های زیادی تخریب و به میراث فرهنگی صدمات جبران ناپذیری وارد گردد. از نگاه کلی، اقدامات در زمینه کاهش آسیب پذیری بنا ها میبایست در دو بخش نرمافزاری |مدیریتی ایمن سازی| و سختافزاری |مهندسی مقاوم سازی|، در قلاب دیدی کلنگر و یکپارچه انجام پذیرند.

متأسفانه تا کنون در کشور ما فرایند جامعی در زمینه ایمن سازی بافت  های تاریخی تدوین نشده و اقدامات  با دید سازه ای و مهندسی در مورد تک استحکام بخشی صرفا بنا ها صورت گرفته است. این مقاله فرایندی را معرفی نماید که طی آن با ارزیابی دقیق آسیب پذیری های لرزه ای در مقیاس بافت، سطوح مداخله کالبدی به صورت روشمند برای بنا ها پیشن هاد میگردد. با وجود چنین فرایندی از هدر رفت منابع و امکانات، جابه جایی بیمورد سکونتگاه ها و اتخاذ تصمیمات آنی و غیر روشمند جلوگیری به عمل آمده و ابهامات در زمینه تصمیمگیری و برنامهریزی در خصوص آینده بافت ها نیز برطرف میشود.

در این راستا، مقاله پیش رو در پی پاسخ دادن به سوالات زیر است:  روش  های ارزیابی آسیب پذیری های لرزه ای بنا های تاریخی و ویژ گی ها و امکانات آن ها چگونه است؟  نوع آسیب وارده به بنا های نایبند هنگام بروز زلزله چگونه خواهد بود؟  برای پیشگیری و به حداقل رساندن آسیب در بافت تاریخی نایبند، چگونه و در چه سطوح کالبدی باید مداخله انجام شود؟

در کشور ما علی رغم وجود تعداد زیاد بافت  های تاریخی در معرض زلزله، تحقیق جامع و روشمندی در  به توصیف تجربه  های پرا کنده مقاوم سازی زمینه کاهش آسیب پذیری آن ها صورت نگرفته و اسناد موجود عمدتا در مقیاس تک بنا ها ا کتفا کرده اند. نایبند در 200 کیلومتری طبس، روستایی با ارزش  های تاریخی است که در مجاورت گسل بزرگ نایبند قرار دارد.

به دلیل وجود بافت منحصربه فرد کالبدی و شکلگیری روابط اجتماعی، فرهنگی و اقتصادی و پیروی از الگو های بومی ساخت و ساز در تعامل با آن و همچنین اجرای طر ح جابه جایی سا کنین و تخلیه بافت، این روستا گزینه خوبی جهت انجام مطالعات ایمنسازی لرزه ای است تا بتوان از فرایند تعریف شده برای آن به عنوان الگویی برای دیگر بافت  های تاریخی استفاده کرد. فرایند معرفی شده در این مقاله دارای دو بخش اصلی میباشد.

بخش اول به شناخت آسیب پذیری های کالبدی روستا در برابر زلزله اختصاص دارد که طی آن با مطلاعه تطبیقی 19 روش تحلیل آسیب پذیری، در ن هایت روش FAMIVE که در سطح ج هانی از اعتبار بالایی برخوردار است، انتخاب و انواع آسیب پذیری ها از طریق آن استخراج گردید. در بخش دوم، نظر به تنوع خصوصیات بنا های تاریخی و لزوم بهینه بودن سطح مداخله در آن ها، سطوح هدف عملکردی به صورت روشمند پیشن هاد گردید.

روش تحقیق 

این تحقیق در پی کشف اتفاقات و روابط ر خ داده در گذشته و برنامه ریزی برای آینده است. در فرایند ایمن سازی بافت  های تاریخی، آن بخش که مربوط به شناخت آسیب پذیری  ها |درد| و اولویت  های استحکام بخشی است، جنبه تحقیقی داشته و بخش برنامهریزی از آنجا که در پی شناخت سطوح بهینه مداخله در بنا ها |درمان| است، جنبه طرحریزی برای آینده دارد.

با توجه به روش تحقیق مورد استفاده در تجربیات حاصله از کشور ها و به جهت آنکه ماهیت پژوهش توصیفی بوده و سوالات آن جنبه اکتشافی دارد در آن از روش  های کمی و کیفی استفاده شده تا امکان شناخت متغیر های متعدد و تأثیرگذار بر فرایند ایمنسازی بافت  های تاریخی و بررسی آن ها فراهم شود.

 ابزار های گردآوری اطلاعات مورد نیاز در پژوهش در دو بخش میدانی و کتابخان های شامل موارد زیر بود هاند:

• تهیه و ثبت تصاویر از بافت و بنا ها که نتیجه فعال یت های میدانی در روستا است.
• فرم های پیمایش میدانی روش FAMIVE در قلاب فایل Excel پرسشنامه های تکمیل شده توسط سا کنین روستا
• مصاحبه با مسئولین سیاسی و اجرایی شهرستان طبس، اعضای شورای اسالمی و سا کنین روستا
• مصاحبه به روش دلفی با اساتید متخصص
• مطالعه اسناد، مدارک و تحقیقات در رابطه با موضوع پژوهش شامل روش های مختلف ارزیابی آسیب پذیری لرزه ای، شاخص  های تعیین کننده اولویت بنا ها در فرایند ایمنسازی و سطوح هدف عملکردی لرزه ای

معرفی روستای نایبند

روستای نایبند در استان یزد، شهرستان طبس بر فراز مرتفع ترین بخش زیست بوم منطقه واقع شده است. این روستا در 220 کیلومتری جنوب شهر طبس |مرکز شهرستان| و 180 کیلومتری شملا شهر راور |از استان کرمان| و به فاصله 2 کیلومتری جاده کرمان به خراسان قرار دارد. براساس سرشماری سال ۱۳۸۵ ، جمعیت روستا ۴۸۴ نفر در قلاب 133 خانوار میباشد. روستا به دلیل نزدیکی به کویر و قرارگیری در میانه و گلوگاه |نای| راه کویری،این گلوگاه را بند آورده است، از این رو نایبند نامیده میشود.  پرشیب محل استقرار بافت و مسکن در ارتباط با دامنه نسبتا کوه های نای بندان بوده و قسمتی از مسا کن را دیواره طبیعی  کوهستان تشکیل میدهد. این امر با توجه به سابقه تاریخی دشت لوت که محل چپاولگران بلوچ و افغان بوده، از نظر امنیتی کاملا توجیه پذیر است. در نایبند، به علت کمبود زمین، ساختمان  های مختلف بسیار به هم فشرده میباشند. سایکس |از مشاهیر خاورشناس انگلیسی| در سال 1363 از اولین تجربه دیدارش از روستا چنین میگوید: »هنگامی که به سختی از بیابان وسیع گذشتیم، منظر های از دور نمایان شد که بی شباهت به سرزمین جن و پریان نبود! … حقیقت این است که نگارنده هرگز چشم اندازی زیباتر و دلفریبتر از دورنمای نایبند هنگام ورود از شملا مشاهده  نکرده است |طرح بهسازی بافت با ارزش روستای نایبند، 1387|

ویژ گی های لرزه ای نایبند

وجود گسل  های متعدد در این منطقه به ویژه مجاورت روستا با گسل 600 کیلومتری نایبند، از مهمترین خطرات پیش روی منطقه به شمار میرود.

بر اساس مطلاعه انجام شده در ناحیه میتوان مقادیری به 1 زمین لرزه بر اساس شر ح مندر ج در جدول 1 برای شتاب ثقل دوره های بازگشت گونا گون پیشن هاد نمود. مقادیر ارائه شده در جدول 1 ،به منظور طراحی سازه ها و محاسبات آسیب پذیری لرزه ای در استان یزد مورد استفاده قرار میگیرد.

همانگونه که در تصویر3 مشهود است، روستای نایبند در منطقه دارای خطر نسبی بالا قرار گرفته است. به عنوان نمونه، برای دوره بازگشت 460 سال، فعال یت گسل  ها با بیشینه شتاب 2 بینg 28/0 تاg 32/0| g برابر با 8/9 متر بر مجذور ثانیه| در ثقل محدوده روستا پیشبینی میشود.

بنا بر اطلاعات اخذ شده از شبکه شتابنگاری زلزله ایران |2009 -1978 ،|دو زمین لرزه در سال 2005 در محدوده روستا رخ داده که اولی دارای شتاب ثقل 11g/0 و دومی دارای شتاب ثقل g 16/0 بود هاند. جدول ۲ مشخصات شتاب ثقل زمین لرزه ها را نشان میدهد.

آسیب پذیری  های کالبدی بافت  های تاریخی

ساختمان  های تاریخی عمدتا  با استفاده از مصلاح بنایی و دیوار باربر بنا گردید هاند. هر چند گذشتگان تمهیداتی برای مقاومت در برابر تکان های زلزله اندیشید هاند، اما چه به لحاظ تجربی و چه به لحاظ محاسباتی، این گونه بنا ها همچنان آسیب پذیر بوده و در زلزله های گذشته بیشترین حجم خسارات را در مناطق شهری و روستایی به خود اختصاص داد هاند. یکی از روش  های پیش بینی و تعیین خسارات وارده به بنا در اثر زلزله، استفاده از مکانیزم  های شکست از پیش تعریف شده است.

جدول 3 انواع مختلف این مکانیزم  ها را که در اثر ثبت شواهد زمین لرزه  های گذشته به دست آمد هاند، نشان میدهد. مکانیزم  ها به نوبت از بالاترین تراز بنا محاسبه می گردد و شرایط متفاوت اتصالات در تعیین آن ها در نظر گرفته میشود. پارامتر های ضروری تأثیرگذار بر شناسایی مکانیزم  ها و وسعت رخداد آن ها، به ابعاد واحد ها، تناسبات دیوار، چیدمان پنجره ها، کیفیت اتصالات در گوشه ها و وضعیت سازه  های افقی بستگی دارد. این مسئله نه تن ها وسعت مشارکت دیوار جانبی در مکانیزم  ها را تعیین میکند بلکه الگوی خسارت محتمل را 3 نیز مشخص مینماید. زمانی که کیفیت اتصالات بلوک ها در گوشه های ساختمان مورد پیمایش مناسب باشند، بار تخریب محاسبه شده برای انواع شکست های A و D همواره بالا خواهد بود.

در واقع نتایج نشان میدهند که در صورت وجود اتصلات مناسب، در مقادیر پایین بار تخریب، دیوار های جانبی ترک خواهند خورد و بخشی از این دیوار ها به همراه نما همانگونه که در تصویر مربوط به مکانیزم  هایB1 و B2 نشان داده شده، واژگون خواهند گردید. رخداد هر یک از این دو مکانیزم بستگی به کیفیت اتصالات در دو گوشه نما خواهد داشت. دو پارامتر دیگر، یعنی وجود م هار یا کلاف در بنا و اتصلا نما به سازه کف، جهت تعریف مکانیزم  ها و در ارتباط با میزان بار تخریب موثر خواهند بود. وجود هر یک از این عوامل میبایست در تمامی ساختمان  های تحت پیمایش به صورت مجزا بررسی گردد. وجود یا عدم وجود عناصر استحکام بخش عاملی تعیین کننده در ایراد انواع خسارات محتمل است

مکانیزم  های شکست مشاهده  شده در روستای نایبند

تعدادی از بنا های نایبند در اثر زمین لرزه سال 2005 خسارت دید هاند که با توجه به خصوصیات سازه ای، مکانیزم  های مختلفی برای آن ها اتفاق افتاده است. در زیر تعدادی از این بنا ها و آسیب های کالبدی وارد شده بر آن ها در قلاب مکانیزم  های شکست، زاویه ترک ها و آسیب های وارده به سازه  های افقی معرفی میگردد.

1. ساختمان خشتی سه طبقه

این واحد مسکونی در محله گدارگوری واقع گردیده و در نمای ضلع جنوب شرقی آن آثار زلزله مشهود است. ضخامت دیوار در تراز زمین 30 و در تراز بام 27 سانتی متر میباشد. خسارات مشاهده  شده در این بنا عبارتند از:

• مکانیزم H2
• ترک های افقی
• ترک های قطری

لازم به ذکر است که ترک ها تا دیوار های داخلی بنا نیز ادامه پیدا کرده اند و خانواده مجبور به تخلیه این قسمت از بنا شده است.

2. انبار دو طبقه

ین بنا در محله ته واقع گردیده و در نمای شرقی آن آثار زلزله مشهود است. ضخامت دیوار در تراز زمین 40 و در تراز بام 30 سانتی متر میباشد. خسارات مشاهده  شده در نمای این بنا عبارتند از:

• مکانیزم H2
• مکانیزم H
• مکانیزم A
• ترک های عمودی
• ترک های قطری

روش  های ارزیابی آسیب پذیری بنا های تاریخی

روش  های ارزیابی آسیب پذیری طی 40 سال گذشته توسعه پیدا کرده اند. این روش  ها رویکرد های متفاوتی برای جمع آوری و تفسیر اطلاعات دارند، هرچند هدف مشترک تمامی آن ها اتخاذ رویکردی است که بتواند خسارات آتی ساختمان  ها را پیشبینی کند.

به طور کلی تحلیل آسیب پذیری عبارت از پیشبینی آسیب در اثر زلزله با حداقل عدم قطعیت ممکن است. بهترین روش برای این منظور انجام تحلیل آماری بر روی نمونه های زیادی از بنا ها که در معرض عملکرد لرزه ای یکسانی قرار دارند، میباشد اما چنین حلاتی به ندرت پیش میآید و اغلب، داده ها ناقص میباشند بنابراین میتوان از روش  های تحلیلی پیچیده تر برای برآورد دقیق تر آسیب پذیری لرزه ای ساختمان استفاده کرد .در جدول4 ،روش  های مختلف در قلاب یک طیف نشان داده شده است.

از یک منظر، روش  های ارزیابی آسیب پذیری ابداعی به صورت تجربی |که براساس مشاهده مستقیم و نظرات کارشناسان استوار است| و تحلیلی |شامل مدل های تحلیلی ساده و روند های پیچیده بر اساس رویکرد های متفاوت مهندسی|، طبقه بندی میشوند. روش  هایی که اجزایی از هر یک از دو گروه را به کار گیرد، هیبرید نامیده میشود.

این روش  ها همچنین براساس اندازه نمون های که روند بر آن اعملا میگردد، متفاوتند. در واقع روش  های تجربی بر اساس شناخت تعداد کمی پارامتر جمع آوری شده از طریق مشاهده تعداد زیادی ساختمان عمل میکنند. در سوی دیگر طیف، روش  های تحلیلی که به اطلاعات پیچیده نیاز دارند، برای تعداد کمی از ساختمان  ها به کار گرفته میشوند.

نتایج روش  های تجربی، کیفی و نتایج روش  های تحلیلی، به توصیف دقیق تری صورت کمی طبقه بندی میشود. نتایج کم  برای از رفتار ساختمان  های خاص ارائه میدهند و عموما طبقه بندی رفتار تعداد زیادی از ساختمان  ها که خصوصیات کسانی در نمونه انتخابی دارند، استفاده میشوند.

برخی از روش  های تحلیل آسیب پذیری دارای امکاناتی چون قابلیت کاربری در مقیاس بزرگ و زمان اندک پردازش داده  ها هستند. به عنوان مثلا روش  های -Risk FAMIVE، VULNUS UE و SELENA برای مطلاعه بنا ها در یک بافت تاریخی ابداع گردید هاند. روش  های معرفی شده در این پژوهش بر حسب  ، شاخص  های مقیاس تحت پوشش، نحوه جمع آوری اطلاعات سطح اطلاعات مورد نیاز قابلیت اطمینان ،نیاز های اطلاعاتی، حجم نمونه گیری و زمان مورد نیاز، طیف  های پاسخ و شرایط  خا ک ،خروجی و ضریب اطمینان با یکدیگر مقایسه میگردند. روش مناسب برای تحلیل آسیب پذیری یک بافت تاریخی باید بتواند:

• خصوصیات بستر ساختمان را به حساب آورد.
• خصوصیات هندسی و مکانیکی ساخته معماری را جمعآوری کند.
• از حداقل قضاوت کارشناسان بهره گیرد.
• ضوابط مکانیکی را برای شناسایی جابه جایی مورد انتظار به کار گیرد.
• فا کتور ها را برای به حساب آوردن عدم قطعیت های مرتبط با پاسخ ساخته های معماری فرموله کند.
• منحنی های شکنندگی را ترسیم و سناریوی خسارت را تعیین نماید.
• در مقیاس بافت قابلیت کاربری داشته باشد
• اطلاعات را به وسیلهی مشاهده  در محل با استفاده از پیمایش سیستماتیک |کمی و کیفی| جمعآوری کند
• بین سناریوی خسارت به دست آمده از روش تحلیل آسیب پذیری انتخابی و سناریوی خسارت ساخته معماری مشاهده  شده در محل مقایسه ترتیب دهد
• در مقیاس منطق های میبایست بین عدم قطعیت ها و به حداقل رساندن قضاوت کارشناسان، تعادل برقرار کند
• مراحل محاسبات شناسایی آسیب پذیری لرزه ای را در زمان کوتاه به سرانجام برساند
• به میزان ضریب اطمینان نزدیک به 8/0 برسد

جدول5 ،ویژ گی های روش  های مختلف تحلیل آسیب پذیری لرزه ای را نشان میدهد و آن دسته از ویژ گی ها را که جهت کاربرد در مقیاس بافت تاریخی مفیدند، متمایز میکند

همانگونه که در جدول مشخص است، مابین 19 روش ذکر شده در بالا، روش  های FAMIVE و SELENA قابلیت بیشتری  دارند. اما از آنجا که رویکرد غالب در روش SELENA ،مهندسی و فنی میباشد، به نظر میرسد FAMIVE تن ها روشی باشد که واقعا به تمامی نیاز های روش بهینه ارزیابی آسیب پذیری در مقیاس منطق های پاسخگو است.

این روش پیمایش سیستماتیک را از طریق یک فرم که به پیمایشگران در جمع آوری اطلاعات کیفی برای تعداد زیادی از ساختمان  ها کمک می کند، هدایت مینماید. آسیب پذیری های لرزه ای را در مقیاس منطق های از طریق تعیین مکانیزم  های محتمل شکست شناسایی میکند و بین عدم قطعیت های متعلق به روش  های کیفی |روش  های تجربی| و عدم قطعیت های متعلق به روش  های کمی |تحلیلی| تعادل برقرار مینماید. FAMIVE ، بار تخریب، شاخص خسارت و شاخص آسیب پذیری بنا را به صورت کمی و آسیب پذیری نهایی بنا را به صورت کیفی تعیین میکند.

 از سویی دیگر، این روش با گونه  های سازه ای موجود در نایبند سازگار بوده و فرم پیمایش و نتایج خروجی آن برای معماران قابل فهم است.  FAMIVE در سطح ج هان از اعتبار زیادی برخوردار است به گون های که از آن جهت انجام پروژه PERPETUATE ، تحلیل یونان و بافت تاریخی آسیب پذیری در لاجزایر، مرکز تاریخی رودز لا آ کویلا ایتلایا و همچنین به منظور ارزیابی لرزه ای ساختمان  های  در سال 2003 ،استانبول ترکیه در سال 2004  در آمبریا منطقه نوکرا  نپلا و بنا های تاریخی اربیل عراق ، بهره گرفته شده است.

انتخاب حجم نمونه مورد مطلاعه در روستای نایبند

در خصوص انتخاب حجم نمونه و تعداد بنا های مورد پیمایش در روش FAMIVE تعداد 20 واحد به عنوان حداقل، 100 واحد به صورت بهینه و 200 واحد به عنوان ظرفیت حدا کثری از طرف مبتکرین آن پیشن هاد شده است. فا کتور های تعیین کننده در این پژوهش عبارتند از:

• بنا های واجد ارزش های هنری و تاریخی
• بنا های با قابلیت کاربری در مقطع پس از سانحه
• گونه  های ساختمانی |بر حسب طبقات و مصلاح|
• بنا های دارای شواهد از زلزله  های سابق

با توجه به موارد ذکر شده و امکانات موجود در محل، تعداد   21  ساختمان جهت پیمایش و ثبت اطلاعات انتخاب گردید. تصویر6 ،موقعیت واحد های برداشت شده را بر روی نقشه بافت روستا نشان میدهد

نما های عمود بر هم| از 21 در مجموع 39 نما |عمدتا ساختمان در چارچوب فرم پیمایش میدانی FAMIVE برداشت و با استفاده از نرمافزار Excel ثبت گردید تا تحلیل آسیب پذیری بر روی آن صورت بگیرد.

نتایج تحلیل آسیب پذیری لرزه ای                   

نتایج ارزیابی آسیب پذیری به صورت کمی |بار تخریب، شاخص خسارت و شاخص آسیب پذیری| و کیفی |مکانیزم  های محتمل شکست و آسیب پذیری بنا هایی | مشخص گردید هاند. جدول 6 نتایج ارزیابی آسیب پذیری بنا های برداشت شده در روستای نایبند را در سه مقیاس زیر نشان میدهد:

1. آسیب پذیری کلی :

   اشاره به ضعف هایی دارد که در قسمت های مختلف بنا وجود دارند یا نماینده بخش اعظم ساختمان به عنوان نمونه، بیش از یک نما همراه با سقف ها و کف ها میشود بنابراین خسارت محتمل بیشترین سطح بنا را در بر خواهد گرفت.

2. آسیب پذیری شایع:

   در این حلات، سطح خسارت، بار تخریب و مکانیزم خسارت، هیچیک بدترین یا میانگین آسیب پذیری ها نیستند بلکه شایعترین آن ها به عنوان نمونه حلاتی است که به بهترین شکل نتایج محتمل را توصیف میکند. به عبارت دیگر، برای تعدادی دیوار، به رایجترین خسارت یا خسارتی که بیشترین عواقب را در پی دارد، اشاره می کند.

3. آسیب پذیری موضعی:

   به آسیب پذیرترین جز سازه ای بنا آسیب پذیری موضعی اشاره دارد که در آن خسارت بخش محدودی از بنا را تحت تأثیر خود قرار میدهد. این مقیاس بر ضعف موضعی بخشی از بنا که بار تخریب آن کمتر از بخش های دیگر است، تاکید میکند.

هر یک از مکانیزم  ها جهت رخداد نیاز به آستان های از تکان های زلزله با مقیاس درصدی از شتاب ثقل زمین دارند که در صورت رسیدن شتاب تکان های زلزله به این آستانه، مکانیزم شکست رخ میدهد. آ گاهی از این آستانه ها برای مهندسان محاسب جهت ارائه روش  های استحکام بخشی بهینه در بنا های تاریخی ضروری میباشد.

همانگونه که از جدول ۶ مشخص است مکانیزمD نیاز به کمترین شتاب ثقل زلزله و مکانیزم  های B1، B2 وH نیاز به بیشترین شتاب ثقل جهت فعال شدن دارند. به عبارت دیگر در اثر رخداد زلزله با شدت های کمتر ابتدا مکانیزم D در اغلب بنا های روستا ر خ میدهد و با افزایش شتاب تکانه  ها، مکانیزم  های دیگر ر خ میدهند تا جایی  فرو بریزد. بر اساس این روند، مکانیزم  های که ساختمان کاما شکست مورد انتظار در روستا های نایبند به شرح زیر است:

• مکانیزم A بیشترین احتملا رخداد را بین نمونه برداشت شده دارد. به عبارت دیگر برای 38 درصد نمونه های برداشت شده، مکانیزم غالب مورد انتظار، فروریختن نما میباشد.
• برای 10 نمونه برداشت شده، مکانیزم B2 مورد انتظار میباشد. به عبارت دیگر 26 درصد نمونه ها به دلیل ضعف اتصالات در گوشه ها به همراه بخشی از دو دیوار جانبی در شتاب های ثقل فراتر از بار تخریب فرو میریزند.
• برای 7 نمونه برداشت شده، مکانیزم D ،برای 3 نمونه مکانیزم G ،برای 2 نمونه مکانیزم E و برای 2 نمونه دیگر مکانیزم H2 شایع میباشد.