فلسفه مهندسی متفاوت در سازه LSF
بسیاری از شهرهای مهم کشور از جمله تهران بر روی گسل‌های فعال قرار گرفته‌اند. ضعف کلی کالبد شهر، ازدیاد جمعیت و پراکندگی نامناسب جمعیت در سطح شهر، به هنگام وقوع زلزله احتمالی، خسارات جانی و مالی فراوانی می‌تواند ایجاد کند. در مناطق روستایی نیز بخش بافت فرسوده به دلیل آسیب‌پذیری زیاد به شدت مایه نگرانی شده است، زیرا هنگام وقوع زلزله بارهای مرده زندگی مردم را تهدید می‌کنند.
بارهای مرده شامل مصالح سنگین موجود در دیوارها، کف و سقف ساختمان‌های سنتی می‌شود. همچنین، می‌توان از وسایل زندگی ما که البته نمی‌توانیم آن‌ها را از زندگی‌مان حذف کنیم نیز، به‌عنوان نوعی بار مرده یاد کرد. بنابراین، بایستی ساختمان را سبک بسازیم تا این آسیب‌ها را به حداقل برسانیم. برای آشنایی با مفهوم بار مرده و نقش آن در طراحی، اسکلت ساختاری LSF را ببینید.
با این حال، آیا می‌توان سازه‌های فولادی سبک (LSF) را نیز در مقایسه با گزینه‌های موجود دیگر یک روش ساختاری مؤثر دانست؟ در این بخش، جوانب مثبت ساخت و ساز به روش LSF را به‌عنوان یکی از روش‌های مختلف ساخت به هنگام مواجهه با زلزله، ارزیابی می‌کنیم.
ایمن ماندن در برابر زلزله با سازه LSF
ساخت و ساز عامل بزرگی در اتفاقاتی است که در طول زلزله رخ می‌دهد. پرسش این است که چرا همه سازه‌ها را با حداکثر ایمنی در برابر زلزله طراحی و اجرا نمی‌کنند؟ البته هزینه ساخت سازه‌های محکم‌تر بسیار بالا خواهد بود. بنابراین، بایستی میزان خطرات احتمالی و هزینه‌های مربوط به استراتژی‌های مختلف ایمنی ساختمان‌ها سنجیده و تصمیم آگاهانه گرفته شود.
ساختمان‌های LSF از امنیت بالایی در برابر زلزله برخوردارند. با توجه به وقوع زمین‌لرزه‌های مختلف در دیگر نقاط دنیا، مقاومت سازه LSF در برابر زلزله تجربه و اثبات شده است. مهم‌ترین دلایل برتری ساختمان‌های ال اس اف در سیستم ساخت و ساز را می‌توان استحکام، امنیت و سرعت بالای اجرای آن‌ها دانست. این ویژگی‌ها در سبک سازی و سرعت اجرا نیز به‌طور مستقیم اثرگذار هستند.
ویژگی‌های ساختمان‌های مقاوم در برابر زمین‌لرزه LSF
پیکربندی سازه‌های ضد زلزله یکی از عواملی است که تأثیر زیادی بر طراحی مقاومت سازه‌ها در برابر زمین‌لرزه دارد. از این رو، اقدامات شناخته‌شده و عملی زیادی برای مقاومت سازه در برابر تهدیدات لرزه‌ای وجود دارد. در ادامه به برخی از ویژگی‌های ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله که توسط مهندسان جهان برای به حداقل رساندن آسیب به سازه‌ها در اثر زلزله استفاده می‌شود، نگاهی می‌اندازیم.
سازه سبک و کاهش بار مرده: زمانی که به بلایی که آوار ساختمان‌های سنتی بر سر زلزله‌زده‌ها می‌آورد نگاه کنیم، ضرورت مقاوم‌سازی، صنعتی‌سازی و سبک‌سازی در روش‌های ساخت را خوب درک می‌کنیم. سازه LSF سبک است و همین سبک بودن سبب می‌شود که تکان‌های زلزله، نیروی کمتری به ساختمان وارد کند.
آسیب‌پذیری کمتر: در زمان وقوع زلزله، اجزا و قطعات تأسیساتی این ساختمان‌ها نیز آسیب کمتری می‌بینند. برای مثال، اتصالات لوله‌ها و فاضلاب‌ها به‌گونه‌ای است که از انعطاف لازم در برابر تکان‌های زلزله برخوردار خواهد بود.
تخریب نمی‌شود، حتی اگر آسیب ببیند: این ساختمان‌ها یکپارچه هستند و قطعات تشکیل‌دهنده آن‌ها به‌راحتی از هم گسیخته نمی‌شوند. به‌عنوان مثال، درست مثل یک اتوبوس که با سرعت زیاد در سر پیچ و دست‌انداز، سخت انسجام خود را حفظ می‌کند.
فناوری برتر ال اس اف برای ساخت سازه‌های مقاوم در برابر زلزله
ساختمان‌های ساخته‌شده با سیستم ال اس اف، به دلیل مزایایی مانند سبکی، استحکام، دوام و پایداری فیزیکی، امکان حل طیف وسیعی از مسائل ناشی از زمین‌لرزه را به خود اختصاص داده‌اند. به همین دلیل، کاربرد سیستم‌های ساختمانی مبتنی بر LSF در طول سال‌های اخیر هم در زمینه اجزای معماری غیرسازه‌ای و هم در حوزه ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله بسیار رونق داشته است. وزن سبک ساختمان‌های ال اس اف در ویژگی ضد زلزله بودن آن‌ها، نقش کلیدی دارد.
معمولاً در یک ساختمان ساخته‌شده با این سیستم، کف‌ها و دیوارهای آن باربر هستند. دیوارهای مقاوم در برابر بار از تعداد مشخصی Stud تشکیل شده‌اند. یعنی در هر دیوار پروفیل‌هایی به‌صورت عمودی در فواصل ۳۰ الی ۶۰ سانتی‌متری قرار دارند و در انتها یک دیوار را تشکیل می‌دهند. هدف این فناوری توزیع بارهای وارده بین تمام اجزای سازه به‌صورت یکسان است.
از طرفی دیگر، اتصالاتی که میان پانل‌های این سیستم ساخت جهت مهاربندی مورد استفاده قرار می‌گیرند، نقش بسزایی در افزایش مقاومت سازه در برابر زلزله دارد. زلزله اغلب آسیب‌های قابل توجهی به دیوارها، نما و سقف وارد می‌کند که اثرات بسیار مهمی از نظر هزینه‌های اقتصادی و در برخی موارد حفظ جان انسان‌ها داشته است. برای مطالعه بیشتر درباره اجزای این سیستم، طراحی و تولید سازه LSF را ببینید.
ساختمان‌های LSF در حفاظت از ایمنی جان و محدود کردن زیان‌های اقتصادی به دلیل آسیب‌های ناشی از زلزله، عملکرد عالی و بهتری نسبت به هر نوع ساخت و ساز دیگری داشته‌اند. وزن سبک ذاتی سازه‌های فولادی LSF را می‌توان به‌عنوان یک استراتژی طراحی برای اطمینان از عملکرد لرزه‌ای این سیستم‌ها در نظر داشت.
وزن کمتر ← کاهش شتاب و نیرو
سازه‌های فولادی سبک با جرم کمتر از مزیت‌های طراحی لرزه‌ای هستند. به عبارت دیگر، از آن‌جایی که نیروهای زلزله نیروی اینرسی ناشی از جرم شتاب‌دهنده هستند؛ هر چه جرم کمتر باشد، نیرو طراحی لرزه‌ای کمتر خواهد بود.
جدول مقایسه رفتار لرزه‌ای سازه‌ها
| شاخص | سازه LSF | سازه بتنی | سازه فولادی سنگین |
|---|---|---|---|
| جابه‌جایی هدف (سانتی‌متر) | ۲.۲ | ۱۲.۳ | ۱۲.۶ |
| نیروی متناظر با جابه‌جایی (تن) | ۱۴.۵ | ۳۸۳.۶۹ | ۳۱۳.۸۸ |
| وزن سازه | بسیار کم | بالا | متوسط |
| جذب انرژی | کم | زیاد | زیاد |
| رفتار در زلزله | شکل‌پذیری بالا، جابه‌جایی کم | جابه‌جایی بالا، نیاز به شکل‌پذیری | جابه‌جایی بالا |
بر اساس مطالعه‌ای که در نشریه علمی Civilica منتشر شده، جابه‌جایی هدف در سازه LSF برابر ۲.۲ سانتی‌متر و نیروی متناظر با آن ۱۴.۵ تن گزارش شده است، در حالی که این ارقام برای سازه بتنی به‌ترتیب ۱۲.۳ سانتی‌متر و ۳۸۳.۶۹ تن و برای سازه فولادی سنگین ۱۲.۶ سانتی‌متر و ۳۱۳.۸۸ تن است. این داده‌ها نشان می‌دهد که نیروی وارد بر سازه LSF به‌طور چشمگیری کمتر از سایر سیستم‌ها است. همچنین، مطالعه‌ای در نشریه Journal of Constructional Steel Research نشان می‌دهد که ترکیب LSF با دیوار بتنی سبک، ظرفیت نهایی باربری را تا ۲.۱ برابر و سختی را تا ۵.۱ برابر افزایش می‌دهد.
سبک‌سازی و تأثیرات پنهان زلزله بر محیط زیست
از سوی دیگر، در صورت وقوع زلزله‌ای در مقیاس بزرگ، تأثیرات نخاله‌های عظیم ساختمانی که بعد از تخریب ناشی از زلزله باید در حاشیه شهرها دفن شوند و نیز تخریب محیط زیست با مصرف بدون ملاحظه مصالح، انرژی و عدم بازیافت اجزا ساختمان پس از پایان عمر آن‌ها، غیرقابل تصور خواهد بود.
قطعات و مصالح نوین و به‌روز به‌کار رفته در روش سبک‌سازی بعد از پایان عمر مفید ساختمان و انهدام آن، قابل بازیافت و بازگشت به طبیعت خواهند بود. در حالی که مصالح سنتی نظیر آجر، بتن و بلوک یا هیچ‌وقت به طبیعت برنمی‌گردند و یا این‌که بعد از میلیون‌ها سال امکان بازگشت به طبیعت را خواهند داشت. استفاده از روش‌های صنعتی ساختمان‌سازی و به‌طور مشخص، به‌کارگیری شیوه‌های نوین مانند سازه‌های ال اس اف برای حفاظت از محیط زیست، بسیار مهم و مؤثر است. این ساختمان‌ها در زمان ساخت، حداقل پرت مصالح و انرژی را دارند و در زمان بهره‌برداری نیز کمترین انرژی را هدر می‌دهند؛ از این رو، سازه‌های ال اس اف (LSF) را ساختمان‌های دوست دار محیط زیست می‌نامند.
آنچه LSF را به یک انتخاب راهبردی در مناطق زلزله‌خیز تبدیل می‌کند
سبک‌سازی علاوه بر کاهش خطرات جانی و مالی ناشی از مخاطرات طبیعی نظیر زلزله، به کاهش هزینه‌ها، صرفه‌جویی در انرژی و حفظ محیط زیست هم می‌انجامد. در مناطقی که خطر لرزه‌ای بالا است، انتخاب سیستم ساختاری مناسب، یک تصمیم راهبردی است که می‌تواند سال‌ها ایمنی ساکنان را تضمین کند. سازه‌های LSF با تکیه بر تولید کارخانه‌ای و کنترل کیفیت دقیق، این اطمینان را فراهم می‌کنند که هر جزء سازه، مطابق با استانداردهای لرزه‌ای ساخته و مونتاژ شده است. برای مطالعه بیشتر درباره این سیستم، کاربرد ال اس اف را ببینید.
پرسش‌های پرتکرار
آیا سازه LSF در زلزله‌های شدید فرو می‌ریزد؟ خیر. این سازه‌ها به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که در صورت آسیب، فروریزش کلی رخ ندهد. وزن سبک و اتصالات پیچی باعث می‌شود نیروی زلزله کمتر به سازه وارد شود.
حداکثر ارتفاع مجاز برای ساخت با LSF در مناطق زلزله‌خیز چقدر است؟ در ایران، برای ساختمان‌های مسکونی با سازه LSF، جواز ساخت تا ۵ طبقه صادر می‌شود. برای ارتفاع بیشتر، نیاز به ترکیب با سازه‌های سنگین‌تر یا روش‌های مکمل است.
آیا LSF در برابر زلزله‌های با شدت بالا هم مقاوم است؟ بله. مطالعات نشان می‌دهد که سازه‌های LSF در محدوده رفتار الاستیک، به‌خوبی در برابر زلزله مقاومت می‌کنند. این سیستم به‌عنوان گزینه‌ای مناسب برای افزایش تولید مسکن در مناطق زلزله‌خیز ایران معرفی شده است.
