ایران به عنوان یکی از کشورهای لرزه خیر در جهان شناخته میشود. این کشور با تجربه زلزلههای مخرب گذشته نشان داده است که ضعف در طراحی و اجرای سازهها میتواند خسارات جبران ناپذیری را به همراه داشته باشد. یکی از خطرناکترین و رایجترین نقاط ضعف در ساختمانها، پدیدهای به نام طبقه نرم است. این مشکل معمولا در طبقات همکف ساختمانها که برای استفاده تجاری یا پارکینگ با فضای باز و بدون دیوار برشی یا میانقاب ساخته میشوند، به وفور دیده میشود و میتوان ضعف شدیدی برای یک سازه محسوب گردد. در ادامه مقاله قصد داریم در مورد طبقه نرم و راهکار های مقاوم سازی آن بر اساس نشریه 524 اطلاعات لازم را ارائه کنیم.
طبقه نرم (Soft Story) چیست؟
در علم مهندسی عمران طبقه نرم به طبقهای گفته میشود که سختی جانبی آن به طور قابل توجهی کمتر از طبقات فوقانی خود باشد. طبق استاندارد ۲۸۰۰، یک طبقه زمانی طبقه نرم نامیده میشود که سختی جانبی آن کمتر از 70%سختی جانبی طبقه روی خود، یا کمتر از 80% میانگین سختیهای جانبی سه طبقه روی خود باشد. البته در موارد شدیدتری، طبقه خیلی نرم نیز وجود دارد. در صورتی که سختی جانبی یک طبقه 60% از سختی طبقه روی خودرو یا کمتر از 70% میانگین سختی سه طبقه روی خود باشد، سازه دارای طبقه خیلی نرم است.
طبقات نرم معمولا در اولین تراز هر ساختمان به وجود میآیند؛ اما ممکن است در شرایط خاصی شاهد شکل گیری طبقه نرم در طبقات بالایی ساختمانها نیز باشیم. طبقه نرم و خیلی نرم جزو ضعفهای شدید سازهای محسوب میشوند و لازم است که به صورت تخصصی و با در نظر گرفتن اصول حرفهای، مقاوم سازی شوند. در صورتی عدم اصلاح طبقه نرم، احتمال بروز مشکلات فاجعه بار هنگام وارد شدن بارهای ناشی از زمین زلزله و سایر بارهای سازهای وجود دارد.
تفاوت طبقه نرم (Soft Story) و طبقه ضعیف (Weak Story)
بعضی از مهندسان و پیمانکاران به علت نداشتن اطلاعات کافی، طبقه نرم و طبقه ضعیف را یکسان میدانند. در حالی که در آیین نامههای مختلف، این دو مفهوم کاملا جدا تعریف شدهاند.
- طبقه نرم (Soft Story): طبقه نرم به افت سختی جانبی مربوط میشود. یعنی طبقه در برابر تغییر شکلهای جانبی مقاومت کمی دارد و تغییر مکان نسبی در آن طبقه بسیار زیاد است. معیار کاهش سختی نیز زیر 70% نسبت به طبقات بالا تعیین میشود.
- طبقه ضعیف (Weak Story): یک طبقه زمانی ضعیف میشود که مقاومت برشی آن نسبت به طبقه روی خود کمتر باشد. طبقه ضعیف طبقهای است که مقاومت جانبی آن یعنی مجموع مقاومت برشی ستونها، دیوارهای برشی و مهاربندها کمتر از 80%مقاومت جانبی طبقه روی خود باشد.
یک طبقه میتواند همزمان هم نرم و هم ضعیف باشد که خطرناک ترین شرایط ممکن برای یک سازه محسوب میشود؛ اما لزوما این بدین معنا نیست که اگر یک طبقه نرم بود، ضعیف نیز هست و برعکس اگر طبقه ضعیف بود، طبقه نرم نیز خواهد بود.
| معیار مقایسه | طبقه نرم Soft Story | طبقه ضعیف Weak Story |
| مبنای ضعف | سختی جانبی کم | مقاومت جانبی کم |
| شاخص اصلی | نسبت سختی طبقه به طبقات مجاور | نسبت مقاومت طبقه به طبقه بالایی |
| پیامد اصلی | افزایش دریفت و تمرکز تغییرمکان | کاهش ظرفیت تحمل نیروی زلزله |
| نوع خطر | تشکیل مفصل پلاستیک، تغییرشکل زیاد، ناپایداری جانبی | شکست برشی یا خمشی، کاهش ظرفیت باربری |
| راهکار معمول | افزایش سختی جانبی با دیوار برشی، بادبند، قاب خمشی | افزایش مقاومت اعضا و سیستم باربر جانبی |
| امکان همزمانی | بله؛ یک طبقه میتواند هم نرم و هم ضعیف باشد | بله؛ در بسیاری از ساختمانهای موجود این دو ضعف همزمان دیده میشوند |
سه دلیل اصلی ایجاد طبقه نرم در ساختمان مطابق نشریه 524
طبقه نرم در ساختمان به دلایل مختلفی به وجود میآید. شناسایی این دلایل برای پیشگیری از به وجود آمدن این طبقات و اصلاح طبقه نرم به صورت صحیح، اهمیت بسیار زیادی دارد. بر اساس ارزیابیهای انجام شده و مطابق با نشریه 524، طبقه نرم در ساختمانها ریشه در معماری و تغییر کاربری طبقات دارد. در ادامه به سه دلیل ایجاد این طبقات اشاره میکنیم:
1. انقطاع در مسیر بارهای ثقلی و قائم
انقطاع یا قطع شدن عناصر باربر جانبی مانند دیوارهای برشی یا مهاربندها در رسیدن به فونداسیون، یکی از دلایل اصلی ایجاد طبقه نرم است. گاهی طراحان معماری برای ایجاد فضای باز در طبقه همکف برای لابی یا پارکینگ، دیوارهای برشی را در طبقه اول متوقف میکنند و بار آنها را روی ستونهای انتقالی قرار میدهند. این انقطاع باعث کاهش ناگهانی سختی در طبقه پایین شده و سازه را به شدت مستعد فروریزش مکانیزمی میکند.
2. طبقات فوقانی سنگین
توزیع نامناسب جرم در ارتفاع سازه میتواند اثرات طبقه نرم را تشدید کند. اگر طبقات فوقانی به دلیل نوع کاربری مانند احداث استخر، بایگانی، یا انبار در طبقات بالا دارای وزن بسیار بیشتری نسبت به طبقه زیرین باشند، نیروی اینرسی ناشی از زلزله در تراز طبقات بالا به شدت افزایش مییابد. در این شرایط این نیروی عظیم به طبقه پایینی که سختی کمتری دارد میرسد، باعث تغییر شکلهای پلاستیک بسیار بزرگ در ستونهای طبقه پایین میشود.
3. انعطاف پذیری زیاد طبقه اول
رایجترین علت ایجاد طبقه نرم در ایران، انعطافپذیری بیش از حد طبقه اول یا همکف است. در اکثر ساختمانهای شهری، طبقات بالا دارای دیوارهای میانقاب آجری یا بلوکی متعددی هستند که سختی جانبی سازه را به شدت افزایش میدهند. اما در طبقه همکف به دلیل تعبیه دربهای بزرگ پارکینگ یا ویترینهای شیشهای تجاری، این دیوارهای میانقاب حذف میشوند. در نتیجه، طبقه همکف به یک طبقه بسیار انعطاف پذیر تبدیل شده که سختی آن در مقایسه با طبقات پر از دیوار بالایی، بسیار ناچیز است.
خطرات طبقه نرم در زلزله و اهميت مقاوم سازي ساختمان دارای طبقه نرم
با توجه به زلزله خیز بودن کشور ایران، هر عاملی که میتواند خطر آسیب به سازه را هنگام زلزله افزایش دهد باید برطرف گردد. خطر اصلی طبقه نرم این است که هنگام زلزله، تغییرمکان نسبی ساختمان به جای توزیع مناسب در تمام طبقات، در یک طبقه متمرکز میشود.
زمانی که طبقه نرم در پایین ساختمان قرار داشته باشد، طبقات بالایی مانند یک عضو صلب روی یک طبقه انعطاف پذیر حرکت میکنند. این رفتار میتواند باعث آسیب شدید ستونها، کمانش میلگردها، خردشدگی بتن و گسیختگی اتصالات شود. حتی در بسیاری از مواقع احتمال ریزش طبقات بالایی وجود دارد. از آنجایی که در سازههای امروزی، طبقات نرم جزو مشکلات رایج هستند و ممکن است در یک زلزله ساده، به راحتی فرو بریزند؛ اصلاح طبقه نرم در هر ساختمانی باید در اولویت قرار بگیرد. در این صورت است که خطرات طبقه نرم در زلزله کنترل شده و از جان و مال مردم محافظت میشود.
روشهای اصلاح و مقاوم سازی طبقه نرم مطابق نشریه 524
افزودن قاب خمشی جدید
افزودن قاب خمشی جدید یکی از روشهای اصلاح طبقه نرم است. به خصوص در ساختمانهایی که نمیتوان دهانهها را با دیوار برشی یا بادبند بست، این روش مقاوم سازی طبقه نرم میتواند در اولویت قرار بگیرد. قاب خمشی از تیر، ستون و اتصال گیردار تشکیل میشود و نیروهای جانبی را از طریق خمش اعضا و اتصالات تحمل میکند. در ساختمانهایی که طبقه همکف به دلیل کاربری پارکینگ یا تجاری نیاز به بازشوهای بزرگ دارد، استفاده از قاب خمشی میتواند گزینهای مناسب باشد؛ زیرا نسبت به دیوار برشی یا بادبند، محدودیت کمتری برای عبور و دید ایجاد میکند.
قابهای خمشی میتوانند در صورت آسیب دیدن بخشهای سخت ساختمان، نیرو را جذب کنند و بدون اینکه اجازه دهند تا سازه به طور کامل تخریب شود، مقاومت آن را حفظ نمایند. البته باید داشت که افزودن قاب خمشی جدید باید با بررسی دقیق اتصال به سازه موجود انجام شود. تیر و ستون جدید باید بتوانند نیروهای جانبی را به دیافراگم و فونداسیون منتقل کنند. اگر فونداسیون موجود ظرفیت کافی نداشته باشد، اجرای قاب جدید بدون تقویت پی میتواند مشکل را از طبقه نرم به شالوده منتقل کند.
افزودن ديوار برشی بتنی به قاب سازه
یکی دیگر از راههای مقاوم سازی طبقه نرم، افزودن دیوار برشی است. به ویژه برای ساختمانهای نوساز و بهسازی ساختمانهای جدید، این روش کاربردهای زیادی داشته و میتواند باعث افزایش سختی جانبی و کاهش دریفت طبقات نرم شود. دیوارهای برشی بتنی، قادر به تحمل بار با سختی بالای خود هستند و اجازه تغییر شکل سازه را نمیدهند. نکته مهمی که باید برای استفاده از دیوار برشی جهت اصلاح طبقه نرم توجه داشت، بالا رفتن وزن سازه و نیاز به تقویت فونداسیون برای جلوگیری از خطر واژگونی میباشد.
دیوار برشی بتنی با جذب بخش قابل توجهی از نیروی جانبی زلزله، تغییرمکان طبقه را کاهش میدهد و باعث منظمتر شدن رفتار سازه در ارتفاع میشود. اگر طبقه نرم ناشی از حذف دیوارها یا کمبود سیستم مقاوم جانبی باشد، افزودن دیوار برشی میتواند راهکاری قوی و پایدار باشد. همچنین باید توجه داشت که در ساختمانهای بلندمرتبه، استفاده از این نوع دیوار بسیار اقتصادی است و میتواند گزینهای مناسب باشد؛ اما برای ساختمانهایی با طبقات کم شاید اجرای این نوع روش مقاوم سازی طبقه نرم کاربردی نباشد.
افزودن ديوار برشي فلزی به قاب ساختمان
دیوار برشی فلزی که به دو گروه سخت شده و سخت نشده تقسیم بندی میشوند، جزو روش های مقاوم سازی طبقه نرم هستند. این دیوارها در مقایسه با دیوار برشی بتنی وزن کمتری دارند و میتوانند برای پروژههایی که نیاز به اجرای دیوار با وزن کمتر است، انتخاب بسیار خوبی محسوب شوند. در ساختمانهای فولادی، افزودن دیوار برشی فلزی میتواند راهکاری مناسب برای افزایش سختی و مقاومت جانبی باشد.
دیوار برشی فولادی معمولا شامل ورق فولادی است که درون قاب قرار میگیرد و از طریق تیرها و ستونهای اطراف نیرو را به سیستم سازهای منتقل میکند. عملکرد این سیستم به جزئیات اتصال، سخت کنندهها، ضخامت ورق، نحوه مهار کمانش و ظرفیت قاب پیرامونی وابسته است. نکته مهمی که برای استفاده از این روش مقاوم سازی طبقه نرم باید مد نظر داشت، نیاز به وجود مقاومت کافی برای انتقال نیروهای ورق است. تیرها و ستونهای اطراف این دیوار نباید ضعیف باشند؛ در غیر این صورت اضافه کردن ورق فولادی به تنهایی کافی نیست.
افزودن بادبند فولادی به قاب ساختمان
افزودن بادبند فولادی یکی از روشهای رایج، اقتصادی و موثر برای افزایش سختی و مقاومت جانبی طبقه نرم است. بادبندها با ایجاد مسیر قطری برای انتقال نیروی جانبی، تغییرشکل قاب را کاهش میدهند و بخش مهمی از نیروی زلزله را تحمل میکنند. افزودن بادبند زمانی مناسب است که بتوان در چند دهانه مشخص از طبقه نرم، بادبند همگرا یا واگرا اجرا کرد.
بادبندهای فولادی در انواع مختلفی از جمله ضربدری، هفتی، هشتی و قطری موجود هستند که بسته به نیاز میتوان از هر یک از آنها استفاده کرد. مزیت کلی بادبندهای فولادی نسبت به دیوار برشی بتنی، وزن کمتر و سریعتر اجرا شدن آن است. در ساختمانهای بتنی نیز میتوان با طراحی صحیح اتصال، بادبند فولادی را به قاب بتنی اضافه کرد. البته بادبندها معمولا در شرایطی استفاده میشوند که محدودیت معماری ایجاد نگردد. برای مثال گاهی بادبندها باعث تداخل در رفت و آمد خودروهای مختلف میشوند.
ايجاد ديوار حائل در ساختمان
دیوار حائل معمولا برای کنترل فشار جانبی خاک و اختلاف تراز استفاده میشود. در بعضی از ساختمانها، ضعف طبقه پایین فقط ناشی از کمبود سختی قاب نیست؛ بلکه شرایط خاک و فشار جانبی نیز روی آن تاثیر میگذارد. ایجاد دیوار حائل میتواند به بهبود پایداری جانبی بخشهای زیرزمین و طبقات پایین کمک کند، اما باید توجه داشت که دیوار حائل به تنهایی همیشه راهکار اصلاح طبقه نرم نیست و باید در کنار سایر روشها نیز استفاده شود.
در ساختمانهایی که طبقه نرم در تراز زیرزمین یا نیم طبقه قرار دارد، استفاده از دیوارهای حائل پیرامونی متصل به قاب سازه میتواند سختی قابل توجهی ایجاد کند و مانع از ایجاد طبقه نرم گردد. این دیوارها علاوه بر مقاومت در برابر فشار خاک جانبی، به عنوان دیوارهای برشی صلب عمل کرده و مانع از حرکت جانبی طبقه نرم در تراز پایه میشوند.
مشاوره تخصص و ارائه طرح تقویت ساختمان با طبقه نرم
شنایی دقیق و انتخاب بهترین روش مقاوم سازی طبقه نرم، نیازمند تحلیلهای پیچیده نرم افزاری خطی و غیرخطی است. همچنین مهندسان باید تسلط کافی و کامل بر مفاهیم استاندارد 2800 و نشریه 524 نیز داشته باشند. انتخاب اشتباه اصلاح طبقه نرم، نه تنها باعث رفع مشکل نمیشود؛ بلکه میتواند باعث بروز مشکلات بیشتری در سازه شده و آسیب پذیری در برابر زلزله را افزایش دهد.
کارشناسان فنی شرکت سازند با سالها تجربه تخصصی در زمینه بهسازی لرزهای و مقاوم سازی سازهها، آماده ارائه خدمات مشاوره، ارزیابی آسیب پذیری و طراحی دقیق طرحهای تقویت ساختمان شما هستند. تیم متخصص سازند با در نظر گرفتن آیین نامههای بین المللی و اطلاعات بروز، به شما برای اصلاح طبقه نرم و جلوگیری از فجایع خطرناک کمک میکنند. جهت دریافت مشاوره رایگان و بررسی وضعیت ساختمان خود، همین امروز با مهندسین و کارشناسان فنی شرکت سازند تماس بگیرید.