رویکرد جهانی تاب‌آوری لرزه‌ای؛ از شکل‌پذیری تا تعمیرپذیری ساختمان‌های بتن‌آرمه

از شکل‌پذیری تا تعمیرپذیری؛ ارائه رویکرد جهانی تاب‌آوری لرزه‌ای در معاونت فنی و عمرانی شهرداری تهران

بررسی مبانی طراحی لرزه‌ای، شاخص‌های ستون و دیوار، تجارب بین‌المللی و اقتصاد سازه‌های تعمیرپذیر در سی‌وسومین نشست علمی و تخصصی سازمان مشاور فنی و مهندسی شهرداری تهران

مقدمه | بازتعریف مسئله ایمنی ساختمان‌ها در مقیاس شهری

روز سه‌شنبه ۱۸ آذر ۱۴۰۴، سی‌وسومین نشست ارائه مقالات علمی و تجربه‌نگاری درس‌آموخته‌های فنی سازمان مشاور فنی و مهندسی شهرداری تهران، با موضوع «رویکرد جهانی تاب‌آوری لرزه‌ای؛ از شکل‌پذیری تا تعمیرپذیری ساختمان‌های بتن‌آرمه» در سالن شهید جهان‌آرا، واقع در معاونت فنی و عمرانی شهرداری تهران، برگزار شد.

در این نشست، جواد قدرتی ینگجه، کارشناس ارشد مهندسی زلزله و مدیر دپارتمان طراحی فراکُد مهندسین مشاور بهتاب، طی یک ارائه تخصصی مبتنی بر مطالعات علمی، شواهد میدانی زلزله‌های بزرگ و بررسی تطبیقی مقررات طراحی لرزه‌ای کشورهای مختلف، به تشریح تحولات جهانی در اهداف طراحی ساختمان‌ها پرداخت.
در این نشست علاوه بر حضور مدیران معاونت فنی و عمرانی شهرداری تهران، مهندس محسن عدلی (مدیر دپارتمان سازه و نرم‌افزار مهندسین مشاور بهتاب)، مهندس مسعود بابائی (مدیر اجرایی مهندسین مشاور بهتاب)، مدیران معاونت مسکن و ساختمان وزارت راه و شهرسازی و اساتید دانشگاه صنعتی شریف نیز حضور داشتند.

این برنامه از ساعت ۱۰ تا ۱۲ برگزار شد و با فراهم‌شدن امکان پخش زنده، مخاطبان خارج از محل نشست نیز امکان مشاهده ارائه را داشتند. فیلم ضبط‌ شده آن نیز در فضای مجازی منتشر شد.

اهمیت موضوع این نشست، طرح یک پرسش بنیادین در سطح مدیریت شهری بود: آیا ساختمانی که در زلزله فرونمی‌ریزد، الزاماً از منظر ایمنی، اقتصاد و تاب‌آوری شهری عملکرد قابل قبولی داشته است؟

این پرسش، نقطه آغاز ارائه‌ای بود که مسئله طراحی لرزه‌ای را از محدوده کنترل مقاومت و شکل‌پذیری اعضای سازه‌ای فراتر برد و به پیامدهای اقتصادی، اجتماعی و عملکردی ساختمان‌ها پس از زلزله پیوند داد.

۱. از ایمنی جانی تا بازیابی کاربری؛ تحول اهداف طراحی لرزه‌ای در جهان

بخش نخست ارائه به بازخوانی فلسفه طراحی لرزه‌ای و مقایسه اهداف عملکردی در آیین‌نامه‌ها و استانداردهای معتبر جهان اختصاص داشت.

در این بخش، اهداف طراحی در ایران با اسناد مهندسی زلزله آمریکا، نیوزیلند، اروپا، کانادا، ژاپن، چین، شیلی و هند مقایسه شد و تفاوت میان جلوگیری از فروریزش، تأمین ایمنی جانی، کنترل آسیب و بازیابی کاربری ساختمان پس از زلزله مورد بررسی قرار گرفت.

یکی از موضوعات اصلی، معرفی مفهوم بازیابی کاربری (Functional Recovery) بر اساس گزارش مشترک FEMA P-2090 و NIST SP-1254 بود؛ مفهومی که بر حفظ یا بازیابی توانایی ساختمان و زیرساخت‌های حیاتی برای پشتیبانی ایمن از کاربری‌های اساسی پس از زلزله تأکید دارد.

در این چارچوب، سه مفهوم اساسی از یکدیگر تفکیک شدند:

• شکل‌پذیری: توانایی سازه در تحمل تغییرشکل‌های غیرارتجاعی، بدون وقوع افت مقاومت زودهنگام.

• تعمیرپذیری: امکان ارزیابی و ترمیم آسیب‌های سازه‌ای با هزینه، زمان و پیچیدگی فنی قابل قبول.

• بازیابی کاربری: حفظ یا بازگرداندن عملکردهای اساسی ساختمان پس از زلزله، با در نظر گرفتن عملکرد اجزای سازه‌ای، غیرسازه‌ای و تأسیسات و وابستگی‌های زیرساختی.

پیام مرکزی این بخش آن بود که جلوگیری از فروریزش، ضرورتی انکارناپذیر در طراحی لرزه‌ای است؛ اما به‌تنهایی پاسخ‌گوی انتظارات اقتصادی و اجتماعی از ساختمان‌های جدید نخواهد بود.

۲. تجربه زلزله‌های بزرگ؛ آیا تعداد تلفات جانی برای ارزیابی عملکرد ساختمان کافی است؟

در بخش دیگری از ارائه، آمار تلفات و پیامدهای زلزله‌های بزرگ ایران و جهان بررسی شد.

زلزله‌های تاریخی ایران، زلزله ۲۰۱۷ کرمانشاه، زلزله ۲۰۲۳ ترکیه و رخدادهای مهم آمریکا، ژاپن، شیلی و نیوزیلند، مبنای مقایسه‌ای قرار گرفتند که هدف آن نشان‌ دادن محدودیت ارزیابی ایمنی صرفاً بر اساس تعداد جان‌ باختگان بود.

در این بررسی، علاوه بر تلفات انسانی، به تفاوت شدت لرزش زمین، جمعیت تحت تأثیر، ویژگی ساختمان‌های موجود و میزان انطباق ساخت‌وسازها با ضوابط مهندسی توجه شد.

همچنین، مقایسه طیف‌های پاسخ ثبت‌شده در زلزله‌های شدید با طیف‌های طراحی، برای طرح این مسئله به کار رفت که تقاضای واقعی زلزله می‌تواند در برخی دوره‌های تناوب، اختلاف قابل توجهی با مقادیر مبنای طراحی داشته باشد.

نتیجه این بحث، ضرورت ارزیابی عملکرد لرزه‌ای بر مبنای مجموعه‌ای از شاخص‌های ایمنی، آسیب‌پذیری، خسارت اقتصادی و زمان بازیابی بود؛ نه اتکا به یک شاخص منفرد.

۳. از ارزیابی ساختمان منفرد تا مدیریت ریسک در مقیاس شهر تهران

یکی از محورهای مهم ارائه، محدودیت‌های اجرایی ارزیابی تفصیلی آسیب‌پذیری لرزه‌ای تمامی ساختمان‌های موجود در شهر تهران بود.

استفاده از روش‌های پیشرفته تحلیل و ارزیابی غیرخطی برای مجموعه عظیمی از ساختمان‌های یک کلان‌ شهر، مستلزم منابع مالی، ظرفیت تخصصی، اطلاعات فنی و سازوکار اجرایی گسترده است.

از این‌ رو، در ارائه بر ضرورت توسعه روش‌های ساده، سریع و قابل اتکا برای غربالگری اولیه ساختمان‌ها و اولویت‌بندی اقدامات ارزیابی و بهسازی لرزه‌ای تأکید شد.

در این بخش، دو رویکرد مدیریتی مورد توجه قرار گرفت: شناسایی ساختمان‌هایی که احتمال فروریزش یا آسیب شدید در آن‌ها بالاست و شناسایی ساختمان‌هایی که انتظار می‌رود از ظرفیت لرزه‌ای مناسب‌تری برخوردار باشند.

چنین رویکردی، امکان هدایت منابع محدود مدیریت شهری به ساختمان‌ها و محدوده‌های دارای اولویت را فراهم می‌کند و زمینه تصمیم‌گیری مبتنی بر ریسک را در مقیاس شهری تقویت می‌سازد.

۴. شاخص ستون و دیوار؛ از تحقیقات مت سوزن تا شواهد جهانی عملکرد ساختمان‌ها

بخش محوری ارائه به معرفی و تحلیل شاخص ستون (Column Index)، شاخص دیوار (Wall Index) و شاخص اولویت (Priority Index) اختصاص داشت.

این شاخص‌ها، با اتکا به ابعاد و سطح مقطع مؤثر عناصر باربر قائم و جانبی ساختمان، امکان بررسی اولیه رابطه میان مقدار ستون و دیوار با آسیب‌پذیری لرزه‌ای ساختمان‌های بتن‌آرمه را فراهم می‌کنند.

در این بخش، روند توسعه شاخص‌ها از مطالعات مت سوزن و همکاران تا پژوهش‌های جدید سانتیاگو پوجول مورد بررسی قرار گرفت.

یکی از مهم‌ترین مستندات ارائه، مجموعه داده‌های پژوهش Pujol و همکاران در سال ۲۰۲۴ بود که اطلاعات ۱۶۳۹ ساختمان بتن‌آرمه آسیب‌دیده در ۱۵ زلزله از ۱۲ کشور را در بر می‌گرفت.

این مجموعه، ساختمان‌هایی با ارتفاع، کیفیت مصالح، جزئیات اجرایی، شرایط ساختگاه، شدت لرزش و ضوابط طراحی متفاوت را شامل می‌شد.

نتایج مورد بحث نشان می‌داد که افزایش شاخص دیوار با کاهش سهم ساختمان‌های دچار آسیب شدید یا فروریزش در جامعه آماری بررسی‌شده ارتباط معناداری دارد.

در این میان، مقدار WI ≥ ۰٫۲۰ درصد به‌عنوان یکی از آستانه‌های مهم تجربی مورد توجه قرار گرفت؛ آستانه‌ای که در داده‌های بررسی‌ شده با سهم بسیار بالاتری از ساختمان‌های بدون آسیب شدید همراه بود.

اهمیت شاخص دیوار در این است که موضوع سختی جانبی و حضور مؤثر دیوارهای بتن‌آرمه را از یک توصیه کلی به معیاری کمی، ساده و قابل کنترل در فرایند طراحی و ارزیابی تبدیل می‌کند.

البته این شاخص، به‌ تنهایی جایگزین کنترل‌های کامل طراحی لرزه‌ای، ارزیابی جزئیات اعضا و بررسی عملکرد ساختمان در سطوح مختلف خطر نیست.

۵. بازخوانی ضوابط ژاپن، شیلی، ترکیه و هند؛ جایگاه دیوارهای بتن‌آرمه در طراحی لرزه‌ای

در ادامه، الزامات و رویکردهای طراحی لرزه‌ای کشورهای مختلف با تأکید بر حداقل حضور دیوارهای بتن‌آرمه و کنترل تغییرشکل ساختمان‌ها بررسی شد.

ژاپن: ضوابط مرتبط با ظرفیت جانبی ساختمان، سهم دیوارها و ستون‌ها در تأمین مقاومت و سختی جانبی و ارتباط این معیارها با عملکرد واقعی ساختمان‌ها مورد تحلیل قرار گرفت.

شیلی: نقش سیستم‌های دارای دیوار بتن‌آرمه در کنترل تغییرشکل، عملکرد ساختمان‌ها در زلزله‌های بزرگ و تفاوت رویکرد طراحی برشی و کنترل تغییرشکل با برخی دیگر از کشورها تشریح شد.

ترکیه: محدودیت سیستم‌های قاب خمشی با شکل‌پذیری اسمی، ضوابط سیستم‌های سازه‌ای در آیین‌نامه‌های ۲۰۰۷ و ۲۰۱۸ و پیشنهادهای اصلاحی مطرح‌شده پس از زلزله ۲۰۲۳ بررسی شد.

هند: الزامات استاندارد IS 1893:2025 و رویکرد آن در تعریف حداقل حضور دیوارهای سازه‌ای و ارتباط ضوابط لرزه‌ای با اهداف پایداری و کاهش آسیب مورد توجه قرار گرفت.

این مقایسه‌ها نشان می‌دادند که انتخاب سیستم باربر جانبی و مقدار مؤثر دیوارهای بتن‌آرمه، تصمیمی بنیادین در تعیین پاسخ لرزه‌ای و آسیب‌پذیری ساختمان است و نمی‌توان آن را صرفاً به مرحله کنترل نهایی تغییرمکان محدود کرد.

۶. وضعیت ساخت‌وساز تهران؛ بررسی داده‌های آماری سال‌های ۱۴۰۱ تا ۱۴۰۳

یکی از بخش‌های ویژه ارائه، بررسی داده‌های واقعی ساخت‌وساز شهر تهران و مقایسه آن با نتایج مطالعات جهانی بود.

در این بخش، آمار ساختمان‌های سال‌های ۱۴۰۱ و ۱۴۰۲ از نظر نوع سازه، تعداد طبقات و سهم سیستم‌های بتن‌آرمه و فولادی تحلیل شد.

در ادامه، اطلاعات ۲۱۲۶ پرونده ساختمانی با زیربنای بیش از ۱۵۰۰ مترمربع در سال ۱۴۰۳ مورد بررسی قرار گرفت.

بر اساس داده‌های ارائه‌شده، ۱۶۷۲ ساختمان، معادل ۷۸٫۶ درصد نمونه‌ها، در هر دو راستای اصلی از قاب خمشی بتن‌آرمه متوسط استفاده کرده بودند.

همچنین، مجموعاً ۱۸۷۸ ساختمان، معادل حدود ۸۸ درصد جامعه بررسی‌شده، در یک یا هر دو راستای اصلی فاقد دیوار بتن‌آرمه سازه‌ای بودند.

این اطلاعات از منظر تصمیم‌گیری در حوزه ساخت‌وساز تهران اهمیت ویژه‌ای داشت؛ زیرا نشان می‌داد در بخش بزرگی از ساختمان‌های بررسی‌ شده، سیستم مقاوم در برابر زلزله متکی به قاب‌های خمشی است.

در ارائه، این وضعیت با شواهد بین‌المللی مربوط به شاخص ستون و دیوار و رابطه آن‌ها با آسیب‌پذیری ساختمان‌ها مقایسه شد.

پیام اصلی این بخش، ضرورت بازنگری در جهت‌گیری انتخاب سیستم‌های سازه‌ای و توجه به نقش سختی جانبی مؤثر در کاهش ریسک لرزه‌ای ساختمان‌های جدید تهران بود.

۷. اقتصاد سازه‌های تعمیرپذیر؛ آیا افزایش سختی جانبی به معنای افزایش هزینه ساخت است؟

یکی از پرسش‌های اساسی ارائه، بررسی رابطه میان انتخاب سیستم سازه‌ای، نسبت دریفت مجاز و هزینه ساخت ساختمان بود.

در این بخش، مطالعات اقتصادی مقایسه‌ای میان ساختمان‌های متکی بر قاب خمشی و ساختمان‌های دارای دیوار بتن‌آرمه بررسی شد.

نتایج نمونه‌های ارائه‌شده نشان می‌داد که استفاده از سیستم دیواری با محدودیت سخت‌گیرانه‌تر دریفت، لزوماً به افزایش هزینه ساخت منجر نمی‌شود.

در برخی از مقایسه‌ها، ساختمان دارای دیوار بتن‌آرمه با دریفت محدودتر، هزینه ساخت کمتری نسبت به ساختمان دارای قاب خمشی با دریفت بیشتر داشت و در برخی نمونه‌ها نیز هزینه دو راهکار نزدیک به یکدیگر بود.

در ادامه، تأثیر افزایش نیروی طراحی و محدودسازی دریفت بر هزینه سازه، بر اساس مطالعات و داده‌های بین‌المللی تحلیل شد.

این بررسی، مبنای طرح یک موضوع مهم اقتصادی بود:

هزینه اولیه ساخت، به‌ تنهایی معیار مناسبی برای انتخاب اقتصادی‌ترین سیستم سازه‌ای در مناطق لرزه‌خیز نیست.

اقتصاد واقعی ساختمان باید هزینه‌های ناشی از آسیب سازه‌ای و غیرسازه‌ای، تعمیر، توقف بهره‌برداری، اسکان موقت، کاهش ارزش سرمایه و زمان بازگشت ساختمان به چرخه استفاده را نیز در بر گیرد.

ازاین‌رو، طراحی مبتنی بر کنترل آسیب و تعمیرپذیری، نه صرفاً یک رویکرد محافظه‌کارانه در افزایش ایمنی، بلکه موضوعی مرتبط با اقتصاد چرخه عمر ساختمان و حفاظت از سرمایه‌های ملی است.

۸. عملکرد بیمارستان‌های شیلی؛ رابطه سختی جانبی با آسیب اجزای غیرسازه‌ای

در بخش دیگری از ارائه، عملکرد اجزای غیرسازه‌ای و تجهیزات بیمارستان‌ها در زلزله ۲۰۱۰ شیلی مورد بررسی قرار گرفت.

در این بخش، نتایج مطالعات ارائه‌ شده در کارگاه تخصصی مشترک آمریکا، ژاپن و نیوزیلند در سال ۲۰۲۴، مبنای مقایسه عملکرد بیمارستان‌های دارای دیوار بتن‌آرمه و سیستم قاب خمشی قرار گرفت.

موضوع اصلی این مقایسه، بررسی ارتباط سیستم سازه‌ای با آسیب اجزای غیرسازه‌ای و تجهیزات حساس به شتاب بود.

این بخش، یکی از پرسش‌های مهم طراحی لرزه‌ای را نیز مطرح می‌کرد: آیا افزایش سختی جانبی ساختمان الزاماً موجب تشدید آسیب تجهیزات به دلیل افزایش شتاب طبقات می‌شود؟

بررسی نمونه‌های بیمارستانی نشان می‌داد که ارزیابی این مسئله باید بر پایه پاسخ واقعی ساختمان و شواهد عملکردی انجام شود؛ زیرا رفتار اجزای غیرسازه‌ای تنها تابع یک ویژگی منفرد مانند سختی یا شتاب نیست.

اهمیت این موضوع برای تاب‌آوری شهری در آن است که عملکرد ساختمان‌های ضروری، به حفظ سازه اصلی محدود نمی‌شود؛ بلکه استمرار خدمات آن‌ها به عملکرد اجزای غیرسازه‌ای، تجهیزات و تأسیسات نیز وابسته است.

۹. پیام ارائه برای مدیریت شهری تهران؛ از مدیریت بحران پس از زلزله تا کاهش ریسک پیش از ساخت

مجموعه مباحث نشست، موضوع تاب‌آوری لرزه‌ای را در سطحی فراتر از طراحی یک ساختمان منفرد مطرح می‌کرد.

در کلان‌شهری مانند تهران، انتخاب سیستم‌های سازه‌ای، ضوابط کنترل تغییرشکل، کیفیت ساخت و ظرفیت تعمیرپذیری ساختمان‌ها، مستقیماً با میزان خسارت اقتصادی، نیاز به اسکان اضطراری، استمرار فعالیت‌های شهری و هزینه‌های مدیریت بحران پس از زلزله ارتباط دارد.

از این منظر، طراحی لرزه‌ای ساختمان‌های جدید، علاوه بر یک مسئولیت حرفه‌ای مهندسی، بخشی از سیاست پیشگیرانه مدیریت ریسک شهری است.

در ارائه تأکید شد که افزایش تاب‌آوری، صرفاً از طریق پیچیده‌تر کردن محاسبات یا افزایش مقاومت اسمی اعضای سازه‌ای حاصل نمی‌شود؛ بلکه نیازمند انتخاب صحیح سیستم باربر جانبی، کنترل تغییرشکل، تأمین سختی مؤثر، توجه به شکست‌های ترد و به‌ کارگیری ضوابطی است که در مقیاس صنعت ساختمان قابلیت اجرا و کنترل داشته باشند.

همچنین، استفاده از شاخص‌های ساده و مستند برای غربالگری اولیه ساختمان‌ها می‌تواند به اولویت‌بندی ارزیابی، بهسازی و تخصیص منابع محدود مدیریت شهری کمک کند.

در چنین رویکردی، مدیریت بحران از مرحله امداد و بازسازی پس از حادثه آغاز نمی‌شود؛ بلکه از مرحله سیاست‌گذاری، تدوین ضوابط، انتخاب سیستم سازه‌ای و کنترل کیفیت ساخت‌وساز شکل می‌گیرد.

جمع‌بندی | از جلوگیری از فروریزش تا حفاظت از آینده شهر

سی‌وسومین نشست علمی و تخصصی سازمان مشاور فنی و مهندسی شهرداری تهران، فرصتی برای طرح و بررسی یکی از مسائل بنیادین مهندسی زلزله در سطح مدیریت شهری بود: گذار از ارزیابی ساختمان بر اساس مقاومت و شکل‌پذیری، به ارزیابی بر مبنای میزان آسیب، قابلیت تعمیر و امکان بازیابی کاربری پس از زلزله.

ارائه جواد قدرتی ینگجه، با اتکا به مقایسه اهداف طراحی لرزه‌ای در کشورهای مختلف، مطالعات شاخص ستون و دیوار، شواهد عملکرد ساختمان‌ها در زلزله‌های گذشته، داده‌های واقعی ساخت‌وساز تهران و پژوهش‌های اقتصادی سیستم‌های سازه‌ای، چارچوبی برای بازاندیشی در معیارهای انتخاب سیستم مقاوم در برابر زلزله فراهم کرد.

نتیجه محوری این ارائه آن بود که موفقیت طراحی لرزه‌ای را نمی‌توان تنها با پابرجاماندن ساختمان پس از زلزله سنجید. ساختمانی که از فروریزش جلوگیری کرده، اما به دلیل خسارات گسترده، دشواری تعمیر یا هزینه‌های سنگین بازسازی از چرخه بهره‌برداری خارج می‌شود، همچنان می‌تواند بخشی از بحران اقتصادی و اجتماعی شهر پس از زلزله باشد.

ازاین‌رو، توسعه ضوابط مبتنی بر کنترل آسیب، حضور مؤثر دیوارهای بتن‌آرمه، محدودسازی تغییرشکل، کاهش احتمال شکست‌های ترد و توجه به اقتصاد پس از زلزله، باید در کنار اهداف بنیادین ایمنی جانی مورد توجه قرار گیرد.

تاب‌آوری لرزه‌ای، صرفاً توانایی ساختمان برای عبور از لحظه زلزله نیست؛ توانایی جامعه برای حفظ سرمایه‌های ساختمانی، استمرار خدمات ضروری و بازگشت به زندگی پس از زلزله است.