سه زلزله، سه تجربه؛ چرا عدم فروریزش کافی نیست؟

سه زلزله، سه تجربه؛ چرا عدم فروریزش کافی نیست؟

نخستین مقاله از پرونده راهبردی «منشور تحول سیاست‌گذاری لرزه‌ای ایران»

فصل اول: ضرورت تحول

از ایمنی جانی تا کنترل آسیب، تعمیرپذیری و بازیابی کاربری

مقدمه | وقتی ساختمان باقی می‌ماند، اما سرمایه از دست می‌رود

در دهه‌های گذشته، جلوگیری از فروریزش ساختمان‌ها و حفاظت از جان انسان‌ها، یکی از بنیادی‌ترین اهداف طراحی لرزه‌ای بوده است. این رویکرد، دستاوردی ارزشمند در توسعه مهندسی زلزله محسوب می‌شود و همچنان جایگاهی اساسی و غیرقابل‌ چشم‌ پوشی در مقررات ساختمانی دارد. با این‌ حال، تجربیات حاصل از زلزله‌های شدید نشان داده‌اند که میان «عدم فروریزش ساختمان» و «حفظ قابلیت بهره‌برداری آن» فاصله‌ای معنادار وجود دارد؛ فاصله‌ای که پیامدهای واقعی آن، نه در لحظه وقوع زلزله، بلکه در ماه‌ها و سال‌های پس از آن آشکار می‌شود.

ساختمانی ممکن است در برابر لرزش‌های شدید پایداری کلی خود را حفظ کند، اما در اثر آسیب گسترده اعضای سازه‌ای، تغییرشکل‌های ماندگار، خسارت به اجزای غیرسازه‌ای یا دشواری و هزینه بالای تعمیر، عملاً قابلیت استفاده مجدد خود را از دست بدهد. در چنین شرایطی، هرچند از فروریزش کامل جلوگیری شده است، اما سرمایه‌ای که برای احداث ساختمان صرف شده، ممکن است بخش بزرگی از ارزش اقتصادی و کارکردی خود را از دست داده باشد.

اهمیت این مسئله زمانی ملموس می‌شود که عملکرد ساختمان‌ها را نه به‌ صورت منفرد، بلکه در مقیاس یک شهر بررسی کنیم. خروج گسترده ساختمان‌های پابرجا از چرخه بهره‌برداری می‌تواند به تخلیه محله‌ها، تعطیلی مراکز اقتصادی، افزایش هزینه‌های تخریب و بازسازی، جابه‌جایی جمعیت و اختلال طولانی‌ مدت در فعالیت‌های شهری منجر شود.

از این منظر، ساختمان صرفاً مجموعه‌ای از اعضای سازه‌ای برای تحمل نیروهای زلزله نیست؛ بلکه بخشی از سرمایه ملی و زیرساخت استمرار زندگی اجتماعی و اقتصادی محسوب می‌شود.

بنابراین، پرسش بنیادین طراحی لرزه‌ای تنها این نیست که چه تعداد ساختمان در زلزله فرومی‌ریزند؛ پرسش مهم‌تر آن است که چه تعداد از ساختمان‌های باقی‌ مانده، قابلیت تعمیر، استفاده مجدد و بازگشت به چرخه بهره‌برداری را حفظ می‌کنند.

برای پاسخ به این پرسش، تجربیات زلزله‌های ۲۰۱۰ شیلی، ۲۰۲۳ ترکیه و ۲۰۱۱ نیوزیلند، سه نمونه ارزشمند و مکمل در اختیار ما قرار می‌دهند؛ تجربیاتی که به‌ ترتیب، اهمیت کنترل تغییرشکل، پیامدهای تقاضای تغییرشکل مهار نشده و ضرورت توجه به تعمیرپذیری و بازیابی کاربری را آشکار می‌سازند.

۱. شیلی | وقتی کنترل تغییرشکل به حفاظت از سرمایه ساختمانی تبدیل می‌شود

شیلی یکی از لرزه‌ خیزترین کشورهای جهان است که طی دهه‌های گذشته زلزله‌های بسیار شدیدی را تجربه کرده است. این کشور، به دلیل تکرار رخدادهای بزرگ لرزه‌ای و توسعه گسترده ساختمان‌های بتن‌آرمه، تجربیات ارزشمندی در زمینه عملکرد واقعی سیستم‌های مقاوم جانبی در اختیار مهندسی زلزله قرار داده است.

یکی از ویژگی‌های شاخص ساختمان‌های چند طبقه و بلند مرتبه شیلی، استفاده گسترده از دیوارهای بتن‌آرمه در سیستم مقاوم جانبی است؛ رویکردی که علاوه بر تأمین مقاومت، نقش مهمی در افزایش سختی جانبی، محدود سازی تغییرمکان نسبی طبقات و کنترل تقاضای تغییرشکل دارد.

زلزله ۳ مارس ۱۹۸۵ با بزرگای حدود ۷٫۸ و زلزله ۲۷ فوریه ۲۰۱۰ با بزرگای ۸٫۸، فرصت کم‌نظیری برای ارزیابی عملکرد ساختمان‌هایی فراهم کردند که دو رخداد شدید لرزه‌ای را در دوره بهره‌برداری خود تجربه کرده بودند.

۱ـ۱. ساختمان Plaza del Mar؛ عملکرد مطلوب در دو زلزله بزرگ

ساختمان Plaza del Mar در شهر وینیا دل مار، با ۲۳ طبقه و ارتفاع ۶۸٫۴ متر، یکی از نمونه‌های شاخص ساختمان‌های بلند بتن‌آرمه شیلی محسوب می‌شود.

این ساختمان در سال ۱۹۸۳ تکمیل شد و در هر دو زلزله بزرگ سال‌های ۱۹۸۵ و ۲۰۱۰ عملکرد سازه‌ای مطلوبی از خود نشان داد. در گزارش‌های ارزیابی عملکرد آن، آسیب سازه‌ای شدید ثبت نشده است.

ویژگی مهم این ساختمان، بهره‌گیری از دیوارهای بتن‌آرمه در سیستم مقاوم جانبی است؛ عناصری که با تأمین سختی جانبی مناسب، می‌توانند تقاضای تغییرشکل را محدود کرده و احتمال گسترش آسیب‌های سازه‌ای و غیرسازه‌ای را کاهش دهند.

اهمیت این نمونه صرفاً در عدم فروریزش ساختمان پس از دو زلزله شدید نیست، بلکه در نقش انتخاب سیستم سازه‌ای و کنترل تغییرشکل در دستیابی به عملکرد مطلوب نهفته است.

شکل ۱ ـ ساختمان ۲۳ طبقه Plaza del Mar در شیلی؛ نمونه‌ای از عملکرد مطلوب ساختمان‌های مجهز به دیوارهای بتن‌آرمه در دو زلزله بزرگ سال‌های ۱۹۸۵ و ۲۰۱۰.

۱ـ۲. ساختمان Torres del Sol؛ نمونه‌ای دیگر از اهمیت سختی جانبی

ساختمان Torres del Sol نیز در شهر وینیا دل مار قرار دارد و با ۲۲ طبقه و ارتفاع ۶۵٫۷ متر، از دیگر نمونه‌های ساختمان‌های بلند بتن‌آرمه احداث‌شده در دهه ۱۹۸۰ محسوب می‌شود.

این ساختمان در سال ۱۹۸۲ تکمیل شد و همانند Plaza del Mar، در محدوده متأثر از زلزله‌های شدید سال‌های ۱۹۸۵ و ۲۰۱۰ قرار گرفت.

بررسی اطلاعات ثبت‌ شده درباره سیستم سازه‌ای و عملکرد این ساختمان، نمونه دیگری از نقش دیوارهای بتن‌آرمه در رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های بلند ارائه می‌دهد.

مقایسه این دو ساختمان نشان می‌دهد که تأمین سختی جانبی مناسب و کنترل تقاضای تغییرشکل، می‌تواند در کنار مقاومت و شکل‌پذیری، نقش مؤثری در کاهش آسیب داشته باشد.

البته عملکرد واقعی ساختمان‌ها به عوامل متعددی از جمله شدت لرزش، شرایط ساختگاه، مشخصات هندسی و کیفیت طراحی و اجرا وابسته است؛ بنابراین نمی‌توان عملکرد مطلوب این نمونه‌ها را صرفاً به حضور دیوارهای بتن‌آرمه نسبت داد.

بااین‌حال، تجربه آن‌ها اهمیت یک اصل بنیادین را برجسته می‌کند: کاهش آسیب لرزه‌ای تنها با افزایش ظرفیت مقاومتی اعضا حاصل نمی‌شود؛ کنترل تقاضای تغییرشکل نیز باید بخشی اساسی از منطق طراحی باشد.

شکل ۲ ـ ساختمان ۲۲ طبقه Torres del Sol در شیلی؛ نمونه‌ای از کاربرد دیوارهای بتن‌آرمه در سیستم مقاوم جانبی ساختمان‌های بلند و اهمیت کنترل تغییرشکل.

۱ـ۳. از دو ساختمان شاخص تا عملکرد نزدیک به ده هزار ساختمان

بررسی چند ساختمان شاخص، هرچند برای شناخت رفتار سازه‌ای ارزشمند است، اما برای ارزیابی پیامدهای یک رویکرد طراحی در مقیاس گسترده کافی نیست.

در این زمینه، مطالعه Lagos و Kupfer درباره عملکرد ساختمان‌های بتن‌آرمه در زلزله ۲۰۱۰ شیلی، شواهد آماری قابل‌توجهی ارائه می‌دهد.

مطابق این مطالعه، در فاصله سال‌های ۱۹۸۵ تا ۲۰۱۰، تعداد ۹٬۹۷۴ ساختمان بیش از سه طبقه در منطقه متأثر از زلزله احداث شده بودند. از این مجموعه، حدود ۲۰ درصد دارای ۹ طبقه یا بیشتر و حدود ۳ درصد دارای بیش از ۲۰ طبقه بودند.

پس از زلزله ۲۷ فوریه ۲۰۱۰ با بزرگای ۸٫۸، تنها ۴ ساختمان دچار فروریزش شدند و حدود ۴۰ ساختمان دیگر آسیب سازه‌ای شدید، در حد نیاز به تخریب، تجربه کردند.

به بیان دیگر، حدود ۹۹٫۵۶ درصد این مجموعه در گروه ساختمان‌های فروریخته یا دارای آسیب شدید گزارش‌شده قرار نگرفتند. همچنین در این مجموعه، فروریزش ساختمانی با بیش از ۲۰ طبقه گزارش نشد.

شکل ۳ ـ عملکرد لرزه‌ای ۹٬۹۷۴ ساختمان بیش از سه طبقه در زلزله ۲۰۱۰ شیلی؛ ۴ فروریزش، حدود ۴۰ ساختمان با آسیب شدید و حدود ۹۹٫۵۶ درصد ساختمان‌های فاقد فروریزش یا آسیب شدید گزارش‌شده.

این آمار، شاهدی ارزشمند از عملکرد نسبی مطلوب بخش گسترده‌ای از عملکرد ساختمان‌های مهندسی‌ ساز در شیلی است؛ هر چند نباید آن را به معنای تعمیرپذیری قطعی یا بازگشت فوری تمام ساختمان‌ها به بهره‌برداری تفسیر کرد.

عملکرد مطلوب بخش بزرگی از این ساختمان‌ها حاصل مجموعه‌ای از عوامل فنی و اجرایی است. بااین‌حال، تجربه شیلی نشان می‌دهد که تأمین سختی جانبی مناسب، توزیع مؤثر عناصر مقاوم جانبی و کنترل تقاضای تغییرشکل، می‌توانند سهم مهمی در محدودسازی آسیب شدید داشته باشند.

درس شیلی آن است که کنترل آسیب شدید در مقیاس گسترده، هدفی دست‌ یافتنی است؛ مشروط بر آنکه انتخاب سیستم سازه‌ای، کنترل سختی و تغییرشکل، تأمین مقاومت و شکل‌پذیری، اجزای مکمل یک راهبرد طراحی باشند.

۲. ترکیه | وقتی شکل‌پذیری بدون کنترل تغییرشکل کافی نیست

در ششم فوریه ۲۰۲۳، دو زمین‌ لرزه بزرگ با بزرگای ۷٫۸ و ۷٫۵ در جنوب و جنوب‌ شرقی ترکیه رخ دادند و یکی از گسترده‌ترین فجایع لرزه‌ای تاریخ معاصر این کشور را رقم زدند.

این رخدادها علاوه بر فروریزش شمار زیادی از ساختمان‌ها، به آسیب شدید بخش قابل‌ توجهی از ساختمان‌ها، خروج گسترده ساختمان‌ها از چرخه بهره‌برداری و خسارات سنگین اقتصادی منجر شدند.

تجربه ترکیه، افزون بر آشکارساختن پیامدهای ضعف طراحی و اجرا در بخشی از ساختمان‌ها، یک مسئله بنیادین دیگر را نیز برجسته کرد: تأمین ظرفیت تغییرشکل، به‌تنهایی جایگزین کنترل تقاضای تغییرشکل نیست.

۲ـ۱. بلوک ۲ آنتاکیا؛ ساختمانی که فرونریخت، اما تغییرشکل آن مهار نشد

یکی از نمونه‌های مهم در پاسخ لرزه‌ای ساختمان‌ها تحت زلزله ۲۰۲۳ ترکیه، بلوک ۲ از یک مجموعه چهار بلوکی در شهر آنتاکیا است.

این ساختمان ۱۳ طبقه، دارای سیستم مقاوم جانبی قاب و دیوار بتن‌آرمه بود. در حالی‌ که یکی از بلوک‌های مجاور دچار فروریزش کامل شد، بلوک ۲ پایداری کلی خود را حفظ کرد؛ اما آسیب‌های گسترده و تغییرشکل‌های بسیار بزرگی در آن مشاهده شد.

مطالعات میدانی منتشر شده نشان می‌دهند که در این مجموعه، برخی جزئیات آرماتورگذاری، از جمله استفاده از سنجاقی‌ها و فاصله نسبتاً مناسب خاموت‌ها، در مقایسه با بسیاری از ساختمان‌های آسیب‌ دیده منطقه از وضعیت مطلوب‌تری برخوردار بوده‌اند.

بااین‌حال، در ساختمانی که دچار فروریزش نشده است، دریفت ماندگار بام ساختمان در حدود ۶ درصد اندازه‌گیری شد.

این تغییرشکل بزرگ، نمونه‌ای روشن از وضعیتی است که در آن، ظرفیت تغییرشکل سازه مانع از فروریزش کامل شده، اما نتوانسته است از ایجاد آسیب شدید و تغییرشکل ماندگار گسترده جلوگیری کند.

شکل ۴ ـ بلوک ۲ مجموعه ساختمانی آنتاکیا پس از زلزله ۲۰۲۳ ترکیه؛ نمونه‌ای از پابرجاماندن ساختمان همراه با آسیب شدید و دریفت ماندگار در حدود ۶ درصد.

اهمیت این نمونه در تفکیک دو مفهوم بنیادین نهفته است:

ظرفیت تحمل تغییرشکل و محدودسازی تقاضای تغییرشکل.

شکل‌پذیری مناسب به ساختمان امکان می‌دهد تغییرشکل‌های غیرارتجاعی را بدون فروریزش زودهنگام تحمل کند؛ اما افزایش تقاضای تغییرشکل می‌تواند به آسیب شدید اعضای سازه‌ای، ناپایداری ناشی از آثار مرتبه دوم و از دست رفتن قابلیت تعمیر منجر شود.

بنابراین، طراحی لرزه‌ای مطلوب نباید صرفاً بر توانایی تحمل تغییرشکل‌های بزرگ متمرکز باشد؛ بلکه لازم است از طریق انتخاب سیستم سازه‌ای مناسب، تأمین سختی کافی و توزیع مؤثر عناصر مقاوم جانبی، احتمال وقوع چنین تغییرشکل‌هایی نیز کاهش یابد.

۲ـ۲. ارزیابی نزدیک به دو میلیون واحد مسکونی؛ ابعاد اقتصادی آسیب لرزه‌ای

اگر بلوک ۲ آنتاکیا نمونه‌ای از پیامدهای تغییرشکل مهار نشده در مقیاس یک ساختمان باشد، داده‌های ارزیابی خسارت پس از زلزله‌های ۲۰۲۳ ترکیه، ابعاد گسترده‌تر این مسئله را آشکار می‌کنند.

مطابق داده‌های منتشرشده از ارزیابی خسارات در ۱۱ استان زلزله‌زده، در مجموعه‌ای شامل ۱٬۹۲۹٬۳۱۳ واحد مسکونی، تعداد ۵۱۸٬۰۰۹ واحد در گروه فروریخته، دارای آسیب شدید یا نیازمند تخریب فوری قرار گرفتند.

این تعداد، معادل حدود ۲۶٫۹ درصد مجموعه بررسی‌شده است.

اهمیت این آمار در آن است که پیامد زلزله را نمی‌توان صرفاً با شمار ساختمان‌هایی که در لحظه وقوع زمین‌لرزه فرومی‌ریزند، سنجید.

ساختمان‌هایی که به دلیل آسیب شدید یا فقدان شرایط ایمن باید تخریب شوند نیز سهم قابل‌توجهی در خسارات اقتصادی و اجتماعی دارند.

شکل ۵ ـ ارزیابی خسارات ۱٬۹۲۹٬۳۱۳ واحد مسکونی در مناطق زلزله‌زده ترکیه؛ حدود ۲۶٫۹ درصد موارد در گروه فروریزش، آسیب شدید یا نیازمند تخریب فوری قرار گرفتند.

برآورد رسمی دولت ترکیه، بار اقتصادی ناشی از زلزله‌های فوریه ۲۰۲۳ را در بیش از ۱۰۴ میلیارد دلار آمریکا اعلام کرد.

این رقم، علاوه بر خسارات فیزیکی، ابعاد گسترده اقتصادی بازیابی و بازسازی پسازلزله را آشکار می‌سازد.

ساختمانی که در زلزله سرپا ماده، اما به دلیل آسیب شدید، تغییرشکل‌های گسترده یا هزینه نامتناسب تعمیر از چرخه بهره‌برداری خارج می‌شود، بخشی از ظرفیت اقتصادی و اجتماعی کشور را نیز از دسترس خارج می‌کند.

از این‌ رو، ارزیابی ریسک لرزه‌ای باید میان «پایداری سازه»، «محدود ماندن آسیب» و «حفظ قابلیت بهره‌برداری» تمایز قائل شود.

تجربه ترکیه آن است که شکل‌پذیری، شرط ضروری عملکرد لرزه‌ای مطلوب است، اما کافی نیست. کنترل تقاضای تغییرشکل و جلوگیری از تمرکز آسیب، باید در کنار مقاومت و ظرفیت تغییرشکل، از محورهای اساسی طراحی لرزه‌ای باشند.

۳. نیوزیلند | وقتی ساختمان باقی می‌ماند، اما شهر از کار می‌افتد

زلزله ۲۲ فوریه ۲۰۱۱ کرایست‌چرچ نیوزیلند با بزرگای گشتاوری حدود ۶٫۲، یکی از مهم‌ترین تجربیات معاصر مهندسی زلزله در زمینه ارزیابی عملکرد واقعی ساختمان‌ها و پیامدهای پسازلزله محسوب می‌شود.

این رخداد، باوجود بزرگای کمتر در مقایسه با زلزله‌های شیلی و ترکیه، به دلیل نزدیکی به محدوده شهری و شدت بالای لرزش در بخش‌هایی از شهر، خسارات گسترده‌ای ایجاد کرد و به جان‌باختن ۱۸۵ نفر منجر شد.

اهمیت تجربه کرایست‌چرچ در آن است که مسئله عملکرد لرزه‌ای را از مقیاس جلوگیری از فروریزش یک ساختمان، به مقیاس تعمیرپذیری اقتصادی، استمرار بهره‌برداری و بازیابی عملکرد یک شهر گسترش داد.

۳ـ۱. ساختمان‌های CTV و PGC؛ شکست در بنیادی‌ترین هدف طراحی

در زلزله ۲۰۱۱ کرایست‌چرچ، ساختمان‌های Canterbury Television یا CTV و Pyne Gould Corporation یا PGC دچار فروریزش فاجعه‌بار شدند.

فروریزش ساختمان CTV موجب جان‌باختن ۱۱۵ نفر و فروریزش ساختمان PGC موجب جان‌باختن ۱۸ نفر شد.

این دو رخداد، نمونه‌هایی آشکار از شکست در تأمین بنیادی‌ترین هدف طراحی لرزه‌ای، یعنی حفاظت از جان انسان‌ها و جلوگیری از فروریزش ساختمان، محسوب می‌شوند.

بررسی‌های فنی پس از زلزله نشان دادند که نارسایی‌های مشخص در طراحی، ظرفیت مقاومتی و جزئیات سازه‌ای در عملکرد این ساختمان‌ها نقش داشته‌اند.

ازاین‌رو، این دو نمونه را نباید به‌عنوان نفی فلسفه طراحی ظرفیت یا شکل‌پذیری تفسیر کرد؛ بلکه اهمیت رعایت دقیق اصول طراحی لرزه‌ای، جلوگیری از شکست‌های ترد و تأمین مسیرهای مطمئن انتقال نیرو را یادآور می‌شوند.

شکل ۶-الف ـ فروریزش ساختمان‌های CTV و PGC در زلزله ۲۰۱۱ کرایست‌چرچ؛ نمونه‌هایی از شکست فاجعه‌بار سازه‌ای و عدم تحقق هدف ایمنی جانی.

بااین‌حال، فروریزش کامل تنها یکی از پیامدهای احتمالی زلزله است.

برای شناخت ابعاد واقعی ریسک لرزه‌ای، باید ساختمان‌هایی را نیز بررسی کرد که از فروریزش کامل جلوگیری کرده‌اند، اما به دلیل آسیب‌های شدید، قابلیت بهره‌برداری یا تعمیر خود را از دست داده‌اند.

۳ـ۲. هتل Grand Chancellor؛ ساختمانی که فرونریخت، اما به تخریب رسید

هتل Grand Chancellor در مرکز شهر کرایست‌چرچ، یکی از شاخص‌ترین نمونه‌های آسیب شدید سازه‌ای بدون وقوع فروریزش کامل در زلزله سال ۲۰۱۱ است.

این ساختمان بلند بتن‌آرمه، دارای سیستم سازه‌ای متشکل از قاب‌های خمشی در بخش فوقانی و دیوارهای برشی در بخش تحتانی بود. نامنظمی‌های سازه‌ای و مسیرهای پیچیده انتقال بار، از ویژگی‌های مهم آن محسوب می‌شدند.

در جریان زلزله ۲۲ فوریه ۲۰۱۱، دیوار برشی D5–6 در بخش تحتانی ساختمان، تحت تقاضای شدید نیروهای محوری و لرزه‌ای، دچار شکست ترد شد.

این دیوار، علاوه بر مشارکت در مقاومت جانبی، وظیفه تحمل و انتقال بخش قابل‌توجهی از بارهای قائم ساختمان را بر عهده داشت.

شکست ناگهانی آن، موجب جابه‌جایی شدید گوشه جنوب‌شرقی ساختمان و ایجاد آسیب گسترده در سایر اعضای سازه‌ای شد.

مطابق گزارش فنی رسمی بررسی عملکرد هتل، پیامدهای این شکست شامل دو تغییرمکان بسیار بزرگ بود:

۸۰۰ میلی‌متر افت قائم گوشه جنوب‌شرقی ساختمان.

۱۳۰۰ میلی‌متر جابه‌جایی جانبی بالای ساختمان.

به بیان دیگر، در اثر شکست یک دیوار برشی کلیدی، بخشی از ساختمان حدود ۸۰ سانتی‌متر در راستای قائم سقوط کرد و رأس آن در ناحیه آسیب‌دیده حدود ۱٫۳ متر جابه‌جایی جانبی پیدا کرد.

با وجود این آسیب بحرانی، بازتوزیع نیروها از طریق اعضای باقی‌مانده و مسیرهای جایگزین انتقال بار، مانع از گسترش خرابی به فروریزش کامل ساختمان شد.

بااین‌حال، ساختمان دیگر شرایط لازم برای بهره‌برداری عادی را نداشت. شدت آسیب و وضعیت ناپایدار آن، اقدامات اضطراری برای پایدارسازی و سپس تخریب برنامه‌ریزی‌شده ساختمان را ضروری ساخت.

شکل ۶-ب ـ هتل Grand Chancellor پس از زلزله ۲۰۱۱ کرایست‌چرچ؛ شکست ترد دیوار برشی D5–6، افت قائم ۸۰۰ میلی‌متری گوشه جنوب‌شرقی و جابه‌جایی جانبی ۱۳۰۰ میلی‌متری بالای ساختمان، بدون وقوع فروریزش کامل.

این نمونه یکی از روشن‌ترین مصادیق فاصله میان عدم فروریزش و حفظ قابلیت تعمیر و بهره‌برداری است.

ساختمان Grand Chancellor فرونریخت؛ اما حفظ پایداری کلی، مانع از دست رفتن کاربری و تخریب نهایی آن نشد.

تجربه این ساختمان نشان می‌دهد که جلوگیری از فروریزش، هرچند دستاوردی ضروری در حفاظت از جان انسان‌هاست، به‌تنهایی نمی‌تواند معیار کافی برای ارزیابی موفقیت عملکرد لرزه‌ای باشد.

۳ـ۳. سرنوشت ۲۲۳ ساختمان بتن‌آرمه؛ وقتی تخریب پسازلزله از فروریزش فراتر می‌رود

اگر هتل Grand Chancellor نمونه‌ای شاخص از ساختمانی است که پس از حفظ پایداری کلی، قابلیت بهره‌برداری خود را از دست داد، مطالعات گسترده‌تر ساختمان‌های بتن‌آرمه کرایست‌چرچ نشان می‌دهند که این مسئله به یک ساختمان منفرد محدود نبوده است.

در مطالعه Kim، Elwood، Chang و Marquis، اطلاعات مربوط به ۲۲۳ ساختمان بتن‌آرمه سه‌طبقه و بلندتر در محدوده مرکز تجاری شهر کرایست‌چرچ گردآوری و بررسی شد.

این مجموعه، حدود ۸۸ درصد ساختمان‌های بتن‌آرمه واجد شرایط مطالعه را پوشش می‌داد.

مطابق نتایج مطالعه، از مجموع ۲۲۳ ساختمان، تعداد ۱۳۸ ساختمان، معادل حدود ۶۱٫۹ درصد، تخریب شده بودند؛ ۶۵ ساختمان، معادل حدود ۲۹٫۱ درصد، تعمیر شدند و وضعیت ۲۰ ساختمان دیگر، معادل حدود ۹ درصد، در زمان تکمیل داده‌ها نامشخص بود.

نکته اساسی آن است که ۱۳۸ ساختمان تخریب‌شده، الزاماً ساختمان‌هایی نبودند که در لحظه وقوع زلزله فروریخته باشند.

بخش بزرگی از آن‌ها پس از زلزله و در فرآیند ارزیابی فنی، تصمیم‌گیری اقتصادی، بررسی امکان تعمیر و تعیین آینده ساختمان، تخریب شدند.

شکل ۷ ـ سرنوشت ۲۲۳ ساختمان بتن‌آرمه در مرکز تجاری کرایست‌چرچ پس از زلزله ۲۰۱۱؛ تخریب ۱۳۸ ساختمان، تعمیر ۶۵ ساختمان و نامشخص‌بودن وضعیت ۲۰ ساختمان در زمان گردآوری داده‌ها.

یکی از یافته‌های مهم این مطالعه آن بود که از میان ۱۳۵ ساختمان با نسبت خسارت برآوردی حداکثر ۱۰ درصد، تعداد ۶۳ ساختمان، معادل حدود ۴۷ درصد، تخریب شدند.

این یافته نشان می‌دهد که تصمیم به تعمیر یا تخریب ساختمان، صرفاً تابع میزان آسیب فیزیکی مشاهده‌شده نیست.

هزینه تعمیر، شرایط بیمه، الزامات مقرراتی، عدم قطعیت درباره عملکرد آینده ساختمان، محدودیت‌های بهره‌برداری و تصمیم‌های اقتصادی مالکان نیز در تعیین سرنوشت ساختمان‌ها نقش دارند.

بنابراین، عدم فروریزش حتی در ساختمان‌هایی با آسیب فیزیکی نسبتاً محدود نیز لزوماً به معنای حفظ ساختمان در چرخه بهره‌برداری نیست.

از منظر سیاست‌گذاری، این تجربه اهمیت توجه به قابلیت ارزیابی، تعمیرپذیری فنی و اقتصادی و پیامدهای تصمیم‌های پسازلزله را آشکار می‌سازد.

۳ـ۴. کرایست‌چرچ؛ از تخریب ساختمان‌ها تا اختلال در عملکرد شهر

پیامدهای زلزله ۲۰۱۱ کرایست‌چرچ به آسیب یا تخریب ساختمان‌های منفرد محدود نماند.

پس از زلزله، بخش وسیعی از مرکز تجاری شهر به دلیل خطرات ناشی از ساختمان‌های آسیب‌دیده، ضرورت ارزیابی ایمنی، اجرای عملیات تخریب و مدیریت خطرات پسازلزله تحت محدودیت دسترسی قرار گرفت.

این محدودیت‌ها به‌تدریج کاهش یافتند؛ بااین‌حال، بخش‌هایی از مرکز شهر برای بیش از دو سال با محدودیت دسترسی و اختلال جدی در فعالیت اقتصادی مواجه بودند.

در این مدت، تعداد زیادی از ساختمان‌های پابرجا اما آسیب‌دیده تخریب شدند و بخش‌هایی از بافت متراکم مرکز شهر به قطعات خالی، محدوده‌های تخریب و کارگاه‌های بازسازی تبدیل شدند.

تصاویر هوایی ثبت‌شده در دوره پسازلزله، گستردگی این تغییرات را به‌وضوح نشان می‌دهند.

در این تصاویر، مسئله تنها ساختمان‌هایی نیست که از میان رفته‌اند؛ بلکه گسست در پیوستگی بافت شهری، از دست رفتن ظرفیت اقتصادی مرکز شهر و اختلال طولانی در فعالیت‌های تجاری و خدماتی قابل مشاهده است.

شکل ۸ ـ تصاویر هوایی مرکز تجاری کرایست‌چرچ در دوره پسازلزله؛ تخریب گسترده ساختمان‌های پابرجا، ایجاد قطعات خالی و اختلال طولانی‌مدت در فعالیت اقتصادی و شهری.

خسارات اقتصادی ناشی از مجموعه زلزله‌های کانتربری، در برآوردهای منتشرشده از ۴۰ میلیارد دلار نیوزیلند فراتر رفت.

این رقم، ابعاد اقتصادی رخداد را در مقیاس ملی آشکار می‌سازد؛ اما اهمیت تجربه کرایست‌چرچ صرفاً در میزان خسارات مالی نیست.

این زلزله نشان داد که مجموعه‌ای از ساختمان‌های پابرجا، در صورت از دست دادن قابلیت تعمیر و بهره‌برداری، می‌توانند به عاملی برای اختلال گسترده در عملکرد یک شهر تبدیل شوند.

درس نیوزیلند آن است که موفقیت طراحی لرزه‌ای نباید تنها با جلوگیری از فروریزش سنجیده شود؛ بلکه قابلیت تعمیر، استمرار بهره‌برداری و زمان بازیابی کاربری نیز باید در ارزیابی عملکرد ساختمان‌ها جایگاه مشخص داشته باشند.

۴. سه زلزله، سه تجربه؛ یک ضرورت مشترک

تجربیات شیلی، ترکیه و نیوزیلند را نمی‌توان صرفاً با مقایسه بزرگای زلزله‌ها، تعداد ساختمان‌های فروریخته یا میزان خسارات اقتصادی رتبه‌بندی کرد.

این کشورها از نظر خطر لرزه‌ای، ویژگی‌های ساختگاه، موجودی ساختمان‌ها، کیفیت طراحی و اجرا، نظام مقرراتی و شرایط اقتصادی و اجتماعی تفاوت‌های معناداری دارند.

همچنین آمار ارائه‌شده درباره آن‌ها ناظر بر شاخص‌های یکسان نیست. در شیلی، عملکرد ساختمان‌های احداث‌شده در یک دوره مشخص؛ در ترکیه، وضعیت خسارت واحدهای مسکونی؛ و در نیوزیلند، تصمیم‌های تعمیر یا تخریب ساختمان‌های بتن‌آرمه یک محدوده شهری بررسی شده است.

بنابراین، ارزش مقایسه این سه تجربه نه در مقایسه مستقیم درصدها، بلکه در شناخت سه جنبه مکمل از عملکرد لرزه‌ای نهفته است.

شیلی نشان می‌دهد که کنترل تغییرشکل و محدودسازی آسیب شدید در مقیاس گسترده، هدفی دست‌یافتنی است. انتخاب مناسب سیستم مقاوم جانبی، تأمین سختی کافی و رعایت اصول طراحی و اجرا می‌توانند نقش مؤثری در کاهش آسیب داشته باشند.

ترکیه یادآور می‌شود که شکل‌پذیری بدون کنترل کافی تقاضای تغییرشکل، نمی‌تواند دستیابی به عملکرد مطلوب را تضمین کند. تغییرشکل‌های بزرگ و تمرکز آسیب می‌توانند به خسارات شدید، ناپایداری و فروریزش منجر شوند.

نیوزیلند نیز نشان می‌دهد که عدم فروریزش، پایان مسئله نیست. ساختمان‌هایی که پابرجا می‌مانند اما قابلیت تعمیر یا بهره‌برداری خود را از دست می‌دهند، می‌توانند به عاملی برای خسارات اقتصادی گسترده و اختلال طولانی‌مدت در عملکرد شهر تبدیل شوند.

شکل ۹ ـ سه زلزله، سه تجربه و یک ضرورت مشترک؛ از کنترل تغییرشکل و جلوگیری از فروریزش تا کنترل آسیب، تعمیرپذیری و بازیابی کاربری ساختمان‌ها.

پیام مشترک این تجربیات روشن است:

ایمنی جانی شرط ضروری طراحی لرزه‌ای است؛ اما عملکرد مطلوب زمانی تحقق می‌یابد که ساختمان علاوه بر حفظ پایداری، از آسیب‌های شدید مصون بماند و قابلیت تعمیر و بازگشت به بهره‌برداری را نیز حفظ کند.

این تحول به معنای کنارگذاشتن هدف جلوگیری از فروریزش نیست؛ بلکه به معنای تکمیل آن با اهدافی است که پیامدهای فنی، اقتصادی و اجتماعی زلزله را به‌شکل جامع‌تری کنترل می‌کنند.

۵. از ایمنی جانی تا اقتصاد پسازلزله؛ ضرورت بازتعریف اهداف طراحی

در رویکرد متعارف طراحی لرزه‌ای، بخش عمده توجه مقررات و فرآیند طراحی بر تأمین مقاومت اعضا، ظرفیت شکل‌پذیری و کنترل معیارهایی متمرکز بوده است که به کاهش احتمال فروریزش ساختمان کمک می‌کنند.

این رویکرد در حفاظت از جان انسان‌ها نقش بنیادین داشته است؛ اما تجربه زلزله‌های واقعی نشان داده است که تحقق آن، لزوماً به معنای محدودماندن آسیب و هزینه‌های پسازلزله نیست.

ساختمانی که در زلزله شدید دچار تغییرشکل‌های غیرارتجاعی گسترده می‌شود، ممکن است همچنان ظرفیت تحمل بارهای ثقلی را حفظ کند؛ اما در اثر آسیب اعضای سازه‌ای، تغییرشکل‌های ماندگار یا اختلال در اجزای غیرسازه‌ای و تأسیسات، قابلیت استفاده مجدد نداشته باشد.

از منظر اقتصادی، چنین ساختمانی ممکن است به دارایی‌ای تبدیل شود که هزینه تعمیر، زمان بازسازی و عدم قطعیت درباره عملکرد آینده آن، بازگرداندنش به چرخه بهره‌برداری را غیرمنطقی کند.

این همان وضعیتی است که می‌توان آن را خطر شکل‌گیری «ساختمان یک‌بارمصرف» نامید: ساختمانی که برای عبور از یک زلزله شدید طراحی شده، اما پس از همان رخداد، بخش بزرگی از ارزش اقتصادی و قابلیت بهره‌برداری خود را از دست می‌دهد.

در چنین چارچوبی، لازم است میان چهار هدف عملکردی تمایز قائل شد:

ایمنی جانی: کاهش احتمال مرگ و آسیب شدید انسان‌ها.

کنترل آسیب: محدودسازی خسارت اعضای سازه‌ای و اجزای غیرسازه‌ای.

تعمیرپذیری: امکان بازگرداندن ساختمان به شرایط قابل قبول، با هزینه و مداخله فنی متناسب.

بازیابی کاربری: بازگشت ساختمان به عملکرد مورد انتظار در مدت‌زمان قابل قبول پس از زلزله.

این اهداف در ارتباط با یکدیگر قرار دارند، اما معادل یکدیگر نیستند.

ساختمانی ممکن است از منظر ایمنی جانی موفق باشد، اما از منظر تعمیرپذیری عملکرد نامطلوبی داشته باشد. همچنین ساختمانی که تعمیر سازه‌ای آن امکان‌پذیر است، ممکن است به دلیل آسیب تأسیسات یا اختلال در زیرساخت‌های پیرامونی، برای مدت طولانی قابل بهره‌برداری نباشد.

ازاین‌رو، طراحی با رویکرد بازیابی کاربری نیازمند نگرشی فراتر از کنترل مقاومت اعضای سازه‌ای است و عملکرد اجزای غیرسازه‌ای، تأسیسات، امکان ارزیابی پسازلزله و زمان بازگشت به بهره‌برداری را نیز در بر می‌گیرد.

بااین‌حال، کنترل آسیب سازه‌ای و محدودسازی تغییرشکل‌های ماندگار از پیش‌شرط‌های اساسی حرکت در این مسیر هستند.

۶. وقتی ریسک خصوصی به بحران ملی تبدیل می‌شود

یکی از مهم‌ترین درس‌های این سه زلزله آن است که پیامد عملکرد یک ساختمان در زلزله، الزاماً در محدوده مالکیت همان ساختمان باقی نمی‌ماند.

ساختمان، افزون بر آنکه دارایی خصوصی محسوب می‌شود، بخشی از ظرفیت سکونت، اشتغال، ارائه خدمات و گردش اقتصادی کشور است.

در شرایط عادی، تصمیم درباره انتخاب سیستم سازه‌ای، میزان سختی جانبی، سطح مقاومت و جزئیات طراحی، غالباً در چارچوب هزینه ساخت، ضوابط مقرراتی و ترجیحات مالک یا سازنده اتخاذ می‌شود.

اما هنگام وقوع زلزله، پیامد این تصمیم‌ها می‌تواند از محدوده مالکیت خصوصی فراتر رود.

خروج گسترده ساختمان‌ها از چرخه بهره‌برداری، هزینه‌هایی را به جامعه تحمیل می‌کند که لزوماً در محاسبات اقتصادی اولیه پروژه منعکس نشده‌اند: اسکان اضطراری، مدیریت بحران، تخریب و آواربرداری، تأمین زیرساخت‌های جایگزین، جابه‌جایی جمعیت، توقف کسب‌وکارها، کاهش درآمد شهری و تخصیص منابع عمومی به بازسازی.

ازاین‌رو، انتخاب سیستم سازه‌ای و تعیین اهداف عملکردی ساختمان‌ها، صرفاً یک تصمیم مهندسی یا اقتصادی در مقیاس پروژه نیست؛ بلکه بخشی از سیاست‌گذاری پیشگیرانه برای مدیریت ریسک ملی محسوب می‌شود.

این مسئله برای ایران، به دلیل قرارگیری بخش بزرگی از مراکز جمعیتی و اقتصادی در پهنه‌های با خطر لرزه‌ای زیاد و بسیار زیاد، اهمیتی دوچندان دارد.

در چنین شرایطی، مقررات ساختمانی باید علاوه بر کاهش احتمال فروریزش، به پیامدهای گسترده آسیب سازه‌ای و خروج ساختمان‌ها از چرخه بهره‌برداری نیز توجه کنند.

هزینه واقعی یک ساختمان را نمی‌توان صرفاً با هزینه احداث آن سنجید؛ هزینه تعمیر، مدت توقف بهره‌برداری، احتمال تخریب و سهم آن در خسارات اجتماعی و اقتصادی پسازلزله نیز باید در ارزیابی تصمیم‌های طراحی جایگاه داشته باشند.

۷. دو سند، یک راهبرد؛ از تجربه جهانی تا ضرورت تحول مقررات ایران

استاندارد ۲۸۰۰ و مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، دو سند بنیادی و مکمل در نظام طراحی لرزه‌ای ساختمان‌های بتن‌آرمه ایران محسوب می‌شوند.

استاندارد ۲۸۰۰ چارچوب تعیین تقاضای لرزه‌ای، انتخاب سیستم مقاوم جانبی، محدودیت‌های کاربرد سیستم‌ها و کنترل‌های کلی رفتار ساختمان را فراهم می‌کند. مبحث نهم نیز ضوابط طراحی و اجرای اعضای بتن‌آرمه، ظرفیت مقاومتی و الزامات جزئیات سازه‌ای را تعیین می‌کند.

عملکرد واقعی ساختمان در زلزله، حاصل برهم‌کنش این دو قلمرو است.

اگر انتخاب سیستم سازه‌ای و میزان تقاضای تغییرشکل بدون توجه کافی به پیامدهای آسیب تعیین شوند، افزایش ظرفیت مقاومتی و شکل‌پذیری اعضا به‌تنهایی نمی‌تواند تضمین‌کننده تعمیرپذیری یا بازیابی کاربری ساختمان باشد.

به همین ترتیب، محدودسازی تقاضای تغییرشکل نیز بدون تأمین مقاومت، شکل‌پذیری و جزئیات مناسب اعضای سازه‌ای، برای دستیابی به عملکرد مطلوب کفایت نمی‌کند.

بنابراین، ارتقای عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌های ایران نیازمند رویکردی یکپارچه در تنظیم تقاضا و ظرفیت لرزه‌ای است؛ رویکردی که در آن، انتخاب سیستم مقاوم جانبی، تأمین سختی، کنترل تغییرشکل، ظرفیت اعضا، توزیع آسیب و قابلیت تعمیر، اجزای مکمل یک راهبرد مشترک باشند.

از این منظر، بازنگری مقررات طراحی لرزه‌ای نباید صرفاً به اصلاح روابط محاسباتی یا افزایش محدودیت‌های طراحی خلاصه شود.

مسئله بنیادین آن است که کشور چه سطحی از ریسک را برای ساختمان‌های جدید قابل قبول می‌داند؛ چه میزان آسیب و وقفه بهره‌برداری را می‌پذیرد؛ و چگونه می‌تواند با تکیه بر شواهد معتبر علمی و تجربی و ظرفیت‌های واقعی صنعت ساختمان، مسیر ساخت‌وساز را به سوی کاهش ریسک هدایت کند.

این تحول باید بر سه رکن استوار باشد:

نخست، سیاست‌گذاری ملی طراحی لرزه‌ای: تعیین اهداف عملکردی و سطح قابل قبول ریسک بر اساس شرایط لرزه‌خیزی، نیازهای اجتماعی و منافع اقتصادی کشور.

دوم، شواهد معتبر علمی و تجربی داخلی و بین‌المللی: استفاده از نتایج مطالعات آزمایشگاهی، تحلیل‌های عددی، داده‌های عملکرد واقعی ساختمان‌ها و تجربیات پسازلزله برای تدوین ضوابط مبتنی بر شواهد.

سوم، ظرفیت‌های فنی، اقتصادی و اجرایی صنعت ساختمان ایران: تبدیل یافته‌های علمی و اهداف سیاستی به ضوابط روشن، قابل کنترل، اقتصادی و متناسب با توان طراحی، اجرا و نظارت کشور.

حاصل پیوند این سه رکن باید شکل‌گیری مقرراتی باشد که علاوه بر حفاظت از جان شهروندان، به کنترل خسارت، افزایش قابلیت تعمیر و کاهش هزینه‌های اقتصادی و اجتماعی زلزله کمک کنند.

این رویکرد، نه به معنای تحمیل عملکردی آرمانی و دست‌نیافتنی به تمام ساختمان‌ها، بلکه به معنای حرکت تدریجی، واقع‌بینانه و قابل اجرا به سوی کاهش ریسک لرزه‌ای در مقیاس ملی است.

۸. جمع‌بندی | آینده‌ای فراتر از عدم فروریزش

تجربیات زلزله‌های ۲۰۱۰ شیلی، ۲۰۲۳ ترکیه و ۲۰۱۱ نیوزیلند، سه روایت متفاوت از یک مسئله مشترک ارائه می‌کنند.

شیلی نشان می‌دهد که کنترل تغییرشکل و آسیب شدید، در مقیاس گسترده ساختمان‌های مهندسی‌شده، هدفی دست‌یافتنی است.

ترکیه یادآور می‌شود که شکل‌پذیری بدون کنترل کافی تقاضای تغییرشکل، می‌تواند با آسیب گسترده و فروریزش همراه شود.

نیوزیلند نیز نشان می‌دهد که حتی پس از جلوگیری از فروریزش بخش بزرگی از ساختمان‌ها، پیامدهای آسیب شدید و تخریب پسازلزله می‌تواند برای سال‌ها عملکرد اقتصادی و اجتماعی یک شهر را مختل کند.

این تجربیات، ضرورت تحول در نگاه به عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌ها را آشکار می‌سازند.

حفظ جان انسان‌ها همچنان نخستین و غیرقابل‌چشم‌پوشی‌ترین مسئولیت طراحی لرزه‌ای است؛ اما حفاظت از سرمایه‌های ساختمانی، کاهش خسارات اقتصادی، قابلیت تعمیر و بازیابی کاربری نیز باید جایگاهی روشن در سیاست‌گذاری ساختمان‌های جدید داشته باشند.

برای کشوری مانند ایران، این مسئله صرفاً موضوعی علمی یا تخصصی نیست؛ بلکه با حفاظت از سرمایه ملی، پایداری اقتصاد شهری و کاهش بار آینده مدیریت بحران ارتباط مستقیم دارد.

ازاین‌رو، تحول مقررات ملی ساختمان باید بر پایه شناخت واقعیت خطر لرزه‌ای کشور، استفاده از شواهد معتبر تجربی و علمی و به‌کارگیری ظرفیت‌های فنی، اقتصادی و اجرایی صنعت ساختمان دنبال شود.

آینده طراحی لرزه‌ای را نباید تنها با این پرسش تعریف کرد که ساختمان در زلزله فرومی‌ریزد یا خیر.

پرسش راهبردی آن است که ساختمان پس از زلزله چه میزان از ارزش، عملکرد و آینده خود را حفظ خواهد کرد.

این، نقطه آغاز گذار از ایمنی جانی به کنترل آسیب، تعمیرپذیری و بازیابی کاربری است؛ گذاری که می‌تواند مبنای تحول تدریجی سیاست‌گذاری لرزه‌ای و حفاظت پایدارتر از سرمایه‌های ساختمانی ایران قرار گیرد.

هدف نهایی آن نیست که ساختمان‌ها فقط از زلزله جان سالم به در ببرند؛ هدف آن است که ساختمان‌ها و شهرها پس از زلزله نیز قابلیت ادامه حیات و بازگشت به عملکرد خود را حفظ کنند.

منابع اصلی

1-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1398). مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران: بارهای وارد بر ساختمان، ویرایش چهارم.

2-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1392). مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران: بارهای وارد بر ساختمان، ویرایش سوم.

3-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1399). مبحث نهم مقررات ملی ساختمان: طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه، ویرایش پنجم.

4-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1392). مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ایران: طرح و اجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه، ویرایش چهارم.

5-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1402). پروپوزال راهنمای طراحی ستون‌های بتن‌آرمه در قاب‌های خمشی در مناطق با خطر لرزه‌خیزی بالا.

6-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1404). گزارش فنی : نقدهای بنیادین به ضوابط پیش‌نویس ویرایش پنجم استاندارد 2800 با رویکرد اولین گام به سمت تاب‌آوری لرزه‌ای.

7-      دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان (1404). پیشنهادهای اصلاح : نقدهای بنیادین به ضوابط پیش‌نویس ویرایش پنجم استاندارد 2800 با رویکرد اولین گام به سمت تاب‌آوری لرزه‌ای.

8-      مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی (1405). آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش پنجم.

9-      مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی (1393). آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، استاندارد 2800، ویرایش چهارم.