ساختمان مسكونی از نظر اسكلت باید نه تنها مقاوم در برابر نیروهای زلزله ساخته شود، بلكه باید دارای دوام لازم در مدت زمان پیش‌بینی شده برای بهره‌برداری از آن نیز باشد. اگرچه از نظر كاركرد اقتصادی میتوان بخش‌هایی از ساختمان را از مصالح سبك بنا نمود، اما اسكلتی كه بتواند كاركرد درست داشته باشد معمولاً وزن قابل ملاحظه‌ای از ساختمان را به خود اختصاص میدهد. با افزایش ارتفاع و به تبع آن نیروهای حاصل از زلزله مقاطع باربر ساختمان بسیار بزرگ شده و تكان‌های ناشی از نیروی زلزله، در طبقات فوقانی شدید میشود (شتاب و تغییر مكان‌های بیشتر از حد مجاز). برای اجتناب از این مسائل، روشی تحت عنوان سوپرفریم R.C برای اسكلت ساختمان، در كشور ژاپن، ابداع شده و به عنوان جدیدترین فناوری به مورد اجرا گذاشته شده است. با توجه به امكان انطباق و اجرای این روش با پتانسیل‌های موجود در داخل كشور، روش سوپرفریم به عنوان یك روش اقتصادی و فنی جهت اجرای ساختمان برج مسكونی پردیسان تبریز انتخاب شده است.
با توجه به قرار گرفتن كشور ما بر روی كمربند زلزلة آلپ – هیمالیا، سالانه تعداد قابل ملاحظه‌ای زلزله در آن رخ میدهد. براساس آمار موجود، تقریباً همه ساله، یك زلزله با بزرگی بیش از 6 ریشتر و، در هر چند سال، یك زلزله مخرب بزرگتر از 7 ریشتر، در كشور، رخ میدهد. این مسأله نشان میدهد كه توجه كردن به پایداری ساختمان، در برابر زلزله، یك ضرورت اصلی است. اگرچه در سال‌های اخیر بلند مرتبه‌سازی در كشور رونق فراوانی یافته است، اما اغلب، روش ساخت به صورت سنتی انجام پذیرفته و تنها با بزرگ كردن ابعاد یك ساختمان سنتی دو یا سه طبقه اقدام به ساخت بناهای بیست طبقه و یا بلندتر شده است. واضح است كه، با تكیه بر روشهای سنتی، نمیتوان ساختمان بلندی كه در برابر زلزله‌های مخرب مقاوم باشد، ساخت.
حتی اگر كلیه ضوابط آیین‌نامه زلزله از نظر طراحی و محاسبات رعایت شده باشد، با اجرای سنتی و دخالت انسان در اجزای مقاوم كننده ساختمان همانند بتن‌ریزیها و جوشكاریها هرگز نمیتوان به یك سازه مناسب دست پیدا كرد.
ساختمان حتی اگر در محدوده كوچكی اشكال اجرایی داشته باشد، در زمان وقوع زلزله از آن ناحیه، آسیب‌دیده و خرابی به سایر نقاط سرایت خواهد نمود. فناوریهای نو تلاش میكنند تا دخالت انسان را در حین ساختن به حداقل رسانده و با صنعتی كردن اجرا، یك ساختمان همگن و مطمئن بنا نمایند.
یكی از روشهای مدرن و مناسب برای كشور ما روش سوپرفریم R.C است كه در سال‌های اخیر، به خصوص پس از وقوع زلزله مخرب كوبه در كشور ژاپن، ابداع شده و هم اكنون ساختمانهای بلند مسكونی زیادی را با آن روش به مورد اجرا میگذارند. در این روش ضمن كاهش مقاطع باربر، با پیش‌ساخته نمودن ستون‌ها و همچنین كنترل حركات ساختمان در حین زلزله و جذب انرژی به وسیله میراگرهای هیدرومكانیكی، یك ساختمان مطمئن از نظر رفتار در برابر نیروها و بسیار مناسب برای سكونت ساخته میشود.
ساختمان فلزی یا بتن آرمه
در كشور ژاپن ترجیح میدهند كه ساختمانهای مسكونی را با اسكلت بتن آرمه بنا كنند. اسكلت فلزی بیشتر برای اجرای ساختمانهای اداری و تجاری، ایستگاه‌ها و غیره مورد استفاده قرار میگیرد. دلیل انتخاب اسكلت بتن آرمه، را برای ساختمانهای مسكونی، میتوان به شرح زیر بیان نمود:
? ساختمانهای بتن آرمه اغلب ارزان‌تر از ساختمانهای فلزی ساخته میشوند.
? ساختمانهای بتن آرمه در مقابل سوانح آتش‌سوزی و انفجار دوام بیشتری دارند.
? در ساختمانهای بتن آرمه، انتقال صوت بین طبقات (با توجه به اهمیت آن به خصوص در كاشانه‌های مسكونی) كمتر است.
? با توجه به هماهنگی مناسب بین اجزای جذب كننده نیروهای زلزله و اسكلت (با قراردادن دیوار برشی) رفتار ساختمان مناسب‌تر خواهد بود.
توصیه‌های طراحی و ساخت
اغلب آیین‌نامه‌های زلزله برای ساختن بناهای مقاوم در برابر زلزله توصیه‌هایی را ارائه مینمایند. ابداع هرنوع فناوری باید این توصیه‌ها را در برگیرد :
? پلان ساختمان به شكل ساده و متقارن در دو امتداد عمود بر هم و بدون پیش‌آمدگی و پس‌رفتگی زیاد باشد و از ایجاد تغییرات نامتقارن پلان در ارتفاع ساختمان نیز احتراز شود.
? عناصری كه بارهای قائم را تحمل مینمایند در طبقات مختلف بر روی هم قرار داده شوند
تا انتقال بار این عناصر به یكدیگر با واسطه عناصر افقی صورت نگیرد.
? عناصری كه نیروهای افقی ناشی از زلزله را تحمل میكنند موكداً طوری طراحی شوند كه
انتقال نیروها به سمت شالوده به طور مستقیم انجام شود و عناصری كه با هم كار میكنند در
یك صفحه قائم قرار داشته باشند.
? برای كاهش نیروهای پیچشی ناشی از زلزله، مركز جرم هر طبقه بر مركز سختی آن طبقه
منطبق و یا فاصله آنها در هریك از امتدادهای ساختمان از 5 درصد بعد ساختمان در آن
امتداد كمتر باشد.
? از احداث طره‌های بزرگتر از 5/1 متر حتیالمقدور احتراز شود.
? از ایجاد سوراخ‌های بزرگ و مجاور یكدیگر در دیافراگم‌های كف‌ها خودداری شود.
? با به كار بردن مصالح سازه‌ای با مقاومت زیاد و مصالح غیرسازه‌ای سبك، وزن ساختمان به حداقل رسانده شود.
? ساختمان و اجزای آن به نحوی طراحی گردد كه دارای شكل‌پذیری مناسب باشند.
? ساختمان به نحوی طراحی گردد كه عناصر قائم (ستون‌ها) دیرتر از عناصر افقی (تیرها) دچار خرابی شوند.
? اعضای غیرسازه‌ای، به خصوص دیوارهای داخلی و نماها، طوری اجرا شوند كه حتیالامكان مزاحمتی برای حركت اعضاء سازه‌ای در جریان زلزله ایجاد نكنند. در غیر این‌صورت اثر اندركنش این اعضا با سیستم سازه‌ای باید در تحلیل سازه در نظر گرفته شود.
? اعضاء و قطعات غیرسازه‌ای، به خصوص قطعات نما و شیشه‌ها، آن‌چنان طراحی و اجرا شوند كه در هنگام وقوع زلزله از سازه جدا نشده و با فرو ریختن خود ایجاد خسارات احتمالی جانی و مالی نمایند.
? روش ابداعی سوپرفریم نه تنها توصیه‌های مذكور را در نظر میگیرد بلكه با ملحوظ نمودن انواع توصیه‌های ایمنی دیگر مانند آتش‌سوزی و انفجار و ... مسائل جدیدی را از دید اجرای بخش‌های تأسیساتی در نظر گرفته دارد تا علاوه بر دسترسی آسان به كلیه بخش‌های تأسیساتی، هرگونه تعمیر و تعویض در آنها بدون ایجاد مزاحمت، برای سایر همسایه‌ها، عملی شده و همه دسترسیها از داخل خود واحدها صورت گیرد.
اجزای اصلی سازه سوپرفریم R.C
با تشریح اسكلت یك ساختمان اجرا شده، به روش سوپرفریم، میتوان به نحوه كاركرد آن پی برد. شكل (1) به طور شماتیك اسكلت و شكل (2) نمای چنین ساختمانی را نشان میدهد. همان‌طور كه ملاحظه میشود، بخش‌های باربر ساختمان ازشش جزء تشكیل شده است. این اجزای را میتوان به صورت زیر تشریح نمود:
1- سوپروال
سوپروال یا دیوار برشی مركزی هسته اصلی باربر نیروهای قائم و به خصوص نیروهای زلزله میباشد كه با مقطع I شكل اجرا میشود. این دیوار برشی، كه در هسته ساختمان قرار میگیرد، از بخش پایین بر روی فونداسیون قرار گرفته و در بخش بالای خود به سوپربیم منتهی میشود. دیوار برشی به صورت بتن در جا، اجرا میگردد كه بتن آن در بخش‌های پایین بتن با مقاومت بالاست. با در نظر گرفتن شكل‌پذیری ساختمان، مقاومت بتن سوپروال از 60 نیوتن بر میلیمترمربع در بالای فونداسیون به مرور به مقدار 36 نیوتن بر میلیمترمربع در بخش بالایی آن كاهش مییابد. آرایش میلگرد آن براساس انجام آزمایش‌هایی، بر روی قطعات مدل، طراحی شده است. از نظر اجرایی، سوپروال همیشه دو طبقه جلوتر از اجرای كف‌ها پیش میرود تا وقفه‌ای در كار ایجاد نشود. شبكة میلگردهای این بخش، به دلیل سنگینی زیاد در سطح زمین ساخته شده و به وسیله جرثقیل برجی در محل خود نصب میشود. جرثقیل برجی باید حداقل قادر به جابجایی 10 تن بار باشد. شكل (3) مراحل اجرای دیوار برشی را نشان میدهد.
2- ستون‌های اتصالی
در طرح سوپرفریم، در هریك از نماهای ساختمان دو ستون اتصالی و جمعاً به تعداد هشت عدد، اجرا میگردد. این ستون‌ها كه بزرگ‌ترین مقطع (ستون) را در ساختمان دارند (مقطع 1/1 * 1/1 متر) به دلیل قرار گرفتن در نمای ساختمان، فضای داخلی را اشغال نمیكنند. وظیفه اصلی این ستون‌ها، انتقال نیروی زلزله از بالای ساختمان بر روی پی میباشد. این ستون‌ها به صورت پیش‌ساخته در سطح كارگاه ساخته میشوند. با توجه به اهمیت آنها در محافظت ساختمان از تصادم اشیای خارجی در حین بهره‌برداری و با عنایت به كاركرد آنها، كنترل كاملاً دقیقی بر روی قطعات پیش‌ساخته انجام میشود و اگر بتن ستونی مناسب نبوده باشد آن ستون از رده خارج میشود. مقاومت بتن در این ستون‌ها نیز به صورت هماهنگ با سوپروال از 60 تا 36 نیوتن بر میلیمترمربع متغیر است. در شكل (4) ستون‌های پیش‌ساخته دپو شده در محل كارگاه نشان داده شده است.
3- لوازم جذب انرژی (میراگرها)
یك ساختمان بلند باید در مقابل تكان‌های شدید ناشی از زمین‌لرزه رفتار كاملاً پیش‌بینی شده‌ای را داشته باشد. قراردادن لوازم جذب انرژی اگرچه از حدود 30 سال پیش در دنیا رواج پیدا كرده است، اما گذاشتن نوع خاصی از آنها در بالای ساختمان، تنها در تكنیك سوپرفریم استفاده میشود. لوازم جذب انرژی كه همانند یك كمك فنر بسیار بزرگ عمل میكنند رفتار ساختمان را كنترل كرده و سطح تنش‌ها را به میزان قابل ملاحظه‌ای كاهش میدهند. در ساختمان سوپرفریم با ارتفاع 33 طبقه تعداد 32 عدد از آنها كه چهار عدد بر روی هر ستون اتصالی قرار میگیرد نصب خواهد شد. بنابراین در هنگام وقوع زلزله، نیروهای حاصل از زلزله بر دیافراگم‌های هر طبقه اثر كرده و نیروها به سوپروال منتقل میشود. سوپروال با جذب نیروها تغییر مكان‌ها را به بالاترین نقطه ساختمان منتقل میكند. تغییر مكان‌ها به چهار عدد سوپربیم كه در بالای سوپروال قرار میگیرند منتقل شده و از طریق آنها به لوازم جذب انرژی انتقال مییابند. این لوازم هم به صورت فشاری و هم كششی عمل كرده و نیروهای زلزله را پس از كاهش دادن بر روی ستون‌های اتصالی منتقل میكنند و همان‌طور كه ذكر شد، نیروها سپس از طریق ستون‌های اتصالی به صورت قائم بر روی پی منتقل میشوند. در شكل (5) تصویر میراگرهای نصب شده برروی ساختمان مشاهده میگردد.
4- سوپربیم
در بالاترین بخش اسكلت ساختمان چهار عدد تیر با مقطع بزرگ (00/1 * 00/4 متر) بر بالای سوپروال قرار میگیرند كه تغییر مكان‌های آنرا به لوازم جذب انرژی منتقل مینمایند. این تیرها كاركرد بسیار حساسی را در هنگام وقوع زلزله و یا برخورد یك شیء خارجی به ساختمان از خود نشان میدهند. تصویر سوپربیم از منظره پایین آن در شكل (6) ارائه شده است.
5- ستون‌های ساده
ساختمان با سوپرفریم، فری پلان (Free Plan) نیز نامیده میشود واین بدان معنا است كه به دلیل مسطح بودن كف‌ها و عدم وجود ستون‌های میانی زیاد (تنها یك ستون میانی در یك كاشانه 235 مترمربع وجود دارد) میتوان هر نوع پلان دلخواه را در هر طبقه پیاده نمود. درحقیقت نه تنها تكنیك سوپرفریم، از منظر سازه‌ای، آخرین دستاورد به شمار میرود بلكه این تكنیك، از نظر معماری، نیز به آخرین دستاوردها متكی است یعنی " ما باید خودمان را با سلیقه استفاده‌كنندگان تطبیق دهیم ".
6- دیافراگم‌ها
كلیه كف‌سازیها به صورت دال دیافراگمی اجرا شده و تنها یك تیر میانی از تقاطع دال‌ها در دو تراز مختلف و با اختلاف 30 سانتیمتر شكل میگیرد. این كف‌ها به صورت كاملا مشخص نیروهای زلزلة طبقات را به هسته مركزی (سوپروال) منتقل مینمایند.این نوع كف‌ها ارجحیت زیادی دارد، به طوریكه عدم وجود تیرهای با ارتفاع زیاد انعطاف در پلان را زیاد میكند و در نتیجه سقف‌ها مزاحمتی برای اجرای تأسیسات ایجاد نكرده و ساختمان را برای شرایط (Free Plan)مهیا میسازد. در طراحی سقف‌ها كه به صورت دال اجرا میشوند دو سطح با اختلاف 30 سانتیمتر در نظر گرفته شده است. بخش‌های داخلی كه سرویس‌ها و آشپزخانه و غیره بر روی آن قرار میگیرند 30 سانتیمتر پایین‌تر از كف اتاق‌ها و سایر قسمت‌ها اجرا میگردند. از این بخش كلیه خطوط لوله آب و فاضلاب و گاز واحدها عبور داده میشود كه با اجرای كف كاذب در مواقع اضطراری میتوان از داخل هر واحد به لوله‌ها دسترسی پیدا كرد.
كلیه خطوط برق، تلفن و تهویه مطبوع در زیر سقف‌ها به آن متصل میشوند و یك سقف كاذب كم وزن روی آنها را میپوشاند. در شكل (7) مراحل بتن‌ریزی دیافراگم‌ها قابل مشاهده است.
سایر موارد فنی
موارد فنی متعددی در ساختمان شده است. به طوركلی نه تنها ستون‌ها بلكه دیوارهای نما به همراه اجزای نماسازی آنها به صورت پیش‌ساخته اجرا میشوند. ستون‌ها كه به طور عمده برای حمل نیروهای قائم عمل میكنند در كنار كارگاه به صورت خوابیده اجرا میشوند تا در زمان مقرر به وسیله جرثقیل در جای خود نصب گردند. دیوار برشی با استفاده از قالب لغزنده اجرا میشود. معمولاً با تعبیه مناسب به صورت قائم و با قرار دادن یك آسانسور ساده میتوان در كنار كارگاه میلگردها را با ارتفاع 12 متر آماده نموده و سپس به وسیله جرثقیل برجی آنرا به بخش‌های لازم منتقل نمود.
كلیه ارتباطات قائم ساختمان از نظر مسیر خطوط اصلی، راه پله‌ها و آسانسورها در جوار دیوار برشی ساخته میشوند.
معمولاً میتوان در زمان اجرای طبقه هشتم، طبقه همكف را از نظر تأسیسات و نازك كاری به اتمام رساند. اجزای جدا كننده به صورت دیوارهای گچی پوسته‌ای پیش‌ساخته (درای وال) نصب میشوند. بر روی كف‌ها یك لایة سه‌لایی به ضخامت حدود 20 میلیمتر نصب شده و كف‌پوش‌ها بر روی آن اجرا میگردند.
قالب‌بندی سقف‌ها به دلیل یكنواخت بودن آنها به صورت قالب‌های سبك فلزی بوده كه سریعاً قابل باز و بسته كردن هستند.
دكتر علی كمك پناه
عضو هیأت علمی دانشگاه تربیت مدرس
