ضعف در ساختمان میتواند به دلایل مختلفی اتفاق بیفتد؛ اما یکی از رایجترین این ضعفها که متاسفانه همچنان بسیاری از ساختمانها با آن مواجهاند، طبقه نرم ساختمان است. بر اساس استاندارد 2800، طبقات نرم قادر به تحمل سختیهای جانبی نیستند و در صورتی که در طبقات فوقانی باشند، باعث بروز خرابیهای پیشرونده میشوند. اگر هم طبقه نرم در طبقات پایینتر باشد، احتمال ریزش سایر طبقات روی آن وجود دارد. خوشبختانه، مقاوم سازی طبقه نرم، راه حلی برای رفع این مشکل و ضعفهای احتمالی است که در ادامه مقاله قصد داریم دقیقتر آن را بررسی کنیم.
طبقه نرم ساختمان چیست؟
طبقه نرم ساختمان، یکی از ضعیفترین طبقات در هر سازهای محسوب میشود. بر اساس ویرایش چهارم استاندارد، طبقه نرم به طبقهای گفته میشود که سختی جانبی آن کمتر از 70% طبقه روی خودش باشد؛ یا اینکه کمتر از 80% متوسط سختیهای جانبی سه طبقه روی خود در نظر گرفته شود. در چنین شرایطی، طبقه مورد نظر به نام طبقه نرم شناخته میشود. در طبقات نرم، توزیع مفصل پلاستیک به ویژه هنگام اعمال بارهای جانبی اتفاق میافتد که این موضوع به مرور زمان باعث فرو رفتن طبقات بالایی روی طبقات پایینی شده و خطرات جانی و مالی زیادی را به همراه خواهد داشت.
طبقه خیلی نرم چیست؟
طبقه خیلی نرم، حالت بحرانیتر از طبقه نرم است که مطابق با استاندارد 2800 تعریف میشود. در این نوع طبقه، اگر سختی جانبی یک طبقه کمتر از 60% سختی جانبی روی طبقه خود باشد؛ یا اینکه سختی آن طبقه کمتر از 70% میانگین سختیهای جانبی سه طبقه روی خود باشد، میگوییم طبقه خیلی نرم شکل گرفته است. این طبقه نسبت به طبقات نرم، بسیار حساستر و مخربتر است و میتواند به عنوان یک ضعف فاجعه بار در سیستم باربری جانبی در نظر گرفته شود. بدیهی است که توجه طبقه خیلی نرم و اصلاح به موقع آن، از طبقات نرم اهمیت بیشتری دارد.
اهميت مقاوم سازی طبقه نرم برای جلوگیری از واژگونی ساختمان در زلزله
زلزله، یکی از اتفاقات ناگوار در کشور ایران است که متاسفانه ما ایرانیان خاطرات خوبی از آن نداریم. هنگام زلزله، انرژی زیادی به پی و اسکلت ساختمان منتقل میشود. سازه مورد نظر باید بتواند این انرژی را از طریق تغییر شکلهای الاستیک و پلاستیک تحمل کند. در صورتی که طبقه نرم در ساختمان وجود داشته باشد، توزیع مفصل پلاستیک در طبقه نرم شکل میگیرد. به طوری که در بسیاری از تیرها و ستونهای طبقه مورد نظر، مفصل پلاستیک تشکیل شده، ولی سایر المانها در طبقات دارای خاصیت ارتجاعی هستند.
این فرآیند باعث افت شدید سختی در آن طبقه میشود. حتی اگر نیروی زلزله به اندازهای نباشد که باعث تخریب کل ساختمان شود، وجود طبقه نرم میتواند منجر به تخریب طبقات فوقانی روی طبقه نرم گردد. این موضوع زمانی فاجعه بارتر میشود که طبقه نرم در بالاترین طبقه، یعنی طبقه فوقانی قرار داشته باشد که در این صورت، خرابی پیش رونده رخ میدهد و کل سازه به صورت یکجا تخریب میشود.
بنابراین، نتیجه تشکیل مفاصل پلاستیک در دو انتهای ستونهای طبقه نرم، از دست رفتن پایداری جانبی و ثقلی و در نهایت واژگونی و فروریزش کامل طبقه است. از همین جهت مقاوم سازی طبقه نرم، نه تنها یک اقدام پیشگیرانه بلکه یک ضرورت حیاتی برای حفظ جان ساکنین و جلوگیری از خسارات مالی جبران ناپذیر نیز هست.
طبقه نرم چه زمانی در ساختمان ایجاد میشود؟
طبقه نرم معمولا زمانی ایجاد میشود که سختی جانبی یک طبقه نسبت به طبقات مجاور کاهش قابل ملاحظهای پیدا کند. این کاهش سختی ممکن است ناشی از تصمیمات معماری، تغییر کاربری، حذف اعضای سازهای یا غیرسازهای موثر، افزایش ارتفاع طبقه، یا تفاوت قابل توجه در نوع سیستم باربر جانبی در ارتفاع باشد.
به بیان دیگر، هر عاملی که باعث شود یک طبقه در برابر بار جانبی، تغییرشکل بیشتری نسبت به سایر طبقات پیدا کند، میتواند زمینه ساز ایجاد طبقه نرم باشد. در ادامه، مهمترین شرایط و عواملی که منجر به نامنظمی سختی جانبی و در نتیجه ایجاد طبقه نرم میشوند، به صورت کامل بررسی میشوند.
وجود طبقات فوقانی سنگين در ساختمان
یکی از علتهای رایج برای نیاز به اصلاح طبقه نرم، وجود طبقات فوقانی سنگین در ساختمان است. جرم و وزن زیاد طبقات فوقانی، باعث افزایش نیروی اینرسی ناشی از زلزله شده و در این شرایط، نیروها به طبقهای منتقل میشوند که سختی جانبی کافی ندارند. بنابراین، در ساختمانهایی که به علت تغییر کاربری، اضافه کردن استخر و سازههای دیگر، دارای طبقات فوقانی سنگین هستند؛ حتما دارای طبقه نرم نیز میباشند.
ارتفاع زیاد ستونها به ویژه در همکف در کاربریهای تجاری
یکی دیگر از دلایل شکل گیری طبقه نرم در ساختمان در معماری مدرن، استفاده از سقفهای بسیار بلند و ستونهای ارتفاع دار است. این موضوع به ویژه در همکف و کاربریهای تجاری دیده میشود. به طوری کلی، سختی یک طبقه با ارتفاع آن رابطه عکس دارد. از همین جهت در طبقاتی که ارتفاع ستون بالاست، احتمال شکل گیری طبقه نرم وجود دارد.
تعداد بالای دهانه آزاد در طبقات پایینی جهت تامین پارکینگ و …
در بسیاری از پارکینگهای تجاری و مسکونی برای تامین فضای کافی جهت پارک خودروها، دیوارهای میان قابی که در طبقات بالاتر وجود دارند در این طبقه حذف میشوند. این تفاوت فاحش در تراکم دیوارها، باعث آسیب پذیرتر کردن طبقه همکف شده و آن را به شدت نرم میکند.
برآوردن نیازهای معماری و حذف اعضای مهاربندی (نظیر دیوارهای برشی و بادبند) در برخی طبقات
گاهی معماران برای ایجاد فضاهای یکپارچه و سالنهای اجتماعات بزرگ، بخشی از دیوارهای برشی بتنی یا بادبند را در یک طبقه خاص جذب میکنند. حذف اعضای مهاربندی مانند دیوارهای برشی و بادبند در برخی از طبقات، باعث ایجاد یک طبقه نرم و بدون استحکام کافی میشود.
داشتن بازشو زیاد در یک طبقه ساختمان
یکی دیگر از عوامل ایجاد طبقه نرم، وجود بازشوهای بزرگ و متعدد در یک طبقه است. بازشوها ممکن است شامل دربها، پنجرههای سرتاسری، ویترینهای تجاری، درگاههای بزرگ، دسترسیهای خدماتی یا بازشوهای تاسیساتی باشند. هرچند بازشو به خودی خود یک عنصر ضروری معماری است، اما اگر بیش از حد مجاز یا بدون ملاحظات سازهای ایجاد شود، میتواند سختی جانبی آن طبقه را به شکل محسوسی کاهش دهد و باعث شکل گیری طبقه نرم شود.
حذف دیوارها و تیغههای یک طبقه از یک ساختمان
در بعضی از شرایط به علت بازسازی و تغییر کاربری، تیغه بندیهای یک طبقه به طور کامل حذف میشوند. برای مثال اگر نیاز به تبدیل یک طبقه مسکونی به یک سالن ورزشی باشد، میبایست چندین دیوار را حذف کرد. این در حالی است که دیوارهای غیرسازهای، سختی قابل توجهی به سازه اضافه میکنند و حذف آنها، باعث ایجاد طبقه نرم میشود؛ چرا که هم مقاومت خود آن طبقه کاهش پیدا کرده است، هم طبقات دیگر پر از تیغه و میان قابهای آجری و بلوکی هستند.
روشهای اصلاح و مقاوم سازی طبقه نرم ساختمان در برابر زلزله
ضعف ایجاد شده در طبقه نرم، میتواند تاثیر بسیار بدی روی عملکرد ساختمانها در برابر زلزله داشته باشد. طبقات نرم میبایست به صورت اصولی و بر پایه علم مهندسی، تقویت شوند تا هنگام زلزله تخریب زیادی در ساختمان اتفاق نیفتد. روشهای متوالی برای اصلاح طبقات نرم در ساختمانها وجود دارند که میتوان بسته به ارتفاع ساختمان و بودجه، هر کدام را انتخاب و با علم مهندسی اجرا کرد.
اضافه كردن ديوارهای برشی بتنی به طبقات نرم ساختمان
یکی از موثرترین و قویترین روشها برای جبران کمبود سختی، اجرای دیوارهای برشی بتنی در دهانههای خالی طبقه نرم است. این دیوارها سختی جانبی بسیار بالایی تولید کرده و به راحتی مشکل طبقه نرم را برطرف میکنند. نکته مهم در این روش، نیاز به تقویت فونداسیون در زیر دیوار برشی جدید و همچنین تامین اتصالات گیردار و مناسب با سقف و ستونهای مجاور است تا انتقال بار به درستی انجام گیرد.
اضافه کردن دیوار برشی برای اصلاح طبقه نرم ساختمان، روشی اقتصادی برای ساختمانهای دارای ارتفاع زیاد است؛ اما برای ساختمانهای کم ارتفاع، از آنجایی که نیاز به تقویت اجزای مجاور میباشد؛ این روش اقتصادی نیست و هزینههای بالایی را برای مقاوم سازی طبقه نرم به وجود میآورد.
اضافه كردن ديوارهای برشي فلزی به طبقات نرم ساختمان
دیوارهای برشی فولادی (SPSW) راهکاری نوین و کارآمد برای مقاوم سازی طبقه نرم هستند. این سیستم شامل ورقهای فولادی است که درون قابهای ساختمانی نصب میشوند. مزیت این روش نسبت به دیوارهای بتنی، وزن بسیار کمتر، سرعت اجرای بالاتر و قابلیت جذب انرژی شکل پذیری فوق العاده آن است.
این روش کمترین بار مرده اضافی را به ساختمان تحمیل کرده و برای مقاوم سازی طبقه نرم تجاری، بسیار ایده آل است. نکتهای که در مورد اضافه کردن دیوار برشی فلزی به طبقات نرم وجود دارد، بررسی ضخامت نهایی است. بسته به اینکه طبقات نرم به صورت سخت شده یا سخت نشده استفاده میشوند، میبایست ضخامت حداقلی را در نظر گرفت.
اضافه نمودن قاب خمشی جدید به طبقات نرم ساختمان
یکی دیگر از بهترین روشهای مقاوم سازی طبقه نرم ساختمان، اضافه کردن میان قاب و قاب خمشی است. این روش نه تنها مقاومت، بلکه سختی جانبی طبقه را به شدت افزایش میدهد. بنابراین، از آنجایی که در طبقات نرم، سختی جانبی پایینتر است، با قابهای خمشی میتوان مشکل را برطرف نمود. قابهای بتنی، بهترین انتخاب برای اصلاح طبقات نرم در ساختمانها هستند و ترجیحا نباید از قابهای بنایی استفاده شود.
در مواردی که به دلیل نیاز به عبور و مرور یا پارک خودروها امکان اضافه کردن دیوار برشی یا مهاربند وجود ندارد، بهترین راهکار تقویت اتصالات و ستونها برای ایجاد یک قاب خمشی قویتر است. این کار میتواند از طریق ژاکتهای فلزی یا ژاکتهای بتنی دور ستونها و تقویت گرههای اتصال انجام شود. با افزایش ابعاد مقاطع، سختی طبقه نرم افزایش یافته و مشکل تا حدودی مرتفع میگردد.
اضافه كردن مهاربندهای فلزی به طبقات نرم ساختمان
یکی از بهترین روشها برای مقاوم سازی طبقه نرم ساختمانها در برابر زلزله، استفاده از مهاربندهاست. مهاربندها اجرای نسبتا آسانی دارند و میتوانند با هزینه پایین و در عین حال، تاثیر عالی مقاومت طبقات نرم را افزایش دهند. با قرار دادن مهاربندهای ضربدری یا هشتی در برخی از دهانههای طبقه نرم، سختی جانبی آن طبقه به شدت افزایش مییابد.
یکی از نکات کلیدی برای نصب مهاربندهای فلزی به طبقات نرم ساختمان، در نظر گرفتن اتصال صحیح است. این موضوع به ویژه در ساختمانهای بتنی، اهمیت زیادی پیدا میکند. تا حدی که استحکام نهایی، وابسته به نحوه اتصال آن میباشد. استفاده از ملات منبسط شونده بین قاب فولادی و بتنی، باعث افزایش مقاومت شده و عملکرد نهایی را تضمین میکند.
ايجاد ديوارهای حائل در ساختمان
در برخی ساختمانها، به ویژه آنهایی که دارای طبقات زیرزمین یا یم طبقه هستند، میتوان با احداث یا تقویت دیوارهای حائل پیرامونی و متصل کردن آنها به دیافراگم سقف، سختی طبقه پایه را به میزان چشمگیری افزایش داد. دیوارهای حائل به دلیل ضخامت و ابعاد بزرگ، صلبیت فوقالعادهای ایجاد میکنند و مانع از تمرکز تنش در ستونهای طبقه همکف میشوند.
نکته مهم برای اجرای دیوارهای حائل این است که در هر گوشه از ساختمان، دو دیوار قرار میگیرند که یکی در راستای طولی و دیگری در راستای عرضی است. دیوارهای حائل در ساختمان باید در جایی که دیوارهای طولی با دیوارهای عرضی برخورد میکنند و یا دیوار، قوس سنگینی را تحمل میکند، باید ساخته شوند. هماهنگی دیوارهای حائل با دیوارهایی که از قبل ساخته شدهاند نیز روی نتیجه اصلاح طبقه نرم، تاثیر زیادی دارد.
تفاوت طبقه نرم (Soft Story) و طبقه ضعیف (Weak Story) در ساختمان
یکی از اشتباهات مهندسی که در بسیاری از ساختمانها شاهد هستیم این است که مهندسان و کارفرمایان، مفهوم طبقه نرم و طبقه ضعیف را با یکدیگر اشتباه میگیرند. اگرچه هر دو در گروه ضعفهای سازهای قرار میگیرند، اما علت به وجود آمدن آنها و نحوه رفع مشکل در هر کدام با دیگری متفاوت است. در ادامه، دقیقتر تفاوت طبقه نرم و طبقه ضعیف در ساختمان را بررسی میکنیم:
| ویژگی | طبقه نرم | طبقه ضعیف |
| مفهوم اصلی | مربوط به کاهش سختی جانبی | مربوط به کاهش مقاومت برشی |
| تعریف استاندارد ۲۸۰۰ | سختی جانبی طبقه کمتر از ۷۰ درصد طبقه روی خود یا کمتر از ۸۰ درصد میانگین سه طبقه روی خود باشد. | مقاومت جانبی طبقه کمتر از ۸۰ درصد مقاومت طبقه روی خود باشد. |
| حالت خیلی شدید | سختی جانبی کمتر از ۶۰ درصد طبقه روی خود باشد. | مقاومت جانبی کمتر از ۶۵ درصد طبقه روی خود باشد. |
| دلیل عمده ایجاد | افزایش ارتفاع ستونها، حذف دیوارهای میانقاب، ایجاد فضای باز (مثل پارکینگ پیلوت) | کاهش ابعاد مقاطع باربر، کاهش میزان آرماتورها یا استفاده از مصالح ضعیفتر |
| نوع خرابی در زلزله | جابجایی و انحراف بیش از حد در یک طبقه که منجر به کج شدن شدید ستونها میشود. | ناتوانی در تحمل نیروی وارد شده که منجر به شکست و خردشدگی مستقیم اعضای باربر میشود |
طبقه نرم (Soft Story)
طبقه نرم کاملا به سختی جانبی یک سازه ارتباط دارد. سختی یعنی مقاومت سازه در برابر تغییر شکل پایین باشد. در این صورت آن طبقه، نمیتواند تغییرات جانبی تحت نیروی زلزله را تحمل کند و این موضوع منجر به تخریب خواهد شد. طبق تعریف، طبقه نرم زمانی شکل میگیرد که سختی جانبی یک طبقه کمتر 70% از سختی جانبی طبقه فوقانی خود باشد.
طبقه ضعیف (Weak Story)
طبقه ضعیف زمانی شکل میگیرد که مقاومت برشی یک طبقه کافی نباشد. در واقع، مقاومت برشی به معنای حداکثر نیرویی است که اعضای یک طبقه یعنی ستونها، مهاربندها و دیوارها میتوانند قبل از گسیختگی تحمل کنند. مطابق با تعریف استاندارد 2800، طبقه ضعیف طبقهای است که مقاومت برشی جانبی آن کمتر از 80% مقاومت برشی جانبی طبقه روی خودش باشد.
یک طبقه ممکن است نرم باشد؛ اما ضعیف نباشد و بالعکس، امکان اینکه یک طبقه ضعیف باشد، اما نرم نباشد نیز وجود دارد. از همین جهت، برای اصلاح طبقه نرم نباید مفاهیم طبقه ضعیف در نظر گرفته شوند. مگر اینکه همزمان طبقات هم ضعف باشند، هم نرم باشند که در این صورت سازه استحکام بسیار پایینی خواهد داشت.
مشاوره تخصص و ارائه طرح مقاوم سازی طبقه نرم
مقاوم سازی طبقه نرم نیازمند بررسی علت بروز این مشکل و در نظر گرفتن اصول مهندسی، برای تقویت و اصلاح طبقه نرم است. هر مشکلی که در طبقات نرم به وجود بیاید، میتواند منجر به ضعف کل ساختمان و تخریب آن شود. بنابراین، اصلاح به موقع و ترمیم آن میتواند نقش مهمی در حفظ هزینهها، جان و مال مردم دارد.
کارشناسان فنی سازین با بهره گیری از دانش تخصصی و سالها تجربه، آماده ارائه طرح مقاوم سازی طبقه نرم هستند. میتوانید به تخصص و تجربه کارشناسان فنی شرکت سازین تکیه کنید و صفر تا صد طرح اصلاح طبقه نرم را به این شرکت بسپارید. مشاوره تخصصی، طراحی و اجرای صفر تا صد مقاوم سازی، برعهده تیم متخصص ماست تا ایمنی نهایی ساختمان، چندین برابر شود.
