علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی چیست و چگونه می توان جلوگیری کرد؟

لرزش ساختمان اسکلت فلزی موضوعی کلیدی در مهندسی سازه است و بررسی آن برای تضمین ایمنی بنا ضروری محسوب می شود. در تحلیل و بررسی لرزش ساختمان اسکلت فلزی، اهمیت شناخت رفتار دینامیکی و تأثیر متغیرهای اجرایی، آشکار و واضح است. این پدیده معمولاً زمانی بروز می کند که اجزای سازه ای نتوانند سختی یا پیوستگی کافی ایجاد کنند و در برابر ارتعاشات ناشی از بارهای بهره برداری واکنش بیش از حد نشان دهند. در این مسیر، آگاهی از فاکتورهای مؤثر مانند کیفیت اتصالات، انتخاب مصالح مناسب و حتی فاکتورهای اقتصادی همچون قیمت آهن نقش مهمی در تصمیم گیری مهندسان دارد.

از سوی دیگر، برخی نشانه ها مانند نحوه انتقال ارتعاش در کف یا دیوارها شباهت هایی با علت صدا دادن ساختمان داشته و تشخیص صحیح این موارد نیازمند بررسی علمی است. در تحلیل های مهندسی، توجه به رفتار اجزای خمشی، کششی و نحوه توزیع نیروها از اهمیت بالایی برخوردار است و همین موضوع باعث شده بررسی لرزش ساختمان اسکلتی و انواع واکنش های آن بخشی جدایی ناپذیر از طراحی سازه های فلزی باشد. هدف این بخش ارائه یک نگاه جامع و دقیق به عوامل بنیادینی است که منجر به لرزش اسکلت فلزی شده و مسیر رفع لرزش کف ساختمان را مشخص می کند تا تحلیل کامل تری فراهم شود.

علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی

علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی معمولاً به ضعف سختی سازه، سبک بودن سیستم سقف، طراحی نادرست دهانه ها و اجرای ناقص اتصالات مربوط می شود. زمانی که این عوامل باعث کاهش مقاومت جانبی یا ایجاد لقی در اتصالات شوند، سازه در برابر بارهای بهره برداری واکنش نوسانی بیشتری نشان می دهد. در برخی پروژه ‌ها استفاده صحیح از شورینگ در ساختمان سازی در مرحله اجرا می ‌تواند از ایجاد تغییر شکل‌ های نا خواسته جلوگیری کرده و احتمال بروز لرزش را کاهش دهد. نبود کلاف بندی مناسب، مهاربند ناکافی و حذف عناصر تقویتی نیز می تواند فرکانس طبیعی سازه را کاهش داده و دامنه لرزش را افزایش دهد. همچنین بارهای دینامیکی مانند حرکت افراد، باد یا ارتعاشات محیطی در سازه های فلزی سبک اثر بیشتری داشته و موجب تشدید لرزش می شوند.

طراحی و اجرای سقف در دهانه های بزرگ

در بررسی علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی، یکی از مهم ترین عوامل، طراحی و اجرای سقف در دهانه های بزرگ است؛ زیرا رفتار سقف نقش مستقیم و اساسی در میزان سختی و شکل پذیری سازه دارد. زمانی که دهانه سقف بیش از حد بلند انتخاب می شود و سخت کننده های جانبی یا سیستم های تقویتی مناسب در آن لحاظ نمی گردد، میزان خیز و ارتعاش طبیعی سازه افزایش پیدا می کند. این ویژگی باعث می شود ساختمان در برابر کوچک ترین بارهای بهره برداری مانند راه رفتن افراد یا جا به جایی وسایل داخلی، واکنش نوسانی قابل توجهی نشان دهد. در شرایطی که وزن سقف سبک باشد، مانند استفاده از سیستم هایی نظیر تیرچه یونولیت، این نوسانات حتی بیشتر احساس می شوند؛ زیرا جرم کم، فرکانس طبیعی سازه را کاهش داده و باعث بزرگ شدن دامنه ارتعاشات می شود. همچنین در بسیاری از سازه ها عدم محاسبه دقیق سختی تیرهای اصلی و فرعی و بی توجهی به لنگرهای ایجاد شده در دهانه های بزرگ منجر به ایجاد لرزش های زود هنگام می گردد. نبود کلاف بندی کافی، فاصله زیاد بین تیرها و انتخاب مقاطع غیر استاندارد از دیگر عواملی است که می تواند شرایط را تشدید کند. برای جلوگیری از بروز لرزش در چنین سقف هایی، باید از ابتدا مدل سازی دقیق، کنترل خیز مجاز، انتخاب مصالح مناسب و رعایت ضوابط آیین نامه ای با دقت انجام شود.

ضعف سازه و عدم استحکام کافی

در ادامه بررسی علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی، ضعف سازه و عدم استحکام کافی یکی از مهم ترین عوامل مؤثر در بروز ارتعاشات غیر عادی محسوب می شود. زمانی که اعضای اصلی سازه مانند ستون ها، تیرها یا مهاربندها با مقاطع ناکافی انتخاب شوند، توان لازم برای تحمل بارهای قائم و جانبی را ندارند و همین مسئله باعث کاهش محسوس سختی سازه می شود. ضعف در اتصالات، چه در بخش جوش و چه در پیچ و مهره، می تواند موجب ایجاد لقی، تغییر شکل های ناخواسته و انتقال نامنظم نیروها گردد که خود زمینه ساز افزایش دامنه لرزش است. در سازه هایی که تحلیل دقیق بارگذاری انجام نشده یا ترکیبات بار به درستی اعمال نشده باشند، رفتار ارتجاعی اعضا بیشتر شده و فرکانس طبیعی ساختمان کاهش می یابد؛ در نتیجه کوچک ترین نیروهای دینامیکی مانند حرکت افراد یا تجهیزات داخلی موجب نوسان سازه می شود. علاوه بر این، کیفیت پایین مصالح و عدم رعایت استانداردها در فرآیند ساخت، باعث افت مقاومت و کاهش مدول الاستیسیته اعضا می شود که این موارد نیز بر لرزش ساختمان اسکلتی اثر مستقیم می گذارند. حتی نقص در اجرای مهاربندها یا حذف آن ها برای تغییرات معماری می تواند پایداری جانبی را مختل کند. بنابراین استحکام کافی سازه پیش نیاز کنترل لرزش است و باید از مرحله طراحی تا اجرا با دقت رعایت شود.

عدم استفاده از کلاف میانی

عدم استفاده از کلاف میانی یکی از عوامل مهمی است که می تواند علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی را تشدید کند، زیرا کلاف بندی نقش اساسی در افزایش سختی و توزیع یکنواخت تنش ها در سازه دارد. در بسیاری از ساختمان ها، به ویژه سازه های فلزی با دهانه های متوسط یا بزرگ، نبود کلاف های افقی و عمودی باعث می شود نیروهای وارد شده به طور کامل بین اعضای سازه ای تقسیم نشود و برخی تیرها یا ستون ها تحت بار بیشتری قرار گیرند. این عدم هم پوشانی در انتقال نیرو منجر به افزایش تغییر شکل نسبی و ایجاد نوسانات محسوس در طبقات می شود. علاوه بر این، نبود کلاف بندی مناسب در سقف ها می تواند باعث کاهش مقاومت جانبی و افت شدید سختی دیافراگم سقف گردد و همین موضوع امکان بروز لرزش در برابر کوچک ترین نیروهای دینامیکی را افزایش می دهد. در ساختمان هایی که کف با مصالح سبک اجرا شده و کلاف بندی حذف شده باشد، فرکانس طبیعی سازه کاهش یافته و دامنه لرزش بیشتر می شود. همچنین نبود کلاف میان طبقات سبب می شود رفتار سازه در برابر بارهایی مانند حرکت افراد، تجهیزات یا بارهای ضربه ای غیر یکنواخت باشد و واکنش ارتجاعی طبقات به صورت نا متعادل انتقال یابد. بنابراین افزودن کلاف های مناسب، یک راهکار کلیدی در ارتقای پایداری و جلوگیری از لرزش ساختمان اسکلتی محسوب می شود و باید در طراحی رعایت گردد.

اجرای تیرچه یونولیت

اجرای تیرچه یونولیت در ساختمان های اسکلت فلزی اگر چه باعث کاهش وزن سقف و سهولت اجرا می شود، اما در بسیاری از موارد می تواند علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی باشد. این نوع سقف به دلیل ماهیت سبک خود جرم سازه را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد و همین کاهش جرم باعث افزایش حساسیت سازه نسبت به نیروهای دینامیکی می گردد. فرکانس طبیعی ساختمان زمانی که جرم کم می شود، افزایش یا کاهش نامتعادل پیدا می کند و همین تغییر می تواند دامنه ارتعاشات را بیشتر کند. در برخی پروژه ها که تیرچه یونولیت بدون کلاف میانی یا بدون مهاربندی صحیح اجرا می شود، سختی جانبی سقف کاهش می یابد و سازه توانایی مقابله با تکان های کوچک ناشی از رفت وآمد، جا به جایی وسایل یا حتی بادهای معمولی را ندارد. همچنین اگر کیفیت بتن، آرماتوربندی یا اتصال تیرچه ها به تیرهای فلزی به درستی کنترل نشود، امکان ایجاد لقی موضعی یا ترک های بین تیر و بلوک وجود دارد که این موارد نیز شدت لرزش را بیشتر می کند. نکته دیگر آن است که تیرچه یونولیت در دهانه های بلند عملکرد ضعیف تری دارد و عدم توجه به خیز مجاز یا کنترل سختی موجب می شود کف پس از بهره برداری رفتاری نوسانی از خود نشان دهد. بنابراین اجرای صحیح این سقف همراه با کلاف بندی استاندارد و طراحی مهندسی دقیق برای جلوگیری از لرزش ضروری است.

اتصالات نادرست

اتصالات نادرست یکی از جدی ترین عواملی است که می تواند علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی باشد، زیرا اتصال ها نقش مستقیم در انتقال بار، یکپارچگی اعضا و تأمین سختی کل سازه دارند. زمانی که جوش ها به طور کامل نفوذی نباشند، یا عملیات جوشکاری توسط افراد غیر متخصص انجام شود، احتمال ایجاد ترک های ریز، حفره، سوختگی لبه و کاهش مقاومت اتصال افزایش می یابد. این ضعف ها موجب لقی موضعی می شود و وقتی سازه تحت بارهای بهره برداری یا دینامیکی قرار می گیرد، ارتعاشات شدیدی در نقاط مختلف ایجاد می شود. از سوی دیگر، در سازه هایی که از اتصالات پیچی استفاده می کنند، عدم انتخاب پیچ هایی با مقاومت کافی، سفت نشدن مناسب مهره ها، یا کنترل نشدن گشتاور نصب، همگی می توانند موجب آزادشدگی جزئی اتصال شوند. این آزادشدگی باعث می شود اعضا در زمان بارگذاری حرکات ریز اما مکرری داشته باشند که به مرور زمان به لرزش محسوس تبدیل می شود.

همچنین عدم توجه به سختی مورد نیاز در محل اتصال تیر به ستون و استفاده از اتصال مفصلی در جایی که اتصال گیردار نیاز بوده، رفتار سازه را تغییر داده و موجب کاهش شدید سختی جانبی می شود. نبود ورق های تقویتی، کف پوش های ناکافی و بی دقتی در اجرای نشیمن تیرها نیز مواردی هستند که می توانند لرزش ساختمان اسکلتی را تشدید کنند. در نتیجه طراحی صحیح، کنترل کیفی و نظارت دقیق در مرحله اجرا ضروری است.

بارهای دینامیکی

بارهای دینامیکی از مهم ترین عواملی هستند که می توانند علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی محسوب شوند، زیرا این بارها ماهیتی متغیر، تکرار شونده و گاه ضربه ای دارند و سازه را در وضعیت ناپایدار لحظه ای قرار می دهند. زمانی که ساختمان در معرض نیروهایی مانند حرکت افراد در طبقات، ضربه ناشی از جا به جایی وسایل سنگین، عملکرد ماشین آلات لرزشی، بادهای شدید یا حتی ارتعاشات حاصل از ترافیک شهری قرار می گیرد، انرژی وارد شده به سازه به صورت نوسانی منتقل می شود. اگر سختی سازه کافی نباشد، این نوسانات می توانند تقویت شده و به دامنه بیشتری برسند. در بسیاری از ساختمان ها، حذف مهاربندها یا کاهش وزن سقف باعث می شود فرکانس طبیعی سازه به مقداری نزدیک به فرکانس تحریک گر دینامیکی برسد و پدیده تشدید رخ دهد. این تشدید سبب افزایش چند برابری لرزش و انتقال آن به طبقات مختلف می شود. همچنین در سازه هایی که کنترل میرایی مناسبی ندارند یا اعضای آن ها از مصالح سبک تشکیل شده اند، انرژی وارد شده دیرتر مستهلک می شود و لرزش مدت بیشتری ادامه می یابد. از سوی دیگر، نبود دیافراگم صلب در سقف باعث می شود بارهای دینامیکی به طور یکنواخت بین تیرها و ستون ها توزیع نشود و تمرکز تنش ایجاد گردد. بنابراین طراحی مناسب برای کنترل بارهای دینامیکی، پیش بینی میرایی کافی و رعایت ضوابط آیین نامه ای برای جلوگیری از تشدید لرزش ضروری است.

راهکارهای جلوگیری از لرزش ساختمان اسکلت فلزی

برای کاهش لرزش ساختمان اسکلت فلزی و جلوگیری از بروز ارتعاشات نامطلوب، نخستین و مهم ترین راهکار، تقویت طراحی اولیه بر اساس اصول آیین نامه ای و مدل سازی دقیق رفتار سازه است. زمانی که طراحی در مرحله اولیه با دقت کافی انجام شود، بسیاری از مشکلات مانند خیز زیاد تیرها، ضعف اتصالات و ناهماهنگی سختی بین طبقات از همان ابتدا برطرف می شود. از جمله اقدامات مؤثر در این مرحله، انتخاب مقاطع مناسب برای تیر و ستون، تقویت نقاط حساس و در نظر گرفتن سختی جانبی کافی است. یکی دیگر از روش های مهم، استفاده از مهاربندهای کارآمد و سیستم های جانبی مقاوم است که می توانند نیروهای افقی و دینامیکی را کنترل کرده و پایداری سازه را افزایش دهند. همچنین کنترل کیفیت اجرا نقش بسیار مهمی دارد؛ از نظارت بر جوشکاری و نصب پیچ ها گرفته تا کنترل تراز، کلاف بندی و رعایت ضخامت مناسب بتن در سقف. استفاده از مصالح استاندارد و دارای تأییدیه فنی نیز تأثیر قابل توجهی در کاهش لرزش دارد. علاوه بر این، اعمال تقویت های موضعی در سازه های موجود مانند افزودن تیر فرعی، اجرای ورق تقویتی یا افزایش اتصالات گیردار می تواند عملکرد ارتعاشی سازه را بهبود بخشد. رعایت تمامی این موارد، سازه را در برابر لرزش های ناخواسته مقاوم تر می کند و ایمنی طولانی مدت آن را تضمین می سازد.

یکی دیگر از راهکارهای مؤثر برای جلوگیری از لرزش ساختمان اسکلت فلزی، افزایش سختی و جرم موثر سازه در بخش هایی است که بیشترین ارتعاش را تجربه می کنند. در بسیاری از ساختمان ها، لرزش ناشی از سبکی بیش از حد سقف یا وجود دهانه های بلند است؛ بنابراین افزودن تیرهای فرعی، اجرای کلاف بندی مناسب، افزایش ضخامت بتن رویه یا استفاده از سیستم های سقف مرکب می تواند نقش کلیدی در بهبود رفتار ارتعاشی داشته باشد. در سازه های موجود که امکان تغییرات اساسی در سیستم باربر جانبی وجود ندارد، استفاده از دمپرهای لرزه ای، کمک فنرهای سازه ای یا المان های میرایی ویسکوز می تواند انرژی ورودی را جذب کرده و دامنه لرزش را به میزان چشمگیری کاهش دهد. تقویت اتصالات نیز اهمیت بالایی دارد؛ زیرا حتی یک اتصال نیمه سفت یا دارای لقی کوچک می تواند منبع دائمی ارتعاش باشد. علاوه بر این، اجرای صحیح دیافراگم صلب در سقف ها و جلوگیری از رفتار جداشدگی بین اجزای سقف و تیرهای اصلی از دیگر اقدامات مهم است. در مواردی که علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی ناشی از فعالیت های دینامیکی مانند حرکت ماشین آلات یا پمپاژها باشد، استفاده از صفحات لرزه گیر، جداکننده های ارتعاشی یا پی سازی مناسب می تواند ارتعاش را به شدت کاهش دهد. رعایت دقیق این راهکارها عملکرد کلی سازه را بهبود بخشیده و لرزش های ناخواسته را کنترل می کند.

در نهایت می توان گفت لرزش ساختمان اسکلت فلزی اغلب نتیجه ضعف در طراحی، اجرای نادرست اتصالات، سبک بودن بیش از حد سقف و فقدان کلاف بندی مناسب است. زمانی که این عوامل با بارهای دینامیکی مانند حرکت افراد یا ارتعاشات محیطی ترکیب شوند، شدت لرزش بیشتر می شود و رفتار سازه تحت تأثیر قرار می گیرد. بنابراین شناخت دقیق علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی و به کارگیری راهکارهایی مانند تقویت اعضا، بهبود اتصالات، افزایش سختی جانبی و استفاده از مهاربند یا دمپر، بهترین شیوه برای کنترل لرزش و حفظ عملکرد ایمن سازه است.

سوالات متداول