چرا ساختمان های اسکلت فلزی می‌لرزند؟ 6 اشتباه مرگبار در اجرا که مهندسان نادیده می‌گیرند

لرزش ساختمان اسکلت فلزی یکی از مهم ترین چالش های سازه ای در پروژه های عمرانی است که می تواند از مرحله طراحی تا بهره برداری ظاهر شود. این پدیده صرفاً یک حس ناخوشایند برای ساکنان نیست؛ بلکه نشانه ای از رفتار دینامیکی سازه، کاهش سختی، ضعف اتصالات یا طراحی نامناسب سیستم باربر جانبی است. در بسیاری از ساختمان های فلزی، به ویژه سازه های دهانه بزرگ یا سقف های سبک، لرزش به صورت تدریجی و با شروع بهره برداری خود را نشان می دهد.

شناخت علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی تنها با بررسی یک عامل ممکن نیست؛ این موضوع حاصل برهم کنش چند مؤلفه مهم شامل طراحی، اجرا، نوع سقف، اتصالات و بارهای دینامیکی است. درک دقیق این عوامل، پیش نیاز کنترل ارتعاش و افزایش ایمنی و دوام سازه محسوب می شود.

جدول مهم ترین علل لرزش ساختمان اسکلت فلزی

تحلیل دینامیکی: وقتی فرکانس گام برداری با فرکانس طبیعی سازه هم راستا می شود

لرزش در سازه های فولادی عمدتاً ناشی از پدیده تشدید (Resonance) است. طبق فرمول فرکانس طبیعی هرچه سختی (k) کاهش یابد یا جرم (m) در سیستم های سقف سبک کم شود، فرکانس طبیعی سازه پایین آمده و به فرکانس ناشی از فعالیت های انسانی (بین ۱.۵ تا ۳ هرتز) نزدیک می شود. اینجاست که حتی با یک راه رفتن ساده، سقف دچار ارتعاش شدید می گردد.

فرمول فرکانس طبیعی و تشدید در سازه

تحلیل مهندسی علت لرزش ساختمان اسکلت فلزی

1. کاهش سختی سازه

وقتی سختی سازه کم باشد، ساختمان در برابر نیروهای جانبی و بهره برداری واکنش ارتجاعی بیشتری نشان می دهد. این وضعیت معمولاً نتیجه مقاطع ناکافی تیرها، ستون ها یا حذف مهاربندهاست. سازه به جای جذب نیرو، وارد فاز نوسانی می شود.

2. طراحی سقف در دهانه های بزرگ

در دهانه های بلند، خیز تیر افزایش پیدا می کند. اگر سختی جانبی کافی نباشد، کف ساختمان با کوچک ترین تحریک دچار لرزش محسوس می شود. این مسئله در سازه های فلزی بسیار شایع تر از سازه های بتنی است.

3. سبک بودن بیش از حد سقف

کاهش جرم سقف، فرکانس طبیعی سازه را تغییر می دهد. اگر این فرکانس به محدوده تحریک های محیطی نزدیک شود، پدیده تشدید رخ می دهد. به همین دلیل سقف های تیرچه یونولیت یا سیستم های سبک، در صورت اجرای غیر اصولی، مستعد لرزش هستند.

4. ضعف اتصالات

اتصال نقطه ای است که تمام نیروهای سازه از آن عبور می کنند. جوش ناقص، پیچ های شل، یا انتخاب اتصال مفصلی به جای گیردار می تواند کل رفتار سازه را تغییر دهد و باعث ایجاد ارتعاش شود.

5. نبود کلاف بندی مناسب

کلاف ها نقش توزیع نیرو و افزایش یکپارچگی سازه را دارند. حذف آن ها باعث می شود برخی اعضا بار بیشتری تحمل کنند و لرزش به صورت موضعی تشدید شود.

6. بارهای دینامیکی

حرکت افراد، تجهیزات، باد و حتی ترافیک شهری، نیروهایی نوسانی ایجاد می کنند. اگر سازه برای این نوع بارها طراحی نشده باشد، انرژی وارد شده به صورت ارتعاش باقی می ماند.

تجربه اجرایی از زبان یک مهندس سازه

در پروژه های واقعی، لرزش معمولاً از نقشه شروع نمی شود؛ از اجرا شروع می شود. سازه ای که روی کاغذ پایدار است، اگر در کارگاه با اتصالات نیمه کاره، تیرهای تغییر سایز داده شده یا حذف مهاربند اجرا شود، در زمان بهره برداری رفتار کاملاً متفاوتی نشان می دهد.

در یک ساختمان اداری با اسکلت فلزی، لرزش کف طبقات در زمان راه رفتن کارمندان به حدی بود که مانیتورها می لرزید. بررسی نشان داد:

• تیرهای فرعی کمتر از مقدار طراحی اجرا شده اند
• کلاف میانی حذف شده
• ضخامت بتن سقف کاهش یافته

با افزودن تیر فرعی و تقویت اتصالات، لرزش تقریباً به صفر رسید. این نشان می دهد مشکل اغلب در اجراست نه در ذات سازه فلزی.

نقش تیرچه یونولیت در لرزش ساختمان فلزی

تیرچه یونولیت به خودی خود عامل لرزش نیست، اما اگر:

• فاصله تیرچه ها رعایت نشود
• اتصال به تیر اصلی ضعیف باشد
• بتن رویه کم اجرا شود

سقف به یک صفحه انعطاف پذیر تبدیل می شود و انرژی دینامیکی را جذب نکرده و منتقل می کند.

راهکارهای تخصصی جلوگیری از لرزش ساختمان اسکلت فلزی

افزایش سختی سازه

• انتخاب مقاطع مناسب تیر و ستون
• افزودن تیرهای فرعی
• اجرای مهاربند استاندارد

بهبود سیستم سقف

• اجرای کلاف میانی
• افزایش ضخامت بتن رویه
• کنترل خیز مجاز

اصلاح اتصالات

• جوش نفوذی کامل
• کنترل گشتاور پیچ ها
• استفاده از ورق های تقویتی

کنترل بارهای دینامیکی

• تحلیل مودال سازه
• بررسی فرکانس طبیعی ساختمان
• استفاده از دمپرهای سازه ای در پروژه های حساس

طبق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان (بند ۱۰-۲-۱۰)، کنترل ارتعاش در حالت حدی بهره برداری الزامی است

آیا لرزش ساختمان فلزی خطرناک است؟

لرزش همیشه به معنای خطر نیست. بسیاری از سازه های فلزی ذاتاً رفتار ارتجاعی دارند. خطر زمانی شروع می شود که:

• دامنه لرزش افزایش یابد
• مدت ارتعاش طولانی شود
• همراه با ترک یا لقی اتصال باشد

در این حالت باید سازه بررسی تخصصی شود.

پرسش های متداول

علت اصلی لرزش ساختمان اسکلت فلزی چیست؟

ترکیبی از ضعف طراحی، اتصالات ناقص، سبک بودن سقف و بارهای دینامیکی عامل اصلی ارتعاش سازه است.

چرا سقف ساختمان فلزی می لرزد؟

دهانه بلند، نبود کلاف، سبک بودن سقف و ضعف تیرهای فرعی مهم ترین دلایل لرزش سقف هستند.

آیا لرزش بعد از زلزله طبیعی است؟

لرزش خفیف طبیعی است اما لرزش مداوم نشانه ضعف سازه یا آسیب اتصالات است.

چگونه لرزش ساختمان فلزی برطرف می شود؟

با تقویت مقاطع، اصلاح اتصالات، افزایش سختی جانبی و در صورت نیاز استفاده از دمپر یا مهاربند.

جمع بندی نهایی

لرزش ساختمان اسکلت فلزی نتیجه یک اشتباه واحد نیست؛ محصول زنجیره ای از تصمیم های طراحی، اجرا و بهره برداری است. دهانه های بلند، اتصالات ضعیف، حذف کلاف ها، سبک شدن بیش از حد سقف و بارهای دینامیکی وقتی کنار هم قرار می گیرند، سازه را وارد ناحیه ارتعاشی می کنند.

کنترل این پدیده فقط با یک راهکار ممکن نیست. باید رفتار دینامیکی سازه فهمیده شود، سختی افزایش یابد، اتصالات اصلاح شود و سقف به عنوان دیافراگم سازه ای جدی گرفته شود. ساختمان فلزی اگر درست طراحی و اجرا شود، یکی از پایدارترین و قابل اعتمادترین سیستم های سازه ای است؛ اگر نه، به سازه ای تبدیل می شود که همیشه در حال لرزش است، حتی وقتی باد هم نمی وزد.

رفتار ارتعاشی ساختمان در واقع زبان سازه است؛ سازه ای که می لرزد دارد چیزی را گزارش می کند: یا سختی کم است، یا اتصال حرف می زند، یا جرم کم شده، یا طراحی گوشه ای را نادیده گرفته. مهندس خوب کسی است که این زبان را بفهمد، نه فقط آن را بپوشاند.

«اگر ساختمان شما دچار لرزش مشکوک شده است، می توانید در بخش نظرات مشخصات دهانه و نوع سقف را بنویسید تا کارشناسان ما شما را راهنمایی کنند.»