زلزله بم، فاجعه‌ای تاریخی در مهندسی زلزله ایران

📝سعید نعیمی – محاسب سازه و کارشناس ارشد مهندسی زلزله

زلزله بم یکی از ویرانگرترین رویدادهای لرزه‌ای در تاریخ معاصر ایران به شمار می‌رود. این زلزله در ساعت ۵:۲۶ صبح روز ۵ دی ۱۳۸۲ (۲۶ دسامبر ۲۰۰۳) با بزرگی(Mw) ۶.۶ در مقیاس ریشتر رخ داد و کانون آن در عمق حدود ۱۰ کیلومتری زمین، نزدیک به شهر بم در استان کرمان قرار داشت. شدت بالای زلزله، نزدیکی کانون به سطح زمین ، بافت شهری و همچنین ویژگی‌های نزدیک گسل (near-fault) باعث شد تا امواج لرزه‌ای با حداقل تضعیف و میرایی به سطح برسند و تخریب گسترده‌ای ایجاد کنند.

نمایی از سطح گسترده تخریب و ویرانی شهر بم پس از زلزله ۵ دی ۱۳۸۲

بر اساس گزارش‌ها، این زلزله بیش از 30 هزار نفر کشته، حدود ۳5 هزار مجروح و بیش از ۷۵ هزار نفر بی‌خانمان برجای گذاشت. شهر بم که عمدتاً از ساختمان‌های خشتی و بنایی قدیمی تشکیل شده بود، تقریباً به طور کامل ویران شد، و ارگ بم، بزرگ‌ترین سازه خشتی جهان، نیز آسیب جدی دید.

شدت تخریب نه تنها به دلیل بزرگی زلزله، بلکه به خاطر عدم رعایت استانداردهای لرزه‌ای، ساخت‌وسازهای غیرمهندسی و ضعف در اجرای مقررات موجود بود.

www.naimijoist.ir

ارگ بم، بزرگ‌ترین سازه خشتی جهان آسیب جدی دید

این فاجعه، نقطه عطفی در تاریخ مهندسی زلزله ایران ایجاد کرد و منجر به بازنگری گسترده در آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (استاندارد ۲۸۰۰) شد. آیین‌نامه ۲۸۰۰، که اولین ویرایش آن در سال ۱۳۶۶ (۱۹۸۷) منتشر شده بود، پیش از زلزله بم بر اساس تجربیات زلزله‌های قبلی مانند طبس (۱۳۵۷) و منجیل-رودبار (۱۳۶۹) تدوین شده بود. ویرایش سوم این آیین‌نامه (۱۳۷۸) در زمان وقوع زلزله بم حاکم بود، اما بررسی‌های پس از فاجعه نشان داد که این ویرایش در برابر اثرات نزدیک گسل و مولفه قائم زلزله ناکافی است. درس‌های آموخته‌شده از بم، نه تنها به تغییرات فنی در آیین‌نامه منجر شد، بلکه بر سیاست‌های کلی ساخت‌وساز، نظارت و آموزش مهندسان تأثیر گذاشت.

دلایل اصلی تخریب و درس‌های فنی-مهندسی که از زلزله بم آموخته شد:

بررسی‌های میدانی پس از زلزله بم توسط تیم‌های داخلی و بین‌المللی، مانند تیم انجمن مهندسی زلزله ژاپن (AIJ) ، پژوهشگاه بین المللی مهندسی زلزله ایران و گزارش‌های مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی ایران، نشان داد که عوامل متعددی در شدت تخریب نقش داشتند.

• نخست، ویژگی‌های لرزه‌ای زلزله: شتابنگاشت ثبت‌شده در ایستگاه بم، شتاب افقی حدود ۰.۸g و شتاب قائم نزدیک به ۱g را نشان می‌دهد که بسیار بالاتر از پیش‌بینی‌های آیین‌نامه بود. این مولفه قائم قوی، که در زلزله‌های نزدیک گسل رایج است، باعث افزایش نیروهای محوری در ستون‌ها و برش در تیرها شد و بسیاری از ساختمان‌ها را از پایه فرو ریخت.
• دوم، نوع ساختمان‌ها: بیش از ۸۰ درصد ساختمان‌های بم از مصالح بنایی سنتی (خشت و گل) ساخته شده بودند که فاقد کلاف‌بندی مناسب بودند. حتی ساختمان‌های مدرن‌تر با اسکلت فولادی یا بتنی، به دلیل عدم رعایت ضوابط آیین‌نامه ۲۸۰۰، مانند اتصالات ضعیف، کیفیت پایین مصالح و نبود سیستم‌های مقاوم‌سازی، آسیب دیدند. برای مثال، سقف‌های طاق ضربی بدون مهاربندی مناسب، که در ویرایش سوم آیین‌نامه محدود شده بودند، در بسیاری از موارد فرو ریختند و عامل اصلی تلفات بودند. گزارش‌ها نشان می‌دهد که ساختمان‌های بنایی با کلاف بتنی افقی و قائم که ضوابط حداقلی ۲۸۰۰ را رعایت کرده بودند، عملکرد بهتری داشتند، اما متاسفانه چنین ساختمان‌هایی در بم نادر بودند.
• سوم، اثرات نزدیک گسل: زلزله بم در حوزه نزدیک گسل رخ داد، که با پالس‌های سرعت بالا و طیف پاسخ متفاوت از زلزله‌های دور گسل همراه است. مقایسه طیف پاسخ زلزله بم با طیف طراحی آیین‌نامه ۲۸۰۰ نشان داد که طیف آیین‌نامه در دوره‌های تناوب کوتاه (ساختمان‌های کوتاه) و بلند (ساختمان‌های بلند) ناکافی است. مطالعات ریزپهنه‌بندی لرزه‌ای شهر بم پس از زلزله، تأکید کرد که استاندارد ۲۸۰۰ نیاز به تنظیم برای شهرهای نزدیک گسل دارد، زیرا طیف‌های طراحی آن بر اساس رکوردهای دور گسل تدوین شده بودند.
• علاوه بر این، آسیب به اجزای غیرسازه‌ای مانند دیوارها، نماها، تأسیسات و تجهیزات پزشکی در بیمارستان‌ها، عامل مهمی در افزایش تلفات بود. در بم، فرو ریختن دیوارهای جداکننده و سقوط تجهیزات، حتی در ساختمان‌هایی که اسکلت اصلی‌شان سالم مانده بود، منجر به مرگ‌ومیر شد. این مسئله نشان داد که آیین‌نامه پیشین بر اجزای سازه‌ای تمرکز داشت و اجزای غیرسازه‌ای را نادیده گرفته بود.

در این تصویر مشاهده میشود که دارا بودن سختی حداقلی در جهت قائم مانع فروریختن سقف شده است و تنها دیوارهایی که فاقد مهار کافی در خارج از صفحه بوده اند بصورت کامل فرو ریخته اند.

تغییرات در آیین‌نامه ۲۸۰۰ پس از زلزله بم

درس‌های تلخ زلزله بم، همراه با تجربیات زلزله‌های دیگر مانند کرمانشاه (۱۳۹۶)، منجر به بازنگری اساسی در آیین‌نامه ۲۸۰۰ شد. ویرایش چهارم این آیین‌نامه در سال ۱۳۹۴ (۲۰۱۵) منتشر شد و تغییرات کلیدی آن مستقیماً از تحلیل رکوردهای بم الهام گرفته شده بود.

• نخست، تقویت ضوابط مولفه قائم زلزله: در ویرایش سوم، مولفه قائم تنها در موارد خاص (مانند تیرهای با دهانه بیش از ۱۵ متر یا بالکن‌ها) لحاظ می‌شد، اما ویرایش چهارم آن را برای همه ساختمان‌ها الزامی کرد، به ویژه در مناطق نزدیک گسل. فرمول‌های جدید برای محاسبه نیروی قائم، بر اساس شتاب‌های ثبت‌شده در بم، تنظیم شد تا نیروهای محوری و برشی را بهتر پیش‌بینی کند.
• دوم، توجه به اثرات نزدیک گسل: ویرایش چهارم ضرایب اصلاحی برای طیف طراحی در حوزه نزدیک گسل معرفی کرد، که شامل افزایش شتاب پایه (A) در مناطق پرخطر مانند بم است. همچنین، نقشه پهنه‌بندی لرزه‌ای ایران به‌روزرسانی شد تا شهرهای نزدیک گسل‌های فعال را با خطر بالاتر طبقه‌بندی کند. مطالعات نشان داد که طیف بم در دوره‌های تناوب متوسط تا ۵۰ درصد بالاتر از طیف آیین‌نامه بود، بنابراین روابط جدیدی برای سازه‌های کوتاه و بلند اضافه شد.
• سوم، پیوست ششم: یکی از مهم‌ترین تغییرات، افزودن پیوست ششم با عنوان “طراحی لرزه‌ای و اجرای اجزای غیرسازه‌ای معماری” بود. این پیوست، که نتیجه مستقیم درس‌های بم، منجیل و رودبار است، الزامات مهاربندی برای دیوارها، نماها، سقف‌های کاذب و تأسیسات را مشخص می‌کند تا از فرو ریختن آن‌ها در زلزله جلوگیری شود. این تغییر، ایمنی جانی را حتی در صورت آسیب سازه‌ای افزایش می‌دهد.
• چهارم، تاکید بر سطوح عملکردی سازه ها: در ویرایش چهارم بر سطوح عملکردی ساختمان‌ها (مانند عدم فروریزش، ایمنی جانی و عملکرد فوری) تأکید بیشتری کرد و ضرایب اهمیت برای ساختمان‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها را افزایش داد. همچنین، مقررات سخت‌گیرانه‌تری برای ساختمان‌های بنایی معرفی شد، مانند الزام به استفاده از کلاف‌بندی و محدودیت ارتفاع، که مستقیماً از عملکرد ضعیف این ساختمان‌ها در بم ناشی می‌شود.

تأثیرات کلی و میراث زلزله بم

زلزله بم نه تنها آیین‌نامه ۲۸۰۰ را تغییر داد، بلکه فرهنگ ساخت‌وساز در ایران را دگرگون کرد. پس از این فاجعه، تأکید بر نظارت دقیق‌تر بر اجرا، آموزش مهندسان و مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود افزایش یافت. برای مثال، برنامه‌های ملی مقاوم‌سازی مدارس و بیمارستان‌ها راه‌اندازی شد، و مقررات ملی ساختمان (مبحث ۱۹) با ۲۸۰۰ همخوانی بیشتری یافت. همچنین، رکوردهای شتابنگاری بم در تحقیقات جهانی استفاده شد و به بهبود آیین نامه های لرزه‌ای سایر کشورها هم کمک کرد.

در حال حاضر، پیش‌نویس ویرایش پنجم آیین‌نامه ۲۸۰۰ در حال بررسی است و از درس‌آموخته های Lesson learned )) بم برای گنجاندن فناوری‌های نوین مانند جداسازهای لرزه‌ای Base Isolation System و سیستم‌های هوشمند استفاده شده است. با این حال، چالش‌هایی مانند ساخت‌وسازهای غیرمجاز همچنان وجود دارد و نیاز به اجرای مقررات را یادآوری می‌کند.

اصلاح آیین نامه 2800 و امید به کاهش خسارات جانی در زلزله های آینده

زلزله بم، با همه تلخی‌هایش، موجب تحرکی جدی در مهندسی زلزله و اصلاح آیین نامه های موجود برای جلوگیری از این نوع فجایع ملی گردید که میراث این تحولات و پیشرفت دانش مهندسی در آینده مورد توجه قرار خواهد گرفت.

بطور خلاصه زلزله بم مانند تلنگری جدی موجب تغییرات وسیع در آیین‌نامه ۲۸۰۰ و همچنین مقررات ملی مرتبط با سازه های فولادی و بتنی به ویژه در بخش طراحی اتصالات گردید که و با تأکید واقع بینانه بر مولفه قائم ، بحث نزدیک گسل و ارائه طراحی مختص حفاظت از اجزای غیرسازه‌ای ، ایران را در برابر زلزله‌های آینده مقاوم‌تر کرده است با اینحال باید بخاطر داشته باشیم که موفقیت نهایی به اجرای این مقررات بستگی داردتا فاجعه‌ای چون بم تکرار نشود.

کارگاه تیرچه سازی مهندس نعیمی

نمایی از شهر بم پس از بازسازی