ד"ר נעם אוסטרליץ – A.U.S
כל אימת שמתרחשת רעידת אדמה בעולם נזכרים גם אצלנו בנושא ובעובדה המצערת שמאות אלפי מבני מגורים ומספר לא ידוע של בתי ספר, אולמות ספורט וכיוצא בזה, אינם בנויים לעמידה ברעידת אדמה. בשנים האחרונות גוברת המודעות לנושא עמידות לרעידות אדמה ואתה גם הדרישה לבניה חדשה עמידה יותר, ולחיזוק מבנים קיימים. אכן הוספת ממ"דים, חיזוק חדרי מדרגות וקומות עמודים בהחלט מקשיחה את המבנה, ואכן יש שיפורים שניתן ליישם בתחום טכנולוגיות הבטון שיכולים להאריך את חיי המבנה ולהגדיל את עמידותו. אולם האם עלינו להמשיך ולבנות בטכנולוגיה שהיא בת למעל המאה שנים כברירת מחדל אוטומטית? די להתבונן במגוון הטכנולוגיות המרהיבות והמתקדמות שנחשפות בימים אלו למשל בתערוכת האקספו העולמית במילאנו, כדי לעורר לפחות ספק בהכרח לבנות בבטון (קישור לכתבה מ-Ynet). מעטפות קלות משקל מחומרים כמו עץ במבוק פח פלדה אלומיניום ועוד מראות כי ניתן בהחלט לבנות מבנים – אפילו גדולים – שאינם מבוססים על עמודים וקורות מבטון.
עבור הישראלים הסיבה לבניה בבטון היא שהיא נתפסת כבניה החזקה והעמידה ביותר, אולם האם באמת בכל מקרה מבנה בעל שלד בטון הוא השלד החזק ביותר? על מנת לענות על שאלה זו עלינו להבין מעט מה בעצם קורה ברעידת אדמה, ולמה מבנה שמחזיק מאות ואלפי טונות במשך עשרות שנים קורס בעת רעידה? הסיבה בלשון ציורית היא שהשלד שנושא יפה כוח אנכי (ובעיקר את משקלו העצמי) מקבל לפתע כוח אופקי חזק של גזירה ופיתול העלול לגרום למפגשי העמודים והקורות לקרוס או לעמודים עצמם להיגזר.
רבים מכירים את הסיפור הוותיק על הוויכוח בין האלון הגדול לקבוצת הקנים בנושא מי יותר חזק. סופו של הסיפור הוא שאכן האלון גזעו חזק אולם קבוצת הקנים הגמישים הנעים עם הכוח ומחלקים בינם את המאמץ החזיקו מעמד טוב יותר. עקרון הגמישות וחלוקת המאמץ היה ידוע גם במסורת הבניה ביפן (הרגישה במיוחד לרעידות אדמה). שם במשך מאות ואלפי שנים בנו שלדי עץ גמישים וקלים, כך שלמעשה אלו נעים עם רעידת האדמה ולמעשה הבניין כאילו 'רוקד עם הרעידה'. בנוסף לכך החומרים הקלים (עץ וקירות ניר אורז) מהם בנוי המבנה מבטיחים הישרדות של השוהים במבנה בעת קריסת המבנה טוב יותר מאשר השוהים במבנים כבדים כמו בטון ואבן.
החיפוש אחר שלד חזק, 'גמיש' ועמיד לאורך זמן (גם לרעידות אדמה אבל גם מפני מזיקים ריקבון וכו') אינו חדש. כבר לפני חמישים שנה ויותר הוחל בניסיונות כאלו ומאז התפתחו האפשרויות באופן ניכר. אחת הטכנולוגיות הזמינות ופשוטות להקמה גם של בתי מגורים היא מבני פלדה דקת דופן (light gauge construction).
בבניה זו השלד בנוי קירות נושאים גמישים משלד העשוי פרופילי פלדה. הסוד הוא בתכנון מבנה הפרופיל וחיבור פרופילים זה לזה תוך חישוב הנדסי מדויק של עומסים וכוחות שבהם יצטרך השלד לעמוד. קירות השלד בנויים ממספר גדול של עמודי תמיכה המחוברים למסלול עליון ותחתון בדרך כלל בברגים או מסמרות כך שנשמרת הגמישות שלו. התוצאה היא מבנה חזק וקל משקל.
כאשר מתרחשת רעידת אדמה השלד גמיש יותר וזז עם הרעידה ולכן מחזיק מעמד. המבנה כנראה ייסדק בקרום המעטפת שלו אך לא יקרוס גם בעוצמות רעידה גבוהות. בבדיקה שנעשתה באונ' מלבורן נבדק מבנה ונמצאה עמידות מפתיעה של שלד פלדה דקת דופן להרעדה במעבדה (צפו בסרטון: בחינת שלד פלדה לרעידת אדמה).
עוצמת רעידות אדמה שבה הורעד המבנה בסוף הניסוי בסרטון היא 8.4 בסולם ריכטר. לשם השוואה בנפאל הרעידה הייתה 7.9, סולם ריכטר הוא לוגריטמי כלומר שהרעידה שבה עמד המבנה בניסוי הייתה בעוצמה של קרוב לפי ארבע לעומת נפאל.
מקור: ynet
מה המשמעות של זה לבניה בישראל? ובמיוחד מה צריך אדם שבוחר בשיטת בניה לקחת בחשבון?
במקרים בהם אדם רוכש דירה אין לו למעשה שיקול דעת בנושא, אולם יש שני מקרים שבהם מעורבים אנשים פרטיים בתכנון ובניה של מבנים. האחד הוא בניית בתים פרטיים והשני הוא תוספות חדרים וקומות במבני דירות ישנים .
רוב הישראלים הבונים בית פרטי מחזיקים באמונה ששלד בטון חזק יותר לרעידות אדמה משלד פלדה. אולם השאלה הנכונה לבונה אינה איזה שלד הכי חזק, אלא איזה שלד הכי עמיד. בהשוואה של סימולציות הנדסיות מחקריות לעמידות לרעידות אדמה של סוגי שלדים לבניה נמוכה נמצא כי שלד פלד דקת דופן מראה העמיד ביותר, הבא אחריו בעמידותו הוא שלד עץ, ושלד בטון מזוין סטנדרטי הוא הפחות עמיד מבין אלו.
באירופה ארה"ב אוסטרליה ויפן בניה בשלד פלדה דקת דופן מחליפה כיום במקרים רבים את הבניה בעץ בבניה נמוכה של בתים פרטיים וגם במבני בתי ספר מרכזים מסחריים ועוד עד חמש קומות. גם בישראל מתרחש בשנים האחרונות שינוי מגמה בתחום זה. וגם אם עדין רב מוחלט של הבניה הפרטית נעשה בבטון, יש כבר לא מעט בונים שנושא עמידות השלד כמו גם איכויות אחרות של מבני שלד פלדה (רמת הבידוד התרמי למשל) גורם להם ללכת 'נגד הזרם' ולבחור בשיטה זו.
מקרה נוסף שבו בונים פרטיים ודיירים יכולים להיות מעורבים בבחירת שלד המבנה הוא שיפוצים ותוספות למבנה רב קומתי. לכאורה יש גג שטוח או מרפסת פתוחה וניתן להוסיף שם קומות או חדרים. כאמור השלד כנראה יחזיק את המשקל הנוסף בימים כתיקונם אולם כשחושבים על רעידות אדמה הסיפור לא כל כך פשוט. מבנים ותיקים סובלים משתי בעיות: האחת היא שהתקנים שחלו בעת בנייתם היו שונים מהתקנים דהיום, והשניה היא שהשלד העשוי בטון מזויין באופן טבעי הולך ונחלש עם השנים עקב היחלשות החומר וקורוזיה.
לפי הערכות, בישראל יש כ–810 אלף יחידות דיור שנבנו לפני כניסתו לתוקף של תקן הבנייה לרעידות אדמה (ת"י 413) בשנות ה–80. בשנת 2005 הוחלט לעודד חיזוק הנדסי של המבנה הקיים באמצעות מנגנון תמרוץ ליזמים ולדיירים בדמות תוספת שטחים וקומות למבנה (על פי תמ"א 38). התוצאה של תמרוץ זה ברב המקרים עקב נטייתו של שוק הבניה הישראלי לעבוד עם בטון ובלוקים היא שבד"כ מוסיפים עוד כשתים וחצי קומות של מבנה כבד על המבנה ובסיס המבנה כלומר תוספת משקל רב בחלק הגבוה של המבנה הקיים. 'בתמורה' לתוספת זו מבצעים חיזוק של העמודים ובסיס המבנה וסביר שרב המהנדסים עושים עבודתם נאמנה ולכן לוקחים בחשבון את תוספת המשקל לפי תקני החישוב ההנדסיים, ובכל זאת ההגיון ההנדסי אומר שככל שבחלק הגבוה של המבנה יהיה פחות משקל כך תעלה עמידות המבנה לרעידה. תוספת המשקל של קומות בשלד פלדה דק דופן תהיה עשירית מהמשקל של אותו מבנה בבטון ובלוקים. אם נוסיף לכך את יתרונות מהירות הביצוע, הפחתת כמות פסולת באתר, בידוד תרמי גבוה יותר נגלה שאפשרות זו של תוספות בבניה מתקדמת בשלד פלדה למבנים קיימים גם ירוקה יותר ואף יכולה להיות נוחה יותר לדיירים בבניין.
המחסום העיקרי בפני יישום יותר נרחב של שיטות בניה מתקדמות, ירוקות, ועמידות יותר הוא חוסר ידע וחששות מפני הבלתי מוכר הן בקרב הבונים והן אצל אדריכלים ומהנדסים. חששות והרגלים מובילים לשמרנות והצמדות למודלים מחשבתיים מיושנים גם אם אלו לא מוכיחים את עצמם מבחינה מדעית ולא מבחינת הניסיון. המשמעויות של בחירה בשיטת בניה יכולות להיות כמו שראינו לאחרונה הרות הגורל, במקרה הקיצון אך גם משפיעות על תפקוד המבנה כמו גם צריכת החומר והאנרגיה שלו לאורך חייו. ראוי כי מי שבונה או משפץ את ביתו יינסה לאמץ את אותן הדרישות לחדשנות בטיחות וחסכון באנרגיה שהוא דורש מהמכונית שלו. ברמה המערכתית, של גופי התכנון הרישוי וגם הכשרה של בעלי המקצוע בישראל, נדרשת פעולת עומק לריענון גישות תכנון וידע של אדריכלים מהנדסים מבצעים ויזמים כך שאלו יהיו מסוגלים לבחור מבין מגוון שיטות בניה ולא לקדש את הקונבנציה בשם השמרנות וההרגל.