سازه‌های ضدزلزله: ساختمان‌هایی برای رویارویی با زمین‌لرزه
زلزله چیست و چگونه به ساختمان‌ها آسیب می‌زند؟
زمین‌لرزه نتیجهٔ آزاد شدن ناگهانی انرژی در پوستهٔ زمین است. این انرژی به صورت امواج لرزه‌ای در همه‌جهت منتشر می‌شود. وقتی این امواج به سطح زمین می‌رسند، باعث لرزش و حرکت آن می‌شوند. ساختمان‌هایی که روی این زمین در حال لرزش قرار دارند، مانند ماشینی که روی یک جادهٔ ناهموار حرکت می‌کند، به شدت تکان می‌خورند. این نیروهای جانبی می‌توانند باعث شکستن ستون‌ها، دیوارها و سقف‌ها شوند. برای درک بهتر، یک لیوان آب را روی میزی که به آرامی تکان می‌دهید، تصور کنید. اگر تکان‌ها شدید باشد، آب از لیوان بیرون می‌ریزد. یک سازهٔ ضدزلزله مانند لیوانی با دیواره‌های بلند و محکم است که مانع از ریختن آب (یا تخریب ساختمان) می‌شود.
اصول بنیادین در طراحی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله
مهندسان برای مقابله با نیروهای مخرب زلزله، چند اصل کلیدی را در طراحی ساختمان‌ها رعایت می‌کنند. این اصول به ساختمان اجازه می‌دهند انرژی زلزله را جذب کرده و بدون فروپاشی، تاب‌آوری کند.
| اصل طراحی | توضیح | مثال ساده |
|---|---|---|
| سادگی و تقارن | طرح‌های ساده و متقارن، نیروی زلزله را به طور یکنواخت در سراسر سازه توزیع می‌کنند. | هل دادن یک جعبهٔ مربعی بسیار راحت‌تر از هل دادن یک جسم با شکل عجیب و غریب است. |
| شکل‌پذیری | مصالح و اتصالات باید توانایی خم شدن و تغییر شکل بدون شکستن ناگهانی را داشته باشند. | یک شاخهٔ درخت جوان در طوفان خم می‌شود ولی نمی‌شکند، برخلاف یک چوب خشک که می‌شکند. |
| جرم کم | ساختمان‌های سبک‌تر، نیروی لرزه‌ای کمتری را جذب می‌کنند. | تکان دادن یک توپ پینگ پنگ بسیار آسان‌تر از تکان دادن یک توپ بولینگ است. |
| پیوند عمودی قوی | تمام بخش‌های ساختمان (از فونداسیون تا سقف) باید به خوبی به هم متصل باشند. | یک قلعهٔ شنی که با آب به خوبی به هم چسبیده باشد، در برابر امواج مقاوم‌تر است. |
فناوری‌های نوین در ساختمان‌سازی ضدزلزله
علاوه بر اصول پایه، فناوری‌های پیشرفته‌ای توسعه یافته‌اند که مانند کمک‌فنر برای ساختمان عمل می‌کنند. این فناوری‌ها انرژی زلزله را مستهلک کرده و لرزه‌های وارد به سازه را به شدت کاهش می‌دهند.
جداسازهای پایه۳: این فناوری مانند قرار دادن ساختمان روی بلبرینگ‌های غول‌پیکر است. ساختمان بر روی یک لایه از یاتاقان‌های لاستیکی و فولادی قرار می‌گیرد. هنگام زلزله، این لایه به آرامی می‌لرزد و حرکت شدید زمین را به ساختمان منتقل نمی‌کند. تصور کنید که روی یک تشک بادی ایستاده‌اید و کسی زمین زیر تشک را تکان می‌دهد؛ حرکت شما بسیار کمتر از حرکت زمین خواهد بود.
میراگرها۲: میراگرها یا دمپرها، همانند کمک‌فنرهای خودرو، انرژی لرزه‌ای را جذب و به گرما تبدیل می‌کنند. آن‌ها معمولاً به صورت قطری بین طبقات ساختمان نصب می‌شوند. در یک آزمایش ساده، اگر یک سر حاکم پلاستیکی را ثابت نگه دارید و سر دیگر را به سرعت بلرزانید، حاکم می‌لرزد. اما اگر یک تکه خمیر بازی را در وسط حاکم قرار دهید، لرزش آن بسیار سریع‌تر متوقف می‌شود. خمیر بازی در اینجا نقش یک میراگر ساده را ایفا می‌کند.
مصالح ساختمانی: از بتن مسلح تا قاب‌های فولادی
انتخاب مصالح مناسب، نقش حیاتی در مقاوم‌سازی ساختمان دارد. بتن مسلح و فولاد از پرکاربردترین مصالح هستند زیرا شکل‌پذیری خوبی از خود نشان می‌دهند.
| مصالح | مزایا در برابر زلزله | کاربرد معمول |
|---|---|---|
| قاب‌های فولادی | شکل‌پذیری و استحکام بسیار بالا | ساختمان‌های بلندمرتبه، پل‌ها |
| بتن مسلح | مقاومت فشاری خوب (بتن) + مقاومت کششی عالی (میلگرد) | اکثر ساختمان‌های مسکونی و اداری |
| چوب | سبک‌وزن و دارای انعطاف‌پذیری طبیعی | ساختمان‌های کوتاه‌مرتبه در برخی مناطق |
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
خیر، این یک باور غلط رایج است. هدف اصلی این سازه‌ها این نیست که کاملاً ثابت بمانند، بلکه هدف این است که در حین تکان خوردن، آسیب ساختاری جدی نبینند و فرو نریزند. آن‌ها طوری طراحی شده‌اند که "زنده" بمانند.
نه لزوماً. اگر این دیوارها به درستی طراحی و اجرا نشوند، حتی می‌توانند خطرناک باشند. ممکن است ساختمان را بسیار سخت کنند و باعث جذب نیروی لرزه‌ای بیشتری شوند یا به دلیل عدم شکل‌پذیری، به صورت ناگهانی شکسته و فرو بریزند. مقاوم‌سازی باید توسط مهندسان خبره انجام شود.
همیشه اینطور نیست. ساختمان‌های بلندمرتبه‌ای که با اصول مهندسی صحیح و با استفاده از فناوری‌هایی مانند میراگر و جداساز پایه ساخته شده‌اند، می‌توانند به اندازهٔ ساختمان‌های کوتاه یا حتی بیشتر، در برابر زلزله مقاوم باشند. رفتار این دو نوع سازه در برابر امواج لرزه‌ای مختلف، متفاوت است.
پاورقی
۱ سازه‌های ضدزلزله (Earthquake-Resistant Structures)
۲ میراگر (Damper)
۳ جداسازی پایه (Base Isolation)
۴ شکل‌پذیری (Ductility)
۵ بزرگی گشتاوری (Moment Magnitude Scale - Mw)
