اهمیت استفاده از ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در برابر زلزله
از گذشته تا به امروز بشر توانسته است سازه‌های منحصربه‌فرد زیادی بسازد. آنچه در این سازه‌ها حائز اهمیت است، مقاومت آن‌ها در برابر حوادث طبیعی است. در این بین زمین‌لرزه یکی از مخرب‌ترین نیروهای طبیعی است که باعث به خطر افتادن جان افراد، ویرانی ساختمان‌ها و خسارت‌های مالی زیادی شده است. همین امر بر لزوم طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر تأکید دارد.
در نظر گرفتن بارگذاری ناشی از زلزله و تغییر شکل‌های ناشی از آن در ساختمان، در طراحی سازه، در بیشتر کشورها به یک نیاز معمول تبدیل شده است. در این بین استانداردهای طراحی خاص مصالح از قبیل فولاد، بتن، مصالح بنایی، چوب و غیره به‌صورت هماهنگ با استانداردهای حاکم بر شرایط بارگذاری توسعه یافته‌اند. همچنین مفهوم طراحی پیشرفته و سیستم‌های مقاوم در برابر بارهای جانبی توسط طراحان به‌طور گسترده‌تری پذیرفته شده است.
علاوه بر این، رویکرد طراحی مبتنی بر عملکرد نیز در طراحی برخی از ساختمان‌ها اعمال می‌شود اگرچه هنوز این مورد بخشی از استانداردها نیست. از آنجا که اکثر ساختمان‌ها بر اساس الزامات موجود در مقررات آیین‌نامه لرزه‌ای مانند استاندارد 2800 احداث نشده‌اند، مقاوم‌سازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود همچنان تقاضای زیادی دارد.
سرانجام می‌توان گفت با توجه به نیاز به انعطاف‌پذیری ساختمان‌ها در برابر زلزله، موضوع طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در طی چند سال اخیر بسیار موردتوجه قرار گرفته است. یک ساختمان خاص ساختمانی است که دارای مشخصات معماری یا سازه‌ای منحصربه‌فرد باشد.
مفهوم طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در برابر زلزله
فلسفه طراحی لرزه‌ای کنونی و به عبارتی طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر، بر ایمنی جان افراد در صورت وقوع زلزله‌های شدید تأکید دارد. از آنجا که ماهیت و وقوع زمین‌لرزه‌ها نامشخص است، لازم است سطوح مختلف شدت زلزله در طراحی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله، در نظر گرفته شود. این نیاز در سه سطح عملکرد سازه‌ای به شرح زیر بیان می‌شود:
- سازه باید در برابر زمین‌لرزه‌های کوچک بدون آسیب مقاومت کند.
- این سازه باید در برابر زلزله‌های متوسط و مکرر بدون هیچ‌گونه آسیب سازه‌ای مقاومت کند اما ممکن است آسیب غیر سازه‌ای محدودی نیز ببیند.
- این سازه نباید تحت زلزله‌های نادر و شدید ویران شود.
در اینجا قصد داریم به نمونه‌ای از ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در برابر زلزله اشاره کنیم. در آوریل 2005، در دانشگاه بریتیش کلمبیا و در مرکز تحقیقات مهندسی زلزله بخش مهندسی عمران، محققان یک قاب چوبی به شکل گنبد و به قطر 24 فوت (حدود 30/7 متر) را روی میز لرزان مورد آزمایش قرار دادند. محققان دانشگاه بریتیش کلمبیا، این مطالعه فنی را به‌منظور بررسی عملکرد ساختاری یک سازه گنبدی شکل چوبی مدولار در مناطق زلزله‌خیز انجام دادند و به بررسی مقاومت آن در برابر بار برف سنگین پرداختند. در این میز، چندین سناریوی زلزله شبیه‌سازی شد. در نهایت مشاهده شد که ساختار گنبدی شکل، سازه را قادر ساخته است که در برابر شبیه‌سازی زلزله بدون آسیب باقی بماند.
تعریف زلزله و شبیه سازی آن
هنگامی‌که دو صفحه زمین به‌طور ناگهانی از کنار یکدیگر عبور می‌کنند، انرژی آزاد می‌شود و امواج ناشی از زمین‌لرزه مانند موج ایجادشده ناشی از پرتاب سنگ در آب یک برکه تشعشع می‌یابد. این امواج، زمین را می‌لرزاند که ما به آن زلزله می‌گوییم. امواج زلزله پیچیده هستند اما می‌توان آن‌ها را در محیط‌های آزمایشگاهی شبیه‌سازی نمود مانند آزمایشگاه پیشرفته سازه پژوهشگاه بینالمللی زلزله ایران. این پژوهشگاه به دو مورد از تجهیزات اصلی از قبیل میز لرزان خطی و میز لرزش چند محوره مجهز هستند که به‌طور خاص برای آزمایش اثر سناریوهای مختلف زلزله بر روی سازه طراحی شده است.
بیان چند راهکار برای ساخت ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر
در سال 2014، مرکز معماری AIA نحوه ادغام مشخصات مهندسی زلزله با فرم‌های معماری معاصر را موردبررسی قرار داد. در این بررسی ساختمان‌های جدیدی مانند مرکز هنرهای نمایشی OMA، موزه معاصر یهود Libeskind، در سانفرانسیسکو و سنگاپور خانه انعکاس Hansha که مقاوم در برابر زلزله بود و استودیوی SKLIM مستقر در توکیو موردبررسی قرار گرفت تا ببینند چگونه روش‌های مختلف ساختمانی معاصر و سیستم‌های سازه‌ای، می‌تواند سازه‌های جدید را در برابر زلزله محافظت کند.
اصل طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها به‌منظور مقاومت در برابر زلزله شامل سازه‌های با جداگرهای لرزه‌ای، سازه‌های با میراگر جرمی تنظیم شونده، مصالح ساختمانی سبک و پی‌های تقویت‌شده برای جذب امواج لرزه‌ای است. در ساختمان‌های دارای جداگرهای لرزه‌ای، پایه سازه در ارتفاعی بالاتر از سطح زمین قرار می‌گیرد. این تکیه‌گاه قابلیت تغییر شکل بسیار بالایی دارد. در نتیجه در هنگام زلزله، جداگرها ارتعاش می‌کنند درحالی‌که سازه ثابت است یا با تغییر شکل کوچکی ارتعاش می‌کند.
استفاده از میراگر های لرزه ای
راهکار بعدی استفاده از میراگرهای لرزه‌ای است. این میراگرها با اتلاف انرژی، نیروهای ارتعاشی را مستهلک می‌کنند. محافظت از ساختمان‌ها در برابر امواج لرزه‌ای به‌جای مقابله با آن راهکار دیگری است که به آن پوشش نهان ساز لرزه‌ای گفته می‌شود. این سیستم متشکل از رینگ‌های بتنی و پلاستیکی هم‌مرکز است و حداقل یک متر عمق دارد. امواج لرزه‌ای پس از وارد شدن به رینگ در امتداد آن حرکت می‌کنند و از سمت دیگر خارج می‌شوند.
همه موارد فوق جزء ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در برابر زلزله محسوب می‌شوند. استفاده از دیوار برشی، انواع مهاربندها و سیستم قاب خمشی در ساختمان، از دیگر روش‌های مقاوم‌سازی ساختمان‌ها در برابر زلزله است. همچنین استفاده از مصالح ساختمانی استاندارد و نوین نیز به بهسازی ساختمان‌ها و مقاوم‌سازی آن‌ها در برابر زلزله کمک شایانی می‌کند.
نمونه‌هایی از رابطه معماری با طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر
با توجه به اینکه بسیاری از معماران در حال طراحی سازه‌های جدید در مناطق زلزله‌خیز هستند، ساختمان‌های زیر دارای اصول مهندسی و سیستم‌های پشتیبانی است که طراحی معاصر را با اصول حساس لرزه‌ای ترکیب می‌سازد.
- مثالی برای طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در برابر زلزله خانه تلویزیونی است. این خانه در بالای یک پی بتنی V شکل در بالای زمین و در ارتفاع 5 متری از سطح زمین واقع شده است. این پی تنومند به‌عنوان یک واحد جذب‌کننده زلزله طراحی شده است. در نتیجه یک خانه مقاوم در برابر زلزله با یک طراحی صنعتی زیبا ایجاد کرده است که می‌تواند در برابر فعالیت‌های لرزه‌ای استان اوزاکا ژاپن مقاومت کند.
- درحالی‌که منطقه مترو خلیج سانفرانسیسکو به دلیل سبک زندگی آرام، آب‌وهوای غبطه‌انگیز و مناظر بی‌نظیر از شهرت بسزایی برخوردار است اما این منطقه زمین‌لرزه‌های مکرری را تجربه می‌کند. واقعیتی که سبک معماری Fougeron مجبور بود هنگام طراحی خانه 440 به آن توجه کند. قاب خمشی فولادی این خانه از ستون‌ها و تیرهای نازکی ساخته شده است که پشتیبانی جانبی را در هنگام زلزله فراهم می‌کند.
نمونه ای کامل از طراحی ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر
- مرکز تحقیقات زیست‌شناسی تکاملی سلول‌های بنیادی رافائل وینولی با مساحت 80 هزار فوت مربع (حدود 7400 متر مربع) از شاهکارهای علم مهندسی محسوب می‌شود. این ساختمان علمی به‌صورت افقی در بالای شیب تند سایت قرار دارد و توسط خرپاهای فضایی مستقر در پایه‌های بتنی پشتیبانی می‌شود و به‌عنوان یک سیستم جداگر لرزه‌ای به‌منظور جذب نیروهای زلزله عمل می‌کند.
مثال‌های فراوانی برای ساختمان‌های خاص با سطح ایمنی بالاتر در برابر زلزله وجود دارد که بیان همه آن‌ها خارج از حوصله این مقاله است برای کسب اطلاعات بیشتر در این خصوص شما می‌توانید با متخصصان شرکت ارزیابی و تأمین ایمنی لرزه‌ای مأمن ایرانیان مشورت کنید.
