فیلیپین آرنا، ساختمان یوتا استیت کپیتول، فرودگاه بین المللی صبیحه گوکچن، تایپه ۱۰۱، برج خلیفه و… از جمله ضد زلزله ترین ساختمان های جهان هستند که طبق اصول ساخت ساختمان ضد زلزله ساخته شده اند. در ادامه ی این مطلب به طور کامل راجع به زلزله و ساختمان های ضد زلزله صحبت کرده ایم.
عناوین اصلی این مطلب
زلزله چیست
زلزله در اثر واکنش صفحه های زمین با یکدیگر در اثر پدیده همرفت رخ میدهد و مقادیر بزرگی از امواج انرژی را از خود منتشر می نماید که با واحد ریشتر اندازه گیری میشود. شناخت این امواج و چگونگی کارایی آنها نقش بسزایی در پیاده سازی ساختمان های مقاوم در قبال زلزله دارد. حدودا همه درباره‌ی جنبش صفحه های تکنوتیک و شیوه اثر آنها بر هم آگاهند. زلزله ها وقتی اتفاق می‌افتد که این صفحه های تکنوتیکی با یکدیگر برخورد مینماید و در محل واکنش انرژی های مهیبی آزاد میشود.
بلایای طبیعی، همیشه یک تهدید جدی برای جان و مال انسان بوده اند. زمین لرزه یکی از مخرب ترین بلایای طبیعی است که میتواند سازه ها را تخریب کند و عواقب ویرانگری بسیاری را به همراه داشته باشد. بنابراین، در طراحی و ساخت سازه ها، به ویژه آسمان‌خراش‌ها، باید بارهای لرزه ای را در نظر گرفت تا بتوان از ویرانی های احتمالی جلوگیری کرد.
امروزه، با پیشرفت تکنولوژی، مهندسین و معماران توانسته اند ساختمان های ضد زلزله را طراحی و اجرا نمایند که باعث کاهش خسارت های احتمالی ناشی از زمین لرزه میشود. استفاده از مصالح و ساختارهای مقاوم در برابر لرزه و نیز به کارگیری تکنولوژی های پیشرفته، نقش مهمی در افزایش ایمنی ساختمان ها در برابر زلزله دارد.
ضد زلزله ترین ساختمان‌های جهان
فیلیپین آرنا
فیلیپین آرنا، بزرگ ترین استادیوم گنبدی شکل چند کاربری جهان است که در سال ۲۰۱۴ ساخته شد. این سازه به گروه مذهبی Iglesia Ni Cristo INC تعلق دارد و در منطقه گردشگری “سیوداد دی ویکتوریا” واقع در Bulacan فیلیپین قرار دارد. استادیوم دارای ۵۵ هزار صندلی است و به منظور برگزاری جشن صدسالگی این گروه ساخته شده است. با این حال، فیلیپین یک کشور زلزله خیز است و در گذشته زمین لرزه های بزرگی اتفاق افتاده که هزاران نفر را کشته و صدمات جدی به بناها و زیرساخت ها وارد کرده است.
با این وجود، فیلیپین آرنا به عنوان یکی از شگفت انگیزترین سازه های ضدزلزله شناخته میشود و توانسته است در مقابل زلزله های قوی مقاومت نشان دهد. این استادیوم با یک سقف عظیم که به ۱۶۵ متر در کوتاه ترین قسمت آن میرسد، برای مقابله با بادهای شدید حاصل از زمین لرزه و طوفان طراحی شده است.
برای ایجاد پایداری و ایمنی بیشتر، یک پایه مستقل با جداساز سربی لاستیکی (LRB) طراحی شده است که در صورت وقوع زلزله، انرژی را جذب کرده و حرکت سازه را به صورت یکنواخت پخش میکند. این سازه مهندسی زلزله، یک شاهکار معماری و مهندسی است که در مقابل فعالیت های لرزه ای و بروز سونامی ها، استحکام و ایمنی بسیار بالایی را ارائه میدهد.
ساختمان یوتا استیت کپیتول
سازه ی ساختمان یوتا استیت کپیتول این ساختمان دولتی به جهت حساس بودن در قبال زلزله در سال ۲۰۰۷ به سیستم عایق سازی مجهز شد که در برگیرنده ۲۸۰ جدا ساز پایه لاستیکی روکش دار میباشد که به صورت یک شبکه به کمک صفحه های فولادی در ادامه ساختمان نصب گردیده‌اند.
در صورت وقوع زمین لرزه، این جداساز‌های پایه به طور عمودی مقاوم گردیده و به ساختمان کمک مینمایند تا به آرامی به جلو و عقب حرکت نماید، این به آن معناست که پی ساختمان و نه خود بنا به آرامی جنبش مینماید و از تخریب بنا جلوگیری میشود.
فرودگاه بین المللی صبیحه گوکچن
فرودگاه بین المللی صبیحه گوکچن شهر استانبول در وسط سه صفحه تکتونیکی واقع شده است که هر لحظه میتوانند زمین لرزه ای بزرگ و ویرانگر را ایجاد نمایند. از این رو فرودگاه بین المللی صبیحه نه تنها میتواند در قبال زمین لرزه‌ای ۸ ریشتری مقاومت نماید، بلکه به گونه ای پیاده سازی و ساخته شده است که بعد از وقوع این چنین زلزله ای میتواند فورا فعالیت خود را از سر بگیرد. در این بنا از عایق های اصطکاکی سه گانه ای بکار گرفته شده که به ساختمان کمک مینمایند تا در طی وقوع زلزله سرپا باقی بماند
تایپه ۱۰۱
بنای تایپه ۱۰۱ که به مرکز تجاری جهانی تایپه نیز شهرت دارد، آسمان خراشی بنا شده در ناحیه تایپه در چین میباشد که در سال ۲۰۰۴ تحت عنوان یکی از مرتفع ترین ساختمان های عالم شناخته می‌شد. در ساخت این بنا از مقادیر زیادی دمپر یا تعدیل کننده ارتعاش یا میراگر برای مقاوت در قبال طوفان و زلزله ها استفاده شده میباشد.
در اطراف بالای این سازه گویی حجیم قرار گرفته که با استفاده از کابل های فولادی در بنا آویزان میباشد و در حین وقوع زلزله این توده آویزان مانند یک آونگ کار کرده و در جهت مخالف حرکت بنا جنبش مینماید و این چنین اثر ارتعاشات و انرژی زمین لرزه یا گردباد را خنثی مینماید. در واقع وسیع ترین میراگر دنیا با وزنی برابر ۷۳۰ تن در قلب این ساختمان قرار گرفته میباشد.
برج خلیفه
سازه ی ساختمان بلند خلیفه این مرتفع ترین بنای مصنوعی و ساخته شده توسط انسان که در دبی امارات واقع گردیده، توان تحمل زمین لرزه ای به شدت 5.5 تا 7 ریشتر را دارد. این بنا بخشی از توان بالای مقاومت در قبال لرزه های زمین را مدیون معماری اسلامی میباشد که با الهام از مناره های مارپیچ تشکیل شده‌است. زمین لرزه ای 9.5 ریشتری که در سال ۲۰۰۸ در کشور ایران رخ داد این ساختمان را نیز لرزاند، البته نتوانست به آن آسیبی وارد آورد.
ساختمان یوکوهاما
این سازه که دو‌مین ساختمان مرتفع در ژاپن به شمار میرود، در حوزه ای به شدت زلزله خیز واقع شده است، البته ژاپنی ها همیشه ساختمان های خود را به همه تجهیزات امنیتی زمین لرزه مجهز مینمایند. این سازه روی غلطک هایی درست شده تا در حین وقوع زمین لرزه، به جای لرزیدن، روی غلطک ها بلغزد. همینطور در ساخت این بنا مواد انعطاف پذیری مصرف شده تا در حالتی که زمین لرزه ای شدید رخ داد، ساختمان به جای ریزش و درهم خورد شدن، خمیده شود.
ساختمان بانک ایالات متحده آمریکا
این سازه که در لس آنجلس کالیفرنیا واقع شده یکی از مرتفع ترین سازه‌ها در ایالت زلزله خیز کالیفرنیا به شمار میرود، البته در عین حال به شکلی ساخته شده که قادر است در قبال زمین لرزه 3.8 ریشتری مقاومت نماید، یعنی زلزله ای شدید‌تر از زمین لرزه گسل سن‌آندریاس.
هرم ترانسمریکا
این هرم که مرتفع ترین آسمان خراش سانفرانسیسکو به شمار میرود نیز از توانایی های مقاومتی بالایی در برابر زمین لرزه برخوردار است. این هرم روی بنایی از فولاد و بتن تشکیل شده که میتواند در طی زلزله به جنبش درآید و از تخریب بنا دوری نماید.
همینطور از سازه های موربی در قسمت های مثلثی ساختمان مصرف شده تا تمام سازه مقاوم تر گردد. به کارگیری از همین تکنیک های معمولی تخفیف دهنده لرزه سبب شد تا این هرم در زمین لرزه 1.7 ریشتری سال ۱۹۸۹ به مقطع یک دقیقه مداوم بلرزد، ولی کوچک ترین آسیبی نبیند.
ساختمان های پتروناس
این دو ساختمان بلند که تا سال ۲۰۰۴ به عنوان بلند ترین ساختمان های دنیا شناخته میشدند، در کوالالامپور ساخته شده اند و بطور کامل ضد زلزله میباشند. طول پل میان این دو برج را میتوان در صورت نیاز کوتاه یا این که بلند کرد تا به این شکل باد نتواند فشار اضافی به برج ها وارد آورد.
ساختمان جنوبی وان رینکون هیل
این ساختمان بلند مسکونی نیز در سان فرانسیسکو واقع گردیده و برای مراقبت از آن در قبال زمین لرزه و بادهای شدید، در ساخت آن دمپر‌های آبی رنگ مصرف شده میباشد. این سازه همینطور از بست های مقاوم در قبال خمیدگی برخوردار است که به گونه ای پیاده سازی شده اند تا ساختمان بتواند در قبال بارهای جانبی چرخشی، عموما بارهای ناشی از زمین لرزه مقاومت نماید.
مرکز سیتی کورپ
مرکز سیتی کورپ این ساختمان اداری ضد زلزله در منهتن ایالات متحده تشکیل شده میباشد که در ابتدا چندان در برابر فشار ناشی از وزش باد مقاوم نبود. از این رو دمپر جرمی بتنی ۴۱۰ تنی برای تثبیت بنای داخلی این سازه به آن افزوده شد تا اثر فشار باد و زمین لرزه به کمک آن خنثی گردد.
اولین بنای ضد زلزله جهان
مقبره کوروش، یکی از قدیمی ترین سازه های مقاوم در برابر زلزله به شمار می‌آید. عظمت و شکوه این مقبره، نشان از دانش و مهارت بالای معماران و سازندگان آن دوران دارد. مقبره کوروش اولین بار توسط اسکندر مقدونی کشف شد و محل گنجینه های بسیار ارزشمندی بود که شامل تخته طلایی، جسد کوروش و اشیاء باارزش دیگر بود.
امروزه این مقبره یکی از جاذبه های گردشگری اصلی ایران است و هر ساله میلیون ها گردشگر از سرتاسر جهان به دیدن آن می‌آیند. مقبره کوروش، یکی از قدیمی ترین سازه های جهان، با وجود گذشت ۲۵۰۰ سال از ساخت آن، همچنان از تمام بلایا و زلزله ها سالم به در برده است. این سازه با استفاده از عایق های لرزه ای، بهترین ابزار برای محافظت در برابر زلزله استفاده میکند و معماری خاص آن به ساختمان امکان میدهد تا مستقل از فونداسیون خود حرکت کند.
با این حال، هنوز اطلاعات دقیقی درباره شدت زلزله هایی که در منطقه پاسارگاد رخ داده، وجود ندارد، اما با وجود همه این ابهامات، مقبره کوروش همچنان به عنوان یکی از مقاوم ترین سازه‌های معماری در برابر زلزله شناخته میشود و این نشان میدهد که کارآیی عایق های لرزه ای و معماری خاص این سازه، توانسته است آن را از ویرانی در مقابل زلزله ها نجات دهد.
انواع مختلف زلزله
زمین لرزه ها، اتفاقات طبیعی و پیش‌بینی ناپذیری هستند که ممکن است به طور ناگهانی رخ دهند. این رخدادها میتوانند آسیب های جدی به زیرساخت ها و جان های انسانی وارد کنند.
- زمین لرزه های تکتونیکی از نتیجهٔ حرکت صفحات تکتونیکی در زمین هستند و میتوانند خسارات و ویرانی های بزرگی ایجاد کنند. در حالی که زمین لرزه های آتشفشانی ناشی از فعالیت های آتشفشانی هستند و ممکن است باعث انفجارات، آبگیری و حرکت زمین شوند.
- زمین لرزه های فروریزشی نیز به دلیل فروریختگی و حرکت لایه های زمین اتفاق می‌افتد و میتواند مناطق گسترده ای را تحت تأثیر قرار دهد.
- زمین لرزه های انفجاری ناشی از انفجارهای هسته ای یا مواد منفجره هستند و معمولاً به صورت عمدی انجام میشوند. برای مقابله با این خطرات، اطلاعات کافی و برنامه ریزی مناسب میتواند به جلوگیری از خسارات بیشتر و حفاظت از جان و مال مردم کمک کند.
زمین لرزه چگونه باعث تخریب ساختمان میشود؟
زمین لرزه‌ها باعث وارد شدن امواج لرزه ای از همه سمت و در مدت زمانی خیلی کم به زمین و ساختمانی که روی آن ساخته شده، میشوند. با وجودی که بیشتر سازه های جدید احداث شده نیروهای کنترلگر عمودی دارند تا بتوانند وزن سازه و نیروی گرانش را تحمل کنند، ولی برای پایداری در برابر نیروهای جانبی حاصل از زمین لرزه، چندان کارایی ندارند. زمین لرزه چندین بار و نیروی افقی به سازه از جهت های گوناگون وارد میکند.
این نیروها موجب ایجاد ارتعاش در دیوارهای ساختمان شده و همچنین لرزش کف سازه، ستون ها، تیرها و اتصالاتی که آنها را محکم در سر جایشان نگه داشته اند، اتفاق می‌افتد. از طرفی قسمت پایین و بالای سازه با میزان متفاوتی از حرکت و تنش روبرو میشوند که همین مساله بیشتر ساختمان را مستعد تخریب میکند. در نهایت قاب پشتی سازه و ریزش کل یا قسمتی قابل توجه از آن، اتفاق می‌افتد.
چگونه یک ساختمان ضد زلزله ساخته میشود؟
مهندسان برای طراحی و اجرای ساخت یک ساختمان که در برابر زمین لرزه مقاوم تر باشد، از جهات گوناگون آن را تقویت مینمایند. به این شیوه که آنها راهکارهایی را برای اینکه اجزای ساختمان بتوانند با نیروهای ناشی از زلزله مقابله و آنها را تحمل کنند، بکار میگیرند تا سازه ای مقاوم ساخته شود. بعضی از این راهکارها در مراحل گودبرداری و پایدارسازی گود به صورت ایجاد پی مقاوم و برخی دیگر در روند اجرا و ساخت مد نظر قرار میگیرند.
یک رویکرد اساسی برای مقاوم سازی، این است که نیروی ناشی از زمین لرزه از هر سمت که به ساختمان وارد میشود، اجزای سازه بتوانند نیرویی در خلاف جهت آن تولید کنند. در این صورت دو بار یکدیگر را خنثی کرده و با نیروی مخرب مقابله میشود. در ادامه راهکارهای کاربردی برای احداث ساختمانی مقاوم در برابر زلزله را نام میبریم.
- ساخت فونداسیون انعطاف پذیر
در ساخت فونداسیون، برای مقاوم سازی ساختمانی که روی آن احداث میشود، میتوان روشی را بکار برد که ساختمان روی پدهای انعطاف پذیر قرار بگیرد تا بتواند در زمان وارد شدن نیروهای افقی، ارتعاش را تحمل کند. با این راهکار، پایه های ساختمان روی پدهایی انعطاف پذیر از جنس فولاد تعبیه میشود. در این صورت، نیروی زلزله باعث میشود ساختمان در جایش به نحوی حرکت کند که سالم بماند.
همچنین در اجرای فونداسیون باید تمامی مراحل اصولی اجرا شده و از مقدار مناسب میلگرد و بتن بطور صحیح و استاندارد استفاده شود. آرماتوربندی اصولی با استفاده از میلگردهای باکیفیت، مقاومت کششی بتن را افزایش میدهد که به مقاوم سازی کلی ساختمان کمک میکند.
- مقابله با نیروی زلزله با کمک میراگر
راهکار بعدی برای مقابله با بارهای ناشی از زمین لرزه، استفاده از میراگر است. در نواحی مستعد زمین لرزه، از نصب میراگر استفاده میشود تا مقدار لرزش سازه را کمتر کند. میراگر ابزاری است که موج های لرزشی را جذب کرده و به آرام تر و کاهش دادن آنها کمک میکند.
میراگر به 2 شیوه بکارگیری دستگاه کنترل ارتعاش یا میراگرهای پاندولی، نقش مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله را انجام میدهد. استفاده از این ابزار میتواند خسارت‌های جانی و مالی ناشی از زمین لرزه را تا حد زیادی کم میکند.
از مطالب دیگر ما بخوانید: بررسی رشته مهندسی معماری
- منحرف کردن انرژی ارتعاشات
یک روش دیگر برای مقابله با بار لرزشی حاصل از زلزله، استفاده از راهکار جدیدی است که با نام «شنل نامرئی» هم شناخته میشود. در این روش یک سپر تشکیل شده از 100حلقه پلاستیکی و بتنی که حول یک مرکز روی هم قرارگرفته اند، در عمق 3 فوت (یا بیشتر) زیر ساختمان تعبیه میشود. وقتی زلزله اتفاق می‌افتد، این حلقه ها قادر به هدایت و منحرف کردن انرژی وارد شده به سمتی دیگر هستند. بنابراین بارهای مخرب از طرف ساختمان به سمت بیرون تغییر مسیر داده و پراکنده میشوند.
- تقویت ساختار سازه
در کنار راهکارهای قبلی که گفته شد، بطور کلی یک ساختمان می بایست قادر به پخش یا توزیع کردن بارهای وارد شده ناشی از زلزله باشد. قسمت های مختلف سازه اعم از دیوارهای برشی، بخش های باربر جانبی و بادبند باید اصولی و به نحوی اجرا شوند که بتوانند به مقاوم سازی سازه در برابر امواج لرزشی کمک کنند.
در کنار استفاده از مصالح بتن و میلگرد باکیفیت و کافی برای ساخت سازه، استفاده از مهاربند در سازه های فولادی و قاب های مقاوم در برابر شوک های لحظه ای، روش های کاربردی خوبی برای ایجاد یک ساختمان مقاوم در برابر زلزله هستند.
زلزله چه اثری روی ساخت سازه ها داشته؟
پی بردن این که امواج زمین لرزه به صورت ترکیبی از تکانه های خطی، موجی، ضربه ای و کششی از پی به بدنه ساختمان وارد میشود و شروع به برآیند سازنده مینماید مهم ترین اصل در پیاده سازی ساختمان های مقاوم در برابر زمین لرزه در نقاط با پتانسیل وقوع زمین لرزه های شدید میباشد.
به این ترتیب مورد نیاز میباشد طراحان و سازندگان بناهای مختلف، به ویژه آسمان خراش ها و ساختمان بلند‌ها، همه بارهای متعلق به ارتعاشات و امواج نتایج از زلزله را در طی پیاده سازی و یا این که ساخت بناها در نظر داشته باشند.
اکثر نقاط دنیا، خصوصا بخش های زلزله خیز این مسأله را مد نظر قرار داده و ساختمان هایی پیاده سازی کرده اند که در قبال بارهای شدید لرزه ای دارنده مقاومت میباشند. همانطور که زلزله یک رخداد مخرب و خسارت بار است حوادث دیگری نظیر آتش سوزی هم بسیار زیانبار و خانه خراب کن است. البته همه بلایا چه طبیعی و چه غیر طبیعی قابل پیشگیری است.
مهندسین ساختمان برای پیشگیری از خرابی های ناشی از حادثه آتش سوزی، پوشش ضد حریق را در اسکلت بکار میبرند و مجموعه آذر ایستا پدرام سازه با سابقه چندین ساله خود در زمینه اجرای پوشش ضد حریق میتواند کمک کننده شما باشد. در ادامه مقاله با ما همراه باشید تا به معرفی 10 ساختمان مقاوم جهان و توضیح مختصری درباره تمهیدات ساخت آنها بپردازیم.
بیشتر بخوانید: همه چیز درباره گود برداری
جمع بندی
ساختمان های ضد زلزله، یکی از مهمترین و حیاتی ترین عوامل در زمینه مهندسی عمران است. این ساختمان ها با استفاده از اصول و تکنولوژی های خاصی ساخته میشوند تا در برابر زلزله ها مقاومت کنند. یکی از اصول اساسی ساخت ساختمان های ضد زلزله، استفاده از مواد ساختمانی انعطاف پذیر و توانایی جذب انرژی زلزله است.
همچنین استفاده از سیستم های تعلیقی و عایق های لرزه ای نیز به عنوان بخشی از این اصول مورد استفاده قرار میگیرند. ساختمان های ضد زلزله باید به گونه ای طراحی شوند که بتوانند نیروهای لرزه ای را به طور موثر تخلیه کرده و از تخریب شدن جلوگیری کنند.
