در بسیاری از نقاط جهان با فعالیت‌های لرزه‌ای مکرر، ساخت سازه‌های مقاوم در برابر زلزله در حال حاضر عملی رایج است. در حالی که ژئوفیزیکدانان و زلزله شناسان پیشرفت های بزرگی در سیستم های هشدار اولیه داشته اند، آنها هنوز نمی توانند دقیقاً مکان، زمان و شدت زلزله را پیش بینی کنند.
همانطور که پوسته زمین دائماً تغییر می کند، مناطق لرزه ای جدید ممکن است ظاهر شوند و مناطق قدیمی ممکن است جابجا و تغییر کنند. بنابراین، همه جوامع می توانند از دانش فناوری ساختمان های مقاوم در برابر زلزله بهره مند شوند.
دسترسی سریع
چرا سازه ها در زلزله ترک می خورند؟
زمین لرزه زمانی رخ می دهد که صفحات تکتونیکی در لیتوسفر زمین بر هم سایش می کنند و سپس به طور ناگهانی جابجا می شوند. این جابجایی انرژی عظیمی را تولید می کند که از مرکز زمین لرزه در امواج متحدالمرکز از طریق زمین حرکت می کند.
سپس این امواج در میان سازه‌ها در هر دو موج عمودی و افقی حرکت می‌کنند و پایه‌ها، دیوارها و اتصالات بین مواد را تحت فشار قرار می‌دهند. بیشتر سازه ها برای مقابله با نیروهای عمودی مانند گرانش و وزن خود طراحی شده اند. آنها در زلزله عمدتاً به دلیل نیروهای افقی هستند که قوانین ساختمانی معمولی آن را در نظر نمی گیرند.
همچنین می توانید خرابی سازه را از نظر هارمونیک مشاهده کنید. تمام اجسام فیزیکی در هنگام اعمال نیرو با سرعت معینی ارتعاش می کنند. هنگامی که ارتعاش امواج لرزه ای با فرکانس هارمونیک سازه مطابقت داشته باشد، ارتعاش تقویت می شود.
در زلزله برخی از خسارت ها فوری، فاجعه آمیز و آشکار است. آسیب های دیگر می تواند موذیانه تر باشد. به عنوان مثال، ارتعاش لرزه ای می تواند سقف را جدا کند، ماده ای که آب را از نقاط اتصال آسیب پذیر در سقف دور می کند. سپس آب می تواند وارد سازه شود (گاهی بدون توجه) و بعداً باعث آسیب شود.
ترک های ظریفی که می توانند در ستون ها یا تیرها ظاهر شوند نمونه دیگری هستند. این شکاف ها ممکن است برای چشم انسان قابل مشاهده نباشند، اما حضور خود را در زمان وقوع فاجعه طبیعی بعدی آشکار می کنند.
پیشنهاد می‌کنیم مطلب همه‌چیز درباره ساختمان های ضد زلزله ژاپن، را از ما بخوانید.
روش های مقاومت در برابر زلزله
روش های مقاوم سازی سازه در برابر زلزله شامل انحراف، جذب، انتقال یا توزیع ارتعاشات ناشی از فعالیت لرزه ای است. این روش ها با طراحی ساختمان وارد بازی می شوند. یک رویکرد جامع تر و فعال تر، طراحی لرزه ای است. این فرآیند قبل از شروع طراحی ساختمان، هم سایت و هم منطقه اطراف را تجزیه و تحلیل می کند.
علاوه بر تجزیه و تحلیل ویژگی های زمین شناسی سایت، سایر خطرات لرزه ای و انواع دیگر بلایا در نظر گرفته شده است. به عنوان مثال، چه فناوری ارتباطات یا سایر خدمات برقی ممکن است مختل شود؟ ساختمان های مجاور چگونه ممکن است بر ساختمان جدید تأثیر بگذارند یا تحت تأثیر قرار گیرند؟ آیا توده‌های آبی مجاور می‌توانند از طریق سونامی باعث سیل شوند؟
همه این ملاحظات به تعیین اولویت‌ها کمک می‌کنند و از تکنیک‌های مقاومت لرزه‌ای استفاده می‌کنند. این رویکرد کل نگر دارای مزیت افزوده سخت‌سازی ساختمان‌ها در برابر تهدیدات دیگر، از تروریسم گرفته تا بادهای پرسرعت است.
جهت دریافت خدمات در زمینه طراحی ویلا، با کارشناسان ما در استودیو زمان در تماس باشید.
تکنیک های مقاومت در برابر زلزله برای محافظت از ساختمان ها و ساکنان در برابر تهدیدات لرزه ای
سیستم های پایش محیطی و هشدار اولیه به طور مداوم در حال بهبود هستند و ممکن است به موثرترین راه برای محافظت از ساکنان ساختمان ها در برابر تهدیدات لرزه ای تبدیل شوند. با این حال، چالش‌های استقرار 5G همچنان راه‌حل‌های مرتبط با ارتباطات را در مناطق روستایی و کم‌درآمد مهار می‌کند. بنابراین، ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله از اهمیت بالایی برخوردار است.
مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله از خاک زیر آن شروع می شود. خاک های نرم و سیلتی در هنگام زلزله مستعد روان شدن هستند. روانگرایی زمانی است که خاک به طور موقت مانند یک مایع رفتار می کند. خاک های نرم نیز می توانند ارتعاشات را تقویت کنند. هر سازه ای در چنین خاکی در معرض خطر است. یک ساختمان مقاوم در برابر زلزله بهتر است روی زمین محکم قرار گیرد.
هنگامی که سازه‌های موجود روی زمین جامد قرار نگرفته‌اند، می‌توان از تکنیک‌های اختلاط عمیق و تراکم تزریقی برای محافظت از آنها در برابر تهدیدات لرزه‌ای استفاده کرد. تزریق تراکمی شامل افزودن مواد سیمان مانند به خاک اطراف پایه ها و تحت فشار قرار دادن آن است. اختلاط عمیق شامل قرار دادن دیافراگم ها در اطراف پایه و یک لایه غیرقابل نفوذ و سپس پمپاژ آب زیرزمینی داخل دیافراگم است.
بیشتر بخوانید: سقف کاذب چیست
کجا می توان از تکنیک های مقاومت در برابر زلزله در یک ساختمان استفاده کرد
تکنیک‌های مقاومت در برابر زلزله را می‌توان در سرتاسر ساختمان، از پی تا پشت بام و بیرونی تا داخلی مورد استفاده قرار داد. تکنیک خاص به نوع کنترل ارتعاش ایده آل برای آن مکان بستگی دارد.
- جداساز پایه به فونداسیون اجازه می دهد تا جدا از سازه اصلی ساختمان حرکت کند. این انعطاف پذیری از ورود بیشتر ارتعاشات لرزه ای به سازه جلوگیری می کند.
- میراگرهای لرزه ای را می توان در سرتاسر پی و سازه برای جذب ارتعاشات ناشی از نیروهای زلزله استفاده کرد. دمپرها انواع مختلفی دارند. به عنوان مثال، دمپرهای چسبناک از هیدرولیک برای اتلاف انرژی استفاده می کنند. یک دمپر جرمی تنظیم شده از وزن در بالای یا در نقاط بحرانی در سراسر سازه برای مقابله با حرکت زمین استفاده می کند. دمپرهای اصطکاکی مانند ترمز در اکثر خودروها هستند و حرکت را به گرما تبدیل می کنند.
- تقویت‌کننده‌های سازهای، ارتعاشات را برای کاهش تأثیر آنها منتقل یا توزیع می‌کنند. به عنوان مثال دیوارهای برشی ارتعاشات را به پی منتقل می کنند. طبقات و سقف هایی که به صورت دیافراگم ساخته شده اند، ارتعاشات را در سراسر ساختار افقی و در ساختارهای عمودی قوی تر توزیع می کنند. قاب‌های مقاوم در برابر لحظه به نقاط اتصال کمک می‌کنند در حالی که به ستون‌ها و تیرها اجازه می‌دهند بدون آسیب حرکت کنند.
عناصر غیرسازه ای ساختمان نیز می توانند صدمات قابل توجهی در هنگام زلزله ایجاد کنند. در واقع، یک مطالعه در نیوزیلند نشان داد که در حالی که عناصر ساختاری شکست خورده بیشترین تلفات را به همراه داشت، عناصر غیرسازه‌ای آسیب‌دیده به طور تصاعدی صدمات بیشتری را ایجاد کردند. عناصری که بیشترین آسیب را به وجود آوردند مبلمان، قفسه بندی، سقف های کاذب و تجهیزات تهویه مطبوع و کانال کشی بودند.
مطلب اصول و بهترین ایده های استفاده از چمن مصنوعی در آپارتمان را از ما بخوانید.
مصالح ساختمانی جدید برای ساخت و سازهای مقاوم در برابر زلزله
بهترین مصالح ساختمانی مقاوم در برابر زلزله یک ویژگی مشترک مهم دارند: شکل پذیری بالا. شکل پذیری به توانایی مواد برای حرکت و تغییر شکل بدون شکستن یا از دست دادن استحکام اشاره دارد. به طور سنتی، فولاد و چوب بهترین و رایج ترین مصالح مقاوم در برابر زلزله هستند.
بنایی و بتن کمترین شکل پذیری را دارند. متأسفانه، بسیاری از ساختمان‌های ساخته شده قبل از دهه 1950 دقیقاً از این مصالح استفاده می‌کردند. تقویت یا بسته‌بندی بنایی و بتن می‌تواند چنین پایه‌ها و سازه‌هایی را در هنگام زلزله مستحکم کند، که مصالح جدید به طور فزاینده‌ای امکان‌پذیر می‌شوند.
بیشتر بخوانید: سنگ اسلب چیست؟
مواد جدید
دانشمندان و مهندسان در حال توسعه مصالح ساختمانی جدید برای ساخت و سازهای مقاوم در برابر زلزله هستند. این مواد از آلیاژهای حافظه دار تا شنل های نامرئی تا الیاف ایجاد شده از ابریشم مصنوعی عنکبوت را شامل می شود.
- آلیاژهای حافظه دار (SMA) فلزات ساخته شده ای هستند که فقط در زمان سرد تغییر شکل می دهند و پس از گرم شدن به شکل اولیه خود باز می گردند. “سرما” در این مورد می تواند تا -100 درجه سانتیگراد (-148 فارنهایت) باشد. SMA ها بسیار انعطاف پذیر هستند و به دلیل توانایی آنها در دفع گرما، یک اثر میرایی ایجاد می کنند.
- شنل های نامرئی لرزه ای حلقه های متحدالمرکزی از مواد هستند که پی ساختمان را احاطه کرده اند. این حلقه ها امواج لرزه ای را در اطراف ساختمان ها منحرف می کنند. دانشمندان هنوز در حال آزمایش برای یافتن مواد ایده آل (پلاستیک، فلز، درختان و غیره) و پیکربندی برای ایجاد این حلقه ها هستند. اشکال این روش این است که ارتعاشات را به سادگی جابجا می کند به جای از بین بردن آنها. خطرات برای املاک اطراف باقی می ماند.
- ابریشم عنکبوت بسیار کشسان است و در عین حال قوی تر از فولاد است. پسرعموی مصنوعی آن ویژگی‌های مشابهی را نشان می‌دهد و سازندگان برای تکمیل آن تلاش می‌کنند. کاربرد دقیق در ساخت و ساز هنوز مشخص نشده است. کاربردهای نظری مرتبط با ساخت و ساز شامل شبکه های برق، شبکه های داده، روکش ساختمان، داربست و قاب ها می باشد.
تکنیک های مبتنی بر فناوری برای ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله
فناوری جدید نقش مهمی در گسترش درک ما از زلزله و توسعه راه حل های خلاقانه برای ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله ایفا می کند. مقاوم‌سازی لرزه‌ای، تحلیل لرزه‌ای و سنسورهای لرزه‌ای جنبه‌های این فرآیند هستند.
اهمیت مقاوم سازی لرزه ای
به گفته محققان دانشگاه فناوری جورجیا، «ساختمان‌های بتنی غیرقابل رسانا از متداول‌ترین سازه‌ها در ایالات متحده هستند» و مرگبارترین آنها هستند. ساختمان‌های قدیمی‌تر ممکن است در زمان ساخت خود از مزایای آیین‌نامه‌های ساختمانی لرزه‌ای برخوردار نبوده و بنابراین نیاز به مقاوم‌سازی لرزه‌ای دارند. مقاوم سازی لرزه ای برای محافظت از افراد و اموال در مناطق لرزه خیز بسیار مهم است.
این موضوع بیشتر از پایه ها، دیوارها و سقف ها است. خطوط برق (برق، داده، آب و گاز) و نحوه تاثیرگذاری آنها توسط زلزله را در نظر بگیرید. اگر ساختمان جابجا شود، خطوط گاز ممکن است از هم جدا شده و بشکنند، معمولاً در نقاط اتصال، اما گاز به جریان خود ادامه می‌دهد و فضا را پر می‌کند. افراد حاضر در فضا در معرض خطر استنشاق گاز هستند، در غیر این صورت گاز ممکن است مشتعل شود. بهسازی خطوط گاز ممکن است به چندین روش برای حداکثر ایمنی نیاز داشته باشد، از جمله شیرهای قطع کننده گاز و اتصالات انعطاف پذیر.
بسیاری از تکنیک هایی که قبلا ذکر شد را می توان برای سازه های موجود برای محافظت از آنها در برابر تهدیدات لرزه ای به کار برد. رایج ترین مقاوم سازی ها شامل تقویت اتصالات بین عناصر ساختمان، افزودن قاب های فولادی و جداسازی پایه است. نوسازی می تواند شامل فناوری های جدید دیگری مانند بهره وری انرژی و آب، کنترل کیفیت هوا، کابل کشی و فیبر نوری باشد.
همچنین شایان ذکر است که همه ساختمان ها کاندیدای مناسبی برای مقاوم سازی نیستند. با کمک یک طراحی لرزه ای، ممکن است متوجه شوید که برداشتن ساختمان قدیمی و ساخت یک ساختمان جدید مقرون به صرفه تر است.
در صورت تمایل برای آشنایی با بهترین سیستم سرمایش و گرمایش ساختمان، مطلب آن را بخوانیذ.
تحلیل لرزه ای
مهندسان سازه از تحلیل لرزه ای در مهندسی زلزله برای پیش بینی نحوه عملکرد یک سازه در طول فعالیت لرزه ای استفاده می کنند. در حالی که کدهای ساختمان لرزه ای ممکن است مشخص کنند که کدام نوع تحلیل در مناطق خاص مورد نیاز است، مهندسان از مدل های مختلفی برای ارزیابی کامل استفاده می کنند.
مدل‌های موجود عبارتند از تحلیل استاتیکی معادل، تحلیل طیف پاسخ، تحلیل دینامیکی خطی، تحلیل استاتیکی غیرخطی و تحلیل دینامیکی غیرخطی. هر نوع تحلیل از مدل سازی کامپیوتری برای محاسبات پیچیده استفاده می کند. با داده‌های کافی حسگر لرزه‌ای، هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی می‌توانند خطرات، گسل‌های ساختاری و حتی خطوط گسل ظریف را شناسایی کنند که انسان‌ها نمی‌توانند.
سنسورهای لرزه ای و سیستم های هشدار دهنده
پایش فعالیت های لرزه ای هم برای ارائه داده های مهندسین سازه در مورد ویژگی های زمین شناسی سایت و هم برای بهبود سیستم های هشدار اولیه مهم است. همانطور که قبلاً ذکر شد، پیش‌بینی زلزله یک علم دقیق نیست، اما ارسال هشدارها هنگام وقوع زلزله امکان پذیرتر است. ثانیه ها در رساندن مردم به مکان امن، به ویژه برای کسانی که از کانون زلزله دورتر هستند، تفاوت ایجاد می کند.
حسگرهای مبتنی بر اقیانوس همچنین می توانند زمین لرزه های زیر آب را برای پیش بینی سونامی و ارسال هشدارهایی که شامل ارتفاع موج و زمان رسیدن است، شناسایی کنند. هنگامی که تونگا در ژانویه 2022 فوران کرد و سونامی را به سراسر جهان فرستاد، اداره ملی جو اقیانوسی ایالات متحده یک توصیه سونامی صادر کرد. مناطق ساحلی اطلاعات را دریافت کردند و قبل از رسیدن موج آماده شدند.
عبارت “سنسورهای لرزه ای” یک لرزه نگار قدیمی قلمی و آونگی را تداعی می کند که حرکت زمین را بر روی کاغذ رونویسی می کند. با این حال، سنسورهای لرزه ای راه طولانی را طی کرده اند و برای سنجش فرکانس های مختلف برای کاربردهای مختلف متنوع شده اند. این حسگرها به طور فزاینده ای در حال ایجاد یک شبکه اینترنت اشیاء متکی به محاسبات لبه هستند.
رایانش لبه، بر خلاف رایانش ابری، پردازش و ذخیره سازی داده ها را به صورت فیزیکی به کاربران نزدیک می کند تا سرعت و استفاده از پهنای باند را کاهش دهد. اکوسیستم لبه به خدمات اینترنتی قوی و قابل اعتماد نیاز دارد، مانند ارسال هشدار و هماهنگی بازیابی بلایا پس از زلزله.
مقاومت کل نگر در برابر زلزله
مقاومت در برابر زلزله نیازمند رویکردی جامع و منسجم است که از آخرین روندهای فناوری در چندین جبهه استفاده می کند. فناوری ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله، پایش لرزه‌ای، سیستم‌های هشدار اولیه و واکنش به بلایای طبیعی همگی در یک سیستم وجود دارند و باید مطابق با آن رفتار شود. این رویکرد جان انسان ها را نجات می دهد و از اموال محافظت می کند.
بیشتر بخوانید: همه‌چیز درباره شاهکار معماری برج خلیفه
جمع بندی
علاوه بر تجزیه و تحلیل ویژگی های زمین شناسی سایت، سایر خطرات لرزه ای و انواع دیگر بلایا در نظر گرفته شده است. در زلزله برخی از خسارت ها فوری، فاجعه آمیز و آشکار است. آسیب های دیگر می تواند موذیانه تر باشد. به عنوان مثال، آب می تواند وارد سازه شود (گاهی بدون توجه) و بعداً باعث آسیب شود.
مقاوم سازی ساختمان ها در برابر زلزله از خاک زیر آن شروع می شود. خاک های نرم و سیلتی در هنگام زلزله مستعد روان شدن هستند. روانگرایی زمانی است که خاک به طور موقت مانند یک مایع رفتار می کند. خاک های نرم نیز می توانند ارتعاشات را تقویت کنند. هر سازه ای در چنین خاکی در معرض خطر است.
سوالات متداول
راه حل های مقابله با زلزله چیست؟
ما نمی‌توانیم از وقوع زلزله‌های طبیعی جلوگیری کنیم، اما می‌توانیم با شناسایی خطرات، ساختن سازه‌های ایمن‌تر و ارائه آموزش در مورد ایمنی در برابر زلزله، اثرات آن را به میزان قابل توجهی کاهش دهیم. با آماده شدن برای زلزله های طبیعی می توانیم خطر زلزله های ناشی از انسان را نیز کاهش دهیم.
چه شکل ساختمانی برای زلزله بهتر است؟
مثلث ها بهترین شکل پایدار برای ساختمان های مقاوم در برابر زلزله هستند.
بهترین پایه برای زلزله چیست؟
برای سختی، استحکام و شکل‌پذیری، بتن مسلح فولادی یک ماده پایه عالی برای طراحی خانه‌های مقاوم در برابر زلزله است. در مقایسه با سایر مصالح ساختمانی رایج، ICF به طور مداوم از سایر گزینه ها بهتر عمل می کند.