برای طراحی یک ساختمان ضد زلزله، مهندسان می‌بایست سازه را
تقویت کرده تا با نیروهای وارده هنگام زلزله مقابله کند. از آنجایی که زمین لرزه
انرژی‌ای که آزاد می‌کند در یک جهت به ساختمان فشار می‌آورد، استراتژی این است که
ساختمان در جهت مخالف فشار وارد کند. در اینجا برخی از روش‌هایی که برای کمک به
مقاومت ساختمان‌ها در برابر زلزله استفاده می‌شود، آورده شده است.
۱- پی ریزی منعطف انجام دهید.
یکی از راه‌های مقاومت در برابر نیروهای
زمینی، «بلند کردن» پایه‌های ساختمان از زمین است. جداسازی پایه شامل ساخت یک
ساختمان بر روی لنت‌های انعطاف پذیر ساخته شده از فولاد، لاستیک و سرب است. هنگامی
که پایه در هنگام زلزله حرکت می‌کند، جداکننده ها به ارتعاش در می‌آیند در حالی که
خود سازه ثابت می‌ماند. این روش به طور موثری به جذب امواج لرزه‌ای و جلوگیری از
حرکت آنها در ساختمان کمک می‌کند.
۲-
شمارنده نیروها با دامپینگ
همانطور که می‌دانیم داخل ماشین‌ها
کمک فنر به کار رفته است. با این حال، ممکن است برایتان جالب باشد که مهندسان از کمک
فنرها برای ساخت ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله نیز استفاده می‌کنند. کمک فنرها
مشابه کاربردشان در خودروها، شدت امواج های یهویی را کاهش می‌دهند و به کاهش سرعت
ساختمان ها کمک می‌کنند. این امر به دو روش انجام می‌شود: دستگاه‌های کنترل کنندۀ
ارتعاش و دمپرهای پاندولی.
دستگاه‌های کنترل کنندۀ ارتعاش
روش اول شامل قرار دادن دمپرها در هر سطح از ساختمان بین
ستون و تیر است. هر دمپر از سر پیستون در داخل یک سیلندر پر از روغن سیلیکون تشکیل
شده است. هنگامی که زلزله رخ می‌دهد، ساختمان انرژی ارتعاشی را به پیستون ها منتقل
می‌کند و به روغن فشار می‌آورد. انرژی به گرما تبدیل می‌شود و نیروی ارتعاشات را
از بین می‌برد.
نیروی پاندولی
یکی دیگر از روش‌های دامپینگ، نیروی پاندولی است که عمدتاً
در آسمان خراش ها استفاده می‌شود. در این روش مهندسان یک توپ بزرگ را با کابل های
فولادی با سیستم هیدرولیک در بالای ساختمان آویزان می‌کنند. هنگامی که ساختمان
شروع به نوسان می‌کند، توپ مانند یک آونگ عمل کرده و در جهت مخالف حرکت می‌کند تا
جهت را ثابت کند. مانند دامپینگ، این ویژگی‌ها به گونه‌ای تنظیم شده‌اند که در
صورت وقوع زلزله با فرکانس ساختمان همسو شوند و آن را خنثی کنند.
۳- از ساحتمان ها در برابر ارتعاشات محافظت کنید.
به جای صرفاً مقابله با نیروها، محققان در حال آزمایش روش‌هایی هستند که ساختمان‌ها می‌توانند انرژی ناشی از زلزله را به طور کلی منحرف کرده
و مسیر آنها را تغییر دهند. این نوآوری که "شنل(cloak) نامرئی لرزه‌ای"
نامیده می‌شود، شامل ایجاد محوطه‌ای از 100 حلقه پلاستیکی و بتنی متحدالمرکز و دفن
آن حداقل در سه فوت زیر پایه ساختمان است.
با ورود امواج لرزه‌ای به حلقه ها، برای انتقال راحت تر آنها به حلقه‌های بیرونی مجبور می‌شوند حرکت کنند. در نتیجه، اساساً از ساختمان دور شده و در صفحات داخل زمین پخش می‌شوند.
۴- تقویت ساختار ساختمان
برای مقاومت در برابر ریزش، ساختمان ها باید نیروهایی را که
در حین زلزله از خود عبور می‌دهند، دوباره توزیع کنند. دیوارهای برشی، تقویت کننده‌های
متقاطع، دیافراگم‌ها و قاب‌های خمشی برای تقویت یک ساختمان، مرکزی هستند.
دیوارهای برشی یک فناوری ساختمانی مفید است که به انتقال نیروهای
زلزله کمک می‌کند. این دیوارها که از پنل ساخته شده‌اند به ساختمان کمک می‌کنند تا
شکل خود را در طول حرکت حفظ کند. دیوارهای برشی اغلب توسط تقویت کننده‌های عرضی مورب پشتیبانی می‌شوند. این تیرهای فولادی توانایی
پشتیبانی از فشار و کشش را دارند که به مقابله با فشار و هل دادن نیروها به فونداسیون
کمک می‌کند.
دیافراگم ها بخش مرکزی ساختار یک ساختمان هستند. دیافراگم‌هایی
که از طبقات ساختمان، سقف و تراس قرار گرفته روی آنها تشکیل شده‌اند، به حذف تنش
از کف و هل دادن نیرو به سمت ساختارهای عمودی ساختمان کمک می‌کنند.
قاب‌های مقاومت لحظه‌ای انعطاف پذیری بیشتری در طراحی
ساختمان ایجاد می‌کنند. این سازه در میان اتصالات ساختمان قرار می‌گیرد و اجازه می‌دهد
تا ستون ها و تیرها خم شوند در حالی که اتصالات صلب باقی می‌مانند. بنابراین،
ساختمان قادر است در برابر نیروهای بزرگتر زلزله مقاومت کند و در عین حال به
طراحان آزادی بیشتری برای چیدمان عناصر ساختمانی بدهد.
مواد مقاوم در برابر
زلزله
در حالی که کمک فنرها، آونگ ها، و "شنل‌های نامرئی"
ممکن است تا حدی به دفع انرژی کمک کنند، مواد مورد استفاده در یک ساختمان به همان
اندازه مسئول پایداری آن هستند.
فولاد و چوب
برای اینکه یک مصالح ساختمانی در برابر تنش و لرزش مقاومت
کند، باید شکل پذیری بالایی داشته باشد – توانایی تحمل تغییر شکل‌های بزرگ و تنش را داشته باشد. ساختمان‌های مدرن اغلب با فولاد سازه‌ای ساخته می‌شوند - جزئی از فولاد که در
اشکال مختلفی وجود دارد و به ساختمان‌ها اجازه می‌دهد بدون شکستگی خم شوند. چوب نیز
به دلیل استحکام بالا نسبت به ساختار سبک وزنش، یک ماده انعطاف پذیر شگفت انگیز
است.
مصالح جدید
دانشمندان و مهندسان در حال توسعۀ مصالح ساختمانی جدید با قابلیت
حفظ شکل بیشتری هستند. نوآوری‌هایی مانند آلیاژهای shape-memory که این قابلیت
را دارند که هم فشارهای سنگین را تحمل کنند و هم به شکل اولیه خود بازگردند، در
حالی که روکش‌های پلاستیکی تقویت شده با الیاف - ساخته شده از انواع پلیمرها - می‌تواند در اطراف ستون ها پیچیده شود و تا 38٪ استحکام و شکل پذیری را افزایش دهد.
مهندسان به عناصر طبیعی نیز روی می‌آورند. الیاف با ویژگی‌های
منحصر به فرد این زمینه قابلیت‌های خوبی از خود نشان داده‌اند.
بامبو و متریال بدست
آمده از پاپ سه بعدی نیز می‌توانند به عنوان سازه‌های سبک وزن و در هم تنیده با شکل‌های
گسترده عمل کنند که به طور بالقوه می‌توانند حتی مقاومت بیشتری را برای ساختمان ها
ایجاد کنند.
در طول سال‌ها، مهندسان و دانشمندان تکنیک‌هایی را برای ساختمان‌های
ضد زلزله ابداع کرده‌اند. از آنجایی که امروزه تکنولوژی و مصالح پیشرفت‌های وجود
دارد اما هنوز امکان مقاومت کامل ساختمان در برابر زلزله های قدرتمند بدون آسیب
وجود ندارد. با این حال، اگر ساختمانی بتواند بدون فروریختن به ساکنانش اجازه فرار
بدهد و جان‌ها و جوامع را نجات دهد، می‌توانیم آن را یک موفقیت بزرگ بدانیم.
مرجع: www.bigrentz.com