ویژگی ساختمان های ضد زلزله ؛نحوه تشخیص و مقاوم سازی

ویژگی ساختمان های ضد زلزله ؛نحوه تشخیص و مقاوم سازی

26 آذر 1402

ملکی

ویژگی ساختمان های ضد زلزله ؛نحوه تشخیص و مقاوم سازی

زلزله یکی از نیروهای مخرب است که امواج لرزه ای و ارتعاشات آن می توانند سازه ها را فرو ریخته و حتی محکم ترین ساختمان ها را تخریب کنند. به همین منظور، مهندسان طرح‌ها و مصالح جدیدی را برای برپایی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله معرفی می‌کنند. این ساختمان ها در حال حاضر برای جلوگیری از ریزش، تعمیرات گران قیمت و تلفات جانی بیش از هر زمان دیگری رایج شده اند. قبل از درک ویژگی‌های متمایز ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله، در ادامه خواهیم گفت که بلایای طبیعی چگونه سازه‌های مصنوعی را تحت تأثیر قرار می‌دهند.

زمین لرزه زمانی رخ می دهد که صفحات تکتونیکی در زمین با هم برخورد کنند. این منجر به انتشار انرژی لرزه‌ای مخرب می‌شود که امواج ضربه‌ای را در جهات مختلف به سراسر زمین ارسال می‌کند.اکثر ساختمان ها به طور کلی برای مقاومت در برابر نیروهای عمودی طراحی شده اند. با این حال، آنها نمی توانند در برابر زلزله به دلیل نیروهای لرزه ای پهلو به پهلو مقاومت کنند.

نیروهای لرزه ای یا نیروهای افقی منجر به ارتعاشات مخرب در کف، یاتاقان ها، تیرها، ستون ها، دیوارها و سایر سازه ها می شوند. در این میان ساختمان های سنتی نمی توانند نیروهای جانبی را تحمل کنند که منجر به تنش شدید و در نهایت فروریختن می شود.

ویژگی ساختمان های ضد زلزله

طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله تماماً با افزودن آرماتورها به سازه است. تقویت‌کننده‌های اضافه شده می‌توانند با نیروهای لرزه‌ای بالقوه ناشی از زلزله مقابله کنند. و از آنجایی که زلزله‌ها انرژی تولید می‌کنند که ساختمان‌ها را از یک جهت فشار می‌دهد، مقاومت در برابر زلزله شامل خنثی کردن این نیروهای جهت‌دار است. در ادامه چند ویژگی ساختمان های ضد زلزله آورده شده است:

بریسینگ متقاطع

بادبندهای متقاطع یکی از پرکاربردترین عناصر سازه ای در طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله هستند. سیستم مهاربندی متقاطع ساختمان ها را در برابر باد بسیار شدید و زلزله پایدار نگه می دارد. علاوه بر این، بادبندهای متقاطع باعث کاهش بارهای جانبی بر روی ساختمان شده و آسیب به کل ساختمان را به حداقل می رساند.

مهاربندهای متقاطع معمولاً از قاب‌ها، لوله‌ها یا میله‌های فولادی ساخته می‌شوند. اجزای فولادی مورب به شکل X چیده شده و در نزدیکی ستون های ساختمان نصب می شوند. آنها همچنین ممکن است با استفاده از سیستم های دیوار غیر ساختاری پنهان شوند.

دیافراگم تقویت شده

دیافراگم یکی دیگر از ویژگی های متمایز ساختمان های مقاوم در برابر زلزله است. این اجزای سازه ای نیروهای اینرسی را از کف به دیوارهای عمودی منتقل می کنند. دیافراگم ها واحدهای ساختاری تخت هستند و مانند تیرهای فلزی عمل می کنند. در حالی که معمولاً روی سقف ها و کف ها اعمال می شوند، به عنوان مثال، دیوارهای برشی می توانند دیافراگم های کنسولی باشند. اکثر ساختمان های ضد زلزله این اجزا را روی عرشه دارند. آنها بیشتر تقویت می شوند تا بارهای جانبی را با سازه های عمودی "به اشتراک بگذارند".

مطالب مرتبط: ایمن سازی ساختمان ؛با رعایت این نکات خانه خود را ایمن کنید

قاب های مقاومت لحظه ای

قاب های مقاومت لحظه ای به آرایش مستطیلی تیرها و ستون ها اشاره دارند. مستطیل به ساختاری گفته می شود که از خطوط مستقیم ساخته شده است. قاب‌های مقاومت لحظه‌ای شامل تیرهایی هستند که به طور صلب روی ستون‌ها ثابت می‌شوند. آنها از طریق اعمال قاب صلب در برابر نیروی خمشی و برشی در برابر نیروهای جانبی مقاومت می کنند.

جدا از قابلیت مقاومت در برابر زلزله، این قاب ها انعطاف پذیری بیشتری را به مهندسان ارائه می دهند. آنها امکان ساخت دیوارهای خارجی، سقف ها و چیدمان سایر اجزای ساختمان را می دهند.

خرپاها

خرپاها استحکام بیشتری به دیافراگم می دهند، به خصوص در جایی که عرشه کمترین ثبات را دارد. آنها زیرسازی های مورب هستند که به قاب های ساختمان متصل شده اند.

سقف سبک

سقف سبک وزن یکی دیگر از ویژگی های بارز ساختمان های مقاوم در برابر زلزله است. بسیاری از مهندسان از روکش فولادی پروفیلی یا پرلین فولادی سبک وزن استفاده می کنند. آنها همچنین ممکن است از سقف های فلزی دو پوسته ساخته شده با عایق ها و پرلین ها استفاده کنند. سایر مواد سبک وزن سقف شامل آلومینیوم، زونا فایبرگلاس، کامپوزیت ها، قیر اصلاح شده یا شیک های چوبی است.

بنیاد پایدار

یکی از راه‌های موثر مقاومت در برابر نیروهای زمینی در اثر فعالیت لرزه‌ای، بلند کردن پی از طریق تکنیک جداسازی پایه است. ساختمان های ایزوله پایه شامل پایه های ساخته شده از فولاد انعطاف پذیر، لاستیک و لنت های سربی هستند. جداسازها هنگام حرکت پی در هنگام زلزله، ارتعاش ایجاد می کنند، در حالی که ساختار کلی پایدار می ماند.

یک سیستم عایق پایه می تواند امواج لرزه ای را جذب کرده و از عبور آنها از قسمت های مختلف ساختمان جلوگیری کند.

مسیر بارگذاری مداوم

مسیرهای بار پیوسته در سازه های مقاوم در برابر زلزله بسیار مهم هستند زیرا به توزیع مجدد فشارها یا نیروهای خارجی ناشی از بادهای شدید و زلزله کمک می کنند. اجزای سازه ای و غیر سازه ای ساختمان به هم گره می خورند تا نیروهای اینرسی که ممکن است باعث ایجاد ترک و آسیب شوند را حذف کنند.

مطالب مرتبط: ساختمان های هوشمند ؛مزایا،کاربرد و ویژگی های آن

دیوارهای برشی محکم

مهندسان دیوارهای برشی را در ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله نصب می‌کنند تا نوسان حرکتی را در طول فعالیت‌های زلزله به حداقل برسانند. دیوارهای برشی باعث ایجاد سختی در قاب سازه ای ساختمان و سیستم مهاربندی متقاطع می شوند.

میراگرهای لرزه ای

میرایی به سرکوب ارتعاشات ساختمان در اثر نیروهای لرزه ای اشاره دارد. دمپرها با اسکلت ساختمان و فونداسیون متصل می شوند. آنها به عنوان ضربه گیر عمل می کنند که بزرگی و فشار وارد بر ساختمان را کاهش می دهد. میرایی را می توان از طریق قدرت آونگ و دستگاه های کنترل ارتعاش به دست آورد:

پاندول پاور : میرایی پاندولی معمولاً برای آسمان خراش ها استفاده می شود. مهندسان یک توپ بزرگ را به کابل های فولادی متصل به یک سیستم هیدرولیک وصل می کنند. به محض اینکه ساختمان ها شروع به نوسان می کنند، توپ به عنوان یک آونگ عمل می کند و در جهت مخالف حرکت می کند.

دستگاه های کنترل ارتعاش : دستگاه های کنترل ارتعاش یا میراگرهای لرزه ای بین ستون ها و تیرها در هر سطح ساختمان نصب می شوند. هر دمپر دارای یک پیستون است که در هنگام زلزله انرژی ارتعاشی به آن منتقل می شود. این انرژی به گرما تبدیل می شود و به طور موثر ارتعاشات را به حداقل می رساند.

منظم بودن

منظم بودن به حرکت ساختمان اشاره دارد زمانی که به سمت جانبی یا پهلو به پهلو فشار داده می شود. مهندسان و طراحان به حرکت یکسان ساختمان برای کاهش انرژی مخرب نیاز دارند.در این میان ساختمان نامنظم نمی تواند نیروهای جانبی را تحمل کند. نقاط ضعف به ویژه در طول فعالیت لرزه ای آشکار می شود.

مطالب مرتبط: مصالح ساختمانی هوشمند ؛مروری بر انواع و ویژگی های آن

چگونه بفهمیم ساختمان ضد زلزله است

در رابطه با این سوال که چگونه بفهمیم ساختمان ضد زلزله است باید گفت که در حقیقت ستون های ساختمان مقاومت یک ساختمان را در برابر حوادث طبیعی مانند زلزله افزایش می دهند. در نتیجه هر چه تعداد ستون ها در ساختمان بیشتر باشد، آن ساختمان مقاوم تر است. نکته مهم در اینجا این است که در اطراف یک ساختمان حداقل باید 3 ستون قرار داشته باشد.  اما اگر قصد خرید ساختمان را دارید از سازنده یا مشاور املاکی که آن را می خرید سوال کنید که نوع اسکلت ساختمان فلزی است یا بتنی و از او بخواهید که یک کپی از نقشه های اجرایی تایید شده توسط شهرداری در اختیار شما بگذارد.

بررسی های بصری برای یافتن اینکه آیا خانه ای مقاوم در برابر زلزله دارید یا خیر؟ اگر موارد ذکر شده در قسمت پایین را مشاهده کردید بدانید که این خانه در برابر زلزله مقاوم نیست بلکه خطرناک نیز می باشد:

  • ترک های عمیق بین دال و تیرها.
  • ترک های عمیق مداوم در سقف ها.
  • لرزش زیاد هنگام جابجایی مبلمان یا دویدن روی زمین.
  • ترک های پیوسته قابل مشاهده در ستون های زیرزمین و دیوارهای حائل

روش های مقاوم سازی یک ساختمان چیست

چگونه ساختمان های قدیمی را در برابر زلزله مقاوم کنیم

ساختمان‌های قدیمی به سه دسته: 1. ساختمان های فولادی 2. ساختمان های بتنی 3. ساختمان های بنایی تقسیم می شوند.

بهترین راهکار جهت مقاوم سازی ساختمان های قدیمی فولادی؛ اجرای شبکه فولادی به همراه بتن به روی سقف موجود و سپس برچیدن سقف طاق ضربی می‌باشد. روش اجرا به شرح زیر می‌باشد:

  • از بین بردن نازک کاری روی سقف تا به تیر آهن و آجر فشاری مشخص شود( ملات سیمانی، سرامیک، موزائیک و ….)
  • اجرای یک شبکه میلگرد بر روی سقف
  • اجرای یک لایه بتن به ضخامت 5 تا 10 سانتی متر
  • برچیدن آجرهای زیر سقف اجرا شده

همچنین جهت مقاوم سازی ساختمان های بتنی؛ ابتدا نیاز به تعیین مقدار مقاومت بتن فشاری می‌باشد، تا بتوان تصمیم گرفت از روش‌های مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده کرد.

اگر مقاومت بتن از 17 مگاپاسکال معادل 170 کیلوگرم بر سانتی متر مربع کمتر باشد بهتر است از ژاکت بتنی جهت مقاوم سازی ساختمان بتنی استفاده کرد. اگر از عدد فوق بالاتر باشد می‌تواند از ورق‌های فولادی و مهار آن‌ها به‌وسیله انکر بولت به المان‌های سازه‌ای استفاده کرد. در صورت عدم امکان استفاده از ورق‌های فولادی می‌توان با استفاده از الیاف FRP اقدام به تأمین کمبود مقاومت و مقاوم سازی ساختمان قدیمی بتنی، نماییم.

فوندانسون ضد زلزله

فونداسیون ساختمان یکی از مهم ترین مواردی است که به ویژه در ساخت سازه های مقاوم در برابر زلزله باید مورد توجه قرار گیرد. در صورت وجود ویژگی های نامناسب در خاک، سعی کنید قسمتی از خاک را جایگزین کنید. گزینه دیگر طراحی پایه های ویژه برای سازه است. شما نمی توانید با فونداسیون سازش کنید زیرا نقطه قوت کلیدی یک ساختمان است. با فونداسیون مناسب، سازه می تواند بارها و وزن ها را به زمین مجاور منتقل کرده و آنها را توزیع کند. این از آسیب دیدن ساختمان اصلی جلوگیری می کند. ساختار، اندازه و ویژگی پی به مطالعه اولیه زمین و تنظیماتی که باید انجام شود بستگی دارد. ترجیحاً فونداسیون باید از فولاد و بتن مسلح ساخته شود.

مشهورترین ساختمان های ضد زلزله جهان

برای اینکه یک ساختمان در برابر زلزله مقاوم در نظر گرفته شود، ساختار، طراحی، مصالح و فرآیندهای ساختمانی باید درجه یک باشند. این امر مستلزم تحقیقات گسترده ای برای ایجاد یک طرح و ساخت سازه ای است که بتواند در برابر مشکلات ناشی از زلزله مقاومت کند. در اینجا 4 ساختمان شگفت انگیز مقاوم در برابر زلزله در سراسر جهان امروزی آورده شده است.

تایپه 101 (تایپه، تایوان)

کشور تایوان به طور متوسط حدود 2200 زمین لرزه در سال را تجربه می کند که تقریباً 214 مورد از این زمین لرزه ها را می توان احساس کرد. ساخت تایپه 101 در سال 2004 به پایان رسید و قبل از سال 2009 بلندترین ساختمان جهان بود. این ساختمان نه تنها بسیار بزرگ و مقاوم در برابر زلزله است، بلکه گواهینامه LEED را در سال 2011 دریافت کرد و به بلندترین ساختمان سبز در جهان تبدیل شد.

برج شانگهای (شانگهای، چین)

برخلاف تایوان، چین سالانه کمتر زلزله را تحمل می کند. کشور چین به طور متوسط حدود 15 زمین لرزه در سال با نقطه پایین 5 زلزله در سال 2020 دارد. شانگهای، چین فعال ترین شهر چین برای زلزله است، بنابراین هنگام طراحی این آسمان خراش مهم بود که آن را در برابر آب و هوای شدید مقاوم سازند.

برج موری (توکیو، ژاپن)

ژاپن بسیار شبیه تایوان است و سالانه بیش از 2000 زمین لرزه را تحمل می کند که میانگین 200 زلزله به بزرگی 1 ریشتر یا بیشتر می رسد. در کشوری که به دلیل فناوری و فرآیندهای ساختمانی خود شناخته شده است، منطقی است که آنها توانستند ساختمانی مقاوم در برابر زلزله مانند برج موری ایجاد کنند.

ساخت برج موری در سال 2003 به پایان رسید و دارای برخی از پیشرفته ترین فناوری های مقاوم در برابر زلزله است. برج موری همچنین از سیستم‌های دمپر داخلی استفاده می‌کند، اما تفاوت آن‌ها استفاده از 192 کمک فنر پر از مایع است. این جاذب ها با روغن غلیظ پر می شوند و هنگامی که برج به دلیل آب و هوا شروع به نوسان می کند، روغن در جهت دیگر باد حرکت می کند تا تاب خوردن به حداقل برسد.

مرکز بزرگ نیو ویلشر (لس آنجلس، کالیفرنیا)

لس آنجلس به طور متوسط 59 زمین لرزه در سال بین 2.0 تا 3.4 ریشتر دارد. با در نظر گرفتن این موضوع، لس آنجلس تعداد زیادی ساختمان مقاوم در برابر زلزله را برای مبارزه با آن ایجاد کرده است. یکی از این ساختمان ها مرکز بزرگ نیو ویلشر است. مرکز بزرگ نیو ویلشر در سال 2017 تکمیل شد و بلندترین ساختمان در غرب شیکاگو در ایالات متحده است.  مهندسان قاب‌های مقاومی مانند پایه‌های بیرونی را اضافه کردند که از مرکز ساختمان تا نمای بیرونی گسترش می‌یابد. این گیره ها به تسهیلات اجازه می دهد تا حرکت عمودی و جانبی را محدود کند. برای افزایش بیشتر پایداری این ساختمان، مهندسان مهاربندهای کمانشی را نیز اضافه کردند که در اثر ضربه کشیده می‌شوند. مرکز بزرگ نیو ویلشایر نیز بر روی یک پایه بتنی 17.5 فوتی طراحی شده است که به اتصالی بین پایه و برج متصل شده است که می تواند تا 1.5 فوت از تاب خوردن خودداری کند.

روش های مقاوم سازی یک ساختمان

جدای از تکنیک‌های استاندارد برای بهبود پایداری ساختمان در هنگام زلزله و بلایا، شیوه‌های جدیدی نیز پدیدار شده‌اند که باعث می‌شود ساختمان‌ها حتی در برابر آسیب‌ها مقاوم‌تر شوند. در زیر به چند مورد از آنها می پردازیم.

هاونچ

بسیاری از ساختمان ها در هنگام زلزله به دلیل اتصالات ضعیف واژگون می شوند. بنابراین، مهندسان به طور طبیعی می خواهند اتصالات را برای ایجاد مقاومت بیشتر تقویت کنند. یکی از راه‌های تقویت مفاصل، اضافه کردن بند است. مقاوم سازی هنچ اتصالات تیر و ستون را سفت می کند و ثبات بیشتری را برای کل سازه فراهم می کند.

پایه های جعبه توخالی

جعبه های توخالی یا پی های شناور برای ساخت ساختمان های مقاوم در برابر زلزله بر روی خاک ضعیف یا نرم استفاده می شود. این پی ها به گونه ای طراحی شده اند که به عنوان زیرسازه های شناور برای بار خالص روی آنها عمل کنند. آنها به کاهش شدت بار روی خاک نرم کمک می کنند. برخی از پی های توخالی نیز حاوی آب برای کاهش اثرات مخرب زلزله هستند. یا ممکن است با مواد چسبناک دیگری نیز پر شود تا در برابر زلزله و اثرات مخرب آنها بیشتر مقاومت کند.