چگونه ساختمانی ایمن در برابر زلزله داشته باشیم؟

زلزله یکی از مخرب‌ترین بلایای طبیعی است که می‌تواند خسارات جبران‌ناپذیری به ساختمان‌ها و ساکنان آن‌ها وارد کند. با افزایش آگاهی در مورد مقاوم‌سازی ساختمان‌ها، امروزه روش‌های نوینی برای ساخت و بازسازی سازه‌های ایمن در برابر زلزله معرفی شده‌اند. اما چگونه می‌توان یک ساختمان را در برابر زلزله مقاوم ساخت؟ در این مقاله، راهکارهای اصولی برای ساخت و بازسازی ساختمان‌های ضدزلزله را بررسی خواهیم کرد.

تأثیر زلزله بر ساختمان‌ها

زلزله‌ها یکی از مخرب‌ترین نیروهای طبیعی هستند که می‌توانند باعث تخریب ساختمان‌ها، از بین رفتن جان انسان‌ها و ایجاد خسارت‌های هنگفت شوند. بر اساس گزارش مرکز ملی اطلاعات زلزله، به طور متوسط هر سال حدود ۲۰۰۰۰ زمین‌لرزه رخ می‌دهد که ۱۶ مورد از آن‌ها شدید هستند.  تأثیر زلزله بر ساختمان‌ها به عوامل متعددی از جمله شدت زلزله، نوع خاک، طراحی سازه و کیفیت ساخت بستگی دارد. بنابراین، هنگام ساخت خانه، اطلاعات کافی درباره روش‌های ساخت ساختمان‌های ضد زلزله ضروری است.

اهمیت مصالح ساختمانی در مقاومت ساختمان‌ها

انتخاب مصالح ساختمانی مناسب، نقش مهمی در افزایش مقاومت ساختمان‌ها در برابر زلزله دارد. برخی از مهم‌ترین مصالح مقاوم در برابر زلزله عبارتند از:

• بتن مسلح: افزایش مقاومت ساختمان با استفاده از میلگردهای فولادی
• فولاد: انعطاف‌پذیری بالا و تحمل نیروهای لرزه‌ای
• چوب: استفاده در سازه‌های سبک با جذب انرژی لرزه‌ای
• پانل‌های اکسید منیزیم: سبک، مقاوم و ضد حریق

چگونه زلزله‌ها ساختمان‌ها را تخریب می‌کنند؟

هنگامی که زلزله‌ای رخ می‌دهد، امواج ضربه‌ای به سرعت در زمین منتشر می‌شوند. در حالی که ساختمان‌ها معمولاً برای مقابله با نیروهای عمودی ناشی از وزن و گرانش طراحی شده‌اند، اما قادر به کنترل نیروهای جانبی ناشی از زلزله نیستند. این حرکت افقی می‌تواند باعث ارتعاش دیوارها، کف‌ها و ستون‌ها شده و به تخریب ساختمان منجر شود.

مطالعه بیشتر: مقاوم سازی ویلاهای قدیمی در برابر زلزله

طراحی ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله

برای طراحی یک ساختمان ضد زلزله، مهندسان باید ساختار را تقویت کنند و به دنبال راهکارهایی برای مقابله با نیروهای ناشی از زلزله باشند. برخی از این روش‌ها عبارتند از:

۱. ساخت پی انعطاف‌پذیر

یکی از راه‌های مقاوم‌سازی ساختمان، «جداسازی پایه» است. این روش شامل ساخت ساختمان بر روی صفحات انعطاف‌پذیر از فولاد، لاستیک و سرب است. در هنگام زلزله، این جداسازها می‌لرزند و به جذب امواج لرزه‌ای کمک می‌کنند، در حالی که خود سازه ثابت باقی می‌ماند.

۲. استفاده از نیروهای ضد یا میرایی

اگر درباره کمک فنرهای مورد استفاده در خودروها اطلاعاتی دارید، شاید تعجب کنید که بدانید مهندسان نیز از نوعی خاصیت فنر مانند در ساخت ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله استفاده می‌کنند. کمک فنرها مانند مورد استفاده از آنها در خودروها، قدرت امواج ضربه‌ای را کاهش می‌دهند و به کاهش فشار موجود بر روی ساختمان کمک می‌کنند.

• دستگاه‌های کنترل ارتعاش: این دستگاه‌ها در هر سطح از ساختمان نصب می‌شوند و با تبدیل انرژی ارتعاشی به گرما، نیروی ارتعاشات را کاهش می‌دهند.
• آونگ: در آسمان‌خراش‌ها، یک گلوله بزرگ از کابل‌های فولادی آویزان می‌شود. در طول زلزله، گلوله به سمت مخالف حرکت می‌کند و ساختمان را تثبیت می‌کند.

این ویژگی‌ها به گونه ای تنظیم می‌شوند که در صورت وقوع زلزله، با حرکت ساختمان مطابقت داشته باشند و آن را خنثی کنند.

۳. محافظت از ساختمان در برابر ارتعاشات

محققان در حال آزمایش روش‌هایی هستند که می‌توانند انرژی ناشی از زلزله را منحرف کنند. یکی از این روش‌ها، «حلقه نامرئی لرزه‌ای» است که شامل ایجاد حلقه‌هایی از پلاستیک و بتن زیر پایه ساختمان است. این حلقه‌ها انرژی لرزه‌ای را به سمت زمین پراکنده می‌کنند.

۴. تقویت ساختار ساختمان

برای مقاومت در برابر زلزله، ساختمان‌ها باید نیروها را دوباره توزیع کنند. استفاده از دیوارهای برشی، مهاربندهای متقاطع و دیافراگم‌ها به تقویت ساختمان کمک می‌کند.

• دیوارهای برشی: این دیوارها شکل ساختمان را در طول حرکت حفظ کرده و فشار و کشش را مهار می‌کنند.
• قاب‌های خمشی: این سازه‌ها در درزهای ساختمان قرار می‌گیرند و به ستون‌ها اجازه می‌دهند خم شوند و در برابر نیروهای زلزله مقاومت کنند.

۵. رعایت استانداردهای ساختمانی

مطابقت با استانداردهای ملی و بین‌المللی مانند استاندارد 2800 ایران، از مهم‌ترین عوامل در طراحی ساختمان‌های ضد زلزله است.

مطالعه بیشتر: ایمن سازی ساختمان ها در برابر زلزله و آتش

۶.استفاده از دیوارهای سبک و مستحکم

دیوارهای سبک مانند پانل‌های اکسید منیزیم، ضمن کاهش وزن ساختمان، مقاومت بالایی در برابر نیروهای جانبی ایجاد می‌کنند.

۷. کاهش جرم ساختمان

هرچه ساختمان سبک‌تر باشد، نیروی واردشده در اثر زلزله کمتر خواهد بود. استفاده از مواد سبک و مقاوم مانند پانل‌های پیش‌ساخته و کامپوزیت‌های ساختمانی می‌تواند به ایمنی بیشتر کمک کند.

مصالح مقاوم در برابر زلزله

یکی دیگر از راهکارهای موثر برای اینکه چگونه ساختمان ضد زلزله بسازیم استفاده از مصالح مقاوم در برابر زلزله است. استفاده از ساختارهای فنر مانند، آونگ‌های ساختمانی و “پوش‌های نامرئی” تا حد زیادی می تواند انرژی ناشی از زلزله را دفع کند. از طرفی هم استفاده از مصالح ساختمانی نوین و مقاوم مانند پانل های اکسید منیزیم می تواند به اندازه سایر تجهیزات ضد زلزله، در مقاوم سازی ساختمان موثر باشد.

استفاده از فولاد و چوب:

برای اینکه یک ماده بتواند در برابر تنش و ارتعاش مقاومت کند، باید شکل پذیری بالایی داشته باشد. یعنی ماده مورد نظر باید توانایی تغییر شکل‌ و امکان کشش‌های بزرگ را داشته باشد. ساختمان‌های مدرن اغلب با فولاد سازه‌ای ساخته می‌شوند. چون استفاده از فولاد و چوب یکی دیگر از راهکارهایی موثر در این است که چگونه ساختمان های ضد زلزله بسازیم. فولاد سازه‌ای جزء مصالحی است که در اشکال مختلف وجود دارد و به ساختمان‌ها اجازه می‌دهد تا بدون تخریب و ریزش خم شوند.

علاوه براین، چوب نیز به علت استحکام بالا نسبت به ساختار سبک وزن، یک ماده انعطاف پذیر شگفت انگیز محسوب می شود.

استفاده از مواد و مصالح ساختمانی نوین:

دانشمندان و مهندسان در حال ایجاد و طراحی مصالح ساختمانی جدید با توانایی حفظ شکل بیشتر در برابر لرزه و تخریب هستند. محصولات و مصالح ساختمانی نوین مانند ساخت آلیاژهای منیزیم هم می توانند فشارهای سنگین را تحمل کنند و هم به شکل اولیه خود بازگردند.

علاوه بر این، روکش‌های پلاستیکی تقویت شده با الیاف و ساخته شده توسط انواع پلیمرها، می‌توانند در اطراف ستون‌ها پیچیده شوند و تا 38٪ استحکام و شکل پذیری بیشتری را به ساختمان بدهند.

نقش پانل‌های اکسید منیزیم در ساختمان‌های ضد زلزله

پانل‌های اکسید منیزیم به دلیل وزن سبک، مقاومت بالا در برابر حریق و رطوبت، گزینه‌ای ایده‌آل برای ساختمان‌های مقاوم در برابر زلزله محسوب می‌شوند. این پانل‌ها علاوه بر کاهش بار مرده ساختمان، به افزایش دوام و ایمنی سازه کمک می‌کنند.

آینده ساختمان‌سازی و فناوری‌های جدید

با پیشرفت فناوری، روش‌های نوین مانند ساختمان‌های ماژولار، پرینت سه‌بعدی بتن، هوش مصنوعی در طراحی سازه‌ها و استفاده از مواد نانوکامپوزیت در حال تغییر چشم‌انداز ساختمان‌سازی هستند. این تکنولوژی‌ها می‌توانند ایمنی ساختمان‌ها را در برابر زلزله افزایش دهند.

سخن آخر