ساختمان چوبی یا بتنی، کدام زلزله بزرگ را تاب می آورند؟ - وبلاگ آقا ایرج

به گزارش وبلاگ آقا ایرج، یک ابزار سنجش زلزله قرار است بفهمند که چه سازه هایی می توانند از زلزله بزرگ جان سالم به در ببرند. آیا این ساختمان 10 طبقه چوبی می تواند در برابر زلزله دوام بیاورد و جان سالم به در ببرد؟

پریسا عباسی- نزدیک به دو دهه است که دانشگاه کالیفرنیا، سن دیه گو، به مرکز آزمایش یک ابزاری کلیدی برای فهمیدن زمین لرزه ها تبدیل شده است: یک سکوی فولادی به ابعاد تقریبی 7.5 در 12 متر که با استفاده از یک سیستم هیدرولیک، حرکات لرزشی (همچون زمین لرزه) را بازسازی می نماید.

این سکوی لرزان که به معنای واقعی می تواند هر آنچه روی آن قرار گرفته است را تکان دهد، یکی از بزرگترین سکوهای دنیا است.

از سال 2004 که این سکو یا میز لرزان ساخته شده است، بیش از 30 سازه بر روی آن آزمایش شده اند و نتایج این آزمایش ها باعث ایجاد تغییراتی در قوانین ساختمان سازی و جاده سازی شده است. اما در 9 ماه گذشته این سکو ثابت بوده. زیرا قرار است آزمایشی بی سابقه بر روی آن انجام گردد: یک ساختمان 10 طبقه چوبی، بزرگترین نمونه ای است که قرار است در اینجا به معرض آزمایش گذاشته گردد.

به گفته شیلینگ پی، محقق اصلی این پروژه، نام این پروژه TallWood است و هدف آن اثبات این موضوع است که آیا ساختمان های چوبی می توانند بدون اینکه ساختار یکپارچه آنها خراب گردد لرزش های شدید را تحمل نمایند یا نه! از آنجایی که رد پای کربن چوب، در محیط زیست کمتر از بتن و فولاد است، این ماده به عنوان یک مصالح ساختمانی محبوب در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است.

پی می گوید: علاوه بر این، انعطاف پذیری سازه های چوبی آنها را به خوبی برای مقابله با زلزله مناسب می سازد؛ به توانایی خم شدن شاخه های درختان در مقابل ضربات فکر کنید تا این موضوع برایتان بهتر جا بیافتد.

از آنجایی که سالها تحقیق و مدل سازی به او اجازه می هد تا چنین ساختمان هایی را تایید نمایند، او مشتاق است تا قدرت طرح های چوبی را در یک انجمن واقعی، به مخاطبان بیشتری نشان دهد.

پی گفت: این اثباتی بر این موضوع است که می توانیم با استفاده از فناوری کنونی، ساختمان10 طبقه ای بسازیم و پس از زلزله از نتایج ارتجاعی آن استفاده کنیم. برنامه ما این است که این ساختمان را با حدود 40 زلزله آزمایش کنیم و خواهیم دید که سازه ساختمان آسیبی نخواهد دید. حداقل امیدواریم اینطور باشد!

پی، که استاد مهندسی عمران و محیط زیست در دانشکده معادن کلرادو نیز هست، در سیستم های چوبی و کاهش خطرات به وسیله مهندسی تخصص دارد، و این ویژگی ها باعث می گردد که او برای این پروژه بسیار مناسب باشد. اما او تنها بخشی از تیم گسترده ای است که از سال 2016 به عنوان بخشی از برنامه زیرساخت تحقیقاتی مهندسی مخاطرات طبیعی بنیاد ملی علوم NHERI)) روی این پروژه کار نموده است. این تیم شامل متخصصانی از شش دانشگاه، بیش از دوازده شریک صنعتی، و خدمات جنگلی ایالات متحده و سایر سازمان های دولتی است.

اعضای این تیم برای اولین بار، تئوری خود را در سال2017 آزمایش کردند و یک ساختمان چوبی دو طبقه برای این صفحه لرزان ساختند. پی گفت که این ساختمان توانست در حدود 30 زلزله را تحمل کند و آسیبی ندید. از جمله این لرزش ها، چیزی شبیه به زلزله 6.7 ریشتری نورتریج بود که تقریباً سه دهه پیش در کالیفرنیا رخ داد.

بر اساس تحقیقات صورت گرفته، پروژه 10 طبقه TallWood، به معنای واقعی کلمه هم ارتفاع زیادی دارد و هم نکات طراحی سازه ها در آن رعایت شده است. به توصیف پی، در هسته این ساختمان نیز از سیستم های چوبی انبوه استفاده شده است، به این معنی که لایه هایی از چوب به شکل پنل های جامد در کنار یکدیگر قرار گرفته اند، که می توان آن ها را به شکل دلخواه در کنار هم قرار داد. در حالی که این مدل فقط برای میز لرزان ساخته می گردد، امیدواریم که در صورت موفقیت، بتوانیم این طرح را در دنیای واقعی نیز بسازیم.

دیوارهای گهواره ای، کلید طراحی سازه های سازگار با زلزله هستند که طوری ساخته شده اند که امکان حرکت داشته باشند. به جای اینکه دیوارها محکم به فونداسیون تیرهای پایه فولادی چسبانده شوند، که تکیه گاه زمین برای میز لرزش را تشکیل می دهند، آنها در بالا قرار می گیرند و با میله های فولادی که کل سازه را بالا می برند، در موقعیت خود قرار می گیرند. این میله ها مانند نوارهای لاستیکی عمل می نمایند، هم دیوارها را در جای خود نگه می دارند و هم انعطاف پذیر هستند. بنابراین، اگر زلزله ای رخ دهد، دیوارهای گهواره ای آغاز به لرزیدن نموده و حتی از روی فونداسیون بلند می شوند و میله ها مانع از حرکت بیش از حد آن ها به خارج از خط می شوند. کوشش طراحان این سازه این است تا ساختمان ها را به شکلی طراحی نمایند که ساختمان از آسیب هایی نظیر زلزله هایی که در گذشته رخ دادند ایمن بماند، و یک زلزله باعث فروریختن یا آسیب های جدی به ساختمان ها نگردد.

سایر ویژگی ها مانند ستون ها و صفحات قابل خم شدن نیز به پراکنده کردن انرژی یاری می نمایند، و در عین حال زره فولادی به کاهش هرگونه آسیب ساختاری یاری می نماید. جفری برمن، محقق ارشد و استاد مهندسی عمران در دانشگاه واشنگتن، در یک مصاحبه رادیویی با NHERI ، این ترکیب کلی را اساساً یک سیستم ساختاری بدون آسیب توصیف کرد؛ زیرا این طرح می تواند حرکات فراوانی داشته باشد.

ساختمان TallWood علاوه بر ساختار اصلی، دارای در، پنجره، پله، سقف و دیوارهای اضافی (ساختارهای غیر اصلی) است. کری رایان، یک مهندس زلزله در دانشگاه نوادا رنو، و یکی دیگر از محققین اصلی این پروژه، در مصاحبه رادیویی دیگری با NHERI شرح داد که این کار برای دریافت تصویر کاملتری از چگونگی واکنش ساختمان های چوبی واقعی به نیروی زلزله، اهمیت دارد.

رایان با اشاره به زلزله نورتریج به عنوان نمونه ای از این پدیده گفت: در گذشته، جامعه مهندسی زلزله، عمدتاً بر طراحی ساختاری سازه ها متمرکز بودند، اما در زلزله های گذشته، بسیاری از آسیب ها به سیستم های غیرساختاری وارد شده است.

نهایتا امید داریم این پروژه نشان دهد که یک سازه چوبی بزرگ می تواند شاید حتی بهتر از سازه های بتنی، آجری یا فولادی در مقابل زلزله عمل کند و در عین حال دوستدار محیط زیست نیز هست.

بیشتر بخوانید:

• با یک کیلو از این رنگ می توان یک هواپیمای غول پیکر را رنگ کرد

با وجودی که کار ساخت TallWood در اوایل امسال به خاتمه رسیده است، اما تیم سازنده همچنان در حال اجرا آخرین کارها، از جمله نصب بیش از 700 حسگر برای ثبت داده هایی نظیر جابجایی ساختمان و شتاب آن هستند. بعلاوه آنها در ساختمان ده ها دوربین نصب می نمایند تا زمانی که شوک های لرزه ای شبیه سازی می شوند، بتوانند این اتفاق را از زوایای مختلف ببینند؛ البته که این ساختمان هنگام آزمایش خالی خواهد بود! و آخرین مرحله قبل از آغاز آزمایش بر روی TallWood ، تست سکوی لرزش است تا مطمئن شوند که سیستم های هیدرولیک آن پس از ماه ها استراحت، هنوز به درستی کار می نمایند.

در اواخر بهار امسال که اجازه رسمی برای آغاز لرزش ها به این ساختمان داده می گردد، صدها نقطه از داده ها با مدل های تیم تحقیقاتی مقایسه می شوند تا آنها ببینند چطور اجزای ساختمان روی هم قرار گرفته اند و آیا نیازی به انجام تنظیمات هست یا خیر. پی گفت: اگر آزمایش ها بر روی TallWood همانطور که انتظار دارند، پیش برود و اجزای ساختاری ساختمان دست نخورده باقی بمانند، امید دارند تا بتوانند از طراحی این ساختمان در ساختمان های دیگر استفاده نموده و قوانین ساخت و سازها در آینده نیز از آنها بهره گیرند. نهایتا تمام داده های این پروژه در یک پایگاه داده ها در دسترس عموم قرار خواهد گرفت تا محققان دیگر بتوانند از نتایج آن در مدل ها و آزمایش های خود استفاده نمایند.

منبع: popsci

5858