مقاله تحلیلی:‌ تاثیر جداسازهای پایه بر تاب آوری ساختمان ها در زلزله

وقتی لرزش در ساعت ۵:۴۶ صبح شروع شد، یاسوشیا ایتاکورا، معمار شرکت بزرگ ساختمانی ژاپنی در کوبه، پشت میزش نشسته بود و یک گزارش که تمام شب روی آن کار می‌کرد را تکمیل می‌کرد. دفتر او هم تکان می‌خورد اما کتاب‌هایش از داخل قفسه‌ها به بیرون پرتاب نشد و هیچ‌چیز از روی میزش نریخت.

آقای ایتاکورا گفت: «من با خودم گفتم این زلزله خیلی بزرگ نبود»

درواقع این زلزله فاجعه‌بار بود. در زلزله هانشین که در ۱۷ ژانویه ۱۹۹۵ رخ داد بیش از ۶۰۰۰ نفر جان خود را از دست دادند.

آقای ایتاکورا به این دلیل از شدت زلزله مصون ماند که دفتر او در یک ساختمان اداری سه‌طبقه با پی آزمایشی لاستیکی قرار داشت که در حقیقت نسخه اولیه یک روش مهندسی به نام جداسازی پایه است.

در حال حاضر این روش تقریباً در ۹۰۰۰ سازه در ژاپن اجرا شده است. در زمان زلزله کوبه این تعداد فقط ۲۴ ساختمان بود. پس‌ازآن هزاران ساختمان دیگر به وسایل جاذب لرزش که آسیب را به‌شدت کاهش می‌دهند و از فروریختن جلوگیری می‌کنند مجهز شدند.

شیلی، چین، ایتالیا، مکزیک، پرو، ترکیه و دیگر کشورهای لرزه‌خیز از این روش استفاده کرده‌اند.

اما به‌جز موارد قابل‌توجهی، ازجمله مرکز اپل در سیلیکون ولی، از این نوآوری‌ها به‌سختی در ایالات‌متحده استفاده شده است. حامیان ایمنی لرزه‌ای این نوآوری را یک فرصت ازدست‌رفته برای صرفه‌جویی چند میلیارد دلاری در فرآیند بازسازی بعد از زلزله‌های بزرگ می‌دانند.

عملکرد جداساز پایه

ساختمان‌های متداول هنگام زلزله با زمین حرکت می‌کنند. این ساختمان‌ها ممکن است آسیب سازه‌ای قابل‌توجهی را متحمل شوند اما به‌گونه‌ای طراحی شده‌اند که سرپا بمانند. هر چه زلزله شدیدتر باشد حرکت ساختمان هم بیشتر خواهد بود. اگر ساختمان خیلی بلرزد، المان‌های سازه‌ای ازجمله تیرها، ستون‌ها، دیوارها و مهاربندها آسیب‌دیده و باعث می‌شوند ساختمان عملکرد خود را از دست بدهد.

جداسازهای پایه مانند جاذب‌های لرزش بین ساختمان و حرکت زمین عمل می‌کنند و اجازه می‌دهند در هنگام لرزش ساختمان به جلو و عقب حرکت کند و اما همچنان استوار باقی بماند. مقدار حرکت ساختمان به‌طور قابل‌توجهی کاهش پیدا می‌کند.

احتمال این‌که ساختمان‌هایی که از جداسازی پایه استفاده می‌کنند در هنگام زلزله‌های بزرگ سالم و بعدازآن همچنان در حالت سرویس‌دهی باقی بمانند بیشتر است.

زلزله‌ مطمئناً پدیده‌ای طبیعی است؛ اما میزان آسیب ناشی از آن‌ تابع تصمیمات سیاستمداران، مهندسان و مدیران است. ژاپن و ایالات‌متحده پیشرفته‌ترین فناوری‌های جهان را دارا هستند که مشکل یکسانی دارند – نحوه حفاظت از مردم و جامعه در برابر زلزله – و تاکنون پاسخ آن‌ها به این مشکل بسیار متفاوت بوده است.

ژاپن با الزامات دولتی و فرهنگ مهندسی خود موفق شده است ساختمان‌های مقاوم‌تر در برابر زلزله‌ بسازد که بلافاصله بعد از زلزله مجدداً قابل بهره‌برداری هستند. ایالات‌متحده با علم به این‌که بسیاری از ساختمان‌ها آسیب شدید خواهند دید استاندارد حداقلی و با محافظت کمتر تعیین کرده است.

این دو روش نشانه دو نگرش به خطر، نقش دولت و مسئولیت اجتماعی است. استدلال آمریکا این است که ساختمان‌های تاب آور تر تبدیل به یک انتخاب فردی شوند تا یک الزام دولتی.

روش آمریکا برای مهندسی زلزله مبتنی بر یک محاسبه خطر است: بسیاری از مهندسان آمریکایی فرض می‌کنند احتمال فروپاشی یک ساختمان تا ۵۰ سال بعد که تخریب و جایگزینی اتفاق می‌افتد، توسط یک زلزله بزرگ کم است.

رون هامبورگر یک مهندس سازه آمریکایی که احتمالاً یک مقام مسئول آیین‌نامه ساختمانی هم هست می‌گوید: اگر امروز هزینه کنید و فردا زلزله اتفاق بیافتد، باید به شما تبریک بگوییم که کار خوبی انجام داده‌اید؛ اما درواقع زلزله‌های مخرب در محلی مانند سان‌فرانسیسکو یا لس‌آنجلس هر ۱۰۰ یا ۲۰۰ سال اتفاق می‌افتند.

 در شهرهایی مانند سان‌فرانسیسکو که در آن قیمت متوسط یک خانه بیش از یک میلیون دلار است، افزایش هزینه ساخت‌وساز احتمالاً مورد قبول مردم نخواهد بود؛ حتی اگر هدف نهایی این کار حفاظت از شهر در درازمدت باشد.

طبق گفته هیرو کاناموری، یک استاد بازنشسته لرزه‌شناسی در موسسه فناوری کالیفرنیا، احتمال وقوع زلزله‌های بزرگ در ژاپن ۱۰ برابر بیشتر از قاره امریکا است.

اما تاریخچه لرزه‌ای نشان می‌دهد که در کالیفرنیا زلزله‌های بزرگ بیشتری اتفاق می‌افتد که به‌صورت خوشه‌ای رخ می‌دهند.

در کالیفرنیای شمالی، پنج زلزله بزرگ اخیر در طول گسل هایوارد که یک شکاف دندانه‌دار در زمین است و از شهرهای پرجمعیتی مانند برکلی و اوکلند عبور می‌کند، به‌طور میانگین هر ۱۴۰ سال اتفاق می‌افتند. آخرین زلزله ۱۵۱ سال قبل رخ داده است.

آخرین زلزله بزرگ در ایالات‌متحده که باعث خسارت ۲۰ میلیون دلاری در منطقه لس‌آنجلس شد، یک ربع قرن پیش اتفاق افتاد.

ماسایوشی ناکاشیما، رئیس سازمان بین‌المللی مهندسی زلزله گفت: در طی این سال‌ها زمین در آمریکا آرام بوده است و بنابراین نسل‌های جوان با واقعیت زلزله‌ها آشنایی ندارند.

یک مطالعه نشان داد که یک‌چهارم ساختمان‌های منطقه خلیج سان‌فرانسیسکو بعد از زلزله‌ای با بزرگی ۷ ریشتر آسیب قابل‌توجهی خواهند دید. این موضوع وقتی بحرانی‌تر می‌شود که بدانید از هر ۱۰ ساختمان تجاری ۹ مورد و از هر ۱۰ خانه ۸ مورد در کالیفرنیا بیمه زلزله ندارند.

اچ کیت میاموتو، عضو کمسیون ایمنی لرزه‌ای کالیفرنیا گفت شهرها به مدت چند ماه یا شاید چند سال قابل‌استفاده نخواهند بود. بی‌مصرف شدن ساختمان‌ها به معنای بی‌مصرف شدن شهرهاست.

در یک زلزله شدید اغلب ساختمان‌های آمریکایی مانند یک ماشین در تصادف از روبه‌رو خرد می‌شوند. هدف از طراحی حفظ جان افراد است؛ اما ساختمان – مانند یک ماشین در تصادف – قابل‌استفاده نخواهد بود.

آقای هامبورگر تخمین می‌زند که نیمی از تمام ساختمان‌ها در سان‌فرانسیسکو را باید بعد از یک زلزله بزرگ غیرقابل‌سکونت در نظر گرفت.

بعضی از شهرها مانند سان‌فرانسیسکو قوانینی مانند قوانین ژاپن دارند که ساختمان‌ها را ملزم به صلب‌تر شدن می‌کنند. چیزی به‌عنوان ساختمان ضد زلزله وجود ندارد اما متخصصان می‌گویند که ساختمان‌های آمریکایی می‌توانند باکمی هزینه بیشتر در برابر زلزله تاب‌آوری بیشتری داشته باشند.

تعمیر ساختمان‌ها بعد از یک زلزله چهار برابر بیشتر از مقاوم‌تر ساختن آن‌ها از ابتدا هزینه در بردارد. طی یک بررسی مشخص شد که ایالات‌متحده به ازای هرسال تأخیر در به‌روزرسانی آیین‌نامه‌ها برای الزام به ساخت سازه‌های مقاوم‌تر، ۴ میلیارد دلار از دست می‌دهد.

حفاظت از ساختمان‌های بلند در برابر زلزله از بزرگ‌ترین تلاش‌های مهندسان است. فروریختن حتی یک آسمان‌خراش می‌تواند اثرات فاجعه‌آمیزی داشته باشد. ساختمان‌های بلند هم احتمالاً بزرگ‌ترین موضوع اختلاف بین مهندسان آمریکایی و ژاپنی هستند.

بیشتر ساختمان‌های بلند جدید در ایالات‌متحده دور یک هسته بتنی مسلح ساخته می‌شوند. این روش ازنظر مهندسان ژاپنی به دلیل رفتار غیرقابل‌پیش‌بینی هنگام وقوع زلزله منسوخ شده است. ساختمان‌های بلند ژاپن تقریباً همیشه با فولاد ساخته می‌شوند.

البته ژاپن هنوز هم آسیب‌پذیری‌های زیادی دارد که بعضی از آن‌ها در زلزله توهوکو ۲۰۱۱ که یک سونامی رخ داد و از دیوارهای دریا گذشت و حدود ۱۶۰۰۰ نفر را کشت و منجر به پخش تشعشعات یک رآکتور هسته‌ای آسیب‌دیده شد، خود را نشان داد.

این کشور ساختمان‌های قدیمی‌تری هم دارد که قبل از تغییرات بزرگ آیین‌نامه ساختمانی ۱۹۸۱ ساخته شده‌اند و حتی نوآوری‌های لرزه‌ای کشور هم کیفیت و اثربخشی متفاوتی دارند.

با همه این‌ها مهندسان ژاپنی می‌گویند زلزله‌های دو دهه گذشته اثربخشی مقررات سخت‌گیرانه‌تر و نوآوری‌های کشور را ثابت کرده است.

زلزله کوبه و توهوکو در سال ۲۰۱۱ باعث افزایش تقاضای ساختمان‌های استوارتر شد و مردم مایل‌اند که هزینه‌ آخرین فناوری‌ها را بپردازند. یک شرکت ایربگ های تولید کرده است که وقتی یک زلزله بزرگ ایجاد می‌شود زیر خانه چوبی باز می‌شوند.

از ۹۰۰۰ سازه دارای جداساز پایه در ژاپن، ۴۳۰۰ مورد ساختمان‌های چندطبقه، بسیاری از آن‌ها دفاتر، آپارتمان‌ها و ساختمان‌های دولتی هستند و ۴۷۰۰ مورد خانه‌ها هستند.

جنبش تاب‌آوری – طراحی ساختمان‌ها برای مقاومت بیشتر ر برابر فاجعه‌های طبیعی مانند زلزله‌ها – در سال‌های اخیر طرفدارانی در ایالات‌متحده به دست آورده است. کانادا هم در حال مطالعه روی الزامات مقاومتی بالاتر برای ساختمان‌های خود است؛ اما حامیان آمریکایی می‌گوید که با موانعی روبه‌رو هستند.

اوان ریس، بنیان‌گذار شورای تاب‌آوری ایالات‌متحده می‌گوید که بزرگ‌ترین مانع این است که برخلاف ژاپن، ساختمان‌ها به‌کرات دست‌به‌دست می‌شوند و سازندگانی که این ساختمان‌ها را می‌سازند تمایلی به مقاوم‌تر ساختن آن‌ها ندارند.

تلاش‌های مجلس قانون‌گذاری کالیفرنیا برای ارتقای قوانین لرزه‌ای در سال‌های گذشته هم راه به‌جایی نبرد. یک لایحه که حفظ عملکرد ساختمان‌ها بعد از زلزله را الزامی می‌کرد در کمیته‌هایی بررسی شد و سپس توسط فرماندار وقت، جری براون، وتو شد.

متخصصان معتقدند حمایت سیاسی کمی از ساختمان‌های مقاوم‌تر می‌شود؛ زیرا عموم مردم نمی‌دانند که ساختمان‌ها به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که در یک زلزله بزرگ آسیب می‌بینند.

آمارنات کاسالاناتی، دستیار مدیر مرکز تحقیقات مهندسی لرزه‌ای اقیانوس آرام در دانشگاه کالیفرنیا، عنوان می‌کند که عدم استفاده از فناوری‌های لرزه‌ای نوآورانه در ایالات‌متحده یک تناقض است زیرا دانشمندان و مهندسان آمریکایی اولین پیشتازان این زمینه بوده‌اند.

آقای کاسالاناتی تخمین می‌زند که ۱۷۵ ساختمان جداسازی شده در ایالات‌متحده وجود دارد که اکثر آن‌ها موزه‌ها، بیمارستان‌ها و ساختمان‌ها قدیمی‌تر مانند تالارهای شهر سان‌فرانسیسکو و لس‌آنجلس هستند که با جداسازها بهسازی شده‌اند.

یک شرکت آمریکایی تولیدکننده تجهیزات جداساز لرزه‌ای، ۷۰ درصد از تولیدات خود را به خارج از آمریکا صادر می‌کند.

یک ساختمان بزرگ در ایالات‌متحده که از جداسازها استفاده می‌کند پایگاه جدید غول‌آسای اپل در سیلیکون ولی است.

بر اساس مشاهدات این ساختمان چهار طبقه که ۱۲۰۰۰ نفر را در خود جای می‌دهد تقریباً به‌اندازه پنتاگون است و به‌نوعی رولز رویس ساختمان‌های جداسازی پایه شده است.

این ساختمان که یک پی بتنی مانند وان حمام دارد به زمین متصل نیست – اگر جرثقیل‌ها یا بالگردهای به‌اندازه کافی قوی وجود داشتند می‌توانستند آن را بلند کنند.

در پایه حدود ۷۰۰ ستون ساختمان مانند گوی‌های فولاد ضدزنگ روی پلیت های فولادی بزرگی قرار دارند. وقتی یک زلزله باعث لرزش زمین می‌شود، گوی‌ها در داخل پلیت ها تا چهار فوت می‌لغزند و اصطکاک باعث کاهش این حرکت می‌شود.

تأثیر اصلی بر ساکنان این است که وقتی ساختمان عقب و جلو تکان می‌خورد، ساختمان خیلی کمتر حرکت می‌کند.

منبع

نوشته شده توسط تیم مترجمین موسسه 808

اگر دوست دارید به تیم مترجمین 808 بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.