سازه های ضد زلزله

سازه های ضد زلزله چگونه کار می کنند؟

اثرات زمین لرزه ها بر سازه ها و ساخت سازه های ضد زلزله

می توانید اطلاعات کامل و جامع را از نوشته ی How Earthquakes Work بیابید اما در اینجا به طور کلی و چکیده وار نگاهی به مهم ترین امور خواهیم داشت. از نظر علمی زلزله هنگامی رخ می دهد که توده ای از لایه های زمین روی هم بلغزند از محلی به محل دیگر حرکت کنند. معمولا چنین اتفاقاتی در مقیاس های بزرگ یعنی مایل ها (یا هزاران مایل) رخ می دهد. در واقع اگر به طور ناگهانی لایه ای از زمین به روی لایه ای دیگر بلغزد مقدار زیادی انرژی آزاد می شود و لرزه در زمین به وجود می آید. این لرزه گاهی به سطح زمین می رسد و البته بعضا شدید است.

نقش امواج در سازه های ضد زلزله

از نظر زمین شناسی می توان امواج لرزه ای را به دو دسته ی کلی تقسیم کرد. امواج داخلی و امواج سطحی موجود در پوسته (body and surface waves). امواج داخلی که به اشکال P و S شکل هستند همان طور که از نامشان بر می آید در دل زمین حرکت می کنند. امواج P شکل آن هایی هستند که شبیه شکل همین حرف انگلیسی رفتار می کنند و S شکل ها آن هایی هستند که اجسام را بالا و پایین می کنند. به بیان دقیق تر امواج P شکل در جامدات و مایعات حرکت دارند و S شکل ها تنها در جامدات.

پس از لرزش زلزله؛ ابتدا امواج P شکل آغاز می شود و سپس S شکل ها را به دنبال خود می آورند. سپس نوبت به ایفای نقش امواج سطحی است که زمین شناسان آن ها را امواج Love و Rayleigh می نامند. هر دو نوع از امواج به صورت افقی به سطح زمین می رسند و در ادامه امواج Rayleigh به صورت عمودی ادامه می یابند. معمولا اموجی که طول موج بلند و طویل دارند آسیب بیش تری به همراه می آورند.

در صورتی که برخورد امواج با سازه تنها عمودی باشد؛ معمولا سازه آسیب کمی را متحمل خواهد شد. به این دلیل که تقریبا تمامی سازه ها در برابر نیروهای عمودی مقاوم هستند (سازه ابتدا به ساکن برای بارهای عمودی یا گرانشی طراحی می شود فارغ از این که بار زلزله وجود داشته باشد یا خیر). اما در صورتی که امواج به طور افقی به سازه برسند مخصوصا امواج Love می توانند آسیب های جدی در پی داشته باشند. این امواج مستقیما در حکم بارهای جانبی هستند و می توانند بسیار خطرناک باشند. مهندسین نیروی لرزه را معمولا به صورت G-forces اندازه گیری می کنند. به عنوان مثال یک لرزه به قدرت 6.7-quake می تواند 1 G نیرو تولید کند و یا لرزه ای به اندازه ی 102 سانتی متر در ثانیه ایجاد کند. چنین نیرو و لرزه ای به طور آنی هنگامی که در جهت افقی به سازه اعمال شود تنش قابل توجهی اعمال می کند که اگر از حد توان اعضا (تیرها و ستون ها) یا اتصالات بین آن ها بیش تر باشد می تواند سبب ساز شکست و ریزش سازه شود.

نکته ی دیگری که باید برای ایجاد سازه های ضد زلزله بسیار زیاد به آن توجه کنیم؛ بستر یا شالوده ای است که سازه روی آن قرار می گیرد. معمولا شالوده هایی که روی سنگ بنا می شوند قابل اطمینان هستند. اما چنان چه سازه روی زمینی که سطح آب زیر زمینی بالایی دارد اجرا شود؛ یا خاک این که خاک سست بستر فونداسیون سازه شود؛ کار خطرناک پیش خواهد رفت و ریزش کل بنا در اثر لرزه بسیار محتمل خواهد بود.

در نتیجه واضح است که یک مهندس در ابتدا باید به محل احداث پروژه دقت کند و سپس سراغ روسازه برود.

یافتن فرکانس مناسب برای سازه های ضد زلزله

که لرزه به سطح زمین می رسد؛ هر آن چه روی زمین وجود دارد را می لرزاند. و این لرزه یک فرکانس مشخص دارد. هنگامی که زلزله به سازه می رسد؛ بسته به خصوصیات سازه؛ آن بنا هم میل به لرزش حول یک فرکانس مشخص دارد؛ اگر فرکانس امواج زمین لرزه با فرکانس لرزش سازه مطابقت پیدا کند؛ اوضاع خطرناک است. در واقع یک رزونانس بد پدید خواهد آمد. در سپتامبر1985، در مکزیکوسیتی چنین اتفاقی برای یک ساختمان 20 طبقه رخ داد. در نتیجه ی این آسیبی که به این سازه یا سازه های مشابه رسید بسیار بیش تر بود از مشکلاتی که برای سازه و بناهای بلندتر پیش آمده بود.