از کمک‌فنرهای ساختمانی تا اتاق شبیه‌ساز
زلزله یکی از مخاطرات مهیبی است که تاکنون در بسیاری از کشورهای جهان خسارت‌های مالی و جانی زیادی را به‌همراه داشته است. به‌طورمتوسط در سراسر جهان سالانه دست‌کم یک زلزله بیش از ۸ریشتری رخ می‌دهد.
امروز کمتر کسی نمی داند که هموطنان و همنوعان مان در خوی و بعد در ترکیه و سوریه متحمل چه خسارت هایی از این مخاطره شدند؛ روزهای سرد و سخت زمستان برای این افراد کمتر از شکنجه نیست و امروز آنها یاری تمام مردم دنیا را می طلبند. اما باتوجه به کارنامه درخشان کاربرد فناوری برای پیشگیری از بروز خسارت زلزله در ژاپن می توان گفت فناوری، ناجی مطمئنی برای کاهش خسارت های مالی و جانی برآمده از زلزله است. صمت در این گفت وگو به معرفی فناوری های جدید برای کاهش خسارت های زلزله و افزایش استحکام ساختمان ها پرداخته است.
افزایش استحکام ساختمان با فناوری های نوین
سیدامین موسوی، مدیرعامل یک شرکت دانش بنیان مستقر در پارک علم و فناوری تهران است که موفق به طراحی ابزاری به نام میراگرویسکوز برای مقابله با حوادث ناشی از زمین لرزه در ساختمان ها شده است. به گفته وی، همان گونه که کمک فنر خودرو از ضربات ناشی از دست اندازها می کاهد، میراگرویسکوز با قرارگیری در بدنه سازه از ضربات ناشی از زلزله یا هر نوع بار دینامیکی می کاهد و این گونه ارتعاشات سازه در زلزله کاهش پیدا می کند.
مهم ترین ادوات فناورانه ساختمانی برای جلوگیری از خسارت های زمین لرزه از چه ویژگی هایی برخوردار است؟
کنترل ارتعاشات زیرشاخه ای در دانش مهندسی عمران است که با هدف اندازه گیری لرزه های واردشده به ساختمان در راستای کاهش خسارت های شکل گرفته است. مهندسان در این علم از ادواتی استفاده می کنند که آسیب های ارتعاشات واردشده به ساختمان را به حداقل برسانند. این ادوات به 2 دسته جداسازهای لرزه ای و میراگرها تقسیم بندی می شوند. فناوری جداساز لرزه ای دارای تکیه گاه های لاستیکی یا لغزشی است که در انتهای ساختمان قرار می گیرند از آسیب زلزله می کاهد. تصور کنید ساختمان یا سازه با اینکه سر جای خود ثابت است، روی یک اسکیت بزرگ ساخته می شود و هنگام وقوع زلزله فقط اندکی تکان می خورد. از اتفاق در ترکیه این الزام وجود دارد که تمام بیمارستان های جدید از جداگرهای لرزه ای استفاده کنند. برای مثال، در بیمارستانی به نام آدانا در جنوب این کشور که امروز درگیر خسارت های زلزله است، جداگرهای لرزه ای نصب شده بود و خوشبختانه ساختمان بیمارستان خسارت حداقلی را تجربه کرده و اکنون هم در حال خدمات دهی است. دومین ادوات مربوط به میراگرهای ساختمانی است که در طبقات ساختمان نصب می شوند. گفتنی است، برخی میراگرها با جداگرها می توانند ترکیب شوند و قابلیت ساختمان را در استحکام در مقابل زمین لرزه بالا ببرند و مانع از شتاب طبقات در هنگام وقوع زمین لرزه می شود. وقتی شتاب طبقات کاهش پیدا می کند، اجسام بزرگ داخل خانه ها نظیر کمد و یخچال نمی افتد.
میراگرویسکوز چگونه کار می کند و آیا می توان از آن به عنوان یک فناوری مهم در پیشگیری از خسارت های زلزله نام برد؟
میراگرویسکوز کمک فنر بزرگی است که برای جلوگیری از خسارت های ناشی از زلزله، روی سازه نصب می شود. گفتنی است، این کمک فنر تنها برای ساختمان ها کاربرد ندارد و می توان از آن برای مقاوم سازی پل ها و سازه های بزرگ دریایی هم استفاده کرد. گفتنی است، یکی از قابلیت های این فناوری این است که میزان استفاده از آن بستگی به حد مقاومت سازه دارد. به عبارت دیگر، به هر میزان که سازه نیاز به مقاومت داشته باشد، میراگرویسکوز روی آن نصب می شود. در واقع، میزان استفاده از آن بستگی به این دارد که تا چه حد ساختمان نیاز به مقاوم سازی دارد. معمولا ساختمان های مهم نظیر بیمارستان ها یا نیروگاه ها از میراگرویسکوزهای زیادی استفاده می کنند.
آیا این فناوری نمونه خارجی هم دارد؟
تاکنون سازه هایی نظیر جداگرهای لرزه ای در برخی کشورها ساخته شده است، همان گونه که گفته شد، این فناوری سازه را از زمین جدا می کند و بسان غلتک عمل می کند، اما این میراگرویسکوزها با قرارگیری در طبقات و در میان دیواره ها از شدت ضربه جلوگیری می کند که نمونه آن با این فرآیند استفاده، تا به حال ساخته نشده بود. ویژگی مثبت این سازه این است که هم در ساختمان های بلندمرتبه و هم در ساختمان هایی که از ارتفاع کوتاه تری برخوردار هستند، مورداستفاده قرار می گیرد. وقتی این میراگر در ساختمان های تازه ساخت نصب می شود، صرفه جویی زیادی در هزینه های فولاد سازنده ساختمان را در پی دارد؛ به گونه ای که تا 30 در صد هزینه ها را می کاهد. گفتنی است، این میراگر قابلیت نصب، هم در ساختمان های تازه تاسیس و هم در ساختمان های قدیمی را که نیازمند بهسازی و مقاوم سازی هستند، دارد. به طورمعمول هزینه اولیه ساخت ساختمان هایی که از ابتدا مجهز به این فناوری هستند، کمی بالاتر از ساختمان هایی است که از این فناوری استفاده نمی کنند.
این ادوات تنها روی ساختمان های تازه ساخت نصب می شوند یا فقط قابلیت نصب روی ساختمان های قدیمی تر را دارند؟
کمابیش تمام این ادوات را می توان هم برای ساختمان تازه ساخت و هم برای ساختمان هایی که چند سالی از زمان ساخت آنها می گذرد، مورد استفاده قرار داد. برای مثال، اکنون یکی از میراگرهای ساخت داخل کشور برای بهسازی یکی از برج های تهران در میدان نوبنیاد نصب شده است. همچنین، بسیاری از ساختمان های سرپل ذهاب از این میراگرها برای کاهش خسارت های زلزله های احتمالی استفاده کرده اند. استفاده از این ادوات بستگی به طراحی و کاربری ساختمان دارد که معمولا با در نظر گرفتن دوره بازگشت زمین لرزه روی ساختمان ها نصب می شود و قابلیت دوام در مقابل یک زلزله ۷ تا ۸ ریشتری را دارد. با نصب آنها نه تنها ساختمان ها آسیب نمی بینند، بلکه خدمت پذیری خود را هم دارند، با اینکه هزینه های اولیه ساخت را بالا می برد، اما تاثیر آن را زمانی می بینیم که یک زلزله را تجربه می کنیم.
به نظر شما چقدر لزوم در تغییر متن آیین نامه های مربوط به ساخت وسازها احساس می شود و اینکه آیا این تغییر می تواند راه را برای استفاده از این فناوری ها در سازه های ساختمانی و غیرساختمانی باز کند؟
باتوجه به اینکه این فناوری در بسیاری از سازه ها کاربردی شد، نهادهای دولتی هم استقبال کردند و با همکاری دفتر مقررات ملی ساختمان وزارت راه و شهرسازی آیین نامه ای تصویب شد که مربوط به ساختمان های مجهز به این فناوری است.
هدف بسیاری از آیین نامه های فعلی ساختمانی در ایران و دیگر کشورها این است که تنها ایمنی جانی حفظ شود، اما امروز نه تنها ایمنی جانی اهمیت دارد، بلکه ایمنی سازه ای هم باید مدنظر قرار بگیرد تا کاربری شهرها یا مکان هایی که زلزله خیز هستند، حفظ شود. بنابراین، یکی از مواردی که آیین نامه نویسان باید مدنظر داشته باشند، این است که ایمنی چرخه زندگی شهری هم حفظ شود.
اتاقی برای آموزش ملموسانه
در گفت وگویی دیگر با یکی از فعالان اکوسیستم دانش بنیان کشور از فناوری باخبر شدیم که نقش جدی در فهم مخاطره های لرزه آفرین نظیر زلزله دارد. اتاق شبیه ساز هوشمند زلزله آزما جایی است که مهندسان عمران با آموزش های درنظرگرفته شده در صورت وقوع زمین لرزه به طورملموس درک دقیق تری از نیروی وارده به سازه ها را درک کنند. آرش امین، فعال دانش بنیان درباره این اتاق می گوید: تاکنون بیش از 12هزار نفر در بحث پیشگیری و آشنایی با مباحث زلزله آموزش دیده اند.
اتاق شبیه ساز زلزله چگونه جایی است و چه درکی از آثار زلزله به افرادی می دهد که وارد آن می شوند؟
همه می دانیم که ایران کشوری لرزه خیز است و احتمال وقوع زلزله در اقصی نقاط کشور، به ویژه در کلانشهر تهران غیرقابل اجتناب است. در این میان، بیشتر افراد دست اندرکار ساخت وساز و حتی مدیریت شهری، نسبت به رخداد زلزله دید تئوری دارند و فاقد نگرش عملی هستند. درواقع، فعالان در این زمینه تجربه ملموسی از زمین لرزه های بزرگ ندارند. به همین دلیل، دستگاه شبیه ساز زلزله آزما را به صورت یک اتاق بزرگ و در قالب یک دستگاه رباتیک و قابل حمل (سیار) ساختیم تا بتوان به افراد کلیدی و تصمیم گیرنده آموزش کاربردی داد. این آموزش در راستای درک دقیق آنها از زلزله است. اتاق بزرگی را تصور کنید که افراد می توانند با ورود به آن افزون بر آموزش های عملی و ارتقای هوش هیجانی خود، میزان شدت زلزله را در ریشترهای مختلف، به شکلی دقیق، تجربه و به طورعینی لمس کنند. برای مثال، وقتی راجع به یک زلزله ۷ یا ۸ ریشتری صحبت می شود، به طوردقیق منظورمان از بزرگا و شدت آن چیست؟ گفتنی است، مهندسان عمران که باید اطلاعات جامعی نسبت به طراحی سازه براساس آیین نامه ۲۸۰۰ داشته باشند، مطالب مهم و کاربردی لازم را به صورت ترکیب تئوری و مشاهده عینی واقعه، همراه با تجربه زلزله به صورت دقیق در زلزله آزما، آموزش می بینند.
آیا این سازه اتاقی شکل، بازخورد بین المللی داشته است؟ و اینکه از کدام منبع داده های خود را دریافت می کنید؟
این دستگاه قابل حمل و با دقت بسیار بالا ساخته و به دلیل ساخت آن، در سال ۲۰۱۲ در رنکینگ اختراعات آلمان موفق به دریافت مدال طلا و 2 دوره هم کاندیدای جایزه کاهش خطرپذیری سازمان ملل متحد شده است. اتاق شبیه ساز زلزله آزما ۴ تن وزن دارد و قابلیت بارگذاری تا 3 تن روی عرشه ۲۰ مترمربعی آن پیش بینی شده است. به عبارت روشن تر، کلاسی است که افراد می توانند آموزش کافی و ملموس درباره زلزله ببینند. در این شبیه ساز زلزله، ارتعاشات لرزه ای در 3 و 6 درجه به صورت طولی، عرضی و عمودی برمبنای PGA و PGD یا به اصطلاح پیک شتاب و جابه جایی رکوردهای ثبت شده از زلزله های مهم دنیا، با دقت بالا شبیه سازی می شود تا اثر ارتعاشات حوزه های دور و نزدیک هر زلزله و دلایل علمی تخریب آنها به شکل ملموس قابل تجربه و تفکیک برای مخاطبان تجزیه و تحلیل شود. گفتنی است، رکوردهای زلزله های مهم ایران و جهان همچون زلزله های بم، طبس، لوماپریتا، کوبه و... از مرجع های معتبر دانشگاهی همچون سایت معتبر peer استخراج و به سیستم هوشمند این دستگاه داده شده است و تمام اتاق به همان میزان با دقت بالا می لرزد.
باوجود لرزه هایی که در این اتاق شبیه سازی می شود، آیا می توان به آزمایش استحکام دیگر سازه ها پرداخت؟
عرشه این دستگاه ۲۰ مترمربع است که هم قابلیت آموزش افراد را دارد و هم می تواند به عنوان یک میز لرزان دقیق برای تست محصولات ساختمانی به حساب بیاید. حتی مدل سازی ساختمان ها و سازه های متنوع نیز روی این دستگاه قابل انجام است. گفتنی است، می توان روی عرشه این شبیه ساز زلزله، سازه های قاب خمشی ویژه و عملکردی را به صورت عینی مدل سازی کرد که به فراخور ویژگی مناطق برای کاهش خسارات در برابر زلزله تحلیل کرد. گفتنی است، سازه های خمشی به مجموعه ای از تیرها، ستون ها و اتصالات صلبی می گویند که به طورهمزمان نیروهای جانبی و ثقلی را تحمل می کنند. همچنین، در طراحی براساس عملکرد ساختمان که به آن سازه عملکردی می گویند، اعضای سازه ای و غیرسازه ای باید به گونه ای ساخته شوند که تحت زلزله مذکور رفتارشان مطابق میل انسان باشد. همان گونه که پیش تر هم گفتم، مخاطب اصلی، مهندسان عمران هستند تا درک ملموسی از زلزله و نیرویی که بر یک سازه وارد می شود، پیدا کنند. با آزمایش دیگر سازه ها در عرشه این اتاق شبیه ساز، آنها می توانند پی به اشکالات اجرایی در بخش هایی از ساختمان ببرند که به عنوان پاشنه آشیل شناخته می شوند.
سخن پایانی
باتوجه به موارد یادشده و فناوری هایی که در این گزارش از آنها سخن به میان آمد، باید گفت شاید وقتش رسیده است که در راستای کاهش خسارت های برآمده از مخاطرات طبیعی نظیر زلزله که در بسیاری موارد غیرقابل مهار است، یک اقدام مشترک بین المللی فارغ از دعواهای سیاسی شکل بگیرد و تمامی کشورها از تجهیزات فناورانه در راستای کاهش خسارت ها با هزینه های کمتر بهره مند شوند. برای مثال، آنچه ژاپن درباره ایمنی هنگام زلزله تجربه کرد، دیگر کشورها هم تجربه کنند. با اینکه شاید دوره بازگشت زلزله در ژاپن با دیگر کشورها متفاوت باشد و تعدد این مخاطره در این کشور بیشتر باشد، اما کاربرد تجهیزات ساختمانی فناورانه در سازه های بیشتر کشورها دست کم این مزیت را دارد که هنگام وقوع زمین لرزه آن هم با ریشترهای بالا می توانیم آسوده تر خبرهای خسارت های زلزله های سهمگین را بخوانیم و کمتر شاهد از دست رفتن جان مردم باشیم.
