نحوه مقاوم‌سازی آسمان‌خراش‌ها و بُرج‌ها در آمریکا و چین در برابر زلزله

به گزارش گروه فضای مجازی ، برج "نیوویلشر" واقع در لس‌آنجلس، با بلندای ۳۳۵.۳ متر، مرتفع‌ترین برج کالیفرنیا محسوب می‌شود و اقدامات ویژه‌ای برای مقاوم‌سازی آن انجام شده است. این برج در یکی از زلزله‌خیزترین مناطق آمریکا و یا حتی جهان ساخته شده است.

این برج دارای محیط اداری، یک هتل ۹۰۰ اتاقه و همچنین مراکز تفریحی متعدد است.

"ای. سی. مارتین" (AC Martin) معمار طراح این برج، آن را به صورت یک سازه مستطیلی که اصطلاحا به مدل "پاکت سیگاری" معروف است، طراحی کرده است.

 

مسئولیت ایمن‌سازی این برج به "لئونارد ژوزف" مهندس ایمن‌سازی ساختمان، که در پروژه‌های برج شانگ‌های و برج "پتروناس" در کوالالامپور نیز حضور داشته، سپرده شد.

وی در رابطه با این پروژه می‌گوید: این پروژه پیچیده‌ترین و مقاوم‌ترین ساختمانی بوده است که من در دست داشته‌ام.

ژوزف افزود: ساختمان‌هایی که به صورت باریک و مرتفع ساخته می‌شوند در برابر زلزله‌های عمودی به خوبی مقاوم هستند، اما چالش ایمن‌سازی آن‌ها در زمین‌لرزه‌های افقی است.

تیم طراحی سامانه ایمنی، پی این برج را با استفاده از یک هسته بتنی که در چارچوب فولادی قرار گرفته طراحی کرده‌اند که به عنوان پایه در سه سطح این برج تعبیه شده است.

ژوزف این پایه‌ها را به چوب اسکی برای یک اسکی‌باز تشبیه کرده که با استفاده از آن‌ها تعادل خود را حفظ می‌کند.

پیش از ساخته شدن برج، طراحی آن با زلزله‌های شبیه سازی شده با قدرت‌های متفاوت مورد ارزیابی قرار گرفت.

مهندسان با استفاده از تاریخچه زلزله‌های گذشته کالیفرنیا، اثر ۱۱ زلزله شدید که در گذشته در این ایالت رخ داده بود، بر روی این برج تست کردند.

در این شبیه‌سازی‌ها کانون زلزله در نزدیکی برج در نظر گرفته شده و همچنین تاثیر زلزله‌هایی که کانون آن‌ها از محدوده برج دور باشد نیز مورد بررسی قرار گرفته‌اند؛ برای مثال تاثیر زلزله ایجاد شده از سوی گسل معروف "سن‌آندرس" که ۱۰۰ کیلومتر با این برج فاصله دارد نیز مد نظر قرار داده شده است.

در شبیه‌سازی‌ها مشخص شد که زلزله‌های نزدیک برج با فرکانس لرزشی بالاتر به برج اعمال می‌شود و همانند برخورد کامیون با یک ساختمان است، اما زلزله‌های دور همانند اثر غلتک‌های گردان هستند.

در شبیه‌سازی زلزله‌ها، از زلزله‌های ترکیبی با شدت‌های مختلف نیز استفاده شده است تا مقاومت ساختمان برج در برابر آن‌ها سنجیده شود.

در طی این شبیه‌سازی‌ها، پی بتنی این برج در برابر یکی از موارد ضعف نشان داد و احتمال تخریب برج در این سناریو وجود داشت.

در نتیجه بروز این ضعف در این برج، مهندسان تغییراتی در طراحی آن دادند، از جمله طرح بالای این برج که قرار بود با الهام از برج ایفل فرانسه ساخته شود، تغییر کرد.

 

برج ایفل بار لرزه‌ای بالایی ندارد، اما ساختار شیشه‌ای برج نیوولشر در طرح قبلی در اثر زلزله می‌شکست. تاج شیشه‌ای این برج در حال حاضر حفظ شده، اما تغییراتی در طراحی آن داده شده است.

زمانی که زمین در حال تکان خوردن است، حتی بزرگترین سازه‌ها نیز با آن تکان می‌خورند و مهندسان باید برای این تکانه‌ها برنامه داشته باشند.

در صورتی که یک ساختمان هیچ انعطافی در برابر لرزه‌ها نداشته باشد و همانند یک میخ درون سنگ، سفت و محکم باشد، تمام نیرو و تنش‌های اعمال شده از طرف زمین به بخش‌های میانی و داخلی سازه منتقل می‌شود و این موضوع سبب در هم فروریختن ساختمان می‌شود.

برای جلوگیری از این مشکل، در پایه این برج یک سامانه مقابله با لرزه منعطف با دامنه ۴۵ سانتی‌متر تعبیه شده است که از آسیب رسیدن به طبقات بالای برج جلوگیری می‌کند. هر چند قرار نیست ساختمان کاملا بدون آسیب باقی بماند.

ژوزف در رابطه با این سامانه گفت: ما نمی‌توانیم تضمین کنیم که هیچ آسیبی متوجه ساختمان نمی‌شود، اما این اطمینان وجود دارد که کسی جان خود را از دست نخواهد داد.

استفاده از اسکلت خارجی، راهبردی متفاوت برای مقاومت در برابر زلزله

برج "چنگدو" (Chengdu) در چین با ۴۶۸ متر ارتفاع، یکی از بلندترین آسمان‌خراش‌های جهان خواهد بود که تا سال ۲۰۱۸ کامل خواهد شد.

این برج علاوه بر پی بتنی که در قاب‌های فولادی قرار دارد از اسکلت خارجی برای مقابله با زلزله استفاده خواهد نمود.

 

 

برای کاهش هزینه‌ها، مهندسان همواره تلاش می‌کنند تا از کمترین میزان مصالح ممکن استفاده کنند و اسکلت خارجی یکی از این راهکار‌ها محسوب می‌شود که مشکل آن نازیبا کردن نمای خارجی ساختمان است.

مهندسان چینی برای مقابله با این مشکل، از میله‌های بلند آهنی استفاده کردند که ساختار‌های تکراری از حرف X. را در برابر ساختمان ایجاد می‌کنند.

 

 

البته با توجه به اینکه تلاش می‌شود این برج بیشترین میزان نور طبیعی را دریافت کند، قرارگیری این اسکلت خارجی به گونه‌ای خواهد بود که خللی در این مورد ایجاد نکند.

برای سنجش میزان مقاومت این برج در برابر زلزله، از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری استفاده شده است و همچنین ساختار‌های مورد استفاده در برج‌های معروف جهان نظیر ساختمان "امپایراستیت" مورد مطالعه قرار گرفته است.

 

 

 

منبع: ایسنا