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 8ریشتری رخ میدهد. امروز کمتر کسی نمی‌داند که هموطنان و همنوعان‌مان در خوی و بعد در ترکیه و سوریه متحمل چه خسارت‌هایی از این مخاطره شدند؛ روزهای سرد و سخت زمستان برای این افراد کمتر از شکنجه نیست و امروز آنها یاری تمام مردم دنیا را می‌طلبند. اما باتوجه به کارنامه درخشان کاربرد فناوری برای پیشگیری از بروز خسارت زلزله در ژاپن میتوان گفت فناوری، ناجی مطمئنی برای کاهش خسارتهای مالی و جانی برآمده از زلزله است. صمت در این گفت‌وگو به معرفی فناوریهای جدید برای کاهش خسارتهای زلزله و افزایش استحکام ساختمان‌ها پرداخته است.
افزایش استحکام ساختمان با فناوریهای نوین
سیدامین موسوی، مدیرعامل یک شرکت دانش‌بنیان مستقر در پارک علم و فناوری تهران است که موفق به طراحی ابزاری به نام میراگرویسکوز برای مقابله با حوادث ناشی از زمینلرزه در ساختمان‌ها شده است. به‌گفته وی، همان‌گونه که کمک‌فنر خودرو از ضربات ناشی از دست‌اندازها می‌کاهد، میراگرویسکوز با قرارگیری در بدنه سازه از ضربات ناشی از زلزله یا هر نوع بار دینامیکی می‌کاهد و این‌گونه ارتعاشات سازه در زلزله کاهش پیدا میکند.
مهمترین ادوات فناورانه ساختمانی برای جلوگیری از خسارتهای زمینلرزه از چه ویژگیهایی برخوردار است؟
کنترل ارتعاشات زیرشاخه‌ای در دانش مهندسی عمران است که با هدف اندازه‌گیری لرزه‌های واردشده به ساختمان در راستای کاهش خسارتهای شکل‌گرفته است. مهندسان در این علم از ادواتی استفاده می‌کنند که آسیب‌های ارتعاشات واردشده به ساختمان را به‌حداقل برسانند. این ادوات به 2 دسته جداسازهای لرزه‌ای و میراگرها تقسیم‌بندی میشوند. فناوری جداساز لرزه‌ای دارای تکیه‌گاه‌های لاستیکی یا لغزشی است که در انتهای ساختمان قرار می‌گیرند از آسیب زلزله می‌کاهد. تصور کنید ساختمان یا سازه با اینکه سر جای خود ثابت است، روی یک اسکیت بزرگ ساخته میشود و هنگام وقوع زلزله فقط اندکی تکان می‌خورد. از اتفاق در ترکیه این الزام وجود دارد که تمام بیمارستان‌های جدید از جداگرهای لرزه‌ای استفاده کنند. برای مثال، در بیمارستانی به نام آدانا در جنوب این کشور که امروز درگیر خسارتهای زلزله است، جداگرهای لرزه‌ای نصب شده بود و خوشبختانه ساختمان بیمارستان خسارت حداقلی را تجربه کرده و اکنون هم در حال خدمات‌دهی است. دومین ادوات مربوط به میراگرهای ساختمانی است که در طبقات ساختمان نصب میشوند. گفتنی است، برخی میراگرها با جداگرها می‌توانند ترکیب شوند و قابلیت ساختمان را در استحکام در مقابل زمینلرزه بالا ببرند و مانع از شتاب طبقات در هنگام وقوع زمینلرزه میشود. وقتی شتاب طبقات کاهش پیدا میکند، اجسام بزرگ داخل خانه‌ها نظیر کمد و یخچال نمی‌افتد.
میراگرویسکوز چگونه کار میکند و آیا میتوان از آن بهعنوان یک فناوری مهم در پیشگیری از خسارتهای زلزله نام برد؟
میراگرویسکوز کمک‌فنر بزرگی است که برای جلوگیری از خسارتهای ناشی از زلزله، روی سازه نصب میشود. گفتنی است، این کمک‌فنر تنها برای ساختمان‌ها کاربرد ندارد و میتوان از آن برای مقاوم‌سازی پل‌ها و سازههای بزرگ دریایی هم استفاده کرد. گفتنی است، یکی از قابلیت‌های این فناوری این است که میزان استفاده از آن بستگی به حد مقاومت سازه دارد. به‌عبارت دیگر، به هر میزان که سازه نیاز به مقاومت داشته باشد، میراگرویسکوز روی آن نصب میشود. در واقع، میزان استفاده از آن بستگی به این دارد که تا چه حد ساختمان نیاز به مقاوم‌سازی دارد. معمولا ساختمانهای مهم نظیر بیمارستان‌ها یا نیروگاه‌ها از میراگرویسکوزهای زیادی استفاده می‌کنند.
آیا این فناوری نمونه خارجی هم دارد؟
تاکنون سازه‌هایی نظیر جداگرهای لرزه‌ای در برخی کشورها ساخته شده است، همان‌گونه که گفته شد، این فناوری سازه را از زمین جدا میکند و بسان غلتک عمل میکند، اما این میراگرویسکوزها با قرارگیری در طبقات و در میان دیواره‌ها از شدت ضربه جلوگیری میکند که نمونه آن با این فرآیند استفاده، تا به حال ساخته نشده بود. ویژگی مثبت این سازه این است که هم در ساختمانهای بلندمرتبه و هم در ساختمان‌هایی که از ارتفاع کوتاه‌تری برخوردار هستند، مورداستفاده قرار می‌گیرد. وقتی این میراگر در ساختمانهای تازهساخت نصب میشود، صرفه‌جویی زیادی در هزینه‌های فولاد سازنده ساختمان را در پی دارد؛ به‌گونه‌ای که تا 30 در صد هزینه‌ها را می‌کاهد. گفتنی است، این میراگر قابلیت نصب، هم در ساختمانهای تازه‌تاسیس و هم در ساختمانهای قدیمی را که نیازمند بهسازی و مقاوم‌سازی هستند، دارد. به‌طورمعمول هزینه اولیه ساخت ساختمان‌هایی که از ابتدا مجهز به این فناوری هستند، کمی بالاتر از ساختمان‌هایی است که از این فناوری استفاده نمی‌کنند.
این ادوات تنها روی ساختمانهای تازهساخت نصب میشوند یا فقط قابلیت نصب روی ساختمانهای قدیمیتر را دارند؟
کمابیش تمام این ادوات را میتوان هم برای ساختمان تازهساخت و هم برای ساختمان‌هایی که چند سالی از زمان ساخت آنها می‌گذرد، مورد استفاده قرار داد. برای مثال، اکنون یکی از میراگرهای ساخت داخل کشور برای بهسازی یکی از برج‌های تهران در میدان نوبنیاد نصب شده است. همچنین، بسیاری از ساختمانهای سرپل‌ذهاب از این میراگرها برای کاهش خسارتهای زلزله‌های احتمالی استفاده کرده‌اند. استفاده از این ادوات بستگی به طراحی و کاربری ساختمان دارد که معمولا با در نظر گرفتن دوره بازگشت زمینلرزه روی ساختمان‌ها نصب میشود و قابلیت دوام در مقابل یک زلزله 7 تا 8 ریشتری را دارد. با نصب آنها نه‌تنها ساختمان‌ها آسیب نمی‌بینند، بلکه خدمت‌پذیری خود را هم دارند، با اینکه هزینه‌های اولیه ساخت را بالا می‌برد، اما تاثیر آن را زمانی می‌بینیم که یک زلزله را تجربه می‌کنیم.
بهنظر شما چقدر لزوم در تغییر متن آییننامههای مربوط به ساختوسازها احساس میشود و اینکه آیا این تغییر میتواند راه را برای استفاده از این فناوریها در سازههای ساختمانی و غیرساختمانی باز کند؟
باتوجه به اینکه این فناوری در بسیاری از سازهها کاربردی شد، نهادهای دولتی هم استقبال کردند و با همکاری دفتر مقررات ملی ساختمان وزارت راه و شهرسازی آیین‌نامه‌ای تصویب شد که مربوط به ساختمانهای مجهز به این فناوری است.
هدف بسیاری از آییننامههای فعلی ساختمانی در ایران و دیگر کشورها این است که تنها ایمنی جانی حفظ شود، اما امروز نه‌تنها ایمنی جانی اهمیت دارد، بلکه ایمنی سازه‌ای هم باید مدنظر قرار بگیرد تا کاربری شهرها یا مکان‌هایی که زلزله‌خیز هستند، حفظ شود. بنابراین، یکی از مواردی که آیین‌نامه‌نویسان باید مدنظر داشته باشند، این است که ایمنی چرخه زندگی شهری هم حفظ شود.
اتاقی برای آموزش ملموسانه
در گفت‌وگویی دیگر با یکی از فعالان اکوسیستم دانش‌بنیان کشور از فناوری باخبر شدیم که نقش جدی در فهم مخاطره‌های لرزه‌آفرین نظیر زلزله دارد. اتاق شبیهساز هوشمند زلزله‌آزما جایی است که مهندسان عمران با آموزش‌های درنظرگرفته‌شده در صورت وقوع زمینلرزه به‌طورملموس درک دقیق‌تری از نیروی وارده به سازهها را درک کنند. آرش امین، فعال دانش‌بنیان درباره این اتاق می‌گوید: تاکنون بیش از 12هزار نفر در بحث پیشگیری و آشنایی با مباحث زلزله آموزش دیده‌اند.
اتاق شبیهساز زلزله چگونه جایی است و چه درکی از آثار زلزله به افرادی میدهد که وارد آن میشوند؟
همه می‌دانیم که ایران کشوری لرزه‌خیز است و احتمال وقوع زلزله در اقصی نقاط کشور، به‌ویژه در کلانشهر تهران غیرقابل‌اجتناب است. در این میان، بیشتر افراد دست‌اندرکار ساخت‌وساز و حتی مدیریت شهری، نسبت به رخداد زلزله دید تئوری دارند و فاقد نگرش عملی هستند. درواقع، فعالان در این زمینه تجربه ملموسی از زمین‌لرزه‌های بزرگ ندارند. به‌همین‌دلیل، دستگاه شبیهساز زلزله‌آزما را به‌صورت یک اتاق بزرگ و در قالب یک دستگاه رباتیک و قابل‌حمل (سیار) ساختیم تا بتوان به افراد کلیدی و تصمیم‌گیرنده آموزش کاربردی داد. این آموزش در راستای درک دقیق آنها از زلزله است. اتاق بزرگی را تصور کنید که افراد می‌توانند با ورود به آن افزون بر آموزش‌های عملی و ارتقای هوش هیجانی خود، میزان شدت زلزله را در ریشترهای مختلف، به‌شکلی دقیق، تجربه و به‌طورعینی لمس کنند. برای مثال، وقتی راجع به یک زلزله 7 یا 8 ریشتری صحبت میشود، به‌طوردقیق منظورمان از بزرگا و شدت آن چیست؟ گفتنی است، مهندسان عمران که باید اطلاعات جامعی نسبت به طراحی سازه براساس آیین‌نامه 2800 داشته باشند، مطالب مهم و کاربردی لازم را به‌صورت ترکیب تئوری و مشاهده عینی واقعه، همراه با تجربه زلزله به‌صورت دقیق در زلزله‌آزما، آموزش می‌بینند.
آیا این سازه اتاقیشکل، بازخورد بینالمللی داشته است؟ و اینکه از کدام منبع دادههای خود را دریافت میکنید؟
این دستگاه قابل‌حمل و با دقت بسیار بالا ساخته و به‌دلیل ساخت آن، در سال 2012 در رنکینگ اختراعات آلمان موفق به دریافت مدال طلا و 2 دوره هم کاندیدای جایزه کاهش خطرپذیری سازمان ملل متحد شده است. اتاق شبیهساز زلزله‌آزما 4 تن وزن دارد و قابلیت بارگذاری تا 3 تن روی عرشه 20 مترمربعی آن پیش‌بینی شده است. به‌عبارت روشن‌تر، کلاسی است که افراد می‌توانند آموزش کافی و ملموس درباره زلزله ببینند. در این شبیهساز زلزله، ارتعاشات لرزه‌ای در 3 و 6 درجه به‌صورت طولی، عرضی و عمودی برمبنای PGA و PGD یا به‌اصطلاح پیک شتاب و جابه‌جایی رکوردهای ثبت‌شده از زلزله‌های مهم دنیا، با دقت بالا شبیهسازی میشود تا اثر ارتعاشات حوزه‌های دور و نزدیک هر زلزله و دلایل علمی تخریب آنها به‌شکل ملموس قابل‌تجربه و تفکیک برای مخاطبان تجزیه و تحلیل شود. گفتنی است، رکوردهای زلزله‌های مهم ایران و جهان همچون زلزله‌های بم، طبس، لوماپریتا، کوبه و... از مرجع‌های 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 می‌لرزد.
باوجود لرزههایی که در این اتاق شبیهسازی میشود، آیا میتوان به آزمایش استحکام دیگر سازهها پرداخت؟
عرشه این دستگاه 20 مترمربع است که هم قابلیت آموزش افراد را دارد و هم میتواند بهعنوان یک میز لرزان دقیق برای تست محصولات ساختمانی به‌حساب بیاید. حتی مدل‌سازی ساختمان‌ها و سازههای متنوع نیز روی این دستگاه قابل‌انجام است. گفتنی است، میتوان روی عرشه این شبیهساز زلزله، سازههای قاب خمشی ویژه و عملکردی را به‌صورت عینی مدل‌سازی کرد که به فراخور ویژگی مناطق برای کاهش خسارات در برابر زلزله تحلیل کرد. گفتنی است، سازههای خمشی به مجموعه‌ای از تیرها، ستون‌ها و اتصالات صلبی می‌گویند که به‌طورهمزمان نیروهای جانبی و ثقلی را تحمل می‌کنند. همچنین، در طراحی براساس عملکرد ساختمان که به آن سازه عملکردی می‌گویند، اعضای سازه‌ای و غیرسازه‌ای باید به‌گونه‌ای ساخته شوند که تحت زلزله مذکور رفتارشان مطابق میل انسان باشد. همان‌گونه که پیش‌تر هم گفتم، مخاطب اصلی، مهندسان عمران هستند تا درک ملموسی از زلزله و نیرویی که بر یک سازه وارد میشود، پیدا کنند. با آزمایش دیگر سازهها در عرشه این اتاق شبیهساز، آنها می‌توانند پی به اشکالات اجرایی در بخش‌هایی از ساختمان ببرند که بهعنوان پاشنه‌آشیل شناخته میشوند.
سخن پایانی
باتوجه به موارد یادشده و فناوری‌هایی که در این گزارش از آنها سخن به‌میان آمد، باید گفت شاید وقتش رسیده است که در راستای کاهش خسارتهای برآمده از مخاطرات طبیعی نظیر زلزله که در بسیاری موارد غیرقابل‌مهار است، یک اقدام مشترک بینالمللی فارغ از دعواهای سیاسی شکل بگیرد و تمامی کشورها از تجهیزات فناورانه در راستای کاهش خسارتها با هزینه‌های کمتر بهره‌مند 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 سازههای بیشتر کشورها دست‌کم این مزیت را دارد که هنگام وقوع زمینلرزه آن هم با ریشترهای بالا می‌توانیم آسوده‌تر خبرهای خسارتهای زلزله‌های سهمگین را بخوانیم و کمتر شاهد از دست رفتن جان مردم باشیم.