تماس با استادکار

09353097929 مشاوره و بازدید 

ساخت خانه ضد زلزله - فن آوری هایی که به ساختمان ها کمک می کند تا در برابر زلزله ها مقاومت کنند

در حال حاضر، دانشمندان بر این باورند که فعالیت تکتونیکی ممکن است موجب نابودی برخی از فرهنگ های باستانی شود. به عنوان مثال، برخی تحقیقات انجام شده نشان می دهد که یک زمین لرزه عظیم ممکن است به کلی شهر را ویران کند و منجر به لایه هایی مانند ساندویچ در حفاری ها شود. و یک سری از زمین لرزه ها ممکن است تمدن هاراپان (که در حال حاضر پاکستان است) را نابود کند.


امروزه ما به همان اندازه تحت تاثیر زلزله های قدرتمندی قرار گرفته ایم. وقتی که در معرض نیروهای ناگهانی ناشی از امواج لرزه ای قرار می گیرند حتی ساختمان های مدرن و پل ها می توانند به طور کامل از بین بروند و سقوط کنند و مردم را در داخل و اطراف آن خرد کنند. در طی چند دهه گذشته، معماران و مهندسان تعدادی از فناوری های هوشمندانه را طراحی کرده اند تا اطمینان حاصل کنند که خانه ها، واحدهای چند خانه ای و آسمان خراش خم می شوند اما تخریب نمی شوند. در نتیجه، ساکنان ساختمان می توانند بدون آسیب بروند و شروع به جمع آوری قطعات کنند.
در این مقاله، ما 10 فناوری تامبلور-تله اندینگ را جمع آوری کردیم. بعضی از آنها چندین سال بوده اند. برخی، ایده های نسبتاً جدیدی هستند که هنوز مورد آزمایش قرار نگرفته اند.

فونداسیون شناور

مهندسان و لرزه شناسان سالها به عنوان وسیله ای برای حفاظت از ساختمان ها در طول زلزله، به جداسازی پایه ها کمک کرده اند. همانطور که از نام آن میبینیم این مفهوم به تفکیک ساختار یک ساختمان از قسمت فوقانی آن کمک میکند. یکی از این سیستمها شامل ساختن یک ساختمان در بالای پایه آن بر روی یاتاقانهای سرب است که حاوی یک هسته سرب هسته ای پیچیده شده در لایه های متناوب لاستیک و فولاد است. صفحات فولادی یاتاقان را به ساختمان و بنیاد آن متصل می کنند و سپس، زمانی که یک زلزله رخ می دهد، بنیاد بدون حرکت ساختار بالای آن حرکت می کند.
در حال حاضر برخی از مهندسان ژاپن پایه را به سطح جدیدی برده اند. سیستم آنها در واقع یک ساختمان را بر روی یک کوسن هوا قرار می دهد. در اینجا این چگونه کار می کند: سنسورها در ساختمان، فعالیت لرزه نگاری تابش زلزله را تشخیص می دهند. شبکه سنسورها با یک کمپرسور هوا ارتباط برقرار می کند که در عرض نیم ثانیه از هشدار، نیرو را بین ساختمان و پایه آن ایجاد می کند. بالشتک هوا این ساختار را تا 1.18 اینچ (3 سانتیمتر) از سطح زمین بلند می کند هنگامی که زمین لرزه کاهش می یابد کمپرسور خاموش می شود و ساختمان دوباره به پایه آن می افتد.

کمک فنر

یکی دیگر از تکنیک های آزمایش شده و واقعی برای کمک به ساختمان ها در برابر زمین لرزه ها، نشانه آن در صنعت خودرو می باشد. شما با جذب شوک آشنا هستید - دستگاهی که حرکت ناخواسته را در ماشین شما کنترل می کند. جذب کننده های شوک پایین میزان حرکت های ارتعاشی را با تبدیل انرژی جنبشی به انرژی گرمایشی کاهش می دهندکه می تواند از طریق مایع هیدرولیکی تخلیه شود. در فیزیک، این به عنوان محرک شناخته شده است به همین دلیل است که برخی از مردم به کمک کمپرسور به عنوان دمپر اشاره می کنند.
آشکار است که آرماتورها می توانند هنگام طراحی ساختمان های مقاوم در برابر زلزله مفید باشند. مهندسان عموماً در هر سطحی از یک ساختمان، دمنده ها را می بندند یک انتهای آن به یک ستون متصل شده و انتهای دیگر به یک پرتو متصل می شود. هر دمپر شامل یک سر پیستونی است که در داخل یک سیلندر پر از روغن سیلیکون حرکت می کند. هنگامی که یک زلزله به وقوع می پیوندد، حرکت افقی ساختمان باعث می شود پیستون در هر دمپر با فشار دادن بر روی روغن، انرژی مکانیکی زمین لرزه تبدیل را کند.

قدرت پاندول

دمیدن می تواند انواع مختلفی داشته باشد. یک راه حل دیگر، مخصوصا برای آسمان خراش ها، شامل تعلیق یک توده عظیم در نزدیکی بالای ساختار است. کابل های فولادی از توده حمایت می کنند در حالی که دمپرهای مایع چسبندگی بین جرم و ساختمان که در تلاش برای محافظت است بین دروازه قرار دارند. هنگامی که فعالیت لرزه ای، ساختمان را تحت تاثیر قرار می دهد آونگ در جهت مخالف حرکت می کند و انرژی را از بین می برد.
مهندسان به این سیستم ها به عنوان گیره های انبوه توده ای اشاره می کنند زیرا هر یک از آونگ ها دقیقا به یک فرکانس ارتعاشی طبیعی ساختار متصل است. اگر حرکت زمین باعث ایجاد یک فرکانس رزونانس در ساختمان شود ساختمان با مقدار زیادی انرژی ارتعاش می کند و احتمالا موجب آسیب می شود. کار یک کمپرسور شبیه ساز مخلوط شده برای مقابله با رزونانس و به حداقل رساندن پاسخ دینامیکی ساختار است.
101 تایپیه که به تعدادی کفها در آسمان خراش با ارتفاع 1،667 پا (508 متر) اشاره دارد با استفاده از یک دمپر تودهی تنظیم شده برای به حداقل رساندن اثرات ارتعاشی مرتبط با زمین لرزه و بادهای قوی است. در قلب این سیستم، یک توپ 730 تن (660 متر مربع)، توپ طلایی توسط 8 کابل فولادی به حالت تعلیق درآمده است. این بزرگترین و سنگین ترین مخزن توده ای در جهان است.

فیوزهای قابل تعویض

در دنیای برق، یک فیوز با سوختن در برابر جریان غیر متعارف حفاظت می کند. این جریان برق را از بین می برد و مانع از گرمای بیش از حد و آتش سوزی می شود. و پس از حادثه، شما به سادگی فیوز را جایگزین و سیستم به حالت عادی بازمی گردد.
محققان دانشگاه استنفورد و دانشگاه ایلینوی با تلاش برای ساخت یک ساختمان مقاوم در برابر زلزله با یک مفهوم مشابه تلاش کرده اند. آنها ایده های خود را یک سیستم تابشی کنترل می نامند زیرا قاب های فولادی که ساختار را تشکیل می دهند، الاستیک هستند و اجازه می دهند تا روی بنیاد قرار بگیرند. اما این به خودی خود راه حل ایده آل نیست.
محققان علاوه بر قابهای فولادی، کابلهای عمودی را نصب کردند که بر لبه فریم لنگر انداخته و حرکت تکان دادن را محدود می کند. نه تنها این، کابل ها توانایی خودسنجی دارند بدان معنی است که می توانند کل ساختار را درست زمانی که تکان خوردن متوقف می شود بکشند. اجزای نهایی فیوزهای استیل قابل تعویض بین دو فریم یا در پایه های ستون قرار می گیرند. دندانهای فلزی فیوزها، انرژی لرزها را همانند سنگهای ساختمان جذب می کنند. اگر آنها در طی یک زلزله "ضربه" بخورند می توان آنها را نسبتا سریع و مقرون به صرفه جایگزین کرد تا ساختمان را به شکل اولیه برش روبان بازگردانیم.

Rocking-core-wall

در بسیاری از ساختمان های بلند مدرن، مهندسان از ساختار دیوارهای هسته ای برای افزایش عملکرد لرزه ای با هزینه پایین استفاده می کنند. در این طرح، یک هسته بتن مسلح از طریق قلب ساختمان در اطراف ساختار بالا برنده ها قرار می گیرد برای ساختمان های بسیار بلند، هسته دیوار می تواند کاملا قابل توجه باشد حداقل 30 فوت در هر جهت و 18 تا 30 اینچ ضخامت دارد.
در حالی که ساخت دیوارهای هسته ای به ساختمان ها کمک می کند تا زمین لرزه ها را پشت سر بگذارند این یک تکنولوژی کامل نیست. محققان دریافته اند که ساختمان های پایه با دیوارهای هسته ای همچنان می توانند تغییرات غیر قابل انعطاف پذیری قابل توجهی، نیروهای برشی بزرگ و شتاب های ناشی از آسیب دیدگی ایجاد کنند. یک راه حل، همانطور که قبلا مورد بحث قرار گرفته، شامل جداسازی پایه می شود - ساخت ساختمانی بر روی یاتاقان های سرب. این طراحی شتاب های کف و نیروهای برشی را کاهش می دهد اما از تغییر شکل در پایه دیوار هسته جلوگیری نمی کند.
یک راه حل بهتر برای سازه ها در ناحیه های زلزله، برای یک دیواره ی هسته ای پیچیده، همراه با جداسازی پایه است. برای انجام این کار، مهندسین دو سطح پایین تر ساختمان را با فولاد تقویت می کنند و پس از کشیدن در طول کل ارتفاع به هم متصل می کنند. در سیستم های پس از کشش، تاندون های فولادی از طریق دیواره هسته ای رشته ای می شوند. تاندون ها مانند نوارهای لاستیکی عمل می کنند که می تواند توسط جک های هیدرولیکی به شدت کشش داده شود تا قدرت کشش دیواره هسته ای افزایش یابد.

پنهان کردن نامرئی لرزه

شما ممکن است در مورد موضوع امواج به آب یا صدا فکر کنید اما زمین لرزه ها نیز امواج تولید می کنند که توسط زمین شناسان به عنوان امواج بدن و سطح طبقه بندی می شوند. سفر سابق به سرعت از طریق داخل زمین انجام می شود. دومی به آرامی از طریق پوسته بالایی حرکت می کند و شامل یک زیرمجموعه از امواج می شود که به عنوان امواج رئیلی شناخته می شود و زمین را به صورت عمودی حرکت می دهد. این حرکت به سمت بالا و پایین باعث بیشتر تکان و آسیب در ارتباط با یک زلزله می شود.
در حال حاضر تصور کنید اگر می توانید انتقال برخی از امواج لرزه ای را قطع کنید. آیا ممکن است انرژی را از بین ببرید ؟ بعضی از دانشمندان چنین فکر می کنند و آنها راه حل خود "پنهان نامرئی لرزه ای" را برای توانایی آن برای ساختن یک ساختمان نامرئی به امواج سطحی نامیده اند. مهندسان معتقدند که آنها می توانند از 100 حلقه پلاستیکی متمرکز زیر پایه یک ساختمان استفاده کنند. به عنوان رویکرد امواج لرزه ای، آنها در یک ردیف وارد یک حلقه می شوند و درون سیستم قرار می گیرند. امواج در داخل "مخفی" نمی توانند انرژی خود را به ساختار بالا انتقال دهند. آنها به سادگی در اطراف بنیاد ساختمان قرار می گیرند و از طرف دیگر ظاهر می شوند جایی که آنها از حلقه خارج می شوند و سفر طولانی مدت خود را از سر می گیرند. تیم فرانسه این مفهوم را در سال 2013 مورد آزمایش قرار داد.

آلیاژهای به شکل حافظه

همانطور که پیش از این در شمارش معکوس بحث شده است مواد پلاستیکی چالش بزرگی برای مهندسان است که سعی در ایجاد سازه های مقاوم در برابر زلزله دارند. پلاستیسیته تغییر شکل در هر ماده زمانی که نیروها به آن اعمال می شود شرح می دهد. اگر نیروها به اندازه کافی قوی باشند شکل مواد را می توانند به صورت دائمی تغییر دهند که توانایی آن را به درستی کار می کند. فولاد می تواند تغییر شکل پلاستیسیته را تجربه کند اما می تواند بتن را نیز تحمل کند. و با این حال هر دو این مواد به طور گسترده در تقریباً تمام پروژه های ساخت و ساز تجاری استفاده می شود.
آلیاژ حافظه شکل را وارد می کنند که می تواند فشارهای سنگین را تحمل کند و همچنان به شکل اصلی خود بازگردد. بسیاری از مهندسان با استفاده از این مواد به اصطلاح هوشمند به عنوان جایگزین برای ساخت و ساز سنتی فولاد و بتن تجربه می کنند. یک ماده امیدوارکننده تیتانیوم نیکل یا نیتینول است که 10 تا 30 درصد انعطاف پذیری بیشتری نسبت به فولاد ارائه می دهد در یک مطالعه 2012، محققان دانشگاه نوادا، رنو، عملکرد لرزه ای ستون های پل ساخته شده از فولاد و بتن را با ستون های ساخته شده از نیتینول و بتن مقایسه کردند. آلیاژ حافظه شکل از مواد سنتی در تمام سطوح برتر بوده و آسیب بسیار کمتر را تجربه کرده است.

پیچیدن با فیبرکربنی

در هنگام ایجاد یک ساختار جدید منطقی است که مقاومت زمین لرزه را در نظر بگیرید اما ارتقاء ساختمان های قدیمی به منظور بهبود عملکرد لرزه ای آن نیز بسیار مهم است. مهندسان دریافته اند که اضافه کردن سیستم های جداسازی پایه به سازه ها هر دو امکان پذیر و اقتصادی هستند. یکی دیگر از راه حل های امیدوار کننده، بسیار ساده تر برای پیاده سازی، نیازمند یک فن آوری شناخته شده به عنوان پوشش پلاستیکی تقویت شده فیبر یا FRP می باشد. تولیدکنندگان این ترکیبات را با مخلوط کردن فیبرهای کربن با پلیمرهای اتصال دهنده مانند اپوکسی، پلی استر، وینیل استر و نایلون، تولید می کنند تا مواد کامپوزیتی سبک وزن، اما باور نکردنی قوی ایجاد کنند.
در برنامه های پیشرفته، مهندسان به سادگی مواد را در اطراف ستون های بتونی از پل ها یا ساختمان ها قرار می دهند و سپس اپوکسی تحت فشار را به شکاف بین ستون و مواد متصل می کنند. بر اساس الزامات طراحی، مهندسان ممکن است این روند را شش یا هشت بار تکرار کنند و یک پرتو پیچیده شده با مومیایی با قدرت و انعطاف پذیری بالاتری ایجاد کند. شگفت آور، حتی ستون های آسیب دیده با زلزله می تواند با پیچ و تاب های فیبر کربن تعمیر شود. در یک مطالعه، محققان دریافتند که ستون های پل بزرگراههای ضعیف شده با مواد کامپوزیتی 24 تا 38 درصد قوی تر از ستون های آزاد است.

مواد بیولوژیکی

در حالیکه مهندسین از آلیاژهای حافظه شکل و پیچ و مهره های فیبر کربنی در ساخته استفاده می کنند آینده ای را پیش بینی می کنند که در آن حتی مواد بهتر برای ساخت و ساز مقاوم در برابر زلزله قابل دسترس خواهند بود. و الهام بخشیدن به این مواد ممکن است به احتمال زیاد از حیوانات به ارمغان بیاورد. یک صدف دو کفه ای را در نظر بگیرید جلزون برای جلوگیری از آسیب زدن به آنها، فیبرهای چسبناکی را که به عنوان نخ های گریس شناخته می شوند ترشح می کنند. برخی از این رشته ها سفت و سخت هستند در حالی که دیگران انعطاف پذیر و الاستیک هستند. هنگامی که یک موج روی حلزون سقوط می کند باقی می ماند زیرا خطوط انعطاف پذیر شوک را جذب می کنند و انرژی را از بین می برند. محققان حتی نسبت فیبرهای سفت به انعطاف پذیری را محاسبه کرده اند - 80:20 - که باعث می شود که گوشت گوزن با آن چسبنده باشد. در حال حاضر این موضوع در حال توسعه مواد ساختمانی است.
یکی از موضوعات جالب دیگر از انتهای عنکبوت است. همه ما می دانیم که، ، ابریشم عنکبوت قوی تر از فولاد است (فقط از پیتر پارکر)، اما دانشمندان MIT معتقدند این پاسخ دینامیکی مواد طبیعی تحت فشار سنگین است که آن را بسیار منحصر به فرد می سازد. هنگامی که محققان بر روی رشته های فردی از ابریشم عنکبوت بر روی ابروهای عنکبوت تکیه می کردند رشته ها در ابتدا سفت و سپس سفت و سپس دوباره سفت شدند. این پاسخ پیچیده و غیر خطی است که باعث می شود صفحات عنکبوتی به طوری انعطاف پذیر و موضوع عنکبوت مانند مواد مخرب برای تقلید در نسل بعدی ساخت و ساز مقاوم در برابر زلزله باشد.

لوله های مقوایی

و در مورد کشورهای در حال توسعه، جایی که از لحاظ اقتصادی فناوری های ضد زلزله در خانه ها و ساختمان های اداری قابل انجام نیست تیم های مهندسی در حال کار در سراسر جهان برای طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله با استفاده از مواد قابل دسترس یا موادی که به راحتی قابل دسترسی هستند. به عنوان مثال، در پرو، محققان ساخت دیوارهای سنتی را با تقویت دیوار با مش پلاستیک ساختند. در هند، مهندسان بامبو به طور موفقیت آمیز برای تقویت بتن استفاده می کنند. و در اندونزی، برخی از خانه ها در حال حاضر بر روی آسانسور هایی که از شن و ماسه یا سنگ ساخته شده اند، استفاده می شود.
حتی مقوا می تواند یک مصالح ساختمانی محکم و با دوام باشد. معمار ژاپنی شگریو بان طراحی چندین سازه را انجام می دهد که شامل لوله های مقوا با پلی اورتان به عنوان عناصر فریم اولیه می باشد. در سال 2013، بان یک طرح خود را - کلیسای جامع انتقالی - در Christchurch نیوزیلند معرفی کرد. کلیسا از 98 لوله های مقوایی غول پیکر تقویت شده با پرتو های چوبی استفاده می کند از آنجا که ساختار کارتن و چوب بسیار سبک و انعطاف پذیر است در حوادث لرزه ای بسیار بهتر از بتن عمل می کند. و اگر سقوط کند، احتمالا مردم را در داخل جمع می کند.

توجه: برای اجرای پروژه های ساخت و مقاوم در برابر زلزله با استادکار تماس بگیرید

عضویت خبرنامه