نقش معمار در طراحی لرزه‌ای و ایمنی ساختمان‌ها در برابر زلزله

هنگامی که یک ساختمان از دیدگاه معماری مورد بررسی و تحلیل قرار می‌گیرد، معمولاً جنبه‌های ظاهری و قابل مشاهده آن مد نظر قرار می‌گیرد؛ مانند زیبایی‌شناسی، عملکرد، روابط فضایی و منظر.

اما یکی از عوامل نامرئی و در عین حال بسیار مهم که باید در فرآیند طراحی لحاظ شود، ایمنی ساختمان در برابر مخاطرات طبیعی، به‌ویژه زلزله است.

اگرچه تأمین مقاومت در برابر زلزله معمولاً از طریق راهکارهای سازه‌ای انجام می‌شود، اما تصمیمات و طرح‌های معماری نیز نقشی تعیین‌کننده در عملکرد لرزه‌ای ساختمان دارند. به بیان دیگر، طراحی لرزه‌ای یک مسئولیت مشترک میان معماران و مهندسان سازه است که از رابطه‌ی فیزیکی میان فرم‌های معماری و سیستم‌های سازه‌ای نشأت می‌گیرد.

تعبیه‌ی اصول مقاومت لرزه‌ای در همان مرحله‌ی طراحی بسیار اقتصادی‌تر از افزودن آن در مراحل محاسبه‌ی سازه یا تقویت پس از اتمام ساخت است. افزون بر این، ساختمانی که در مرحله طراحی با در نظر گرفتن اصول ضدزلزله ساخته شده باشد، بسیار مؤثرتر از بنایی خواهد بود که بعدها با افزودن عناصر مقاومتی تقویت شده است.

شواهد تاریخی نشان می‌دهد که بسیاری از بناهای تاریخی در طول قرن‌ها بدون استفاده از مصالح ویژه، زلزله‌های متعددی را پشت سر گذاشته‌اند. این موضوع نشان‌دهنده‌ی آن است که معماران سنتی (معماران یا میماران گذشته) به‌طور هم‌زمان معماری و انتخاب فرم، تناسبات و مصالح مناسب برای بهترین عملکرد سازه‌ای را طراحی می‌کردند.

مقدمه

انگیزه‌ی اصلی نگارش این مقاله زمانی در ذهن نویسنده شکل گرفت که چند سال پیش، معمار مشهور «کن یانگ» (Ken Yeang) در سمیناری در دانشگاه شفیلد، طرح‌های جدید آسمان‌خراش‌های خود را معرفی می‌کرد. در جریان سخنرانی، از او پرسیده شد آیا در طراحی‌هایش به مسائل ایمنی لرزه‌ای نیز توجه دارد یا خیر؟ پاسخ او منفی بود. از فضای آن نشست چنین برمی‌آمد که این مسائل معمولاً پس از پایان کار معماران و در مراحل بعدی توسط مهندسان بررسی می‌شود. همین دیدگاه، یعنی جدایی میان طراحی معماری و ملاحظات ایمنی لرزه‌ای، محور اصلی بحث و نقد این مقاله است.

در فرآیند طراحی معماری، پرسش‌های متعددی مطرح می‌شود که پاسخ به آن‌ها نیازمند تصمیم‌گیری میان گزینه‌های مختلف است. در این میان، بیشتر تمرکز معماران بر عواملی چون فرم، هندسه، روابط عملکردی میان فضاها، و جنبه‌های زیبایی‌شناختی بنا قرار دارد. همچنین عناصر ظاهری همچون فضای سبز در نما، نوع بازشوها، سایه‌بان‌ها، پیش‌آمدگی‌ها و فرورفتگی‌ها، تزئینات و رنگ و جنس مصالح معمولاً بیش از سایر موارد مورد توجه قرار می‌گیرند. با این حال، در بسیاری از پروژه‌ها مقاومت لرزه‌ای و ایمنی ساختمان نادیده گرفته می‌شود، به‌ویژه زمانی که این موضوع در تعارض با ایده‌های زیباشناسانه قرار گیرد.

ریشه‌ی اصلی این مشکل را می‌توان در جدایی فرآیند طراحی معماری از طراحی سازه‌ای دانست. در حالی که اگر هر دو حوزه از همان آغاز به‌صورت هم‌زمان و هماهنگ پیش بروند، نتیجه نهایی ساختمانی ایمن‌تر و کارآمدتر خواهد بود. نمونه‌های تاریخی فراوانی از این هم‌افزایی میان هنر و مهندسی وجود دارد؛ بناهایی که در آن طراحی معماری و سازه‌ای به‌صورت واحد و هم‌زمان انجام شده و به همین دلیل، قرن‌ها در برابر زمین‌لرزه‌ها مقاومت نشان داده‌اند. در مقابل، بسیاری از ساختمان‌های مدرن به دلیل نبود هماهنگی میان گروه‌های طراحی و اجرای مستقل دو بخش معماری و سازه، در شرایط مشابه دچار تخریب یا فروریزش شده‌اند.

در گذشته، استاد معمار یا معمار–سازنده فردی بود که هم طراحی هنری بنا را بر عهده داشت و هم مسئولیت فنی و سازه‌ای آن را مدیریت می‌کرد. اما با آغاز انقلاب صنعتی و رشد سریع دانش و فناوری مصالح، این هم‌پوشانی از میان رفت و مرزی روشن میان دو حرفه ایجاد شد: از آن پس، معمار مسئول زیبایی، فضا و فرم شد، در حالی که مهندس سازه وظیفه‌ی ایمنی و پایداری را بر عهده گرفت. این جدایی، هرچند از نظر تخصصی گامی رو به جلو بود، اما در بسیاری از موارد موجب گسست میان فرم و عملکرد و در نتیجه کاهش هماهنگی سازه و معماری در برابر زلزله گردید.

درس هایی از گذشته

زلزله‌های تجربه‌شده در طول تاریخ، همواره منبعی ارزشمند از آموزه‌ها برای بهبود طراحی لرزه‌ای در آینده بوده‌اند. مرور رخدادهای بزرگ گذشته نشان می‌دهد که در بسیاری از موارد، ساختمان‌های مدرن بتن‌آرمه دچار فروپاشی شده‌اند، در حالی‌که سازه‌های بنایی قدیمی در همان نزدیکی تقریباً بدون آسیب باقی مانده‌اند. به‌عنوان نمونه، در زلزله‌ی ارمنستان، بسیاری از ساختمان‌های جدید به‌کلی تخریب شدند، اما بناهای سنتی مجاور نه‌تنها پابرجا ماندند، بلکه به پناهگاهی برای ساکنان ساختمان‌های ویران‌شده تبدیل شدند.

علت این پدیده را باید در بافت، طراحی و ویژگی‌های ساختاری بناهای تاریخی جست‌وجو کرد. این سازه‌ها معمولاً به‌گونه‌ای طراحی می‌شدند که معماری و سازه به‌صورت هم‌زمان و هماهنگ شکل می‌گرفتند، نه به‌صورت مجزا. در واقع، معماران سنتی به‌طور تجربی و شهودی، مفاهیم مرتبط با مقاومت لرزه‌ای را در فرآیند طراحی خود لحاظ می‌کردند؛ به همین دلیل، ضرایب لرزه‌ای به‌شکل طبیعی در فرم و ساختار بنا حضور داشت.

یکی از شاخص‌ترین ویژگی‌های بناهای تاریخی، یکپارچگی ساختاری و نظم هندسی آن‌ها بود. بیشتر آثار ارزشمند گذشته از فرم‌های فشرده، توزیع یکنواخت جرم و سختی و هندسه‌ای متقارن برخوردار بودند؛ عناصری که باعث عملکرد بهتر در برابر نیروهای جانبی می‌شدند. با این حال، تغییرات و الحاقات بعدی که در طول زمان برای پاسخ به نیازهای جدید صورت گرفت، این تعادل اولیه را بر هم زد و موجب افزایش آسیب‌پذیری در برابر زمین‌لرزه شد.

نمونه‌ای دیگر از اهمیت این موضوع را می‌توان در زلزله‌ی آلاسکا در ۲۸ مارس ۱۹۶۴ مشاهده کرد. در این حادثه، ساختمان‌های کوچک و صلبِ بنایی مقاومت قابل توجهی از خود نشان دادند، در حالی‌که بسیاری از برج‌ها و ساختمان‌های مرتفع دچار آسیب جدی شدند. علت اصلی این تفاوت، غلبه‌ی امواج بلنددوره‌ای زمین‌لرزه بود که تأثیر بیشتری بر سازه‌هایی با دوره‌ی طبیعی بلند دارد.

همچنین بررسی‌های پژوهشگر «لانگنبخ» (Langenbach, 2002) نیز نشان داد که خانه‌های سنتی چوبی و بنایی در زلزله‌های ترکیه (۱۹۹۹) و بهوج در هند (۲۰۰۱)، برخلاف تصورات مهندسی مدرن، دوام قابل‌توجهی داشتند؛ در حالی‌که بسیاری از ساختمان‌های جدید تخریب شدند. این مشاهدات نشان می‌دهد که سازه‌های تاریخی نه‌تنها میراث فرهنگی بلکه منبعی علمی و الهام‌بخش برای طراحی لرزه‌ای معاصر هستند.

طراحی لرزه ای مسئولیت مشترک معمار و مهندس

در نگاه سنتی، تقویت لرزه‌ای ساختمان‌ها همواره به‌عنوان وظیفه‌ای فنی و تخصصی برای مهندسان سازه در نظر گرفته می‌شد؛ اما بررسی دقیق‌تر نشان می‌دهد که نقش معمار نیز در شکل‌گیری مقاومت لرزه‌ای بنا نقشی اساسی و غیرقابل چشم‌پوشی دارد. برای درک این اهمیت، باید به این پرسش پاسخ داد که هنگام وقوع زلزله، چه نوع خساراتی ممکن است رخ دهد و تا چه اندازه می‌توان از آن‌ها جلوگیری کرد، اگر طراحی معماری از همان ابتدا با دیدگاهی لرزه‌ای انجام شده بود.

در گذشته، در بسیاری از کشورها، استاد معمار (Mimar) نه‌تنها طراح فرم و فضا بود بلکه مسئولیت سازه و عملکرد فنی بنا را نیز بر عهده داشت. این یکپارچگی باعث می‌شد که اصول پایداری و ایمنی به‌طور طبیعی در ساختار معماری جای گیرد. این مقاله نیز بر همین مبنا تأکید می‌کند که در مراحل اولیه طراحی، ویژگی‌های خاصی باید از سوی معماران مورد توجه قرار گیرد تا از همان آغاز، پایه‌های مقاومتی ساختمان شکل گیرد. به بیان دیگر، طراحی لرزه‌ای صرفاً یک موضوع مهندسی نیست، بلکه مسئولیتی مشترک میان معماران و مهندسان است که باید از ابتدای فرآیند طراحی بر آن تمرکز شود.

زلزله پدیده‌ای است که کل ساختمان را به‌صورت یکپارچه تحت تأثیر قرار می‌دهد و بین اجزای مختلف بنا تفاوتی قائل نمی‌شود؛ ازاین‌رو معمار باید در فرآیند طراحی لرزه‌ای مشارکت فعال داشته باشد و تصمیم‌های خود را با آگاهی از رفتار سازه‌ای اتخاذ کند. در واقع، مقاومت لرزه‌ای بنا زمانی بهینه خواهد بود که هماهنگی میان فرم، ساختار، مصالح و جزئیات طراحی از ابتدا برقرار شود.

از منظر اقتصادی نیز، اجرای اصول مقاومت لرزه‌ای در مرحله طراحی بسیار مقرون‌به‌صرفه‌تر از انجام مقاوم‌سازی‌های پس از ساخت است. به گفته‌ی Maes و همکاران، بسیاری از الزامات طراحی که در مرحله ساخت به‌آسانی قابل اجرا هستند، پس از اتمام ساختمان به‌دلیل محدودیت‌های فنی یا مالی تقریباً غیرممکن یا بسیار پرهزینه خواهند بود.

در طراحی ساختمان‌های جدید، مجموعه‌ای از ملاحظات باید در نظر گرفته شود تا علاوه بر ایمنی در هنگام زلزله، تداوم عملکرد ساختمان نیز پس از آن تضمین گردد؛ به‌ویژه در مورد ساختمان‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها، مراکز امدادی یا تأسیسات شهری. در این میان، انتخاب صحیح سیستم نمای مناسب، قاب سازه‌ای مطلوب و فونداسیون سازگار با شرایط خاک از عوامل کلیدی است که باید در همان مراحل اولیه طراحی معماری مورد توجه قرار گیرد تا خطرات احتمالی کاهش یابد.

شناخت عواملی که موجب آسیب‌پذیری ساختمان در برابر زلزله می‌شوند، در طراحی صحیح اهمیت ویژه‌ای دارد. برخی از این عوامل عبارت‌اند از:

• طراحی و اجرای نادرست،
• کیفیت پایین مصالح،
• آجر یا سنگ‌های ترد و شکننده،
• ضعف در آرماتوربندی،
• اثر پیچش (Torsion)،
• نبود دیوارهای میان‌پر در طبقه‌ی همکف (Pilotis)،
• ضربه‌ی متقابل ساختمان‌های مجاور،
• شرایط نامناسب خاک،
• و فقدان شکل‌پذیری کافی (Ductility).

تمام این عوامل در زمین‌لرزه‌های گذشته، نقش مهمی در تخریب سازه‌ها ایفا کرده‌اند.

اثرات زلزله

زلزله پدیده‌ای است که در نتیجه‌ی لرزش، غلتش یا شوک ناگهانی سطح زمین به‌واسطه‌ی جابه‌جایی صفحات تکتونیکی زمین رخ می‌دهد. این پدیده از نظر فیزیکی ویژگی‌های گوناگونی دارد، از جمله شتاب، سرعت، جابه‌جایی، دامنه، مدت‌زمان، بزرگی و شدت که هر یک در رفتار سازه‌ها نقشی تعیین‌کننده دارند. آشنایی دقیق با این مفاهیم برای درک نحوه‌ی واکنش ساختمان‌ها در برابر نیروهای لرزه‌ای، امری ضروری است.

اثرات زلزله به دو عامل اصلی بستگی دارد: ویژگی‌های حرکت زمین و خصوصیات دینامیکی سازه. زمانی که زمین دچار لرزش می‌شود، نیروهایی در درون ساختمان به وجود می‌آیند که به آن‌ها نیروهای اینرسی (Inertial Forces) گفته می‌شود. این نیروها طبق رابطه‌ی F=M×AF = M \times AF=M×A تعریف می‌شوند؛ یعنی مقدار آن‌ها حاصل‌ضرب جرم سازه در شتاب حرکت زمین است. بر اساس این معادله، هرچه جرم ساختمان بیشتر باشد، نیروهای اینرسی نیز بزرگ‌تر خواهند بود. ازاین‌رو، کاهش جرم سازه از طریق استفاده از مصالح سبک‌تر یکی از راهبردهای اساسی در طراحی لرزه‌ای محسوب می‌شود، چراکه این کار مستقیماً به کاهش نیروهای وارد بر ساختمان منجر می‌گردد.

زلزله‌ها می‌توانند امواجی با دوره‌های زمانی کوتاه یا بلند ایجاد کنند. در صورتی که دوره‌ی طبیعی ارتعاش ساختمان با دوره‌ی موج لرزه‌ای زمین برابر شود، پدیده‌ای به نام تشدید یا رزونانس (Resonance) رخ می‌دهد که موجب افزایش چندبرابری دامنه‌ی ارتعاش سازه می‌شود و در نهایت می‌تواند به تخریب آن بینجامد. علاوه بر این، اگر دوره‌ی طبیعی خاک محل احداث ساختمان با دوره‌ی طبیعی خود سازه هماهنگ شود، این هم‌زمانی می‌تواند شتاب و دامنه‌ی نوسان‌ها را به‌صورت قابل‌توجهی افزایش دهد.

از این رو، درک و تحلیل رفتار دینامیکی خاک و سازه در برابر امواج لرزه‌ای، از مهم‌ترین پیش‌نیازهای طراحی لرزه‌ای به شمار می‌آید. طراح باید با بررسی نوع خاک، ویژگی‌های ارتعاشی آن و ارتباطش با مشخصات سازه، به مدلی دست یابد که بتواند در برابر زلزله رفتار پایدار و کنترل‌شده‌ای از خود نشان دهد.

عوامل مؤثر در طراحی لرزه‌ای

طراحی لرزه‌ای هر ساختمان تحت تأثیر مجموعه‌ای از عوامل پیچیده است که در عین حال خود نیز بر یکدیگر اثر می‌گذارند. شناخت و درک صحیح این عوامل، به‌ویژه در مراحل ابتدایی طراحی، از اهمیت حیاتی برخوردار است؛ زیرا تصمیم‌هایی که در این مرحله اتخاذ می‌شوند، به‌طور مستقیم بر عملکرد نهایی سازه در برابر زلزله تأثیر می‌گذارند. در ادامه، مهم‌ترین این عوامل معرفی و تبیین می‌شوند.

پیچش (Torsion)

یکی از پدیده‌های مهم در طراحی لرزه‌ای، پیچش سازه است. هنگامی که جرم ساختمان در پلان به‌صورت نامتقارن توزیع شده باشد، در هنگام وقوع زلزله نیروی پیچشی در سازه ایجاد می‌شود. این نیرو باعث چرخش ساختمان حول محور عمودی و در نتیجه تمرکز تنش در برخی نقاط می‌گردد. برای جلوگیری از این پدیده، لازم است مرکز جرم ساختمان تا حد ممکن با مرکز سختی آن منطبق باشد. دستیابی به چنین هماهنگی‌ای از طریق طراحی پلان متقارن، توزیع منظم ستون‌ها و دیوارهای باربر و پرهیز از تغییرات ناگهانی در هندسه‌ی ساختمان ممکن است. به‌عبارت دیگر، نظم در چیدمان فضاها و اجزای باربر، یکی از مؤثرترین روش‌ها برای کاهش پیچش در سازه است.

میرایی (Damping)

میرایی به توانایی سازه در جذب و مستهلک کردن انرژی ناشی از ارتعاشات دینامیکی اطلاق می‌شود. هرچه ظرفیت میرایی ساختمان بیشتر باشد، دامنه‌ی نوسانات آن در زمان زلزله کمتر خواهد بود. وجود اجزایی مانند اتصالات انعطاف‌پذیر، لایه‌های جذب‌کننده‌ی انرژی و یا مصالحی با اصطکاک داخلی مناسب، می‌تواند شدت لرزش ساختمان را به‌طور چشمگیری کاهش دهد. در واقع، میرایی نقشی کلیدی در کاهش اثرات تشدید دارد و موجب می‌شود انرژی ورودی از زمین به شکل گرما یا تغییر شکل‌های جزئی در مصالح مستهلک شود.

شکل‌پذیری (Ductility)

شکل‌پذیری، از ویژگی‌های اساسی یک سازه‌ی مقاوم در برابر زلزله است. این خاصیت بیانگر توانایی مصالح و اتصالات در تحمل تغییر شکل‌های بزرگ بدون شکست می‌باشد. سازه‌ای که از مصالح با شکل‌پذیری بالا ساخته شده باشد — مانند فولاد یا بتن مسلح با جزئیات اجرایی مناسب — در برابر حرکات ناگهانی و تغییر شکل‌های زلزله رفتار انعطاف‌پذیرتری از خود نشان می‌دهد. طراحی دقیق اتصالات و گره‌ها برای تأمین شکل‌پذیری کافی از مهم‌ترین اصول طراحی لرزه‌ای است، زیرا امکان جذب و اتلاف انرژی در مراحل بحرانی بارگذاری را فراهم می‌آورد.

مقاومت و سختی (Strength & Stiffness)

مفهوم مقاومت به توانایی مصالح در تحمل نیروها در محدوده‌ی مجاز اشاره دارد، در حالی که سختی میزان مقاومت سازه در برابر تغییر مکان‌های جانبی یا خیز جانبی (Drift) را مشخص می‌کند. این دو ویژگی باید در طراحی سازه به‌صورت متوازن در نظر گرفته شوند؛ زیرا سازه‌ای که بیش از حد صلب باشد، قادر به جذب انرژی نخواهد بود و رفتار ترد از خود نشان می‌دهد، در حالی‌که سازه‌ی بیش از حد انعطاف‌پذیر نیز تغییر مکان‌های خطرناکی را تجربه خواهد کرد. دستیابی به تعادل میان مقاومت و سختی، کلید اصلی عملکرد بهینه‌ی لرزه‌ای ساختمان است.

پیکربندی ساختمان (Building Configuration)

پیکربندی ساختمان شامل شکل، اندازه، نسبت ابعاد و نحوه‌ی توزیع اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای است و نقش تعیین‌کننده‌ای در نحوه‌ی توزیع نیروهای زلزله در ساختمان دارد. پیکربندی منظم سبب انتقال یکنواخت نیروها در کل سازه و در نتیجه کاهش تمرکز تنش‌ها می‌شود.
به‌طور کلی دو نوع پیکربندی اصلی وجود دارد:

• پیکربندی منظم: دارای پلان متقارن، ارتفاع‌های هم‌اندازه، مقاطع یکنواخت، مسیر بار مستقیم و رفتار هماهنگ در برابر نیروهای جانبی.
• پیکربندی نامنظم: دارای اشکال پیچیده یا ترکیبی (مانند L، U، T یا H)، اختلاف ارتفاع زیاد یا فضاهای خالی بزرگ که موجب تمرکز تنش و افزایش پیچش می‌شود.

فرم ساختمان تأثیر مستقیمی بر عملکرد لرزه‌ای دارد. به‌ویژه اشکال دارای گوشه‌های بازگشتی مانند پلان‌های L یا U، نقاطی با تمرکز تنش محسوب می‌شوند و باید در طراحی یا از هم جدا شوند و یا با تقویت سازه‌ای مناسب پایدار گردند. در نتیجه، توجه به پیکربندی از همان ابتدای طراحی معماری می‌تواند احتمال آسیب‌های جدی در زلزله را به میزان چشمگیری کاهش دهد.

طبقه نرم (Soft Story)

اصطلاح «طبقه نرم» به طبقه‌ای اطلاق می‌شود که سختی یا مقاومت جانبی آن نسبت به طبقات بالا و پایین کمتر است. این پدیده معمولاً در طبقه‌ی همکف ساختمان‌ها رخ می‌دهد؛ جایی که بازشوهای بزرگ مانند ورودی‌ها یا فضاهای پارکینگ وجود دارد و دیوارهای برشی کمتری در آن تعبیه شده است. وجود طبقه‌ی نرم یکی از رایج‌ترین دلایل فروریزش ساختمان‌ها در زلزله‌هاست، زیرا تغییر مکان‌های جانبی به‌شدت در این طبقه متمرکز می‌شود. برای جلوگیری از این خطر، استفاده از دیوارهای برشی، مهاربندهای فلزی یا قاب‌های مقاوم خمشی در طبقه‌ی همکف، یکی از مؤثرترین روش‌های تقویت محسوب می‌شود.

کنترل خسارات غیرسازه‌ای (Non-Structural Damage Control)

در طراحی لرزه‌ای، تنها اجزای باربر اهمیت ندارند؛ بلکه بخش قابل‌توجهی از خسارات زلزله مربوط به عناصر غیرسازه‌ای مانند نماها، دیوارهای جداکننده، تجهیزات مکانیکی و الکتریکی، سقف‌های کاذب و مبلمان است. در زمین‌لرزه‌های بزرگی چون Loma Prieta، Northridge و Kobe، سهم خسارت‌های غیرسازه‌ای چندین برابر خسارت‌های مستقیم سازه‌ای گزارش شد.
برای کاهش این نوع آسیب‌ها، می‌توان از راهکارهایی ساده اما مؤثر بهره برد: مهار مناسب تجهیزات سنگین مانند آبگرمکن‌ها، کمدها و چراغ‌های آویز، استفاده از اتصالات انعطاف‌پذیر در لوله‌کشی و تأسیسات گاز، و تثبیت مبلمان و کابینت‌ها به دیوار. رعایت این جزئیات علاوه بر جلوگیری از تلفات جانی، مانع از اختلال عملکرد ساختمان پس از زلزله نیز می‌شود.

دستگاه‌ها و روش‌های طراحی لرزه‌ای (Seismic Design Devices)

در دوران معاصر، روش‌ها و فناوری‌های گوناگونی برای کمک به مقاومت ساختمان‌ها در برابر زلزله توسعه یافته است.شرح کامل این فناوری‌ها در حوزه‌ی این مقاله نمی‌گنجد، اما در ادامه خلاصه‌ای از مهم‌ترین سیستم‌ها و تجهیزات کنترل لرزه‌ای ارائه می‌شود.

به‌طور کلی، سیستم‌های کنترل لرزه‌ای به دو گروه اصلی تقسیم می‌شوند:

• سیستم‌های فعال (Active Control Systems)
• سیستم‌های غیرفعال (Passive Control Systems)

سیستم‌های فعال (Active Control Systems)

سیستم‌های فعال از جمله پیشرفته‌ترین فناوری‌های کنترل لرزه‌ای هستند که با بهره‌گیری از عملگرهای مکانیکی (Actuators) و تجهیزات الکترونیکی پیشرفته، رفتار سازه را در هنگام زلزله به‌صورت لحظه‌ای کنترل می‌کنند. این سامانه‌ها با حسگرهای دقیق، شتاب زمین را در حین وقوع زلزله تشخیص داده و متناسب با جهت و شدت آن، نیروهایی برابر و در جهت مخالف نیروهای زلزله به سازه وارد می‌کنند تا اثرات لرزش خنثی شود.

به بیان ساده، اگر زمین‌لرزه تمایل داشته باشد ساختمان را به سمت چپ حرکت دهد، سیستم فعال بلافاصله نیرویی به سمت راست اعمال می‌کند و برعکس؛ به این ترتیب، حرکات کلی سازه به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد. عملکرد چنین سیستم‌هایی مبتنی بر پردازش هم‌زمان داده‌های لرزه‌ای، تصمیم‌گیری رایانه‌ای و اعمال نیروی اصلاحی از طریق عملگرهای مکانیکی است.

با وجود عملکرد بسیار مؤثر، استفاده از این فناوری معمولاً به سازه‌های خاص، حیاتی یا بسیار بلند محدود می‌شود؛ زیرا نصب و بهره‌برداری از آن مستلزم تجهیزات پیشرفته، حسگرهای دقیق، سامانه‌های کنترلی آنی و هزینه‌های نگه‌داری بالا است. با این حال، سیستم‌های فعال نماد پیشرفت در مهندسی لرزه‌ای محسوب می‌شوند و در پروژه‌هایی مانند برج‌ها، پل‌های عظیم و مراکز کنترل اضطراری مورد استفاده قرار می‌گیرند، جایی که حفظ پایداری و عملکرد پیوسته‌ی سازه در برابر زلزله از اهمیت حیاتی برخوردار است.

سیستم‌های غیرفعال (Passive Control Systems)

در سیستم‌های غیرفعال، ساختمان‌ها به‌صورت خودکار و بدون نیاز به کنترل فعال، در برابر نیروهای زلزله واکنش نشان می‌دهند. این نوع سامانه‌ها شامل اجزایی هستند که از طریق افزایش انعطاف‌پذیری یا میرایی سازه، انرژی ناشی از زلزله را جذب، مستهلک یا منحرف می‌کنند. اساس عملکرد آن‌ها بر استفاده از مصالح و عناصر سازه‌ای استوار است که با رفتار ارتجاعی یا اصطکاکی خود، انرژی لرزه‌ای را به گرما یا تغییر شکل‌های جزئی تبدیل می‌نمایند.

از مهم‌ترین اجزای سیستم‌های غیرفعال می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

دیافراگم‌ها (Diaphragms): اجزایی افقی یا عمودی هستند که نیروهای جانبی وارد بر سقف یا کف را جمع‌آوری کرده و به عناصر مقاوم در برابر زلزله مانند دیوارهای برشی یا قاب‌های باربر منتقل می‌کنند. این عملکرد پیوسته، نقش کلیدی در حفظ انسجام و یکپارچگی سازه دارد.

دیوارهای برشی (Shear Walls): دیوارهای صلب و پیوسته‌ای هستند که وظیفه‌ی انتقال بارهای جانبی از طبقات به فونداسیون را بر عهده دارند. این دیوارها در برابر تغییر مکان جانبی مقاومت بالایی دارند و معمولاً در هسته‌ی مرکزی ساختمان یا در پیرامون پلان اصلی قرار داده می‌شوند تا پایداری کلی سازه افزایش یابد.

قاب‌های مهاربندی‌شده (Braced Frames): زمانی که استفاده از دیوارهای برشی ممکن نباشد، از قاب‌های فلزی یا بتنی مهاربندی‌شده برای انتقال نیروهای جانبی استفاده می‌شود. این قاب‌ها از اعضای مورب تشکیل شده‌اند که ضمن کنترل تغییر شکل‌ها، بخشی از انرژی زلزله را نیز مستهلک می‌کنند.

قاب‌های خمشی مقاوم (Moment-Resisting Frames): در این سیستم‌ها، اتصالات ستون و تیر به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که بتوانند هم نیروی برشی و هم لنگر خمشی را تحمل کنند. طراحی دقیق این اتصالات اجازه‌ی تغییر شکل کنترل‌شده و جذب انرژی را فراهم می‌کند و مانع از شکست ناگهانی سازه در زمان زلزله می‌شود.

دستگاه‌های اتلاف انرژی (Energy-Dissipating Devices): این ابزارها عملکردی مشابه کمک‌فنر دارند و انرژی ارتعاشی زلزله را از طریق اصطکاک، تغییر شکل پلاستیک یا حرکت ویسکوز به گرما تبدیل می‌کنند. استفاده از این تجهیزات به‌ویژه در سازه‌های بلند یا حساس، موجب کاهش دامنه‌ی نوسانات و جلوگیری از خستگی مصالح می‌شود.

جداسازی پایه (Base Isolation Systems)

یکی از مؤثرترین فناوری‌های مدرن در طراحی لرزه‌ای، استفاده از سیستم‌های جداساز پایه است. در این روش، سازه به‌صورت افقی از فونداسیون خود جدا می‌شود تا حرکت زمین به‌طور مستقیم به ساختمان منتقل نگردد. اساس عملکرد این سیستم بر ایجاد لایه‌ای انعطاف‌پذیر یا لغزنده میان زمین و سازه است که به هنگام وقوع زلزله، حرکت زمین را از طریق لغزش کنترل‌شده جذب می‌کند.

این لایه‌ها معمولاً از صفحات لاستیکی، بلبرینگ‌های سربی یا ترکیب‌هایی با خاصیت اصطکاکی بالا ساخته می‌شوند. به این ترتیب، انرژی لرزه‌ای به‌جای انتقال به ساختمان، درون این عناصر مستهلک می‌شود. از جمله مزایای کلیدی جداسازی پایه می‌توان به کاهش قابل‌توجه شتاب‌های منتقل‌شده به سازه، جلوگیری از تخریب اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای و حفظ عملکرد ساختمان پس از زلزله اشاره کرد.

جداسازها معمولاً در پایین‌ترین تراز ممکن، بین ستون‌ها و فونداسیون نصب می‌شوند تا کل ساختمان تحت محافظت قرار گیرد. یکی از نمونه‌های موفق استفاده از این فناوری، ساختمان مجلس نیوزیلند (Parliament House) است که در آن از جداسازهای لاستیکی–سربی برای مقاوم‌سازی بهره گرفته شد. در این پروژه، هزینه‌ی اجرا تنها حدود سه درصد بیشتر از روش‌های معمولی بود، اما سطح ایمنی و دوام آن به‌مراتب بالاتر از ساختمان‌های مقاوم‌سازی‌شده‌ی متداول ارزیابی شد.

میراگرها (Dampers)

میراگرها یا جذب‌کننده‌های انرژی لرزه‌ای، از دیگر اجزای حیاتی سیستم‌های غیرفعال محسوب می‌شوند. این تجهیزات با ایجاد اصطکاک، کشش یا تغییر شکل کنترل‌شده در اجزای سازه، انرژی ناشی از زلزله را مستهلک می‌کنند و از انتقال مستقیم نیروهای دینامیکی به ساختمان جلوگیری به عمل می‌آورند.

انواع مختلفی از میراگرها در طراحی لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد، از جمله:

• میراگر هیسترزیس (Hysteretic Dampers): انرژی زلزله را از طریق تغییر شکل پلاستیک فلزات جذب می‌کنند.
• میراگر ویسکوالاستیک (Viscoelastic Dampers): از ترکیب لایه‌های لاستیکی و فلزی برای جذب ارتعاش استفاده می‌نمایند.
• میراگر اصطکاکی (Friction Dampers): با لغزش کنترل‌شده‌ی سطوح فلزی، انرژی جنبشی را به گرما تبدیل می‌کنند.
• میراگر ویسکوز (Viscous Dampers): مانند پیستون‌های غوطه‌ور در مایع، از طریق فشرده‌سازی سیال انرژی لرزه‌ای را مستهلک می‌سازند.
• میراگر ترکیبی (Hybrid Dampers): ترکیبی از چند فناوری فوق هستند و معمولاً برای دستیابی به عملکرد بهینه در سازه‌های پیچیده به‌کار می‌روند.

مطالعات جدید نشان می‌دهد که ترکیب سیستم‌های فعال و غیرفعال، موسوم به سامانه‌های ترکیبی یا هیبرید (Hybrid Systems)، می‌تواند کارایی لرزه‌ای سازه را به‌طور چشمگیری افزایش دهد. در این سیستم‌ها از فناوری‌های هوشمند برای تنظیم لحظه‌ای میزان میرایی استفاده می‌شود تا واکنش سازه در برابر زلزله به حداقل برسد و عملکرد پایدارتری حاصل شود.

کدها و استانداردهای مرتبط با طراحی لرزه‌ای (Relevant Codes and Standards)

در سطح جهانی، مجموعه‌ای گسترده از آیین‌نامه‌ها و استانداردهای ساختمانی برای کاهش خطرات ناشی از زلزله و ارتقای ایمنی سازه‌ها تدوین شده است. این مقررات، حاصل تجربه‌های مهندسی، مطالعات زمین‌شناسی و تحلیل رفتار سازه‌ها در زلزله‌های گذشته هستند و هدف اصلی آن‌ها، تعیین حداقل الزامات لازم برای تضمین ایمنی و پایداری ساختمان‌ها در برابر نیروهای لرزه‌ای است.

اغلب این آیین‌نامه‌ها ماهیتی تجویزی (Prescriptive) دارند؛ به این معنا که نه‌تنها نحوه‌ی محاسبه‌ی بارهای لرزه‌ای و ضرایب اطمینان را مشخص می‌کنند، بلکه محدوده‌ی زون‌های لرزه‌خیز، طبقه‌بندی نوع سازه‌ها و معیارهای مجاز طراحی را نیز تعیین می‌نمایند.

کدهای طراحی لرزه‌ای ممکن است در سطوح ملی، منطقه‌ای یا محلی تدوین شوند و معماران و مهندسان موظف‌اند پیش از آغاز طراحی، از انطباق کامل طرح با ضوابط حاکم اطمینان حاصل کنند. در واقع، رعایت این استانداردها نه‌فقط الزامی فنی، بلکه یک تعهد حرفه‌ای و اخلاقی در برابر ایمنی ساکنان است.

در بیشتر کشورها، این مقررات بر اساس روش‌های ساخت متداول، مصالح در دسترس و ویژگی‌های زمین‌شناسی هر منطقه تنظیم می‌شوند. به همین دلیل، ممکن است یک ساختمان با طرح مشابه در مناطق مختلف جهان، نیازمند ضریب‌های لرزه‌ای یا الزامات اجرایی متفاوتی باشد. این تفاوت‌ها بیانگر اهمیت تطبیق طراحی با شرایط بومی و خطر لرزه‌ای منطقه است؛ زیرا تنها در این صورت است که می‌توان اطمینان یافت ساختمان در برابر زلزله عملکردی ایمن، پایدار و اقتصادی خواهد داشت.

اهداف اصلی آیین‌نامه‌های لرزه‌ای

هدف اصلی آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای، تضمین حداقل سطح ایمنی سازه در برابر زلزله است؛ سطحی که در مهندسی به آن «ایمنی جانی» (Life Safety) گفته می‌شود. بر اساس این هدف، ساختمان ممکن است پس از وقوع زلزله دچار آسیب‌های سازه‌ای یا غیرسازه‌ای شود، اما نباید در حین زلزله فرو بریزد و باید فرصت کافی برای تخلیه‌ی ایمن ساکنان فراهم شود.

در واقع، این سطح از ایمنی بیانگر آن است که طراحی لرزه‌ای بیش از آنکه به حفظ کامل سازه بپردازد، بر حفظ جان انسان‌ها و جلوگیری از فروپاشی فاجعه‌بار تمرکز دارد. با این حال، در بسیاری از کشورها آیین‌نامه‌ها صرفاً به این سطح بسنده نکرده و سطوح عملکردی بالاتری را نیز تعریف کرده‌اند تا تداوم کارکرد ساختمان‌ها پس از زلزله تضمین شود.

از جمله این سطوح می‌توان به دو سطح عملکردی مهم اشاره کرد:

• «خدمات پس از زلزله» (Post-Disaster Functionality): که برای ساختمان‌های حیاتی مانند بیمارستان‌ها، ایستگاه‌های آتش‌نشانی و مراکز مدیریت بحران در نظر گرفته می‌شود. این ساختمان‌ها باید حتی پس از وقوع زلزله، به فعالیت خود ادامه دهند و نقش امدادی خود را ایفا کنند.
• «قابلیت بهره‌برداری فوری» (Immediate Occupancy): که به ساختمان‌هایی اختصاص دارد که باید بلافاصله پس از زلزله قابل استفاده باشند، مانند مراکز فرماندهی، تأسیسات مخابراتی یا زیرساخت‌های شهری حیاتی.

به‌طور کلی، تعریف این سطوح عملکردی نشان می‌دهد که هدف آیین‌نامه‌های لرزه‌ای تنها پایداری سازه در لحظه زلزله نیست، بلکه تضمین تداوم عملکرد و کاهش خسارات اجتماعی و اقتصادی نیز بخش جدایی‌ناپذیر از اهداف طراحی ایمن محسوب می‌شود.

نمونه‌های بین‌المللی آیین‌نامه‌ها

در نقاط مختلف جهان، مجموعه‌ای از استانداردها و آیین‌نامه‌های مهندسی برای طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها تدوین شده‌اند که هر یک متناسب با شرایط زمین‌شناسی، مصالح و فناوری ساخت در همان منطقه شکل گرفته‌اند. در میان این استانداردها، چند مرجع اصلی بیش از سایرین مورد استفاده‌ی جهانی قرار دارند.

🇪🇺 کدهای اروپایی (Eurocode 8)

در اتحادیه اروپا، مجموعه‌ای از استانداردهای مهندسی تحت عنوان Eurocode 8 به طراحی و ارزیابی سازه‌ها در برابر زلزله اختصاص دارد. این استاندارد در چند بخش منتشر شده که هر یک حوزه‌ی خاصی از طراحی را پوشش می‌دهد؛ از جمله:

• بخش ۲: طراحی لرزه‌ای پل‌ها
• بخش ۳: ارزیابی و مقاوم‌سازی ساختمان‌های موجود
• بخش ۶: طراحی برج‌ها، دکل‌ها و دودکش‌ها

این مجموعه استانداردها نخستین بار توسط مؤسسه‌ی استاندارد بریتانیا (BSI) در سال‌های ۲۰۰۴ تا ۲۰۰۵ منتشر شد و امروزه به‌عنوان مرجع اصلی طراحی لرزه‌ای در سراسر اروپا شناخته می‌شود. Eurocode 8 بر مبنای اصول عملکردی تنظیم شده و طراح را ملزم می‌کند تا علاوه بر پایداری کلی سازه، تداوم بهره‌برداری پس از زلزله را نیز در نظر بگیرد.

🇺🇸 کدهای آمریکایی (UBC / CBC)

در ایالات متحده آمریکا، یکی از مهم‌ترین و قدیمی‌ترین آیین‌نامه‌های طراحی لرزه‌ای، UBC (Uniform Building Code) است که چارچوب عمومی طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله را مشخص می‌کند. با وجود این، هر ایالت بر اساس شرایط خاص لرزه‌خیزی خود، نسخه‌ای اصلاح‌شده از این کد را در دستور کار دارد.

برای نمونه، کد ساختمانی کالیفرنیا (CBC 2007) نسخه‌ای به‌روزشده از UBC است که با توجه به لرزه‌خیزی بالای نوار غربی آمریکا، مقررات بسیار دقیق‌تر و سخت‌گیرانه‌تری در آن لحاظ شده است. در این آیین‌نامه، سطوح خطر لرزه‌ای مناطق مختلف به‌صورت دقیق تعریف شده و الزامات طراحی برای سازه‌های حیاتی و عمومی به‌صورت تفکیک‌شده ارائه می‌گردد.

🇮🇷 استاندارد ملی ایران (استاندارد ۲۸۰۰)

در ایران، آیین‌نامه‌ی استاندارد شماره ۲۸۰۰ با عنوان «آیین‌نامه‌ی طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله» به‌عنوان مرجع رسمی طراحی لرزه‌ای مورد استفاده قرار می‌گیرد. این استاندارد توسط مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی تدوین و به‌صورت اجباری در کلیه‌ی پروژه‌های عمرانی کشور اجرا می‌شود.

ویرایش سوم این استاندارد (۱۳۸۵) شامل موارد کلیدی زیر است:

• نقشه‌ی خطر لرزه‌ای کشور (Seismic Hazard Zoning Map) بر اساس داده‌های زمین‌لرزه‌ای مناطق مختلف ایران؛
• طبقه‌بندی ساختمان‌ها بر اساس اهمیت و نوع سازه برای تعیین ضریب رفتار مناسب؛
• مقررات ویژه برای ساختمان‌های بنایی غیرمسلح (URM) به‌منظور کاهش خسارات در بافت‌های سنتی و مناطق روستایی.

استاندارد ۲۸۰۰ با تطبیق اصول مهندسی لرزه‌ای جهانی و ویژگی‌های بومی خاک، مصالح و روش‌های ساخت در ایران، به مرجع اصلی محاسبات و طراحی مقاوم در برابر زلزله در کشور تبدیل شده است.

لزوم تفسیر آیین‌نامه‌ها برای معماران

اگرچه این آیین‌نامه‌ها چارچوب‌های فنی و الزامات طراحی ایمن را مشخص می‌کنند، اما درک و تفسیر صحیح آن‌ها در فرآیند معماری نیازمند دانش میان‌رشته‌ای است. از این رو، نویسنده تأکید دارد که باید زبان آیین‌نامه‌ها و مفاهیم فنی به گونه‌ای بازتعریف شود که برای معماران، طراحان شهری و مرمت‌گران بناهای تاریخی نیز قابل فهم و کاربردی باشد.

یک معمار آگاه به اصول لرزه‌ای باید درک روشنی از ماهیت زلزله، رفتار دینامیکی سازه و مکانیزم‌های خرابی داشته باشد تا بتواند تصمیم‌های طراحی خود را نه صرفاً بر اساس زیبایی‌شناسی، بلکه با توجه به پایداری و ایمنی اتخاذ کند. تنها در چنین حالتی است که طراحی معماری می‌تواند در عین برخورداری از کیفیت فضایی و زیبایی بصری، پاسخگوی نیازهای فنی و الزامات ایمنی لرزه‌ای نیز باشد.

راهبردهای طراحی لرزه‌ای (Seismic Design Strategies)

برای دستیابی به عملکرد مطلوب سازه در برابر زلزله، لازم است مجموعه‌ای از اصول طراحی معماری و سازه‌ای از همان مراحل ابتدایی پروژه رعایت شود. توجه به این اصول در مرحله‌ی ایده‌پردازی و شکل‌گیری پلان، می‌تواند تأثیر چشمگیری بر میزان ایمنی، پایداری و دوام سازه در برابر نیروهای جانبی داشته باشد. در ادامه، مهم‌ترین راهبردهای طراحی لرزه‌ای معرفی و تبیین می‌شوند.

۱. اجتناب از «طبقه‌ی نرم» (Soft Story)

طبقه‌ی نرم به طبقه‌ای گفته می‌شود که سختی جانبی آن بیش از ۳۰ درصد کمتر از طبقات مجاور باشد. این پدیده معمولاً در طبقه‌ی همکف ساختمان‌ها دیده می‌شود؛ جایی که به‌صورت پارکینگ، لابی یا فضای باز طراحی شده و در نتیجه تعداد دیوارهای مقاوم یا مهاربندها کاهش یافته است. چنین حالتی موجب تمرکز تغییر شکل‌ها در همان طبقه و در نهایت فروپاشی کلی سازه می‌شود.

برای پیشگیری از این وضعیت، باید در طبقه‌ی نرم از دیوارهای برشی یا مهاربندهای فلزی استفاده کرد و طراحی نما و بازشوها به‌گونه‌ای باشد که تعادل سازه‌ای ساختمان حفظ شود. رعایت این اصل، از ساده‌ترین اما مؤثرترین اقدام‌ها برای افزایش ایمنی در برابر زلزله است.

۲. پیوستگی و منظم بودن اعضای باربر (Continuity of Load-Bearing Elements)

اعضای باربر اصلی مانند ستون‌ها، دیوارهای برشی و مهاربندها باید به‌صورت پیوسته و بدون گسستگی از فونداسیون تا بام امتداد داشته باشند. قطع ناگهانی مسیر انتقال بار، چه به دلیل طراحی ناهماهنگ و چه بر اثر تغییر در هندسه‌ی پلان، می‌تواند منجر به تمرکز نیروها و در نتیجه شکست موضعی شود.

همچنین در طراحی کلی ساختمان باید از پلان‌های پیچیده و نامنظم پرهیز شود؛ اما اگر چنین طرحی اجتناب‌ناپذیر است، لازم است درز انقطاع لرزه‌ای (Seismic Separation Joint) در محل‌های مناسب پیش‌بینی شود تا حرکت بخش‌های مختلف سازه از یکدیگر مستقل باشد. فاصله‌ی مناسب بین دو ساختمان مجاور نیز اهمیت دارد، زیرا در هنگام زلزله ممکن است برخورد یا «Pounding Effect» رخ دهد. مطابق توصیه‌ی آیین‌نامه‌ها، این فاصله باید حداقل ۵۰ میلی‌متر ضرب در تعداد طبقات ساختمان کوتاه‌تر در نظر گرفته شود.

۳. جزئیات ویژه در عناصر بنایی (Special Masonry Details)

دیوارهای بنایی، به‌ویژه دیوارهای آجری جان‌پناه یا شیروانی، از آسیب‌پذیرترین بخش‌های ساختمان در برابر زلزله هستند. در طراحی یا مرمت این عناصر باید از سخت‌کننده‌ها (Stiffeners)، قاب‌های فلزی تقویتی یا کمربندهای بتنی استفاده شود تا از واژگونی و گسیختگی آن‌ها جلوگیری گردد.

هرگونه تغییر در ساختار بنایی مانند حذف بخشی از دیوار، بازکردن دهانه‌ی جدید یا افزودن تیغه، باید پیش از اجرا از نظر تأثیر بر توزیع نیروها و پایداری کلی ساختمان به‌دقت تحلیل شود؛ زیرا حتی تغییرات کوچک می‌توانند تعادل لرزه‌ای سازه را مختل کنند.

۴. توزیع متقارن عناصر سخت‌کننده (Symmetrical Placement of Stiff Elements)

عناصر سخت‌کننده مانند دیوارهای برشی، هسته‌های آسانسور و پلکان باید به‌صورت متقارن در پلان ساختمان جانمایی شوند تا از بروز پیچش ناخواسته در زمان زلزله جلوگیری شود. توزیع نامتقارن این اجزا می‌تواند سبب تمرکز نیرو و افزایش تغییر شکل در یک سمت ساختمان گردد.

علاوه بر این، اجسام سنگین نظیر مخازن آب، چیلرها یا تجهیزات مکانیکی بزرگ باید تا حد امکان در مرکز ساختمان و در پایین‌ترین تراز ممکن نصب شوند تا از افزایش گشتاور واژگونی جلوگیری شود. این اقدام ساده، پایداری لرزه‌ای ساختمان را به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد.

۵. حفاظت از فونداسیون (Foundation Protection)

فونداسیون یا شالوده‌ی ساختمان باید در برابر گشتاور واژگونی، نیروهای برشی و تغییر مکان‌های نسبی ناشی از زلزله مقاوم باشد. طراحی صحیح بستر فونداسیون، انتخاب نوع خاک مناسب و پرهیز از ساخت‌وساز بر روی لایه‌های سست یا اشباع از آب، از مهم‌ترین الزامات ایمنی هستند.

استفاده از خاک‌های متراکم، به‌کارگیری پی‌های نواری یا گسترده‌ی به‌درستی مسلح‌شده، و اجرای زهکشی مناسب در اطراف فونداسیون از جمله اقداماتی است که می‌تواند عملکرد لرزه‌ای سازه را به شکل چشمگیری بهبود بخشد.

۶. مهار اجزای مکانیکی و الکتریکی (Anchorage of Mechanical and Electrical Components)

تجهیزات مکانیکی، برقی و مبلمان بلند باید به‌گونه‌ای طراحی و نصب شوند که در اثر حرکات افقی یا عمودی زمین سقوط نکنند. بررسی‌ها نشان می‌دهد بخش قابل‌توجهی از خسارات داخلی ساختمان‌ها در زلزله‌ها، ناشی از واژگونی یا لغزش تجهیزات و اجزای غیرسازه‌ای است.

برای پیشگیری از این نوع خسارات، توصیه می‌شود:

• کمدها و کابینت‌های مرتفع از بالا و پایین به دیوار مهار شوند؛
• دیوارهای جداکننده در قسمت فوقانی نیز با اتصالات مقاوم مهار گردند؛
• سقف‌های کاذب، چراغ‌ها و تجهیزات معلق با اتصالات انعطاف‌پذیر و ایمن نصب شوند.

رعایت این جزئیات ساده می‌تواند از آسیب‌های جانی و مالی گسترده جلوگیری کند و تداوم عملکرد ساختمان پس از زلزله را تضمین نماید.

۷. مسیرهای خروج ایمن (Safe Exits)

در طراحی معماری باید پیش‌بینی شود که در صورت وقوع زلزله، مسیرهای خروج اضطراری (Evacuation Routes) در مدت‌زمان کوتاه و بدون مانع در دسترس باشند. تجربه نشان داده است که تغییر شکل سازه‌ای یا جابجایی قاب‌ها در هنگام زلزله می‌تواند موجب گیر کردن درها یا شکستن شیشه‌ها شود و روند خروج ساکنان را مختل کند.

بنابراین، تعداد، ابعاد و موقعیت درهای خروجی باید مطابق با استانداردهای ایمنی بین‌المللی طراحی شود. استفاده از درهای مقاوم در برابر تغییر شکل و مسیرهای مستقیم و روشن برای خروج اضطراری از الزامات حیاتی طراحی لرزه‌ای در بناهای عمومی و پرتراکم است.

۸. بازرسی پس از زلزله (Post-Earthquake Inspection)

پس از هر زلزله، بررسی وضعیت سازه برای اطمینان از پایداری و ایمنی آن ضروری است. این بازرسی باید شامل کنترل خوردگی یا شکست در اتصالات فلزی و پیچ‌ها، بررسی نشست فونداسیون، تغییر در سطح آب زیرزمینی، و مشاهده‌ی ترک‌های دیوار یا تغییر در امتداد اجزای باربر باشد.

این ارزیابی نه‌تنها برای تشخیص میزان آسیب، بلکه برای برنامه‌ریزی مقاوم‌سازی‌های بعدی و جلوگیری از خطرات ثانویه اهمیت دارد. بازرسی دقیق پس از زلزله، تضمین‌کننده‌ی تداوم ایمنی و افزایش طول عمر ساختمان است.

شکل و فرم ساختمان (Shape and Form)

فرم کلی ساختمان یکی از مهم‌ترین عوامل تعیین‌کننده در رفتار لرزه‌ای آن است. هرچه فرم سازه ساده‌تر، متقارن‌تر و فشرده‌تر باشد، عملکرد آن در برابر نیروهای افقی بهتر خواهد بود. ساختمان‌هایی با پلان منظم، جرم یکنواخت و سختی متعادل، پایداری بیشتری در برابر زلزله از خود نشان می‌دهند.

فرم‌های هندسی مانند دایره، مربع و چندضلعی‌های منظم از پایدارترین اشکال در برابر زلزله به‌شمار می‌روند. برای مثال، گنبدها به دلیل پیوستگی سطحی و توزیع یکنواخت نیروها، رفتار لرزه‌ای بسیار مناسبی دارند. در مقابل، ساختمان‌هایی با پلان‌های پیچیده مانند L، U، H، T یا E، به دلیل تمرکز تنش در گوشه‌های بازگشتی، آسیب‌پذیرترند.

در چنین مواردی، توصیه می‌شود ساختمان به چند بخش جداگانه با درز انقطاع لرزه‌ای مناسب تقسیم شود تا هر بخش بتواند رفتار مستقل و پایدارتری داشته باشد. عرض این درزها معمولاً باید حداقل ۳۰ میلی‌متر باشد و برای هر طبقه بالاتر از ۹ متر، ۱۰ میلی‌متر به آن افزوده شود. در صورت نیاز، می‌توان با استفاده از المان‌های تقویتی در اطراف درزها، کاهش سختی ناشی از جداسازی را جبران کرد.

مقاومت لرزه‌ای بناهای تاریخی بنایی ایران (Seismic Resistance of Iranian URM Historic Buildings)

با توجه به مباحث پیشین و بررسی راهکارهای مقاوم‌سازی لرزه‌ای، می‌توان بناهای تاریخی ایران را به‌عنوان نمونه‌هایی عملی و الهام‌بخش در طراحی ضدزلزله مورد مطالعه قرار داد. تجربه نشان داده است که بسیاری از سازه‌های تاریخی ایران — حتی آن‌هایی که از خشت و گل ساخته شده‌اند — در برابر زمین‌لرزه‌های بزرگ، رفتاری شگفت‌انگیز از خود نشان داده‌اند.

نمونه‌ی بارز این پدیده، ارگ بم است؛ بنایی عظیم و تمام‌خشتی که با وجود قدمت بالا، بخشی از ساختار آن در برابر زلزله‌ی مهیب سال ۲۰۰۳ (۱۳۸۲) پایدار ماند. تحلیل و شناخت دلایل این پایداری می‌تواند در طراحی معماری معاصر الهام‌بخش و آموزنده باشد، چراکه معماری سنتی ایران حاصل قرن‌ها تجربه، آزمون‌و‌خطا و تکامل تدریجی دانش بومی است که در آن فرم، مصالح و سازه در هماهنگی کامل با یکدیگر طراحی می‌شدند.

۱. یکپارچگی سازه‌ای (Structural Integrity)

یکی از اصلی‌ترین دلایل دوام بناهای تاریخی ایران در برابر زلزله، یکپارچگی میان اجزای سازه‌ای و مصالح به‌کاررفته در آن‌هاست. در معماری سنتی ایران، مصالحی چون خشت، گل، آجر و چوب با دقتی کم‌نظیر و به‌گونه‌ای هماهنگ استفاده می‌شدند تا رفتار مکانیکی مشابهی داشته باشند. این هماهنگی باعث می‌شد که نیروهای واردشده بر سازه به‌طور متعادل در کل بنا توزیع شوند و از تمرکز تنش در نقاط خاص جلوگیری شود.

برای مثال، به‌کارگیری چوب در میان ردیف‌های آجر یا خشت نه‌تنها به عنوان عنصر تزئینی، بلکه به‌عنوان جذب‌کننده‌ی انرژی زلزله عمل می‌کرد. این لایه‌های چوبی توانایی انتقال و تقسیم نیرو را داشتند و از ایجاد ترک‌های عمیق یا شکست موضعی در دیواره‌ها جلوگیری می‌کردند. در نتیجه، تعامل سازگار میان مصالح مختلف، مهم‌ترین عامل پایداری ساختاری در بناهای سنتی بوده است.

۲. فرم‌های مقاوم (Form-Resistant Structures)

ویژگی شاخص دیگر در معماری تاریخی ایران، استفاده از فرم‌های هندسی مقاوم مانند گنبد، طاق و قوس است. این اشکال نه‌تنها از نظر زیبایی‌شناسی حائز اهمیت‌اند، بلکه به‌صورت طبیعی نیروهای فشاری و جانبی را به سمت پایه‌ها هدایت کرده و از تمرکز تنش جلوگیری می‌کنند.

به‌ویژه گنبدها به‌دلیل پیوستگی هندسی و رفتار سه‌بعدی خود، از پایدارترین فرم‌های سازه‌ای در برابر نیروهای افقی زلزله به‌شمار می‌روند. عملکرد گنبد در واقع نتیجه‌ی توزیع یکنواخت نیرو در سطحی منحنی است که در آن تنش‌های فشاری در تمام جهات عمل می‌کنند و پایداری کلی سازه را تضمین می‌نمایند.

در زلزله‌ی بم، یک نمونه از گنبد خشتی سنتی مشاهده شد که با وجود تخریب کامل ساختمان‌های مجاور، بدون آسیب باقی ماند. همان‌طور که در مقاله‌ی اصلی آمده است:

این نمونه‌ها به‌وضوح نشان می‌دهند که فرم‌های سنتی مانند گنبد نه‌تنها عناصر زیبایی‌شناختی، بلکه اجزای سازه‌ای کارآمد با عملکرد لرزه‌ای بالا محسوب می‌شوند.

۳. نقش تزئینات سازه‌ای (Architectural Ornament as Structural Element)

در بسیاری از بناهای تاریخی ایران، تزئینات صرفاً نقش زیبایی نداشته‌اند، بلکه بخشی از سیستم سازه‌ای و ابزاری برای افزایش پایداری بوده‌اند. نمونه‌ی بارز این موضوع را می‌توان در نحوه‌ی اجرای گوشه‌های گنبدها، به‌ویژه در بخش «تبدیل مربع به دایره»، مشاهده کرد.

در معماری سنتی، این ناحیه به‌وسیله‌ی روش‌هایی چون پتکانه، ترنبه و گوشه‌سازی اجرا می‌شد که ضمن ایجاد پیوستگی بین دیواره‌ی چهارگوش و گنبد دایره‌ای‌شکل، موجب توزیع یکنواخت نیروها می‌گردید. مطالعات تحلیلی و شبیه‌سازی‌های عددی انجام‌شده بر روی گنبد آب‌انبار بزرگ قزوین نشان داده‌اند که حذف این جزئیات تزئینی سبب افزایش تمرکز تنش و کاهش عملکرد لرزه‌ای گنبد می‌شود.

به بیان دیگر، تزئینات در معماری سنتی ایران جزئی از سیستم سازه‌ای محسوب می‌شدند و نقش مهمی در پایداری و تعادل نهایی بنا ایفا می‌کردند. این هماهنگی میان زیبایی و عملکرد، یکی از رازهای ماندگاری معماری تاریخی ایران است.

در مقاله‌ی اصلی نیز به این موضوع اشاره شده است:

«شکل ۹ – مقایسه‌ی تغییر شکل دو گنبد با سیستم‌های گوشه‌سازی متفاوت»

نتایج این بررسی‌ها به‌روشنی نشان می‌دهد که هر جزء از بنا، حتی کوچک‌ترین جزئیات تزئینی، در رفتار کلی سازه مؤثر است و حذف آن‌ها می‌تواند عملکرد لرزه‌ای را تضعیف کند.

نتیجه‌گیری (Conclusions)

لزوم لحاظ ظرایب لرزه ای در مرحله طراحی معماری
ضرایب طراحی لرزه‌ای باید از همان مرحله‌ی تصمیم‌گیری معماری و انتخاب سایت مورد توجه قرار گیرند؛ زیرا در غیر این صورت، ایمنی ساختمان در برابر زلزله تضمین نخواهد شد.

رفتار یکپارچه‌ی ساختمان در هنگام زلزله
در زمان زلزله، کل ساختمان به‌صورت یکپارچه می‌لرزد. اگر طراحی به گونه‌ای نباشد که از شکاف، جدایی یا برخورد بخش‌های مختلف سازه جلوگیری کند، احتمال تخریب کامل وجود دارد. بنابراین معمار باید از همان ابتدا ساختمان را طوری طراحی کند که اجزای مختلف آن در زمان زلزله از هم جدا یا به یکدیگر کوبیده نشوند.

رویکرد پیشگیرانه در طراحی لرزه‌ای
طراحی لرزه‌ای نباید صرفاً به تقویت سازه یا کنترل پس از ساخت محدود شود، بلکه باید از همان مراحل اولیه طراحی به‌عنوان رویکردی پیشگیرانه مورد توجه قرار گیرد. هدف طراحی لرزه‌ای، کاهش اثرات مخرب زلزله از طریق طراحی معماری هوشمندانه است، نه صرفاً افزودن المان‌های مقاوم‌ساز.

ماهیت چندرشته‌ای طراحی لرزه‌ای
طراحی موفق لرزه‌ای حاصل همکاری هماهنگ معماران، مهندسان و سایر متخصصان است. به بیان نویسنده، معمار در فرآیند طراحی همان نقشی را دارد که رهبر ارکستر در هماهنگی نوازندگان دارد — او باید مهارت‌های مختلف را با یکدیگر هماهنگ کند تا نتیجه نهایی منسجم و متعادل باشد.

ضرورت آغاز هم‌زمان طراحی معماری و سازه‌ای
هم‌سویی میان فرم معماری و سیستم سازه‌ای باید از ابتدای طراحی و پیش از فازهای تفصیلی آغاز شود و در طول فرآیند ساخت ادامه یابد.
مقاومت در برابر بارهای ثقلی ممکن است به‌طور مستقل از تصمیمات معماری و سازه‌ای حاصل شود، اما در برابر اثرات زلزله، جدایی میان مهندس و معمار برابر با فاجعه است.

اقتصاد در طراحی لرزه‌ای اصولی
در نظر گرفتن اصول لرزه‌ای در طراحی معماری هزینه‌ی اضافی ندارد و در واقع بسیار اقتصادی‌تر از مقاوم‌سازی‌های پس از ساخت مانند درز جدایی لرزه‌ای یا سیستم جداسازی پایه است. به‌عنوان مثال، در پروژه‌ی ساختمان مجلس نیوزیلند، اجرای سیستم جداسازی پایه تنها ۳٪ هزینه‌ی بیشتر داشت ولی سطح ایمنی آن بسیار بالاتر بود.

افزایش ایمنی با هزینه اندک
در کشورهای زلزله‌خیز، ارتقای کیفیت اجرا، استفاده از مصالح استاندارد و دقت در جزئیات طراحی ممکن است تنها حدود ۲٪ هزینه‌ی ساخت را افزایش دهد، اما در عوض، ایمنی ساختمان را تا صددرصد بهبود می‌دهد.

اولویت بررسی طراحی پیش از استفاده از فناوری‌های پیچیده
پیش از آن‌که به سراغ فناوری‌های پرهزینه مانند جداساز پایه یا میراگرهای هوشمند برویم، باید ابتدا طراحی معماری و سایت پروژه را از نظر ایمنی لرزه‌ای بازنگری کنیم. در بسیاری از موارد، اگر طراحی معماری به‌درستی انجام شود، نیازی به استفاده از این تجهیزات نخواهد بود.

اهمیت پیکربندی ساختمان در نقش معمار
یکی از مهم‌ترین عوامل مقاومت لرزه‌ای ساختمان، پیکربندی یا Configuration آن است که مستقیماً در حوزه‌ی وظایف معمار قرار دارد. بنابراین، معمار با انتخاب فرم، تناسبات، و توزیع فضاها، به‌صورت مستقیم بر ایمنی لرزه‌ای ساختمان تأثیر می‌گذارد.

نتیجه نهایی
طراحی در مناطق زلزله‌خیز، مسئولیتی مشترک میان معمار و مهندس است. هماهنگی میان فرم معماری و سیستم سازه‌ای باید از نخستین مراحل طراحی آغاز شود و تا پایان ساخت ادامه یابد. معماری ایمن در برابر زلزله تنها با محاسبات سازه‌ای به‌دست نمی‌آید، بلکه حاصل درک عمیق از رابطه‌ی فرم، فضا، ماده و نیرو است.