سیستم‌های پیشرفته مقاوم در برابر زلزله در برج توره مایور (Torre Mayor) – از طراحی تا آزمایش‌های واقعی

برج توره مایور Torre Mayor یک آسمان‌خراش اداری در مکزیکوسیتی، مکزیک است که با ارتفاع 225 متر (738 فوت)، هشتمین ساختمان بلند در مکزیک محسوب می‌شود. این برج از زمان تکمیل در سال 2003 تا سال 2010، بلندترین ساختمان در آمریکای لاتین بود، اما پس از آن با ساخت برج Ocean Two در پاناماسیتی که 236 متر ارتفاع دارد، این عنوان را از دست داد.

برج مایور توسط پل رایشمان، تاجر کانادایی، توسعه داده شد که تا زمان درگذشتش در سال 2013 بخشی از مالکیت آن را حفظ کرد. این برج همچنین تحت مالکیت گروهی از سرمایه‌گذاران نهادی قرار دارد. طراحی معماری آن توسط دو شرکت  Zeidler Partnership Architects و Executive Architects Adamson Associates Architects از تورنتو انجام شده است. مهندسی سازه و طراحی آن نیز توسط The Cantor Seinuk Group  از نیویورک، با همکاری Enrique Martínez Romero S.A.  در مکزیکوسیتی صورت گرفته است.

برج مایور در منطقه کواوتِموک، در خیابان پاسئو دِ لارفورما، بر روی محل سابق سینمای چاپولتپک ساخته شد. ساخت این برج در سال 1999 آغاز شد و در اواخر 2003 به پایان رسید. به دلیل قرارگیری مکزیکوسیتی در منطقه‌ای با خطر بالای زلزله، این ساختمان به سیستم‌های مقاوم‌سازی زلزله‌ای پیشرفته مجهز شده است و به‌عنوان یکی از مقاوم‌ترین ساختمان‌های جهان در برابر زلزله شناخته می‌شود. این سازه توانایی مقاومت در برابر زمین‌لرزه‌هایی با شدت 8.5 ریشتر را دارد.

نمای جنوبی برج شامل 30,000 مترمربع شیشه با عایق حرارتی و صوتی است. داخل برج با سنگ مرمر و فضاهای عمومی و راهروها با گرانیت پوشانده شده است. معماری این برج به سبک مدرن و بین‌المللی طراحی شده و از سه منبع تغذیه الکتریکی مجزا در شهر انرژی دریافت می‌کند که آن را به تنها ساختمان در آمریکای لاتین با چنین قابلیتی تبدیل کرده است. برج دارای 29 آسانسور مسافربری است که با سرعتی بالغ بر 6.7 متر بر ثانیه حرکت می‌کنند. روند ساخت این ساختمان به‌طور میانگین 4 طبقه در هفته بوده است و جالب اینکه در طول ساخت، هیچ حادثه مرگباری گزارش نشده است که باعث شد این برج رکورد تنها آسمان‌خراش بدون حادثه جدی در جهان را به خود اختصاص دهد.

این ساختمان در سال 2013 موفق به دریافت گواهینامه LEED شد و از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف انرژی بهره می‌برد.

در ادامه، به بررسی جزئیات طراحی لرزه‌ای این برج و فناوری‌های استفاده‌شده در آن خواهیم پرداخت.

دلایل شهرت زیاد برج توره مایور

برج مایور به دلایل متعددی شهرت جهانی دارد که مهم‌ترین آن‌ها به شرح زیر است:

مقاومت استثنایی در برابر زلزله

مکزیکوسیتی یکی از زلزله‌خیزترین مناطق جهان محسوب می‌شود، اما برج مایور با استفاده از فناوری‌های نوین مهندسی و سیستم‌های پیشرفته جذب انرژی زلزله، به‌عنوان یکی از مقاوم‌ترین ساختمان‌های جهان در برابر زلزله شناخته می‌شود. طراحی این برج به گونه‌ای است که می‌تواند زمین‌لرزه‌هایی تا 8.5 ریشتر را بدون آسیب جدی تحمل کند.

استفاده از فناوری‌های نوین در ساخت و طراحی

این برج با بهره‌گیری از سیستم‌های ضدزلزله پیشرفته، قاب فولادی مقاوم و میراگرهای لرزه‌ای، توانسته ایمنی بالایی را برای ساکنان خود فراهم کند. همچنین، استفاده از 30,000 مترمربع شیشه عایق حرارتی و صوتی در نمای جنوبی آن، علاوه بر بهبود شرایط زیست‌محیطی، به کاهش مصرف انرژی کمک می‌کند.

روند ساخت سریع و بدون حادثه

یکی دیگر از عوامل برجسته در شهرت برج مایور، روند سریع ساخت آن است. این برج با سرعتی معادل 4 طبقه در هفته ساخته شد و مهم‌تر از آن، هیچ حادثه مرگباری در طول ساخت آن رخ نداد، که این موضوع در میان آسمان‌خراش‌های جهان کم‌نظیر است.

طراحی مدرن و بین‌المللی

برج مایور توسط معماران برجسته بین‌المللی طراحی شده و از مصالح باکیفیت مانند گرانیت و مرمر در فضاهای داخلی خود بهره می‌برد. این برج علاوه بر ظاهر مدرن، دارای امکانات پیشرفته‌ای مانند 29 آسانسور با سرعت بالا و سیستم‌های تغذیه انرژی چندگانه است که آن را به یکی از پیشرفته‌ترین ساختمان‌های آمریکای لاتین تبدیل کرده است.

دریافت گواهینامه LEED و استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر

در سال 2013، این برج موفق به دریافت گواهینامه LEED (رهبری در طراحی انرژی و محیط زیست) شد. همچنین، برج از انرژی خورشیدی برای کاهش مصرف برق بهره می‌برد که آن را به یکی از ساختمان‌های پایدار و دوستدار محیط زیست تبدیل کرده است.

به‌طور کلی، برج مایور نه‌تنها به دلیل ارتفاع، طراحی و معماری مدرن، بلکه به دلیل مقاومت مثال‌زدنی در برابر زلزله، ایمنی بالا و فناوری‌های پیشرفته، به یکی از برجسته‌ترین آسمان‌خراش‌های جهان تبدیل شده است

سیستم سازه‌ای برج

سیستم سازه‌ای برج Torre Mayor از یک ترکیب پیچیده و پیشرفته از فولاد و بتن مسلح بهره می‌برد. این ترکیب به‌ویژه برای تحمل نیروهای زلزله طراحی شده است. ستون‌های داخلی و محیطی برج برای تقویت استحکام و عملکرد لرزه‌ای آن به‌طور خاص به وسیله بتن مسلح در نیمه پایین برج پوشش داده شده‌اند. این پوشش بتن مسلح به ستون‌ها باعث افزایش سختی و قدرت سازه می‌شود و آن را برای مقاومت در برابر نیروهای مختلف مانند زلزله‌های شدید، طوفان‌ها و بارهای متغیر آماده می‌کند. این تصمیم مهندسی همچنین به بهبود اقتصادی برج کمک کرده و از استفاده بیش از حد از فولاد جلوگیری می‌کند.

برای طبقات زیرزمینی، که شامل یک پارکینگ چهار طبقه است، از سیستم دال تخت بتنی و ستون‌های کامپوزیتی (ستون‌های فولادی که در بتن مسلح پوشانده شده‌اند) استفاده شده است. این سیستم به‌ویژه برای جلوگیری از نشست‌های احتمالی و انتقال بارهای زلزله به‌طور یکنواخت طراحی شده است. به‌عنوان‌مثال، پارکینگ زیرزمینی در عمق 15 متری از سطح زمین قرار دارد و این عمق، به‌ویژه در نواحی با خاک‌های نرم مانند مکزیکوسیتی، نیاز به یک سیستم مقاوم و مستحکم داشت.

فونداسیون برج

فونداسیون برج Torre Mayor ترکیبی از دو سیستم فونداسیون مختلف است که به‌منظور اطمینان از پایداری برج در برابر نیروهای زلزله و بارهای سنگین استفاده شده است. سیستم فونداسیون شامل کایسون‌ها و دال بتنی است که به هم متصل شده‌اند تا عملکردی یکپارچه و مقاوم را در برابر نیروهای جانبی و عمودی فراهم کنند.

کایسون‌ها به‌عنوان پایه‌های اصلی برج استفاده می‌شوند. این کایسون‌ها با قطر 1.2 متر و عمق 40 متر تا لایه سخت سنگی زیر خاک نرم مکزیکوسیتی رسیده‌اند. لایه سنگی سخت به‌نام “depositos profundos” از آن زمان‌ها در زیر زمین وجود دارد و این لایه برای ایجاد ثبات و تحمل بارهای برج در برابر نیروهای جانبی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این لایه سنگی به‌عنوان یک لایه فونداسیون طبیعی عمل می‌کند که انتقال نیروهای وارده به‌صورت ایمن و کارآمد انجام می‌شود.

دال بتنی مسلح به‌عنوان بخشی از سیستم فونداسیون به‌طور کامل کایسون‌ها را به هم متصل می‌کند و یک دیوار فونداسیونی 800 میلی‌متری در پایین‌ترین طبقه زیرزمینی در نظر گرفته شده است. ضخامت دال بتنی متغیر است و در زیر ستون‌های هسته برج که بار بیشتری دارند، ضخامت آن به 2.5 متر می‌رسد. این طراحی به‌گونه‌ای انجام شده است که برج به‌طور یکنواخت در برابر نیروهای زلزله مقاومت کند و از حرکت‌های زیاد جلوگیری کند.

موقعیت مکانی برج در ناحیه‌ای با خاک‌های نرم و سطح آب زیرزمینی بالا، ضرورت استفاده از دیوارهای شفت شلری را ایجاد کرده است. این دیوارهای شلری به‌طور کامل قبل از حفاری زمین در محل قرار گرفتند و در مراحل ساخت به‌وسیله یک دیوار بتنی 200 میلی‌متری تقویت شدند تا مقاومت فونداسیون را در برابر آب‌خوان‌های موجود افزایش دهند. این تدابیر باعث ایجاد یک فونداسیون مستحکم و پایدار در برابر نیروهای لرزه‌ای و شرایط زمین‌شناسی خاص مکزیکوسیتی شد.

این سیستم فونداسیون از لحاظ مهندسی به‌گونه‌ای طراحی شده است که قادر است نیروهای سنگین زلزله را تحمل کرده و توزیع یکنواخت آن‌ها را در سراسر برج تضمین کند. به‌ویژه در نواحی حساس برج مانند هسته آن که بارهای بیشتری به آن وارد می‌شود، ضخامت دال بتنی بیشتر در نظر گرفته شده تا از نشست یا تغییر شکل‌های غیرمطلوب جلوگیری شود.

با توجه به شرایط خاص جغرافیایی و لرزه‌ای مکزیکوسیتی، استفاده از این سیستم فونداسیون به‌طور کامل نشان‌دهنده دقت و توجه به جزئیات در طراحی سازه‌ای برج Torre Mayor است. این تصمیمات مهندسی سبب می‌شود که برج در یکی از فعال‌ترین مناطق لرزه‌ای جهان، با ایمنی بالا و پایداری قابل‌توجهی در برابر انواع حوادث طبیعی قرار داشته باشد.

سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی

سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی برج Torre Mayor به‌ویژه برای مقابله با نیروهای ناشی از زلزله طراحی شده است. این برج در مکزیکوسیتی قرار دارد که یکی از مناطق با بیشترین فعالیت‌های لرزه‌ای در جهان است، بنابراین نیاز به یک سیستم سازه‌ای مقاوم در برابر نیروهای جانبی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. برای این منظور، مهندسان طراحی برج با بررسی و مقایسه بیش از 25 سیستم سازه‌ای مختلف، سیستم بهینه‌ای را انتخاب کرده‌اند که ترکیبی از استحکام، انعطاف‌پذیری و عملکرد صحیح در برابر نیروهای جانبی است.

سیستم انتخابی برای برج Torre Mayor از یک ترکیب چندگانه و سیستم مقاوم جانبی افزایشی تشکیل شده است که به‌طور خاص برای مقابله با نیروهای زلزله طراحی شده است. این سیستم ترکیبی از دو نوع سیستم سازه‌ای است: سیستم فریم برشی محیطی و سیستم میراگر اضافی. این سیستم‌ها به‌طور همزمان در جهت مقاومت در برابر نیروهای جانبی و کاهش حرکت‌های ناخواسته به کار می‌روند.

فریم برشی محیطی و سیستم لوله‌ای

سیستم مقاوم جانبی برج شامل یک فریم برشی محیطی است که در اطراف برج قرار دارد و در ترکیب با یک سیستم لوله‌ای، عملکرد آن را تقویت می‌کند. فریم‌های برشی محیطی از ستون‌ها و تیرهایی تشکیل شده‌اند که به‌طور افقی و عمودی نیروهای جانبی را منتقل می‌کنند. این فریم‌ها که به‌عنوان اسکلت برج عمل می‌کنند، نه تنها از دیوارهای اصلی برج حفاظت می‌کنند بلکه توانایی مقابله با نیروهای جانبی حاصل از حرکت زمین و زلزله را دارند.

در داخل برج، یک سیستم لوله‌ای طراحی شده است که ستون‌ها و فریم‌های موجود در هسته برج را به‌هم متصل می‌کند. این لوله از یک سری ستون‌های کامپوزیتی (ستون‌های فولادی که در بتن مسلح پوشانده شده‌اند) تشکیل شده است که به‌عنوان یک اسکلت مرکزی عمل می‌کنند و بارهای زلزله را از هسته برج به فونداسیون انتقال می‌دهند. این سیستم به‌ویژه در شرایط زلزله‌های شدید بسیار مؤثر است، زیرا از انتقال نیروهای جانبی به صورت یکنواخت در سراسر برج جلوگیری می‌کند و از تغییرات شدید در حرکت‌های سازه‌ای برج جلوگیری می‌کند.

میراگرهای اضافی (Damping System)

یکی از ویژگی‌های مهم برج Torre Mayor که آن را از دیگر برج‌ها متمایز می‌کند، استفاده از میراگرهای اضافی است که به‌طور خاص برای کاهش تاثیرات لرزه‌ای طراحی شده‌اند. این میراگرها به‌عنوان یک سیستم کمکی برای جذب و دفع انرژی ناشی از حرکات زمین عمل می‌کنند و به‌طور عمده در راستای‌های شمال-جنوب و شرق-غرب برج قرار گرفته‌اند.

در راستای شمال-جنوب، 72 میراگر در داخل سیستم تروس برج قرار دارند. همچنین، در راستای شرق-غرب، میراگرها در لبه‌های برج و در مناطقی که بارهای بیشتر به آن وارد می‌شود، نصب شده‌اند. این میراگرها به‌ویژه برای کنترل حرکت‌های سازه‌ای و کاهش ارتعاشات برج در زمان زلزله طراحی شده‌اند. استفاده از این میراگرها باعث می‌شود که نیروهای لرزه‌ای جذب شده و در نتیجه حرکت‌های برج کاهش یابد و ساکنین برج احساس راحتی بیشتری داشته باشند.

سیستم ترکیبی میراگرها و دیافراگم‌های جانبی

سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی برج به‌گونه‌ای طراحی شده است که میراگرهای اضافی در نقاط استراتژیک نصب شده‌اند تا عملکرد بهینه‌ای در زمان زلزله داشته باشند. این میراگرها با تغییر جهت حرکت‌های جانبی و کاهش ارتعاشات، تأثیرات منفی زلزله را بر برج کاهش می‌دهند و از ارتعاشات شدید جلوگیری می‌کنند. علاوه بر این، در بخش‌های خاصی از برج، مانند دیافراگم‌های جانبی در طبقه دهم، طراحی به‌گونه‌ای است که انتقال نیروهای جانبی به‌صورت مؤثر از سیستم‌های مقاوم در برابر نیروهای جانبی انجام شود.

این دیافراگم‌ها که در ارتفاع برج و در نقاط حساس قرار دارند، به‌طور ویژه برای مقابله با انتقال نیروهای زلزله از سیستم‌های مقاوم جانبی به قسمت‌های پایین‌تر برج طراحی شده‌اند. این دیافراگم‌ها به کاهش ارتعاشات و تأثیرات ناشی از نیروهای جانبی کمک می‌کنند و از حرکت‌های غیرطبیعی و ناخواسته در برج جلوگیری می‌کنند.

سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی برج Torre Mayor یکی از نوآورانه‌ترین و پیشرفته‌ترین سیستم‌های سازه‌ای است که تاکنون در یک برج برای مقابله با زلزله‌ها به کار رفته است. این سیستم ترکیبی از فریم‌های برشی محیطی، سیستم لوله‌ای و میراگرهای اضافی است که به‌طور مؤثری نیروهای جانبی و لرزه‌ای را جذب و دفع می‌کنند. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که برج نه تنها مقاوم در برابر زلزله‌های شدید باشد، بلکه راحتی و ایمنی ساکنان و بازدیدکنندگان آن را نیز تضمین می‌کند.