سخنی پیرامون انجنیری زمین‌لرزه‌

مطالعه عامل زمین‌لرزه و تاثیرات آن بالای ساختمان‌ها، دانش نسبتاً جدیدی است که بعد از سال ۱۹۶۰ در نگرش تحلیلی و ارزیابی‌های انجنیری ساختمانی تغییراتی در آن رونما شده و هنوز هم در حال توسعه است. بر‌اساس این تغییرات، بربنیاد فهم و ارزیابی‌های بیشتر اثرات زمین‌لرزه‌های قرن بیست، یک سلسله روش‌ها و متدهای تعدیل‌شده برای طراحی، مقاوم‌سازی و ایمن‌سازی ساختمان‌ها ارایه شده است. همچنان براساس تیوری‌های اخیر در مورد عوامل زمین‌لرزه و تجارب علمی و عملی از شدید‌ترین حوادث این پدیده، در متدهای تحلیلی، ارزیابی قوه‌ها، طرح و دیزاین ساختمان‌ها و درکُد (معیار)‌های ساختمانی تغییراتی به وجود آمده است که در رأس آن‌ها کُد بین‌المللی ساختمان (International Building Code) قرار دارد.
انجنیری زمین‌لرزه مجموعه‌ای از دانش‌ها و فنون گوناگون است که حول اهداف حیاتی مربوط به مطالعه، دیزاین، اجرا‌‌، کنتر‌ل و نگه‌داری انواع ساختمان‌های عمرانی در مقابل تاثیرات قوه‌های ناشی از وقوع زمین‌لرزه‌های احتمالی می‌چرخد. همچنان برای به حداقل رساندن خسارات وارده، تلاش می‌کنند بدین اساس در انجنیری زمین‌لرزه دقیقاً دو اصل ذیل در نظر گرفته شود:
قوه‌های ناشی از زمین‌لرزه به‌گونه‌های مختلف از زمین وارد ساختمان می‌شوند، در حالی که بارها و قوه‌های معمولی قابل انتظار یک ساختمان در طول عمر آن، غالباً به‌صورت عمودی از بالا به پایین عمل کرده و توسط عناصر عمودی ساختمان مانند دیوارها و پایه‌ها به تهداب انتقال و وارد زمین می‌شوند.
بارهای مورد انتظار مربوط به خدمات روزمره و عادی یک ساختمان، تقریباً همیشه و در تمامی مدت عمر آن وجود دارد، در حالی که بار زلزله در طول عمر همان سازه ممکن است در آن منطقه حتا یک بار هم رخ ندهد.
بنا بر خصوصیات و ویژه‌گی‌های بالا، چنان‌چه تصمیم گرفته شود که ساختمان‌ها کاملاً مقاوم و در مقابل زلزله‌های مهیب پاسخگو طراحی و اعمار شود، مقادیر هنگفت مصالح ساختمانی و امکانات فنی و مالی اضافی مصرف خواهد شد که شاید در غیر آن در عمل هرگز مورد نیاز نباشد. بنا‌براین، با وجودی که در طراحی، دیزاین و اعمار اغلب ساختمان‌ها انتظار حداقل صدمات و آسیب‌های احتمالی دراثر زمین‌لرزه‌ها خیلی کم در نظر گرفته می‌شود، ولی با آن هم انجنیران همواره در پی آموختن و به‌کارگرفتن شیوه‌ها و تکنیک‌هایی‌اند که از فروریختن کامل ساختمان‌ها حتا در شرایط نسبتاً بحرانی جلوگیری به عمل آورند.
در جریان زلزله، زمینی که ساختمان بالای آن قرار دارد، شروع به لرزش و حرکت می‌کند و قاعده ساختمان نیز مطابق جهت آن به حرکت درمی‌آید، ولی قسمت بالایی از قاعده‌ ساختمان نمی‌خواهد حرکتی انجام دهد. انرشیای وزن یا کتله بالایی ساختمان، در برابر حرکت مقاومت می‌کند و در نتیجه ساختمان کج می‌شود. سپس، این موج کج‌کننده به امتداد ارتفاع ساختمان حرکت کرده و ادامه تکان‌های قاعده سبب می‌شود که ساختمان تحت تاثیر یک سلسله نوسانات مغلق قرار گیرد و تغییر شکل و انحرافات در طبقات ایجاد و فروپاشی در قسمت‌های بالاتر از قاعده (احتمالاً در عناصر ساختمانی طبقه اول) آغاز شود. متعاقب آن اتکای پایینی از تحمل خارج می‌شود و ساختمان فرومی‌نشیند. هرگاه ساختمان در لحظات اول فرو ننشیند، بنا بر خسته‌گی عناصر بالایی تهداب در دقایق بعدی ازهم می‌پاشد.
از لحاظ انجنیری، در هنگام دیزاین یا طراحی یک سازه، برای تحمل قوه‌های زلزله در قدم اول نگرانی‌های ایمنی در جریان یک زلزله بزرگ مطرح است. در قدم‌های بعدی، دوام قابلیت اجرایی هدف ساختمان (سرویس‌دهی آن) و قابلیت استفاده و نهایتاً پوتانسیل از دست دادن ارزش اقتصادی آن در جامعه در نظر گرفته می‌شود.
از آن‌جایی که عمل یک ساختمان تحت تاثیر قوه‌های زلزله کاملاً متفاوت از عمل آن تحت تاثیر قوه‌های باد و وزن عمودی خودش است، بنا‌براین تحلیل‌های جزیی و ارزیابی‌های سخت‌گیرانه نیاز است تا اطمینان حاصل شود که تحمل ساختمان خارج از حد ارتجاعیت آن تضمین می‌گردد.
زمانی که یک ساختمان حرکات و تکان‌های ناشی از زمین‌لرزه را تجربه می‌کند، یک مقدار صدمه قابل انتظار است و بدین اساس است که تقریباً تمام کد‌ها تاثیر عمل انرژی انعطاف‌ناپذیر را به‌صورت پراگنده در سیستم‌های ساختمانی اجازه می‌دهند.
به‌صورت سنتی در تحلیل‌های زمین‌لرزه و دیزاین ساختمان‌ها، توجه خاصی به تقلیل خطرات و از دست دادن حیات در جریان وقوع زلزله شدید معطوف می‌دارند. بنا‌براین به منظور به دست آوردن این هدف، توسعه کدهای ساختمانی براساس تجارب تاریخی عمل‌کرد ساختمان‌ها، کمبودها یا نواقص آن‌ها در جریان وقوع زمین‌لرزه و عواقب بعدی آن استوار است. مقررات کد‌های ساختمانی، بربنیاد حصول اطمینان از تحمل یک ساختمان در برابر زلزله در یک ساحه زلزله‌خیز مربوط به ترکیب اجزای مقاومتی ساختمان، ایجاد دکتایلتی Ductility (تغییر شکل پلاستیکی بدون شکسته‌گی) و ایجاد تعادل در اتصالات عناصر داخلی مقاومت‌کننده قوه‌های جانبی استوار است. البته در ساحات زلزله‌خیز خفیف، ضرورت دکتایلتی ساختمان‌ها می‌تواند تا اندازه قابل ملاحظه‌‌ای تقلیل یابد.
تقریباً تمام کد‌های ساختمانی، سه هدف ذیل را برای دیزاین ساختمان‌های جدید تحت عمل زمین‌لرزه‌ها مشخص می‌سازند:
کاهش جدی خطر از دست دادن حیات در تمام ساختمان‌ها؛
ازدیاد نقش قابلیت سرویس‌دهی مورد انتظار ساختمان‌هایی که احتمال خطرات آن‌ها برای عامه متصور است، مانند ساختمان‌های رهایشی و دیگر ساختمان‌های مورد استفاده روزانه عامه؛
توسعه توانایی و امکانات ضروری قابلیت سرویس‌دهی یک ساختمان بعد از وقوع زلزله.
علاوه بر آن، به‌صورت عموم تقریباً تمام کد‌های ساختمانی تاکید و مقرر می‌دارند که همه ساختمان‌ها توانایی‌های مقاومتی ذیل را دارا باشند:
بدون صدمه در برابر زلزله‌های خفیف پا‌برجا باقی بمانند.
تنها صدمات ساختمانی و غیر‌ساختمانی نا‌چیزی در برابر زمین‌لرزه‌های متوسط داشته باشند.
در برابر زمین‌لرزه‌های شدید با برخی از صدمات ساختمانی و غیر‌ساختمانی بدون سقوط پا‌برجا مانده و توقع بر آن باشد که بعضی عناصر ساختمانی آن‌ها تحت شرایط انعطاف‌پذیری نسبتاً بزرگ قرار خواهند گرفت.
در اکثر ساختمان‌هایی که تحت تاثیر زمین‌لرزه‌های متوسط تا شدید قرار می‌گیرند، به‌صورت اقتصادی تامین مقاومت زمین‌لرزه طوری اجرا می‌شود که قابلیت انعطاف‌پذیری بعضی عناصر در آن ساختمان اجازه داده شود. بدین سبب، انعطاف‌پذیری در بعضی عناصر مشخص و در موقعیت‌های پیش‌بینی‌شده ساختمان طوری اجازه داده می‌شود که بعد از اتفاق یک زمین‌لرزه قوی عناصر تحمل‌کننده قوه‌های عمودی هنوز هم پا‌برجا مانده بتواند. البته برای ساختمان‌های مخصوص مانند تاسیسات اتمی (نیوکلیر) انعطاف‌پذیری به هیچ صورت نمی‌تواند اجازه داده شود.
ساختمان‌های دارای اهمیت نهایت ضروری مانند شفاخانه‌، ایستگاه‌ آتش‌نشانی، تاسسیات انرژی و برق، مخابراتی و امثال آن‌ها باید نه‌تنها بدون تخریب یا سقوط پابرجا بمانند، بلکه استفاده و سرویس‌دهی آن‌ها در جریان زلزله نیز ادامه داشته باشد؛ یعنی چنین ساختمان‌ها علاوه بر قابلیت ایمنی حیات، قابلیت کنترل تخریب را در جریان زمین‌لرزه و بعد از آن نیز داشته باشد.