طراحی سازه هایی که در برابر زلزله مقاوم باشند

حتما تا به حال به این نکته توجه کرده اید که بعضی سازه‌ها در برابر زلزله دوام می‌آورند و بعضی دیگر کاملا نابود می‌شوند. فاکتورهای متعددی بر کارکرد سازه‌ها در طول زلزله تاثیر می‌گذارد. بعضی از مهم ترین آنها، از این قرارند:

1. شکل ساختمان: ساختمانهایی با اشکال متفاوت، رفتارهای متفاوتی دارند. شکلهای هندسی مانند مربع یا مستطیل معمولا بهتر از ساختمانهایی با اشکال شبیه L، T، U، H، +، O یا ترکیبی از اینها، مقاومت می‌کنند.
2. مواد مختلف به کار رفته در ساختن بناها: فولاد، بتون، چوب، آجر و ترکیب اینها. در اکثر ساختمانهای دنیا از بتون استفاده می‌شود. بتون متشکل از ماسه، شن و سنگ خرد شده است که توسط سیمان در کنار هم نگه داشته می‌شوند. هر ماده رفتار متفاوتی دارد. مواد منعطف بهتر از مواد شکننده رفتار می‌کنند. برای مثال فولاد و آلومینیوم که منعطف هستند بهتر از مواد شکننده ای مانند آجر، سنگ و بتون غیر مسلح مقاومت می‌کنند.
3. ارتفاع ساختمان: ساختمانهایی با ارتفاعهای مختلف، با فرکانسهای متفاوتی ارتعاش می‌کنند.
4. خاک زیر بنا
5. جغرافیای ناحیه
6. بزرگی و مدت طول کشیدن زلزله
7. جهت و فرکانس لرزه
8. تعداد لرزه هایی که ساختمان قبلا از سرگذرانده است و خسارات احتمالی ناشی از آنها
9. کاربری ساختمان (مانند بیمارستان، آتش نشانی، اداره و ....)
10. نزدیکی به سایر ساختمانها

از ساختن سازه‌ها چه چیزی می‌آموزید؟

1. اثر متغیرهای مختلف بر کارکرد و رفتار ساختمان در زلزله شبیه سازی شده
2. روشهای مقاوم سازی ساختمانها
3. نیروهای فیزیکی موثر در جریان زلزله

مواد لازم: چوب بستنی، گل رس، یک قطعه یونولیت و میزلرزه برای آزمایش کردن

روند کار: با استفاده از چوب بستنی و گل به عنوان چسب، ساختمانهای یک یا دو طبقه بسازید، صبر کنید تا گل خشک و سفت شود.

اگر دوست داشتید با یونولیت برای ساختمانتان پی بسازید و با چسب یا گیره پی را به ساختمان وصل کنید. حالا مثل مهندسها از میزلرزه یا ابزار شبیه ساز زلزله برای آزمایش کردن ساختمانها استفاده کنید.

حالا با استفاده از بادگیر ساختمانتان را مقاوم کنید. بادگیر، سازه ای به شکل X است که بین دو دیوار نصب می‌شود. برای ساختن بادگیر از مواد متفاوتی مثل چوب بستنی، نخ بادبادک، نی و .... استفاده کنید و ببینید کدام بهتر کار می‌کند.

روند کار: دو ساختمان یک و دو طبقه یکبار به شکل L و یک بار به شکل مستطیل روی پایه یونولیتی و با استفاده از قند به (جای آجر) بسازید. برای کف و سقف از مقوا استفاده کنید. بین سازه های یک طبقه و دوطبقه کدام یک پایدارترند؟ زاویه قائمه در ساختمانL شکل، روی پایداری سازه چه تاثیری می‌گذارد؟

با دقت از ورق آلومینیومی قطعاتی کوچکتر از اندازه هر دیوار ببرید. روی هر دو سوی هر صفحه مقداری کره بادام زمینی بمالید و آن را به دیواره داخلی طبقه اول وصل کنید. کنج‌ها را با کره اضافی از داخل مقاوم کنید. این مدلی از ساختمان مقاوم شده یک طبقه است. حالا با ورقهایی با اندازه های متفاوت و با فواصل متفاوت از هم آزمایش کنید. پاسخ ساختمان به لرزه چه تغییری می‌کند؟

ساختمانهایی با اسکلت فولادی

مواد لازم: شیشه شور، پین T شکل، یونولیت، مقوا، کاغذ

روندکار:

مدلی از برجهای با اسکلت فولادی با استفاده از میله شیشه شور بسازید. برای این کار انتهای یک میله را به دیگری وصل کنید اما آنها را به هم نچسبانید. بلکه برای اتصال از پینهایT شکل استفاده کنید. دوباره سازه را آزمایش کنید. با اضافه کردن دیوارهایی از جنس های متفاوت و بادگیر بهترین نوع بنا را پیدا کنید.