باريسا عباسيمنذ ما يقرب من عقدين من الزمن ، كانت جامعة كاليفورنيا في سان دييغو مركزًا لاختبار أداة رئيسية لفهم الزلازل: منصة فولاذية بقياس 7.5 × 12 مترًا تقريبًا ، بمساعدة نظام هيدروليكي ، تهتز (مثل الزلزال)) تعيد بنائها
هذه “منصة الاهتزاز” التي يمكنها هز كل شيء حرفيًا على نفسها هي واحدة من أكبر المنصات في العالم.
منذ عام 2004 ، عندما تم بناء هذه المنصة أو المنضدة الاهتزازية ، تم اختبار أكثر من 30 هيكلًا عليها ، وأدت نتائج هذه الاختبارات إلى تغييرات في قوانين البناء والطرق. لكن خلال الأشهر التسعة الماضية ، ظلت هذه المنصة مستقرة. لأنه سيتم إجراء اختبار غير مسبوق عليه: المبنى الخشبي المكون من 10 طوابق هو أكبر مثال سيتم اختباره هنا.
وفقًا لـ Schilling P. ، الباحث الرئيسي في المشروع ، فإن اسم المشروع هو “TallWood” والغرض منه هو إثبات ما إذا كانت المباني الخشبية قادرة على تحمل الاهتزازات القوية دون تدمير هيكلها المتكامل. نظرًا لأن البصمة الكربونية للخشب أقل على البيئة من الخرسانة والصلب ، فقد اعتبرت هذه المادة مادة بناء شائعة في السنوات الأخيرة.
يقول Pi: بالإضافة إلى ذلك ، فإن مرونة الهياكل الخشبية تجعلها مناسبة تمامًا للتعامل مع الزلازل ؛ ضع في اعتبارك قدرة فروع الأشجار على الانحناء استجابة للتأثيرات لجعل هذا أكثر ملاءمة لك.
نظرًا لأن سنوات من البحث والنمذجة مكنته من التحقق من صحة مثل هذه المباني ، فهو حريص على إظهار قوة الهياكل الخشبية لجمهور أوسع في منتدى حقيقي.
وقال بي “هذا دليل على أنه يمكننا بناء مبنى من 10 طوابق باستخدام التكنولوجيا الحالية واستخدام نتائجه المستدامة بعد الزلزال”. خطتنا هي اختبار هذا المبنى بحوالي 40 زلزالًا ومعرفة أن هيكل المبنى لن يتضرر. على الأقل نحن نأمل ذلك! »
بي ، وهو أيضًا أستاذ الهندسة المدنية والبيئية في كلية كولورادو للمناجم ، متخصص في أنظمة الأخشاب والحد من المخاطر من خلال الهندسة ، مما يجعله مثاليًا للمشروع. لكنه مجرد جزء واحد من فريق كبير يعمل في المشروع منذ عام 2016 كجزء من برنامج البنية التحتية لأبحاث هندسة المخاطر الطبيعية (NHERI) التابع لمؤسسة العلوم الوطنية. يضم الفريق خبراء من ست جامعات وأكثر من اثني عشر شريكًا صناعيًا وخدمة الغابات الأمريكية ووكالات حكومية أخرى.
اختبر أعضاء الفريق نظريتهم لأول مرة في عام 2017 وقاموا ببناء مبنى خشبي من طابقين للشاشة الاهتزازية. وقال “باي” إن هذا المبنى كان قادرًا على تحمل حوالي 30 “زلزالًا” ولم يتضرر. وكان من بين تلك الهزات ما يشبه زلزال نورثريدج بقوة 6.7 درجة الذي ضرب كاليفورنيا منذ ما يقرب من ثلاثة عقود.
بناءً على البحث ، يتميز مشروع TallWood المكون من 10 طوابق بارتفاع عالٍ بالمعنى الحرفي وقد اتبع نقاط تصميم الهياكل. وفقًا لـ Pi ، يستخدم قلب هذا المبنى أيضًا أنظمة الخشب الصلب ، مما يعني أن طبقات الخشب توضع بجانب بعضها البعض في شكل ألواح صلبة يمكن وضعها معًا حسب الرغبة. على الرغم من أن هذا النموذج سيتم بناؤه فقط لطاولة الاهتزاز ، إلا أننا نأمل في بناء هذا التصميم في العالم الحقيقي إذا استطعنا.
“جدران المهد” هي المفتاح لتصميم الهياكل المقاومة للزلازل والتي يتم بناؤها للسماح بالحركة. بدلاً من تثبيت الجدران بالقاعدة على دعامات فولاذية تشكل الدعم الأرضي لطاولة الاهتزاز ، فإنها تجلس في الأعلى ويتم تثبيتها في موضعها بواسطة قضبان فولاذية ترفع الهيكل بأكمله. تعمل هذه القضبان مثل الأربطة المطاطية ، حيث تثبت الجدران في مكانها بينما تكون مرنة. لذلك إذا حدث زلزال ، ستبدأ الجدران المتأرجحة في الاهتزاز وحتى رفع الأساس ، وستمنعها القضبان من التحرك بعيدًا عن الخط. جهد مصممي هذا الهيكل هو تصميم المباني بحيث يظل المبنى محميًا من الأضرار مثل الزلازل التي حدثت في الماضي والزلزال لا يتسبب في الانهيار أو الأضرار الجسيمة للمباني.
تساعد الميزات الأخرى مثل ثني الأعمدة والألواح أيضًا على تبديد الطاقة ، بينما تساعد الدروع الفولاذية في تخفيف أي ضرر هيكلي. في مقابلة إذاعية مع NHERI ، وصف جيفري بيرمان ، كبير الباحثين وأستاذ الهندسة الإنشائية في جامعة واشنطن ، التركيب العام بأنه “نظام هيكلي خالٍ من الفشل”. لأن هذا التصميم يمكن أن يكون له العديد من الحركات.
بالإضافة إلى الهيكل الرئيسي ، يحتوي مبنى TallWood على أبواب ونوافذ وسلالم وأسقف وجدران إضافية (هياكل غير رئيسية). أوضح كيري رايان ، مهندس الزلازل في جامعة نيفادا ، رينو ومحقق رئيسي آخر في المشروع ، في مقابلة إذاعية أخرى مع NHERI أن هذا العمل مهم للحصول على صورة أكثر اكتمالاً عن كيفية استجابة المباني الخشبية الحقيقية لقوى الزلزال .
قال رايان ، مشيرًا إلى زلزال نورثريدج كمثال على هذه الظاهرة ، “في الماضي ، كان مجتمع هندسة الزلازل يركز بشكل أساسي على التصميم الهيكلي للهياكل ، ولكن في الزلازل الماضية ، تم إحداث الكثير من الأضرار غير الهيكلية. الأنظمة. “
أخيرًا ، نأمل أن يُظهر هذا المشروع أن الهيكل الخشبي الكبير يمكنه القيام بعمل أفضل من الهياكل الخرسانية أو المصنوعة من الطوب أو الفولاذ ضد الزلازل وفي نفس الوقت يكون صديقًا للبيئة.
اقرأ أكثر:
على الرغم من انتهاء البناء في TallWood في وقت سابق من هذا العام ، لا يزال فريق البناء يضع اللمسات الأخيرة عليه ، بما في ذلك تركيب أكثر من 700 جهاز استشعار لتسجيل البيانات مثل إزاحة المبنى وتسارعه. بالإضافة إلى ذلك ، قاموا بتركيب عشرات الكاميرات في المبنى ، حتى يتمكنوا عند محاكاة الزلازل من رؤيتها من زوايا مختلفة ؛ بالطبع ، سيكون هذا المبنى فارغًا أثناء الاختبار! والخطوة الأخيرة قبل بدء اختبار TallWood هي اختبار منصة اهتزازية للتأكد من أن أنظمتها الهيدروليكية لا تزال تعمل بشكل صحيح بعد شهور من الراحة.
عندما يُسمح رسميًا للمبنى بالبدء في الاهتزاز في وقت لاحق من هذا الربيع ، ستتم مقارنة مئات من نقاط البيانات بنماذج فريق البحث لمعرفة كيف تتلاءم مكونات المبنى معًا وما إذا كان يلزم إجراء تعديلات. قال بيي إنه إذا سارت اختبارات TallWood كما هو متوقع وظلت المكونات الهيكلية للمبنى سليمة ، فإنهم يأملون في أن يتمكنوا من استخدام تصميم هذا المبنى في المباني الأخرى وستستفيد قوانين البناء منه في المستقبل. أخيرًا ، ستكون جميع البيانات من هذا المشروع متاحة للجمهور في قاعدة بيانات حتى يتمكن الباحثون الآخرون من استخدام نتائجه في نماذجهم وتجاربهم.
المصدر: popsci
5858
.