گزارشی از میز لرزه ای 

 بخش دوم

(  E-Defense Shaking Table)

در نوشتار مورخ ۲۵/۶/۱۳۸۹ در خصوص مرکز تحقیقاتی E-Defense و فعالیتهای شاخص این مرکز در حوزه مهندسی زلزله و سازه صحبت شد (لینک مطلب). در مورخ چهارم نوامبر ماه جاری  تست دیگری در باب رفتارسنجی ساختمانها در این مرکز انجام شد . به منظور مستندسازی، مواردی از این تست را به صورت گزاش وار یادداشت برداری نموده ام که نکات ذیل قابل تامل است :

۱- در آزمایش اخیر، کارفرما و حمایت کننده مالی آزمایش، شهرداری کبه(Kobe Kuyakusho 区役所)است که بررسی رفتار یک مدرسه چوبی دوطبقه در زمان بروز زلزله را از دانشگاه کبه خواستار شده است . این مدرسه در حاشیه شهر واقع است. در دانشگاه این پروژه به لابراتوار سازه های فولادی ( Laboratory of Steel Structure 鋼構造 ) محول گردید و دلیل آن ، تقاضای شهرداری برای مقاوم سازه مدرسه چوبی بوسیله اتصالات فولادی بوده است.(۱)

۲- از ابتدای تعریف این پروژه در آزمایشگاه ما ، صورت مسئله برایم سوال بود . چرا شهرداری کوبه برای یک مدرسه چوبی دوطبقه در حاشیه شهر چنین پروژه مطالعاتی را تعریف می کند ؟ چرا بجای خراب کردن یک ساختمان چوبی کوچک و جایگزین کردن آن با یک ساختمان جدید و مدرن، به مقاوم سازی آن فکر می کنیم؟ وقت مرکز E-Defense وقت بسیار بسیار ارزشمندی است . پروژه های زیادی در نوبت انجام تست هستند و دانشگاه های مختلفی از آمریکا و کانادا در برگزاری این تستها با ژاپنی ها همکاری می کنند . چرا وقت میز لرزه ای را به چنین کاری اختصاص دهیم ؟

توضیح کوتاه دیگری در باب این بحث اینکه ، «پروژه ملی مقاوم سازی مدارس» در ژاپن سالهاست که آغاز شده و طبق آمار تا الان حدود ۸۵ درصد مدارس ابتدایی، راهنمایی و دبیرستان تقویت شده اند . همه می دانند که این مدارس در هر محله ، به عنوان محل جمع شدن مردم بعد از زلزله پیش بینی شده اند . امداد رسانی بعد از هر زلزله احتمالی از این مدارس صورت خواهد گرفت. هنوز بودجه زیادی برای تکمیل این پروژه لازم است . قبلا از یکی از این مدارس مقاوم سازی شده بازدید داشته ام . مدرسه ای بزرگ با ساختمانی عظیم که با المانهای مهاری پیچ و مهره ای تقویت شد ( لینک گزارش بازدید) . لیکن این پروژه اخیر با توجه به کوچک بودن مدرسه ، از ابتدا برایم سوال بود.

۳- کارهای مطالعات اولیه توسط تیمی که به این پروژه اختصاص داده شد صورت گرفت. مدرسه یک ساختمان دو طبقه است که در هر طبقه ۳ کلاس دارد(درمجموع شش کلاس).زیربنای طبقه اول ۳۵۰مترمربع و زیربنای طبقه دوم۲۹۸متر مربع است. ساختمان در سال ۳۸از امپراطوری شووا(昭和) ساخته شده یعنی حدود ۵۰ سال از زمان احداث مدرسه چوبی می گذرد.

 پس از برداشت دقیق از وضعیت موجود مدرسه توسط این تیم،  ۲مدل واقعی و یک به یک از بخشی از ساختمان این مدرسه در مرکز E-Defense ساخته شد . هر مدل شامل یک کلاس در طبقه اول و یک کلاس در طبقه دوم است. این مدلها بر اساس برداشتهای تیم پروژه از «وضعیت واقعی مدرسه» ساخته شده است. توضیح در باب ساختن مدل مدرسه اینکه ، سعی شده برای این مدل سازی، از قطعات چوبی و الوارهای "قدیمی" و دقیقا مشابه وضع موجود استفاده شود تا رفتار ساختمان در طول زلزله مصنوعی ، حداکثر مشابهت و همخوانی را با رفتار مدرسه واقعی داشته باشد. همچنین سقف نیز همانند سقف های سنتی ژاپنی، از سفال و با همان معماری رایج و متداول اجرا شده است. ابعاد کف این مدل ها ۹.۵۵×۹.۱متر و ارتفاع نیز ۹.۸۶متر است.

 برنامه آزمایش چنین تنظیم شد که ابتدا یکی از این دو مدل بر روی میز لرزه ای تست شده و رفتار واقعی سازۀ مدرسه در زمان زلزله مشاهده شود. سپس مدل دوم «بر اساس طرح مقاوم سازی پیشنهادی» ، تقویت شده و آنگاه بر روی میز لرزه ای قرار گیرد تا رفتار ساختمان مدرسه بر اساس طرح مقاوم سازی در طول زلزله مورد ارزیابی قرار گیرد.

در تصویر فوق ساختمان واقع بر روی میز، مدل یک به یک از وضعیت موجود مدرسه است و ساختمان واقع در سمت چپ میز،  مدل مقاوم سازی شده است که در مرحله بعد، بر روی میز قرار می گیرد 

۴- پس از ورود به محوطه E-Defense مجدداً مثل همیشه توضیحات در باب رعایت "نکات ایمنی" داده شد و سپس با عبور از کنار میز لرزه ای، میهمانان به سکوهای ایمنی که در چند تراز و در طبقات مختلف قرار دارد هدایت شدند. این سکوها جهت قرارگیری بازدیدکنندگان ساخته شده و این امکان را فراهم می آورد تا در طول زمان لرزش میز ، رفتار ساختمانِ واقع بر آن را، از نزدیک و بدون هرگونه خطری مشاهده کنند. همچون سایر محیط های اجرایی در ژاپن جمله : «امروز را هم "بی حادثه" تلاش خواهیم کرد»  بر دیواره این سکوها نصب شده است. از روی سکوها هر دو ساختمان قابل مشاهده است .

توزیع کلاه ایمنی و دستورالعمل انجام آزمایش پیش ورود به سالن اصلی

今日も無事故でがんばる   (کیوُ مُ موجی کُ دِ گامباروُ) 

ترجمه : امروز را هم بدون حادثه تلاش خواهیم کرد

 ۵- پیش از شروع لرزه از یکی از دانشجویان ژاپنی که در روند ساخت و نصب سازه با تیم پروژه همکاری و مشارکت داشته پرسیدم چه رفتاری برای سازه پیش بینی شده ؟ آیا کاملا فروخواهد ریخت؟ اطلاع نداشت و گفت که صرفاً در زمینه آماده سازی های تست با گروه همکاری داشته ، ولی دلش می خواهد شاهد خراب شدن کامل سازه باشد ! «اینهمه راه را آمده ام که فروریختن واقعی یک ساختمان را در طول زلزله ببینم.» (!) 

۶- پس از استقرار مهمانان همه در سکوها منتظر شروع لرزش میز بودند . ساعت ۱۴ شد و دوباره شمارش معکوس از بلندگوها شروع شد . جو ، کیو ، هاچی ، نانا ... و میز لرزید . با لرزشهای میز صدای خرد شد الوارها و اتصالات چوبی ساختمان بلند شد. صدای خرد شدن ادامه داشت تا میز متوقف شد. سازه به یک سمت کج شده بود و در آستانه فرو ریختن بود ولی فرونریخت و در همان حال ساکن باقی ماند.

۷- پس از پایان لرزش میز و ثابت شدن سازه، صدای بلندگو بلند شد که :«پردازش اولیه اطلاعات آغاز شده و تا ۱۵ دقیقه دیگر، گزارش اولیه آزمایش ارائه خواهد شد». پانزده دقیقه گذشت و دکتر اُوکازاکی دوست عزیز و صاحبنظر که جزو محققین برجسته مرکز است، پشت بلندگوی اتاق کنترل قرار گرفت و اعلام کرد : مشخصات زلزله اعمال شده و نتایج اولیه آزمایش به این شرح است:

«جابجایی در سقف طبقه اول ساختمان در اثر این زلزله ۲۷۶ میلیمتر و در سقف طبقه دوم ۱۵۹میلیمتر بوده است . این به مفهوم این است که شکستگی در وسط سازه رخ داده و طبقه دوم به جهت خلاف جهت طبقه اول کج شده است. پس از تصویر برداری و برداشت اطلاعات،این  ساختمان فردا از روی میز برداشته خواهد شد و ساختمان چوبی جدید بر روی میز قرار خواهد گرفت . ساختمان جدید هفته آینده در مورخ یازده نوامبر تست خواهد شد. زلزله اعمال شده به این ساختمان معادل مینیمم زلزله مندرج در استاندار ژاپن بود.» 

۸- ساختمان دوم نیز مانند همین ساختمان از الوارهای قدیمی ساخته شده اما با استفاده از قطعات فولادی اتصالات آن تقویت شده و با استفاده از دیوارهای پلی وود ، دیوارهای چوبی آن تقویت شده است. پس از جمع آوری ساختمان موجود از روی میز ، این ساختمان دوم با استفاده از ۲ جرثقیل موجود بر روی میز قرار خواهد گرفت . این جرثقیل ها نیز از نقاط قوت مرکز E-Defense محسوب شده و هر یک ۴۰۰تُن ظرفیت دارند . ظرفیت جرثقیل ها این امکان را فراهم می آورند تا ساختمانهای با وزن خیلی زیاد که در بیرون از سالن ساخته می شوند ، پس از ورود به سالن بر روی میز لرزه ای قرار گیرند. این جرثقیل ها ساخت شرکت میتسوبیشی است .

۹- با توجه به اتمام آزمایش باید از سالن اصلی خارج شویم اما حیف است که تصویری هم این نظم در چیدمان کابل ها و قطعاتی که از آنها برای ساخت و نصب مدل ها استفاده شده ، برداشته نشود. تمامی ابزار و وسایلی که از آنها در اجرای پروژه استفاده شده با نظم حیرت آوری در مجاورت میز لرزه ای قرار داده شده اند.

۱۰- در بیرون مرکز با دو تن از پژوهشگران آشنا شدیم . یکی از آنها جوانی بود که می گفت حدود شش سال در آمریکا بوده و اخیرا بعد از گرفتن دکترایش برگشته و به عنوان فلوشیپ در این مرکز کار می کند . دیگری نیز آقای اجیرو موری که می گفت بیست سال پیش دکترای مهندسی مکانیک را از دانشگاه توکیو گرفته و در حال حاضر در E-Defense  به عنوان کارشناس فنی بخش مکانیک کار می کند. هر دو بسیار گرم برخورد کردند و از ایران و اوضاع و احوال آن جویا شدند.

۱۱ - خبرنگار روزمانه آساهی شیمبون (朝日新聞)ما را دید و گفت آیا حاضرید مصاحبه ای با شما داشته باشم ؟ پرسید از چه کشوری آمده اید و برای چه به این مرکز و این تست آمده اید و اساسا در ژاپن چه می کنید ؟

۱۲- حدود یک ساعت وقت داریم . تصمیم می گیریم تصاویری از برخی پروژه های در دست اقدام E-Defense تهیه کنیم. همچنان که گفته شد ساختمانها در بیرون از سالن اصلی ساخته و مونتاژ شده ، سپس به درون سالن اصلی حمل شده و سپس با استفاده از جکهای ۴۰۰تنی ساخت شرکت میتسوبیشی بر روی سطح میز قرار می گیرند . در موارد محدودی نیز ساختمان مستقیما بر روی میزلرزه ای مونتاژ می شود. تصاویر زیر چند نمونه از پروژه هایی است که اخیرا در این مرکز در دست مطالعه و بررسی هستند.

ساختمان بتنی با دیوار برشی که در بیرون سالن اصلی در دست ساخت است

ساختمان فولادی با سیستم قاب خمشی که با ستونهای با مقطع باکس در دست ساخت است

شش نمونه از قابهای فولادی که مطالعه آنها تمام شده و به عنوان نمونه در فضای باز قرار داده شده اند 

۱۳- به دانشگاه بر می گردیم و همچنان این جدیت ژاپنی ها در امر پژوهش و تحقیق را تحسین می نمایم اما سوالاتی که در باب فلسفه انجام این تست وجود داشت همچنان باقی است . از استاد در زمینه علت انجام چنین هزینه بالایی برای مطالعه رفتار سازه های چوبی کوچک می پرسم. اگر آزمایش درباره سازه های چوبی بزرگ بود مسئله توجیه داشت اما ساختمان چوبی دوطبقه را که براحتی می توان با ساختمان جدید جایگزین نمود. می گوید دو دلیل برای توجیه این پروژه تحقیقاتی وجود دارد. اولاً اینکه دولت نمی خواهد این مدارس کوچک را خراب کند چون که بسیاری از این مدارس در منطقه و محله ای که واقع شده اند نوعی علاقه مردمی به آنها وجود دارد و بسیاری از افرادی که در اینها درسخوانده اند خاطراتشان به این ساختمانها گره خورده و لذا تخریب اینها در دستور نیست و مقاوم سازی باعث می شود که مشکل زلزله را حل کنیم بدون اینکه خاطرات مردم یک منطقه را ویران کنیم. دوم اینکه در برنامه دولت ژاپن قرار گرفته که این کشور پیشرو مطالعات در زمینه سازه های چوبی شود . این تیپ ساختمان در کانادا ، آمریکا و بسیاری کشورهایی که جنگل های بزرگ دارند استفاده می شود. لذا مطالعات ما در زمینه ساختمانهای چوبی قرار نیست که فقط به ساختمانهای چوبی بزرگ محدود شود و لذا این آزمایش اخیر نیز در مسیر همین خط مشی قرار دارد. نوبت قبل که به E-Defense رفتی یک ساختمان هفت طبقه تست شد و این دفعه یک ساختمان دو طبقه . دلیل تفاوت، همین سیاستگذاری در مطالعه رفتار این نوع ساختمانهاست.

۱۴- با وجود تحسین این میزان دقت و همّت در باب مسائل کشور ، ذکر این نکته نیز بی مناسبت نیست که این روحیه برخورد با مسائل را، تا حدود زیادی در بخشی از نسل جدید ژاپنی نمی بینیم . "بخشی" از دانشجویان امروز گویی دیگر آن عزم بلند و جدیتی  را که در دو سه نسل گذشته وجود داشته، با خود به همراه ندارند . قابل پذیرش نیست که می بینی در چنین مکانی و در چند دقیقه قبل از شروع چنین تستی، بعضی از دانشجویان در حال چرت زدن هستند . نشانی است از نبودن روحیه انگیزه در "بخشی" از نسل جدید که گاه و بی گاه می بینیم اساتید نیز از آن گلایه می کنند.  

۱۵- پریروز ۱۱ نوامبر، مدل مقاوم سازی شده ساختمان نیز تست شد و طبق برنامه های گروه طراحی، زلزله ای با شتاب موج «زلزله سال ۱۹۹۴ کوبه» به میز لرزه ای وارد شد.(۲) رفتار سازه در زمان زلزله کاملاً مناسب تشخیص داده شد . میزان جابجایی این ساختمان مقاوم سازی شده در اثر بار جانبی زلزله «شش میلیمتر» درطبقه اول و«۴.۸میلیمتر» در طبقه دوم اعلام شد (مقایسه کنید با ۲۷۶میلیمتر در مدل اولیه، در طی یک زلزله معمولی) . یعنی ساختمانی که قرار بود در اثر یک زلزله معمولی حدود سی سانتیمتر کج شود ، در صورت مقاوم سازی با طرح دانشگاه ، در یک زلزله شدید تنها شش میلیمتر تغییر مکان خواهد داشت .

۱۶- مقرر شده که مدرسه چوبی مجاور شهر ، با همین طرح پیشنهادی دانشگاه ، مقاوم سازی شود . در حال حاضر طرح مقاوم سازی توسط شهرداری جهت ابلاغ به پیمانکار وارد گردش اداری شده است . تیم پروژه موظف خواهند بود که در طول زمان اجرای مقاوم سازی نیز بر پروژه نظارت داشته باشند.(در نوبت بعد چند تصویر از مراحل اجرای طرح تنظیم و ارائه خواهد شد)

۱۷- پروژه های در دست مطالعه در E-Defense  انصافاً در عالی ترین سطوح پژوهش و مطالعه رفتار سازه ها در زمان زلزله محسوب شده و نتایج هر آزمایش در کنفرانس ها و ژورنالهای متعددی مطرح می شود. لیکن توجه مدیریت این مرکز به تنوع در طرحهای مطالعاتی، و اجرای همزمان پروژه های بزرگ و کوچک از موارد قابل تحسین در باب خط مشی راهبردی مرکز است. مجری این پروژه مطالعاتی اخیر ، از مرحله جمع آوری اطلاعات تا مرحله ارائه پیشنهاد روش مقاوم سازی ، آزمایش ساختمان بر روی میز لرزه ای و نهایتا هم پردازش اطلاعات، اراکی سان است. او از دانشگاه توکیو در زمینه سازه های چوبی دکتری گرفته به عنوان اسیستنت در آزمایشگاه ما مشغول به کار بود . به لحاظ سن و سال ، اراکی سان  یکسال از من کوچک تر است !

۱- نکته قابل ذکر در باب طرح مقاوم سازی شده اینکه تیم طراحی ، برنامه تقویت سازه را حول سه محور در نظر گرفتند: یک-مقاوم سازی اتصالات ، دو-مقاوم سازی دیوارها ، سه- اصلاح سیستم تیرریزی کف طبقات . این بدین مفهوم است که در طرح مقاوم سازی ، صرفا به مقاوم سازی اتصالات اکتفا نشد.

۲-این نوشتار در مورخ سیزدهم نوامبر جاری تحریر شده بود که به علت مشغله و گرفتاریها ، بارگذاری آن تا به امروز به تعویق افتاده بود.

* این نوشتار در شماره ۵۳ نشریه آموزشی و پژوهشی مسکن (بهمن ماه ۸۹) منتشر شد.