ساختمان تاب آور فریمانت 181

     یک تصور غلط رایج در بین عموم مردم وجود دارد که ساختمانهای طراحی شده طبق کدهای ساختمانی مدرن در اثر زلزله آسیب نخواهند دید. بسیاری از مالکین ساختمانها و کارفرمایان نیز به همین ترتیب آگاه نیستند که اهداف عملکرد لرزه ای بیان شده در کد فقط برای تأمین امنیت جانی ساکنین در نظر گرفته شده است و روشهای طراحی مندرج در آنها از آسیب دیدن سازه ها جلوگیری نکرده و اطمینان از عملکرد مطلوب پس از زلزله را بوجود نمی آورد. احتساب ضرر و زیان احتمالی بعد از وقوع زلزله که به دلیل تعمیرات ساختمانها رخ می دهد، می تواند منجر به عدم برآورده شدن انتظارات صاحبان سرمایه شود.

     شرکت جی پاول به عنوان مالک ساختمان فریمانت 181، یک ساختمان با کارآیی بالا و استراتژی های پایدار ماندگاری را برای خود در نظر گرفتند. آنها پس از فهمیدن اینکه عملکرد حداقلی در برابر زلزله که توسط آیین نامه های ساختمانی در نظر گرفته می شود با اهدافشان مطابقت ندارد ،تصمیم گرفتند استراتژی طراحی ارائه شده توسط شرکت آروپ را برای دستیابی به تاب آوری لرزه ای “فراتر از کد” دنبال نمایند. این رویکرد جامع “مبتنی بر تاب آوری” مستلزم شناسایی و تلاش برای کاهش تهدیداتی است که می تواند مانع اسکان مجدد و عملکرد ساختمان شود. در واقع این ساختمان برای عملکردی فراتر از آیین نامه ساختمانی کالیفرنیا (CBC) طراحی می شود. لازم به ذکر است که آیین نامه CBC ساختمان را برای اهداف عملکرد لرزه ای و اسکان مجدد سریع بعد از زلزله با دوره بازگشت 475 سال در نظر می گیرد. حصول این طراحی فرا آیین نامه ای از طریق طراحی پیشرفته اجزاء سازه ای و غیر سازه ای به همراه برنامه ریزی اضطراری قبل از وقوع زلزله انجام می شود.

[supsystic-gallery id=4]

شرکت آروپ به عنوان برنده شاخص پروژه فریمانت 181 در سال 2019، در بخش مهندسی سازه ساختمانهای جدید با هزینه بیش از 100 میلیون دلار معرفی شد 

     این ساختمان سومین ساختمان بلند در سانفرانسیسکو است که ارتفاع آن با 56 طبقه به حدود 245 متر می رسد. 37 طبقه پایینی دارای  کاربری تجاری و طبقات بالایی مربوط به آپارتمانهای مسکونی میباشد. آروپ رکورد قابل توجهی را در مهندسی سازه و ژئوتکنیک برای این ساختمان بر جای گذاشته است. این سازه از یک سیستم قاب عظیم (Mega Frame) فولادی پیرامونی برای مقاومت در برابر نیروهای باد و زلزله استفاده می کند، زیرا مقاوم جانبی با هسته بتنی و فولادی با توجه به سطح مقطح کوچک برج ، بسیار لاغر و ناکارآمد خواهد بود. در بیش از دو سوم پایین ساختمان ، سیستم سازه ای دارای مهار بندیهای عظیم (Mega Braces) می باشد که در فاصله بین گره های نزدیک به سطح زمین و تا طبقات20 و 37 قرار گرفته است. یک سیستم ثانویه از قابهای خمشی ویژه، تقاضاهای ایجاد شده در طبقات را به گره های عظیم (Mega Nodes)  بالایی یا پایینی انتقال می دهند. در طبقات مسکونی بالایی، مهاربندهای جانبی از مقاطع بال پهن بزرگ و هسته مهاربندی مقاوم در برابر کمانش (BRBs)  که به عنوان یک سیستم ثانویه عمل می نمایند تشکیل شده است. مهار بندیهای شورن معکوس (Inverted Chevron) پیوستگی جانبی بین طبقات اداری و مسکونی را برقرارمی نمایند. بارهای ثقلی توسط ستونهای فولادی در هسته و قسمت بیرونی ساختمان و همچنین ستونهای بزرگ (Mega Columns) گوشه ای تحمل می شود. در سطح سوم، خرپاهای انتقالی در اطراف ساختمان، تمام بارهای ثقلی پیرامونی را به ستونهای بزرگ منتقل می کنند. در زیر تراز زمین ، زیرزمین 5 طبقه روی یک فونداسیون گسترده با شمع هایی قرار گرفته که بار ساختمان را به سنگ بستر موجود در عمق 60 متری از سطح زمین منتقل می نمایند.

[supsystic-gallery id=6]

      آروپ تصریح کرد که استفاده از یک سیستم میرایی یکپارچه می تواند نیروهای لرزه ای را  کاهش داده و منجر به عملکرد مناسب تر و کنترل بهتر لرزش های ناشی از باد گردد. سیستم بادبندی عظیم (Mega Brace) فرصتی عالی را برای استفاده از میرایی فراهم نمود. هر مهاربند عظیم در طبقات اداری از سه عنصر موازی تشکیل شده است : مهار بند اصلی ساخته شده از باکس دروسط به همراه مهاربندی های فولادی توپر در هر طرف. دمپرهای ویسکوز در یک انتهای هر مهار بند ثانویه قرار داده می شوند. مهار بندهای عظیم به صورت جانبی در هر طبقه مهار می شوند تا از کمانش آنها جلوگیری شود اما آنها می توانند آزادانه در امتداد طول خود در مقابل پد پلی تترا فلورو اتیلن (PTFE) حرکت نمایند. از آنجا که برج تحت اثر باد یا زلزله حرکت می کند، کرنش های الاستیک ایجاد شده در مهاربندهای اولیه منجر به افزایش یا کاهش طول در آنها می گردد. با توجه با اینکه مهاربندهای ثانویه به همان مگا گره ها وصل می شوند ، این تغییر طول باعث می شود که میراگرها فعال شده و انرژی در آنها مستهلک شود. مهاربندهای کمانش تاب همچنین به عنوان یک فیوز معرفی شده است تا از آسیب دیدگی به مهاربندها، میراگرها و ستونهای بزرگ (Mega Columns) در حداکثر زلزله در نظر گرفته شده (MCE) جلوگیری شود. این سیستم مانند یک کمک فنر بزرگ (جذب کننده شوک) برای محدود کردن حرکت ساختمان و کاهش شتاب طبقات عمل می کند.

     طراحی ساختاری همچنین دارای ستونهای عظیم گوشه ای بالاآمده نوآورانه است. در حین حرکت ساختمان ، تقاضای کششی قابل توجهی در ستونهای بزرگ ایجاد می شود. برای جلوگیری از آسیب، ستون ها به گونه ای طراحی شده اند که اندکی (تقریباً 2.5 سانتی متر) در پایه های خود در MCE (بزرگترین زلزله در نظر گرفته شده) بالا بیایند (به عبارتی Uplift داشته باشند)، که  این موضوع تقاضا در ستون ها و فونداسیون را محدود می نماید. ستون های عظیم (Mega Columns) توسط میله پیش تنیده مهارمی شوند بنابراین بالا آمدگی ذکر شده در باد و یا زلزله های کوچکتر رخ نمی دهد. یک کلید برشی نقش انتقال برش از ستون به فونداسیون در لحظه بالا آمدگی (Uplift) را خواهد داشت. 

     طرح سازه ای آروپ تقریباً 2700 تن فولاد را در مقایسه با طرح اولیه ای که توسط شرکت مهندسی دیگری ارائه شده بود صرفه جویی می کرد (این مقدار تقریباً 25٪ از وزن ساختمان را تشکیل می دهد). این طرح در هر حال اهداف تاب آوری (Resilience Objectives) ساختمان را نیز حفظ می کرد. از آنجایی که میرایی باعث کاهش نیروهای لرزه ای می شود ، وزن فولاد مورد استفاده کاهش یافته و این موضوع باعث کاهش سختی ساختمان و افزایش انعطاف پذیری آن می گردد و به همین ترتیب منجر به کاهش مجدد مواد و مصالح خواهد شد. انعطاف پذیری بیشتر ، تقاضاهای لرزه ای را کاهش داده و این روند تا زمانی که طراحی معیارهای لرزه ای و باد تامین شود تکرار خواهد شد. از آنجایی که برج لاغر و سبک است ، شتاب باد به دلیل وجود معیارهای سختگیرانه در سطح مسکونی سازه را دچار چالش می نماید، اما یکپارچه سازی میراگرهای ویسکوز درون قابهای عظیم (Mega Frames) نیاز به میراگر جرمی در ترازهای بالای ساختمان را از بین برد و این امر موجب صرفه جویی اضافی در مواد و مصالح شده و سطح بیشتری را در تراز پنت هاوسها  آزاد می نماید. (می دانیم که میراگر جرمی نیازمند فضای نسبتا قابل توجه در ترازهای بالایی یک ساختمان است).

    ساختمان فریمانت 181 برای جلوگیری از آسیب و دستیابی به شرایط برگشت پذیری سریع (تاب آوری) پس از  وقوع یک زلزله بزرگ، بسیار فراتر از الزامات آیین نامه ای طراحی شده است. همچنین طراحی آن به گونه ای است که امتیاز REDi Gold برای تاب آوری لرزه ای را دریافت نماید. (امتیاز REDi Gold ، مربوط به طراحی لرزه ای بر مبنای تاب آوری می باشد).

     استراتژی طراحی شامل معیارهای عملکرد بهبود یافته برای اجزای سازه ای و غیر سازه ای ، که با کمی هزینه اضافی اجرا شده است ، و باعث کاهش کلی هزینه مربوطه در طول چرخه عمر ساختمان و آثار آن بر محیط زیست می شود. در حالی که یک رویکرد طراحی مبتنی بر تاب آوری، فراتر از حد معمول وظایف یک مهندس سازه است ، ساختمان فریمانت 181 نشان می دهد که مهندسین آگاه چگونه به صورت منحصر به فرد به کارفرماها و ذینفعانی که مایل به اجرای بهتر ساختمانی “فراتر از کد” هستند کمک می نمایند.

ترجمه و تالیف : بهنام حیدری