بررسی مقدماتی تعیین ریسك زلزله در بناهای دوره بیزانس استانبول
بررسی مقدماتی تعیین ریسك زلزله در بناهای دوره بیزانس استانبول
نوشته: [*]Prof. Dr. NAFİZ ÇAMLIBEL
مترجم: اباذر جابری (دفتر برنامه ریزی مسكن شهری)
خلاصه:
وقوع زلزله‌های متعدد در طول تاریخ گذشته استانبول، باعث بروز خسارات مالی و صدمات جانی‌فراوانی شده است. با پذیرش این واقعیت تلخ، باید احتمال بروز حوادث مشابه و وقوع زلزله‌های بزرگ در هر لحظه مد نظر باشد. با وقوع زلزله، بیشترین آسیب در بناهای‌قدیمی با مصالح بنایی و سنگین روی می‌دهد. پیشگیری از خرابی این بناها در برابر زلزله و نگهداری آن برای نسل‌های آینده الزامی است زیرا این بناها یكی از ابعاد مدنیت انسانی را تشكیل می‌دهند و محصول تاریخ مدنی و میراث یك ملت میباشد به این علت اقدام به فعالیت‌های بهسازی و مرمت برای‌محافظت از ساختمانهای قدیمی با توجه به شتاب آن در دنیای متمدن ضرورت می‌یابد.
استانبول پایتخت مهم یكی از كهن‌ترین تمدنهای روی زمین بوده است. بناهای دوره بیزانس ازجمله ایاصوفیه كه یكی از قدیمی‌ترین بناهای دنیا است و همچنین بناهای دوره عثمانی استانبول، در طول دو هزار سال تحت تاثیر صدها زلزله، به لرزه درآمده‌اند.
ساختمانهای دوره بیزانس، قدیمی‌ترین بناها را در استانبول تشكیل می‌دهند. بررسی تعیین ریسك زلزله در این بناها، مقدمه‌ای برای شروع فعالیت‌های بعدی بهسازی و مرمت خواهد بود.
مقدمه:
بناهای قدیمی استانبول، ساختمانهایی با مصالح سنگین و صلب هستند. این بناها دارای پرید ارتعاشی‌كوچك بوده و تحت اثر زلزله، رفتار جسم صلب را از خود نشان می‌دهند. به بیان دیگر فركانس حركت زمین در محل بناها، نزدیك به فركانس طبیعی ساختمان است. به‌این دلیل قابلیت جذب انرژی در این ساختمانها خیلی كم بوده در نتیجه هنگام وقوع زلزله، خسارت بیشتری را متحمل می شوند. علاوه بر آن تغییر شكل سطح زمین در طول تاریخ باعث ایجاد نشست‌های مهمی می‌شود. نشست زمین در حد جزئی، تركهایی را در بناها ایجاد خواهد كرد. وجود این تركها آسیب‌پذیری این ساختمانها را در برابر زلزله را افزایش خواهد داد.
قبل از اقدام به احیاء و مرمت در بناهای تاریخی، ضروری است كه مقاومت ساختمان در برابرزلزله مورد بررسی قرار گیرد. در صورت عدم كسب اطمینان كافی از مقاوم بودن ساختمان، استحكام بخشی آن برای رسیدن به حداقل مقاومت لازم ضروری خواهد بود. از آنجا كه بناهای دوره بیزانس قدیمی‌ترین گروه ساختمانی استانبول را تشكیل‌می‌دهند و دارای بیشترین ریسك در برابر زلزله هستند، برای تحقیق انتخاب شده‌اند.
ابتدا روی بناهای مهم مذهبی ( که هم اكنون برای عبادت بصورت مسجد مورد استفاده قرار دارند) یك بررسی مقدماتی جهت اولویت بندی ریسك زلزله صورت گرفت. این بررسی علاوه بر مشاهدات، از بعضی كشفیات نیز كمك گرفته و در ضمن اصول آئین‌نامه‌ای برطرف كردن عارضه در بنا را مد نظر قرار داده است. نتایج حاصل از بررسی خسارت زلزله در ساختمانها، حكایت از وجود رابطه بین میزان خسارت و نسبت سطح مقطع عناصر باربر عمودی (دیوار،ستون) به پلان طبقات را دارد.
برای مثال این نسبت در ساختمانهای اسكلت فلزی شیلی كه در زلزله كمترین خسارت را دیده‌بودند تقریبا نزدیك به 06/0 محاسبه شده بود. نسبت سطح مقطع دیوار به سطح طبقه در مساجد قدیمی‌استانبول كه با اصول سنتی ساخته شده‌اند تقریبا برابر با 20/0 -25/0 محاسبه شده است. و از طرف دیگر این ساختمانها در مقابل ارتعاشات زلزله رفتار ساختمانهای صلب را از خود نشان می‌دهند. این‌نسبت در مسجد سلیمانیه 24/0 محاسبه شده است. زلزله‌های استانبول به مرور زمان نشان داده‌اند كه میزان خسارت وارده متناسب با نسبت سطح دیوار به سطح بنا (دیوار نسبی) میباشد.
اكثر كلیساهای احداث شده عصر بیزانس، بعد از فتح استانبول به صورت مسجد مورد استفاده قرارگرفته‌اند. قدمت زیاد و گذشت زمان خرابیهایی در اجزاء ساختمانی آنها بوجود آورده است كه باید مد نظر قرار بگیرد. پس لازم‌است آنها نیز جزء گروه ساختمانی با ریسك بالا در برابر زلزله به حساب آورده شوند.
برای شروع بررسی مقدماتی، اقدامات ذیل باید انجام بگیرد:
· اولویت بندی ساختمانها از نظر ریسك زلزله؛
· تعیین ساختمانهای با درجه آسیب‌پذیری بالا؛
· محاسبه نسبت سطح دیوار به سطح بنای ساختمانها؛
· محاسبه پریود طبیعی ساختمان با توجه به اصول آئین‌‌نامه زلزله؛
نتایج بررسیهای این نوع تحقیق در انجام فعالیت‌های بهسازی و مرمت، شیوه‌های آگاهانه‌ای را پیش روی طراحان و مجریان قرار می‌دهد.
ساختار تكتونیكی(Tectonic) حومه استانبول
كشور تركیه بر روی یكی از مهمترین نوارهای فعال كره زمین یعنی نوار آلپاید(Alpide belt) -نوار زلزله مدیترانه- واقع شده است. فعالترین بخش خط گسل آناتولی شمالی، به طول متوسط 1500 كیلومتر از دشتهای برفی شرق تركیه شروع و در غرب تا نصف شبه جزیره یونان امتداد می‌یابد. این‌خط گسل آناتولی شمالی، به سه بخش شمال، مركز و جنوب تقسیم می‌شود. بخش شمالی از نزدیكی نیمه‌شمالی دریای مرمره گذشته و چین خوردگیهای زیادی را تشكیل می‌دهد (شكل1) كه عمق شكاف اصلی آن 500 متر اندازه‌گیری شده است. صفحه آناتولی در شمال غربی صفحه عربستان قرار دارد و هر سال 5/1 تا 2 سانتیمتر به سمت غرب رانده شده و این منطقه را تحت تاثیر قرار می‌دهد بطوریكه آزاد شدن انرژی در مناطق فشاری باعث به وقوع پیوستن زلزله‌های متعددی می‌شود. زلزله‌های سال 1939 ارزینجان (Erzincan)، ۱۹۴۱ ارزروم (Erzurum)، ۱۹۴۳ كارگی (Kargi)، ۱۹۴۴ بلو(Bolu) ، ۱۹۶۶ و 1943 آداپازار (Adapazari)، ۱۹۵۲ گرده (Gerede) و 1966 وارتو (Varto) روی خط شمالی آناتولی بوقوع پیوسته‌اند.
بازوی شمالی این گسل بعد از عبور آداپازار (Adapazar) و ایزمیت (izmit) وارد دریای مرمره می‌شود و پس ازعبور از مقابل استانبول تاخلیج ساروز(Saroz) در مابین مورفته-شاركوی (Murefte- Sarkoy) امتداد می‌یابد. روی بازوی دیگر این گسل زلزله‌های سال 1928 ازمیر (izmir)، ۱۹۶۴ مانیاس (Manyas)، 1953 گونن (Gonen) و 1970 گدیز (Gediz) بوقوع پیوسته‌است. بدین ترتیب احتمال وقوع زلزله هایی به بزرگی 6 تا 7 ریشتر در مناطق یادشده خیلی زیاد است.
براساس آمار و اطلاعات خسارتهای گذشته، گسلهای دریای مرمره به عنوان عامل اصلی‌زلزله‌های مخرب منطقه استانبول شناخته شده‌اند. زلزله سال 1894 میلادی كه با شدت 9 مركالی به وقوع پیوست، بزرگترین زلزله استانبول نام‌گرفت به غیر از آن، زلزله مورفته-شاركوی به سال 1912 میلادی روی داد كه شدت آن 10 مركالی ثبت شده است (شكل 3). استانبول در هر دو زلزله صدمات بزرگی را متحمل شد. در شكل 2 محل وقوع‌زلزله‌های منطقه مرمره كه شهر استانبول را به لرزه درآورده نشان داده شده است. شكل‌های 4، 5، 6 و 7 مركز زلزله‌های منطقه مرمره در بین سالهای 1979 -1982 را نشان می‌دهند.
بررسی زلزله‌های تاریخی استانبول
بین سالهای (2100 قبل از میلاد -1900 بعد از میلاد) تا به امروز 1175 مورد زلزله در آناتولی و اطراف آن ثبت شده است. محدوده زلزله‌های روی داده در بین َ45 -ْ25 شرق طول جغرافیایی وَ35 –ْ 33شمال عرض جغرافیایی قرار گرفته است. نمودار شكل 8 براساس شدت مركز زلزله و زمان وقوع زلزله‌های استانبول در بین سالهای 212 -1912 بعد از میلاد، مرتب و تنظیم شده است. این نمودارنشان می‌دهد كه از تاریخ 212 میلادی تا به امروز، در یك دوره 150 تا 200 ساله زلزله بزرگی روی نمی‌دهد ولی در 15 تا 20 سال بعد امكان وقوع زلزله‌های مخرب وجود دارد.
بدین طریق با استفاده از آرشیوهای قدیمی (1927)Mamburi و (1976)inciciyum ) برای استانبول فهرست تقریبی خسارت زلزله تهیه گردید كه در جدول شماره 1 نشان داده شده است:
جدول شماره 1 فهرست تقریبی خسارات زلزله های
رابطه زلزله با ساختمان در استانبول
عمق كانون زلزله‌های(hypocenter) ناشی از گسل آناتولی شمالی بین 30 تا 60 كیلومتر است. با افزایش‌فاصله مركز زلزله(epicenter) از استانبول، شدت زلزله كاهش می‌یابد بطوریكه شدت زلزله به 7 تا 5/7 خواهد رسید. به این علت تعیین شدت 7 -5/7 برای زلزله استانبول نزدیك به واقعیت خواهد بود. به غیر از این بیشینه شتاب بر سنگ بستر برای استانبول مقدار ap=(0.2~0.3)g تخمین زده‌می‌شود. سنگ بستر اصلی استانبول از جنس گری واك(graywacke) است، بالای این سنگ بستر را قشری از خاكهای دانه‌ای و گل رس تشكیل می‌دهد كه باعث تشدید امواج زلزله می‌شود. به این دلیل پرید حاكم بر سطح زمین به مقدار قابل ملاحظه‌ای تشدید می‌شود. پس شتاب ماكزیم زمین، تغییر مكان و سرعت از مهمترین مشخصه‌های زلزله است كه در موقع وقوع زمین لرزه باید مورد تحلیل قراربگیرند.
براساس یافته‌های محققین، شتاب زمین، سرعت و تغییر مكان برای زلزله‌های استانبول به شرح‌ذیل است:
ap=(0.2~0.3)g شتاب متوسط
Vp = 35cm/s سرعت
D= 89cm متوسط تغییر مكان
رفتار ساختمانها در مقابل زلزله
سرعت، شتاب و حركت اتساعی ناشی از ارتعاش زمین عیناً در نزدیكترین ساختمان به‌مركز زلزله، انعكاس می‌یابد در نتیجه مقدار انرژیی (E) كه در اثر حركت انعكاس یافته به ساختمان می‌رسد بستگی به خصوصیات دینامیكی و شكل ساختمان دارد. برای تامین استحكام ساختمانها در مقابل زلزله عموما از فرمول توزیع انرژی هاوزنر (HOUSNER- 1956) استفاده می‌شود. داده‌های این فرمول به شرح ذیل است:
E=E1+E2+E3+E4
E= مقدار انرژی كه به ساختمان می‌رسد
E1= مقدار انرژی جنبشی ساختمان
E2= مقدار انرژی پتانسیل ساختمان
E3= مقدار انرژی استهلاكی و جذبی ساختمان
E4= مقدار انرژی جذب شده در حین تغییر شكل‌های خمیری ساختمان
در اكثر بناهای معاصر بخشی از انرژی منعكس شده در حین زلزله، تبدیل به انرژی ارتجاعی‌می‌شود و بقیه انرژی به دیگر شكل‌های انرژی بخصوص انرژی گرمایی تبدیل می‌گردد و در این‌حین توسط ساختمان به مصرف می‌رسد. اگر باقی مانده انرژی بصورت استهلاك جذب گردد، هیچ‌تغییر شكلی در ساختمان ایجاد نمی‌شود و یا به مقدار جزئی باعث بوجود آمدن تغییر شكل پس ماند می‌شود كه خسارتی را به همراه نخواهد داشت. باز اگر باقی مانده انرژی غیر ذخیره‌ای، بصورت ارتجاعی كاملا به‌استهلاك نرسد، وارد اجزاء ساختمان شده و در آنها تغییر شكل خمیری ایجاد می‌كند كه باعث كاهش سختی افقی در ساختمان خواهد شد.
به جهت كم بودن قابلیت تغییر شكل ارتجاعی در ساختمانهای صلب و پائین بودن ضریب استهلاك در این بناها، بیشتر انرژی وارد شده به ساختمان جذب نشده و موجب تخریب ساختمان می‌گردد. بناهای قدیمی استانبول مدت زمان طولانی تحت تاثیر شرایط جوی قرار داشته‌اند كه در نتیجه آن استحكام اجزاء سازه‌ای این بناها كاهش پیدا كرده است. نشست‌های مهم بوجود آمده به سبب تغییرات لایه‌های زمین، باعث بروز صدماتی در این گروه از بناهای قدیمی شده است.
بررسی رفتار ساختمانها در مقابل زلزله
با فن‌آوری پیشرفته امروزی، رفتار واقعی ساختمانها، براساس یافته‌های تجربی و نتایج حاصل از آزمایشهای محلی بر روی ساختمان مورد بررسی قرار می‌گیرد. برای انجام این بررسی‌ها اقدامات ذیل صورت‌می‌گیرد:
1. برای ثبت تغییرات حركتی، در محل‌های مشخصی از بنا شاهد تعبیه می‌شود بدین‌طریق در این محل تغییرات حركتی زلزله مشخص می‌گردد.
2. با كمك تغییرات حركتی ثبت شده در نقاط مختلف بنا، عناصر انتقالی ساختمان مشخص و ویژگیهای لرزش دینامیكی ساختمان تعیین می‌شود و در صورت لزوم با یافته‌های تئوری مطابقت‌داده می‌شود.
3. نتایج آنالیز دینامیكی ساختمان با تغییرات حركتی ثبت شده مورد مقایسه قرار می‌گیرد و با بررسی آخرین شیوه‌های پیشرفته مرمتی، پروژه بهسازی سازه‌ای برای ساختمان تهیه می‌گردد.
اقدامات مشابه در حال حاضر برای ایاصوفیه انجام می‌گیرد. با همكاری و فعالیت متخصصین وداشتن اطلاعات دقیق می‌توان مقاومت ساختمانها در برابر زلزله را افزایش داد.
بدین منظور بناهای گروه ساختمانی متعلق به یك دوره كه نیاز به چاره اندیشی فوری دارند براساس ریسك زلزله اولویت بندی و تعیین می‌شوند. با این تفكر، مهمترین ساختمانهای دوره بیزانس‌به ترتیب در ذیل آورده شده است:
مسجد امراهـُر(imrahor)
مسجد ایاصوفیه كوچك
موزه ایاصوفیه
مسجد فهری عیسی
مسجد قلندرخانه
مسجد آریق مصطفی (Arik Mostafa)
مسجد بدروم (Bodrum)
مسجد عمارت قدیم (Eski imaret)
مسجد كلیسا
مسجد حرامی احمد پاشا
مسجد فتحیه
مسجد كوجا مصطفی پاشا (Koca Mustafa Paşa)
مسجد گــُـل (Gül)
مسجد زیرق (Zeyrek)
اباذر جابری فوق لیسانس معماری و فارغ التحصیل سال 1375 از دانشکده معماری و شهرسازی دانشگاه شهید بهشتی.