اگرچه آسمانخراشها و ساختمانهای بلندمرتبه عموما در برابر توفان و تندبادها مقاومند و دچار آسیب نمیشوند ولی با توجه به ارتفاع زیادشان در اثر وزش توفانها و بادهای شدید با نوسانات شدیدی مواجه میشوند که طبیعتا برای کسانی که مثلا در طبقه پنجاهم یا صدم یک ساختمان بلند زندگی میکنند، چندان خوشایند نیست و ساکنان این قبیل واحدها با وجود اطمینانی که از فرونریختن ساختمان دارند به هرحال از لحاظ روانی احساسات ناخوشایندی را تجربه میکنند.
مساله لرزش ساختمانهای بلندمرتبه در اثر توفان و زلزلههای خفیف و تبعات روانی آن به ویژه در مناطق بادخیز و لرزهخیز به حدی جدی است که از سالها پیش مساله کنترل این لرزشها مورد توجه مهندسان و معماران ساختمان قرار گرفته و تکنیکهای مختلفی به این منظور پیشنهاد شده است.
پرفسور بیژن ثمالی، استاد و پژوهشگر ایرانی دانشگاه تکنولوژی سیدنی (استرالیا) از نخستین پیشگامان و مبدعان استفاده از تکنیکهای کنترل لرزش ساختمان در برابر توفان و بادهای شدید با استفاده از سیستمهای فعال و غیرفعال است که از سالها قبل و از دوران دانشجوییش تحقیقات گستردهای را در این زمینه انجام داده است.
پرفسور بیژن ثمالی، رییس دپارتمان مهندسی سازه و مرکز تحقیقات ساختمان دانشگاه تکنولوژی سیدنی در گفتوگویی تلفنی با خبرنگار پژوهشی ایسنا توضیحاتی درباره تحقیقات و طرحهای اجرایی خود در این زمینه ارائه داده است.
دکتر ثمالی که در سال 1335 در تهران به دنیا آمده، تحصیلات متوسطه خود را در دبیرستان هدف 3 و تحصیلات مقطع کارشناسی را در رشته مهندسی سازه در دانشگاه صنعتی شریف گذرانده است.
وی حدود سال 1354 برای ادامه تحصیل به دانشگاه جرج واشنگتن آمریکا رفته و 10 سال بعد پس از کسب مدرک دکتری در رشته دینامیک سازهها به استرالیا رفته و از سال 1987(1366) در دانشگاه تکنولوژی سیدنی فعالیت دارد.
زمینه اصلی تحقیقات پرفسور ثمالی، کنترل لرزش ساختمانها در برابر توفانها و بادهای شدید و زمینلرزه با استفاده از سیستمهای فعال و غیرفعال سازهیی است که نوآوریهای قابلتوجهی در این زمینهها داشته است. علاوه بر این، تحقیقات اخیر وی در زمینه مقاومسازی ساختمانها در برابر زلزله به ویژه طرحی عملی و کمهزینه که برای مقاومسازی خانههای خشت و گلی در مناطق زلزلهخیز با استفاده از چوب و نی ارائه داده مورد توجه بسیار متخصصان و مطبوعات در استرالیا و خارج این کشور قرار گرفته و در مجلات معتبر علمی نظیر «نیوساینتیست» نیز به آن پرداخته شده است.
دکتر ثمالی در گفتوگو با خبرنگار پژوهشی ایسنا درباره سیستمهای کنترل لرزش ساختمانها اظهار داشت: از روشهای قابل استفاده بدین منظور طراحی منبع آب بالای بام به صورتی خاص یا تعبیه مکعبهای بتونی یا فلزی بزرگ در بالای بام است که با نوسانات خاص خود لرزشهای ساختمان را کنترل میکنند.
وی خاطرنشان کرد: منبع آب برای مقابله با آتش سوزی و نیز رساندن آب به طبقات بالا در مناطقی که فشار آب کم است به کار میرود. در سیستم ابداعی ما به جای پر کردن منبع آب آن را با صفحات فلزی به بخشهای افقی کم حجم تقسیم بندی میکنیم و به این ترتیب به جای یک منبع یکپارچه، منبعهای متعددی با عمق 20 سانتیمتر تشکیل میشود، سپس آب را درون این مخازن کوچک میریزیم. در این حالت وقتی در اثر باد ساختمانها تکان میخورد آب داخل منبع نوسان پیدا کرده و به طرف چپ و راست حرکت میکند که به علت اصطحکاک مولکولهای آب با سطح بزرگی که این منبع دارد مقدار زیادی از نیروهای باد به صورت اصطحکاک بین آب و منبع آب خنثی شده و لرزشهای ساختمان به میزان زیادی کم میشود.
دکتر ثمالی تصریح کرد: بدین ترتیب با استفاده از سیستمی که وزنش حدود یک درصد کل ساختمان است(منبع آب) میتوان نوسانات ساختمان در اثر باد را بین 50 تا 60 درصد کاهش داد به طوری که ساکنان آن لرزش چندانی را احساس نکنند.
وی افزود: برای تقویت سیستم میتوان یک مکعب فلزی یا بتونی را که حجم و وزن کمتری داشته و برای حرکت دادن آن از نیروی هیدرولیکی استفاده میشود به کار برد. به این ترتیب مکعب تعبیه شده به جای این که به صورت آزاد با حرکت ساختمان عقب و جلو برود با نیروی هیدرولیکی قابل کنترل، نوسان میکند. بدین منظور از رایانههایی که با استفاده از شتاب نما میزان لرزش ساختمان را در بخشهای مختلف اندازهگیری کرده و میزان حرکت سیستم هیدرولیکی و به تبع آن حرکت مکعب را کنترل میکنند، استفاده میشود.
پرفسور ثمالی در گفتوگو با ایسنا تصریح کرد: نحوه کنترل حرکت سیستم به صورتی است که تعادل ساختمان برقرارشود به طوری که وقتی ساختمان بر اثر باد یا زلزله به سمت چپ نوسان میکند، مکعب را به سمت راست حرکت میدهد یا بر عکس وقتی ساختمان به سمت راست متمایل شود، این مکعب را به سمت چپ حرکت میدهد در نتیجه حرکت مکعب همیشه برخلاف جهت لرزش ساختمان است و ساختمان در فاصلهای بسیار کوتاه به حالت اولیه برگردانده شده و نوسانات متوقف میشود.
دکتر ثمالی با اشاره این که وی از اولین محققانی بوده که از دوره دانشجویی مقطع دکتری همزمان با معدودی دیگر از پژوهشگران در سایر مراکز علمی در زمینه طراحی این سیستمها فعالیت کرده و ابداعاتی ارائه داده است، درباره علت فراگیر نشدن این سیستمها در جهان گفت: در حال حاضر در چندین ساختمان در ژاپن و آمریکا از این سیستمها استفاده میشود ولی به علت این که اشخاصی که در زمینه ساختمان کار میکنند معمولا برخلاف سایر رشتههای مهندسی محافظهکارتر بوده و همچنین به دلیل فضای بزرگ ساختمانها و خطرات موجود در آن پذیرش چنین طرحهای خلاقانهای برای آرشیتکتها و مهندسان ساختمان دشوار است، استفاده از این سیستمها گسترش نسبتا کندی دارد، با این حال تلاش داریم با ارائه سیستمهای مدرنتر و کارامدتر زمینه توسعه بیشتر این تکنیکها را فراهم کنیم.