زلزلہ کے مقابلے میں مضبوط ڈیزائن میں سٹیل سٹرکچر کا کردار

اسٹیل کے ڈھانچے کے زلزلہ برداشت کرنے کی صلاحیت کیوں ذاتی طور پر بہتر ہوتی ہے؟

اعلیٰ طاقت سے وزن کا تناسب اور لچک: اسٹیل کے ڈھانچے کے بنیادی مواد کے فوائد

سٹیل کا وزن کے مقابلے میں مضبوطی کا تناسب کنکریٹ یا راکھی نظاموں کے مقابلے میں بہت بہتر ہوتا ہے، جو حالیہ مطالعات کے مطابق تقریباً 30 فیصد ہلکا ہوتا ہے۔ قومی زلزلہ خطرات کم کرنے کے پروگرام (NEHRP) نے اپنی 2023 کی رپورٹ میں اس بات کی تائید کی ہے۔ چونکہ سٹیل بہت ہلکا ہونے کے باوجود مضبوط ہوتا ہے، اس لیے اس سے تعمیر کردہ عمارتیں بھاری بوجھ برداشت کرتے ہوئے بھی لچکدار رہ سکتی ہیں۔ تاہم سٹیل کو واقعی منفرد بنانے والی بات اس کا تناؤ کے تحت رویہ ہے۔ شیشے جیسے شکنکار مواد جو اچانک ٹوٹ جاتے ہیں، کے برعکس، سٹیل ٹوٹنے سے پہلے کافی حد تک جھکتا اور پھیلتا ہے۔ اس کا مطلب ہے کہ زلزلے کے دوران سٹیل کے ڈھانچے دراصل کانپن کے ساتھ حرکت کر سکتے ہیں، بجائے اس کے کہ ٹوٹ جائیں۔ ہم نے اس کا عملی ثبوت 2019 کے ریج کریسٹ کے زلزلے کے بعد دیکھا، جہاں سٹیل کے ڈھانچے والی عمارتوں میں گرنے کے واقعات تقریباً 40 فیصد کم تھے، جبکہ اسی طرح کی کنکریٹ سے تعمیر شدہ عمارتوں کے مقابلے میں، جیسا کہ آئی ایس جی ایس کی اس آفت کے بعد جاری کردہ رپورٹوں میں درج ہے۔

چکری لوڈنگ کی کارکردگی: سٹیل کے ڈھانچے میں کشیدگی کی سختی اور مستحکم ہسٹیریسس رویہ

سٹیل زلزلے کی بار بار آنے والی طاقتوں کے تحت قابلِ ذکر طور پر مستقل کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، جو بعد کے زلزلوں (آفٹرشاکس) اور لمبے عرصے تک ہلنے کے دوران واقعی اہم ہوتا ہے۔ سٹیل کو خاص بنانے والی بات یہ ہے کہ جب وہ جھکنا اور پھیلنا شروع کرتا ہے تو اس کی مضبوطی میں اضافہ ہوتا جاتا ہے۔ اس کے ڈھیلا ہونے کے پہلے نشانات ظاہر ہونے کے بعد، مواد درحقیقت مزید تباہی کے مقابلے میں مزید مزاحمت کا مظاہرہ کرتا ہے جبکہ وہ مسلسل ڈی فارم ہوتا رہتا ہے۔ جب عمارتیں زلزلے کے دوران آگے پیچھے جھولتی ہیں، تو سٹیل ان قابلِ اعتماد توانائی کے استعمال کے نمونوں کو پیدا کرتا ہے جنہیں ہسٹیریسس لوپس کہا جاتا ہے، جو حرکت کے متعدد چکروں کے دوران قابلِ پیش گوئی طریقے سے کام کرتے ہیں۔ زلزلہ انجینئرنگ کے ماہرین کے مطالعات سے پتہ چلتا ہے کہ اگر سٹیل کے فریمز درست طریقے سے تعمیر کیے گئے ہوں تو وہ اپنی اصل مضبوطی کا 5% سے بھی کم کھو کر 50 سے زیادہ شدید ہلنے کے چکروں کو برداشت کر سکتے ہیں۔ اس قابلِ اعتمادی کی وجہ سٹیل کی یکسانی داخلی ساخت میں پوشیدہ ہے۔ دوسرے مواد جو مختلف اجزاء سے بنائے جاتے ہیں یا جن کی خصوصیات غیر یکسان ہوتی ہیں، کے برعکس سٹیل میں کوئی کمزور جگہیں نہیں ہوتیں جہاں دباؤ اچانک بڑھ کر غیر متوقع طور پر گرانے کا باعث بن سکے۔

زلزلہ کے خلاف سٹیل کی ساختی نظاموں کے اہم اجزاء

مومنٹ-ریزسٹنگ فریمز (ایم آر ایف ایس): سٹیل سٹرکچر کے لیے ڈیزائن لا جک اور زلزلہ زون کے مطابق ترمیم

مومنٹ مزاحمتی فریم، یا مختصر طور پر ایم آر ایف، زلزلے کی جانب سے لگنے والی اُفقی قوتوں کو اپنے خاص بیم اور کالم کنکشنز کے ذریعے روک کر کام کرتے ہیں۔ یہ کنکشنز اس طرح بنائے جاتے ہیں کہ وہ حرکت کے دوران ایک مخصوص ترتیب میں جھکیں اور بگڑیں، جس سے شدید ترین توانائی کو جذب کرنے میں مدد ملتی ہے بغیر یہ کہ پوری عمارت ٹوٹ جائے۔ سٹیل اس قسم کے کام کے لیے بہت مناسب ہوتا ہے کیونکہ یہ محفوظ طریقے سے کھینچا اور جھکایا جا سکتا ہے، بجائے اس کے کہ بالکل ٹوٹ جائے۔ جب ہم زلزلے کے زیادہ تر واقع ہونے والے علاقوں جیسے کیلیفورنیا کو دیکھتے ہیں تو انجینئرز ان فریمز میں کچھ اضافی ایڈجسٹمنٹس کرتے ہیں۔ وہ جوائنٹس کی تفصیلات پر خصوصی توجہ دیتے ہیں، عمارت کے پورے ڈھانچے میں مزید اضافی حمایت کو شامل کرتے ہیں، اور مختلف حصوں کی سختی کو متوازن طریقے سے طے کرتے ہیں۔ نتیجہ؟ مناسب سٹیل ایم آر ایف سے آراستہ عمارتیں زمینی حرکت کو تقریباً 0.4g تیزی کے سطح تک برداشت کر سکتی ہیں۔ تحقیقات سے پتہ چلتا ہے کہ زلزلے کے دوران ان ساختوں کو عام کنکریٹ کی عمارتوں کے مقابلے میں اُس سے زیادہ سے زیادہ نصف نقصان ہوتا ہے۔ اس وجہ سے سٹیل ایم آر ایف صرف زیادہ محفوظ ہی نہیں بلکہ فعال گڑھوں کے قریب، جہاں زلزلے باقاعدگی سے واقع ہوتے ہیں، درمیانی اور بلند عمارتوں کی تعمیر کے لیے لمبے عرصے تک کم لاگت والا بھی ہوتا ہے۔

بکلنگ-ری اسٹرینڈ بریسز (BRBs) اور ایکسنٹرکلی بریسڈ فریمز (EBFs): توانائی کو بکھیرنے والے سٹیل سٹرکچر حل

بکلنگ ری اسٹرینڈ بریسس (BRBs) کے ساتھ ساتھ ایکسنٹرکلی بریسڈ فریمز (EBFs) کو زلزلے کی توانائی کو ان مقامات پر مرکوز کرنے اور خارج کرنے کے لیے خاص طور پر تیار کیا گیا ہے جہاں نقصان کم سے کم ہوگا۔ BRBs ایک ایسے سٹیل کور کو سیمنٹ یا سٹیل کے جیکٹس میں بند کرکے کام کرتے ہیں جو آسانی سے موڑ نہیں سکتے۔ یہ ترتیب سٹیل کو بکل ہونے سے روکتی ہے اور اسے کشیدگی یا دباؤ کی قوتوں کے تحت متوازن توانائی جذب کرنے کی اجازت دیتی ہے۔ EBFs کے لیے، انجینئرز جان بوجھ کر بریس کنکشنز کو غیر مرکزی طور پر لگاتے ہیں تاکہ وہ توانائی کو چھوٹے حصوں میں ہدایت کریں جنہیں شیئر لنکس کہا جاتا ہے۔ یہ لنکس ضرورت پڑنے پر مستقل طور پر ڈی فارم ہونے کے لیے بنائے گئے ہیں، جس سے وہ توانائی کو جذب کرتے ہیں جبکہ عمومی ساختی فریم باقی رہتی ہے۔ ان نظاموں کو شامل کرنے والی سٹیل کی عمارتیں زلزلے کے دوران ہلنے کی توانائی کا 70% سے زیادہ سنبھال سکتی ہیں، جس سے فرشوں کا ایک دوسرے کے مقابلہ میں زیادہ حرکت کرنا روکا جا سکتا ہے اور زلزلے کے بعد باقی رہ جانے والی جابجا ہونے کی مقدار کو کم کیا جا سکتا ہے۔ ان حلول کی خاص بات یہ ہے کہ انہیں درست کرنا اور تبدیل کرنا کتنا آسان ہے۔ یہی وجہ ہے کہ بہت سی اہم عمارتیں جیسے ہسپتال اور اسکول ان کا انتخاب کرتی ہیں، کیونکہ زلزلے کے بعد جلد از جلد دوبارہ کام شروع کرنا صرف انتظار نہیں کر سکتا۔

ابتكارات تقلل من الأضرار وتسرّع من عملية الاستعادة في الهياكل الفولاذية

أنظمة الهياكل الفولاذية ذاتية التمركز باستخدام أجهزة الاحتكاك وسبائك الذاكرة الشكلية

خود مرکزیت نظامات اینٹی فرکشن ڈیمپرز کو ان خاص شکل یادداشت میں والے ایلوئز (SMAs) کے ساتھ جوڑتے ہیں تاکہ زلزلے کے بعد باقی رہ جانے والے بے قاعدہ حرکت کے مسئلے کا مقابلہ کیا جا سکے، جو شاید سب سے بڑا درد سر ہوتا ہے۔ یہ چھوٹے فرکشن آلے بہت اچھی طرح کام کرتے ہیں کیونکہ وہ پہلے سے طے شدہ نقاط سے گزرنے پر چیزوں کے پھسلنے کی صورت میں توانائی کو کنٹرول شدہ طریقے سے بکھیر دیتے ہیں۔ اس سے عمارتوں کے بنیادی ساختی اجزاء پر دباؤ کم ہوتا ہے۔ پھر وہ SMAs ہیں جو اکثر دوبارہ مرکوز کرنے والے ٹینڈنز یا ساخت کے مختلف اجزاء کے درمیان کنکشنز میں پائے جاتے ہیں۔ ان کی خاص بات یہ حیرت انگیز خاصیت ہے جسے سوپر الیسٹیسٹی کہا جاتا ہے، جو انہیں کافی حد تک کھینچے جانے یا موڑے جانے کے بعد بھی تقریباً مکمل طور پر واپس آنے کی اجازت دیتی ہے۔ ان ٹیکنالوجی حل کو ایک ساتھ استعمال کرنے سے باقی رہ جانے والی حرکت تقریباً 80 فیصد تک کم کی جا سکتی ہے اور مرمت کے اخراجات تقریباً 40 فیصد تک کم کیے جا سکتے ہیں، جیسا کہ زلزلہ انجینئرنگ انسٹی ٹیوٹ کی 2023ء کی تحقیق سے ظاہر ہوتا ہے۔ اس طرح کے مقامات جیسے ہسپتال اور ایمرجنسی سنٹرز، جہاں ہر منٹ اہمیت رکھتا ہے، اس کا مطلب ہے کہ تمام چیزوں کو دوبارہ ترتیب دینے یا مکمل طور پر دوبارہ تعمیر کرنے پر قیمتی رقم خرچ کیے بغیر بہت جلدی سے دوبارہ کام شروع کرنا۔ اہم خدمات بند نہیں ہوتیں بلکہ بے رُک رہتی ہیں۔

عملی تجربات سے سیکھی گئی باتیں: کرسٹ چرچ 2011ء — فولادی ساخت کی لچکداری کی حقیقی دنیا کی توثیق

جب 2011ء کے کرسچرچ زلزلے نے حملہ کیا، تو اس نے بنیادی طور پر انجینئرز کے ان دعوؤں کو ثابت کر دیا جو وہ سیسمک واقعات کے دوران فولاد کی مضبوطی کے بارے میں ہمیشہ سے کہہ رہے تھے، خاص طور پر جب اسے ان نئے توانائی جذب کرنے والے نظاموں کے ساتھ ملا دیا جائے۔ ان خاص بکلنگ ری اسٹرینڈ بریسس کے ساتھ فولاد کے فریم والی عمارتوں کو مشابہ کنکریٹ کی ساختوں کے مقابلے میں تقریباً 30 فیصد کم نقصان پہنچا۔ تاہم، جو چیز سب سے زیادہ قابلِ ذکر تھی وہ یہ تھا کہ اکثر نقصانات کو درست کرنا کتنا آسان تھا۔ MRF یا BRB نظاموں والی کوئی بھی فولاد کی عمارت درحقیقت گری نہیں تھی، اور تقریباً تین چوتھائی عمارتیں آدھے سال کے اندر دوبارہ کام کرنا شروع کر چکی تھیں، جن میں سے بہت ساریاں تو اس سے بھی جلدی کام کرنا شروع کر چکی تھیں۔ زلزلے کے بعد جو کچھ ہوا اس کا جائزہ لیتے ہوئے ماہرین نے فولاد کی لچک کو ان عمارتوں کے اتنے اچھے طریقے سے برداشت کرنے کی اہم وجہ قرار دیا، جبکہ غیر مناسب طریقے سے ڈیزائن کردہ کنکریٹ کی عمارتیں دباؤ کے تحت اچانک دراڑیں پیدا کر لیتی ہیں۔ کرسچرچ کے تجربے کی وجہ سے نیوزی لینڈ میں زلزلے کے لیے عمارتی ضوابط میں اہم تبدیلیاں آئیں، اور یہ آج بھی دنیا بھر کے ممالک کو سیسمک حفاظت کے معاملے میں متاثر کرتا ہے۔ بنیادی طور پر، جب معمار فولاد کی ساختوں کو مناسب طریقے سے تفصیلی طور پر ڈیزائن کرتے ہیں اور انہیں ذہین کارکردگی کے نظاموں کے ساتھ جوڑتے ہیں، تو وہ عمارتیں حاصل کرتے ہیں جو آفات کے بعد جانوں کی حفاظت کرتی ہیں اور کام کرتی رہتی ہیں۔

اکثر پوچھے جانے والے سوالات کا سیکشن

زلزلوں کے دوران فولادی ساختوں کو زیادہ مضبوط بنانے والی کون سی بات ہے؟ فولادی ساختیں اعلیٰ طاقت-سے-وزن کا تناسب اور لچکداری ظاہر کرتی ہیں، جس کی وجہ سے وہ زلزلے کے دوران گھُم سکتی ہیں اور تباہی کے بغیر توانائی کو جذب کر سکتی ہیں۔

مومنٹ-رسٹسٹنگ فریمز (MRFs) زلزلہ کے خلاف مزاحمت میں کس طرح اہم کردار ادا کرتے ہیں؟ MRFs خاص نوعیت کے بیم-کالم کنکشنز کا استعمال کرتے ہیں جو زلزلے کی شدید توانائی کو کنٹرولڈ انداز میں جھک کر اور ڈی فارم ہو کر جذب کر سکتے ہیں، جس سے ساختی تباہی روکی جا سکتی ہے۔

بکلنگ-ری اسٹرینڈ بریسس (BRBs) اور ایسنٹرکلی بریسڈ فریمز (EBFs) زلزلہ کے خلاف مزاحمت کے ڈیزائن میں کیا کردار ادا کرتے ہیں؟ BRBs اور EBFs زلزلہ کی توانائی کو مخصوص مقامات پر بکھیرنے پر توجہ مرکوز کرتے ہیں تاکہ نقصان کو کم سے کم رکھا جا سکے، جس سے ساختیں شدید دھماکوں کو برداشت کر سکتی ہیں بغیر کہ کوئی تباہ کن ناکامی واقع ہو۔