آسیب‌پذیری ساختارهای تاریخی دورة اسلامی ایران در برابر زمین لرزه: بررسی منابع تاریخی
نویسنده: محمودرضا ماهری؛ ترجمـﺔ زینب اکبری
مقدمه
زمین لرزه‌ها به سبب ایجاد ویرانی در ایران و کشورهای همسایه دارای تاریخی طولانی هستند. پیشینه زمین لرزه‌های ویران کنند در منطقه، از لحاظ زمانی به آغاز نگارش، به شکل تابلت‌های گلی متعلق به هزاره 4 و 3 ق.م، و بعد از آن به شکل تابلت‌های گلی و حجاری‌های سنگی آشوری‌ها، بابلی‌ها و پارس‌ها باز می‌گردد. در طول تاریخ، مورخان قدیمی و سیاحان، عواقب بیشتر زمین لرزه‌های ویران کننده را که سبب نابودی شهرهای مهم و فضاهای وسیع از زیست گاه‌های انسانی شده‌اند، ثبت نموده‌اند. افسانه‌هایی پیرامون شهرهایی که تمامی آنها توسط زمین لرزه نابود شده و بازماندگان آنها بار دیگر شهر را با شکوه سابق بنا نموده‌اند، موجود است. با وجود این شهرهایی نیز پس از بازسازی، در فاصله زمانی کوتاهی، به وسیله زمین لرزه دیگری نابود شده‌اند. شهر نیشابور که جایگاه فرهنگ و تمدن ایرانی در اوایل دوره اسلامی به شمار می‌رفت، یکی از نمونه‌های این قبیل شهرها بود. شهر تبریز نیز نمونه دیگری از این دسته شهرها و متعلق به اواخر دوره اسلامی است. در موارد بسیاری، یک زمین لرزه سبب توقف حیات در یک شهر یا قصبه شده است که در نتیجه آن بازماندگان، شهر را ترک نموده و به سایر نقاط مهاجرت کرده‌اند. در سایر نمونه‌ها در حدود دهه‌ها و حتی یک قرن زمان نیاز بود تا خرابی‌های ایجاد شده بر اثر زمین لرزه، دوباره بازسازی شود. در طول تاریخ، بسیاری از ساختمان‌های باشکوه که نشان دهنده هنر و فرهنگ تمدن‌های مربوط به آنها بوده است، در برابر زمین لرزه‌ها تسلیم شده‌اند. با این حال، برخی از این بناها که تا امروز نیز باقی مانده‌اند، با گذشت زمان و بر اثر زمین لرزه‌ها شکاف‌هایی را در خود جای داده‌اند. این بناهای تاریخی گنجینه کشورها محسوب می‌شوند که نیازمند حفاظت در برابر زمین لرزه‌های آینده را هستند.
در این مقاله، واکنش بناهای تاریخی ایران در برابر زمین لرزه‌های گذشته مورد پژوهش قرار گرفته است. بررسی صورت گرفته، مطالعه‌ای است بر تعداد و شدت زمین لرزه‌های ثبت شده در منابع تاریخی و گزارش‌های جدید و نیز میزان مقاومت این بناها در برابر آسیب‌های وارده. به دلیل کمبود داده‌های مربوط به دوره پیش از اسلام، مطالعه بر روی بناهای تاریخی دوره اسلامی متمرکز شده است. ساختارهای پیش از اسلام و از آن جمله ساختارهای دوره هخامنشی، هم در نوع مواد و هم در شکل ساختمان‌ها متفاوت از ساختارهای دوره اسلامی است. این ساختمان‌ها، بناهایی سنگی با سقف‌های مسطح چوبی بوده‌اند. اما در اواخر دوره پارت و در دوره ساسانی، ساختارهایی گنبدی در قسمت ورودی بنا ایجاد گردید، که از لحاظ اشکال ساختمانی دارای ارتباط نزدیکتری با ساختارهای دوره اسلامی هستند. بناهای مورد بررسی در این مقاله مربوط به قرن 10 تا 18 م و در معرض زمین لرزه‌های صورت گرفته در این فاصله زمانی بوده است. اگرچه این بناها در اندازه و اشکال معمارانه متنوع بوده‌اند، اما دارای ویژگی‌های عمومی نیز هستند که می‌تواند بستر مطالعه‌ای تطبیقی را فراهم نماید. تمام این نمونه‌ها، بناهای ایجاد شده از آجر پخته، خشت خام، یا ساختمان‌های سنگی با ملات‌های سنگ گچ یا ساروج هستند. نمونه‌های موجود شامل بناهای عمومی با شکوه و با اهمیت، از قبیل مساجد، زیارتگاه‌ها، مدارس علوم دینی، حمام‌های عمومی، کاروانسراها، بازارها، کاخ‌ها و باروها به اضافه دیوارهای شهر و بندها و پل‌هایی با مصالح بنایی بودند. در مقایسه با بناهای مسکونی متداول، بناهای عمومی با مواد بهتر و مهارت بیشتر ایجاد شده بودند.
مواد ساختمانی
بیشتر بناهای تاریخی موجود در ایران با آجر پخته ساخته شده بودند، با وجود این برخی بناها نیز از سنگ‌های بزرگ و خشت بودند که تا زمان حاضر نیز باقی مانده‌اند. آجر پخته یک نوآوری ایرانی محسوب می‌شود که تاریخ آن به اوایل هزاره دوم قبل از میلاد باز می‌گردد. آجرهای پیش از اسلام از نظر اندازه، بزرگتر و ابعاد آنها به طور میانگین در حدود 8×45×45 سانتی‌متر بود (Hami, 1990). در دوره اسلامی اندازه آجرها به تدریج تا حدود 7 × 30 × 30 سانتی متر کاهش یافت. این آجرها، مخلوطی از خاک رس و ماسه یا سنگدانه‌های ریز بودند. تکنیک سنتی پخت آجرها تا زمان حاضر نیز باقی مانده است. در ساخت بناهای مختلف در دوره‌های متفاوت، تنوعی از ملات‌ها مورد استفاده بود. پی‌ها از (شفته) که ترکیبی از ملات آهک ـ سنگ بود، ساخته شده بودند. عمده‌ترین نوع ملات مورد استفاده در ساخت دیوارها مخلوطی از آهک و خاک نرم با میزان خاک رس بالا بود که این ملات دارای استحکام زیادی است. آزمایش‌های صورت گرفته پیرامون این ملات‌ها، بعد از ده سال، میانگین متراکمی با استحکام kgf/cm² 125 را نشان می‌دهد (Zemarshidi,1989). در ساخت گنبدهای بنایی نیز ملاتی خود گیرتر و سفت‌تر مانند خاک رس ـ سنگ گچ مورد استفاده بود. در بخشهای شمالی کشور به دلیل رطوبت بالای هوا و در ساختمان حمام‌های عمومی و آب انبارها اغلب ملاتی با مقاومت بالا به نام ساروج مورد استفاده قرار می‌گرفت. ساروج مخلوطی از آهک (35%)، ماسه (40%)، خاکستر (20%) و خاک رس (5%) است که گاهی اوقات با افزودن مقداری موی بز، این ملات مستحکم‌تر می‌شد. ملات ساروج به عنوان یک لایه اندود و محافظ در برابر نفوذ آب برای حمام‌ها و آب انبارها به شمار می‌رفت. در ساخت این نوع بناها، در ابتدا چوب برای داربست و گاهی اوقات به عنوان تکیه گاهی برای اجزاء دارای مقاومت پایین مانند مناره‌ها و بادگیرها استفاده می‌شد. اما در برخی بناها چوب همچنان برای تقویت گنبدهای سنگین مورد استفاده بود.
اشکال ساختمانی
بناهای تاریخی دوره اسلامی را می‌توان به اشکال ساختمانی زیر دسته‌بندی نمود:
1) بناهای متقارن، منفرد. این بناها در اصل قبوری برای رهبران بومی شهرها به شمار می‌رفتند. پلان آنها متنوع و از دایره تا مربع، 6 ضلعی یا 8 ضلعی را شامل می‌شد. این ساختمان‌ها دارای شکاف‌های بسیار کوچک و نشان دهنده انبوهی از دیوارهای بلند هستند. پوشش این بناها نیم گنبدی یا مخروطی شکل و گاهی اوقات نیز برای مقاومت و استحکام سقف از تیرهای چوبی استفاده شده است. در طول قرنها نمونه‌های بی‌شماری از این دسته بناها که به طور کلی در خاور نزدیک به صورت پراکنده وجود دارند، از زمین لرزه‌ها در امان مانده‌اند. بناهای یادبود اولیه، متعلق به دوره‌های سلجوقی، ایلخانی و تیموری، نمونه‌های باشکوهی از هنر و معماری دوره اسلامی خاور نزدیک به شمار می‌روند. تصویر شماره (1)، گنبد کاووس را به عنوان نمونه‌ای از این نوع بناها، نشان می‌دهد.
2) گروه دوم از بناها که بخش قابل ملاحظه‌ای از بناهای تاریخی با اهمیت را دربر می‌گیرد، شامل مجموعه بناهای بزرگی هستند که در کنار یکدیگر گرد آمده‌اند. این مجموعه‌های ساختمانی در بر گیرنده، مساجد، زیارتگاه‌ها، مدارس، کاخ‌ها، کاروانسراها، حمام‌های عمومی و بازارها هستند. این مجموعه‌ها معمولا شامل دالان‌های ورودی طاقدار بزرگ و ایوان‌هایی با سردری بلند، گاهی به عنوان عنصری در جهت حفاظت از مناره‌ها یا بادگیرها، تالارهای مرکزی گنبددار یا طاقدار کوچک‌تر بودند. مصالح این دسته از بناها بیشتر از آجر بوده است؛ حال آنکه گاهی اوقات نیز از تیرهای چوبی جهت حفاظت از گنبدهای بزرگتر یا مناره‌ها استفاده شده است. به طور کلی بناهای موجود در این مجموعه‌ها نسبت‌های کمتری از تقارن داشته‌اند و دربرگیرنده انبوه دیوارهایی با قدرت پشتیبانی کمتری هستند.
3) باروها و دیوارهای شهر: این گروه از بناها، ساختارهای سختی هستند که با سنگ یا آجر پخته بنا شده‌اند. برخی ساختمان‌های وابسته به این نوع بناها از جمله برج‌های مراقبت نیز از آجر ساخته شده‌اند. برج‌های دیده بانی که بخش تفکیک ناپذیری از باروها به شمار می‌روند نیز از همان مواد به کار رفته در دیوارها ایجاد شده‌اند.
4) برج‌های باریک و دودکش‌های بلند: این دسته از ساختارها به شکل بناهای منفرد، ایستاده و برج‌های باریک و بلندی دیده می‌شوند که هر یک از این بناها مانند برج‌های دیده بانی یا برج‌های راهنما ساخته شده بودند. باید توجه داشت که برخی از دودکش‌های بلند کوره‌های آجرپزی قدیمی نیز از ارزش تاریخی برخوردارند.
5) آب انبارها: آب انبارهای سنتی در ایران، بزرگ، با پلان دایره شکل و گنبدهایی مرتفع بوده‌اند که بیشتر آنها دارای شکاف‌های کوچکی هستند. تنوع مواد ساختمانی به کار رفته، بر طبق محوطه متفاوت بوده و از سنگ تا آجر و خشت خام را شامل می‌شده است. تصویر شماره (2) آب انباری آجری متعلق به قرن 18 م در کرمان را نشان می‌دهد.
6) پلها و بندها: پلهای قدیمی آجری یا سنگی و بندها، گروه دیگری از ساختارهای تاریخی مورد مطالعه ما هستند. کیفیت مواد ساختمانی و روش کار متنوع، به طور قابل ملاحظه‌ای به محل قرار‌گیری و دوره مورد بررسی، بستگی دارد. پلها و بندها ساختارهایی سخت، منفرد، با طاقهای چند دهانه‌ای هستند که تعدادی از نمونه‌های مشهور و قدیمی آنها به اواسط دوره اسلامی تاریخ گذاری شده است.
بررسی مدارک تاریخی
در حدود صد زمین لرزه قابل توجه در طول دوره مورد بررسی ما رخ داده است که با مطالعه واکنش این بناها در برابر زمین لرزه‌های بزرگ، برآوردهایی از میزان آسیب وارده به بناهای تاریخی به دست آمد. شدت این زمین لرزه‌ها بین 3/5 تا 8/7 در مقیاس ریشتر بوده است که نیروی وارده بر بنای مورد بررسی را از VII تا X+ در مقیاس میلی‌متر ارائه می‌دهد. گزارشی جامع از منابع تاریخی مرتبط، توسط Ambrasey وMelville (1982) ارائه شده است. منابع دیگر نیز بیشتر در مورد زمین لرزه‌های اخیر بودند (Razani and Lee 1973 ; Maheri 1990 ; Nouri 1996). عملکرد زمین لرزه‌ها عامل مهمی در انتخاب و دسته‌بندی اشکال ساختمانی مورد بحث بود. از این رو بررسی‌های صورت گرفته براساس فرم‌های ساختمانی تعیین شده به شرح زیر ارائه می‌شود:
بناهای متقارن، منفرد
به نظر می‌رسد عملکرد این نوع بناها در برابر زمین لرزه‌ها خوب بوده است. به این ترتیب که تعداد زیادی از زیارتگاه‌ها و قبور در طی قرنها از ویرانی‌های وارده توسط زلزله با آسیب‌های خیلی کم و یا حتی بدون آسیب باقی مانده‌اند. برتری این نوع بناها به عنوان ساختمانی پایدار در برابر زمین لرزه به سبب پلان ساده و کاملا متقارن، شکاف‌های بسیار کوچک که سبب مقاومت دیوار برشی در تمام جهات شده، و استفاده از آجر با کیفیت خوب یا سنگ و ملات برای ساخت، بوده است.
در تمام منابع تاریخی مورد بررسی، منبع مستقیمی که نشان دهنده نابودی این دسته از بناها در برابر زمین لرزه باشد، به چشم نمی‌خورد. با وجود این منابع زیادی برخلاف این نظریه موجود است. مقبره گنبد کاووس با 55 متر ارتفاع متعلق به قرن 10 م (تصویر شماره 1) نشانه‌هایی از وجود چندین زمین لرزه ویران کننده را در خود جای داده است. دو مورد از این وقایع، زلزله سال 1436م با شدت 3/5 ریشتر و زلزله سال 1470م با شدت 5/6 ریشتر بوده است. در استان مازندران تعدادی از مقبره‌های مشابه اما کوچک‌تر متعلق به اوایل دوره سلجوقی از میان تکان‌های پی در پی دراطراف خود، سالم باقی مانده بودند اما سرانجام، آخرین تکان یعنی زلزله کوسوت سال 1935م با شدت 3/6 ریشتر، آنها را نابود ساخت. برج مقبره‌ای لاجین که در حدود سال 1022م ساخته شد، درست در 10 کیلومتری از مرکز این زمین لرزه واقع شده بود. این برج از میان این تکان‌های شدید، بدون آسیب و به طور کامل باقی مانده است. گنبد سرخ مراغه ساختار دیگری از این نوع بناهاست که در برابر زمین لرزه‌های بی‌شمار مقاومت کرده است. بنای جالب توجه دیگر در این گروه، گنبد جبلیه (گنبد سنگی) موجود در شهر کرمان می‌باشد (تصویر شماره 3).
این بنا که متعلق به قرن 12م بوده از سنگ ساخته شده و تا حدودی نسبت به دوره مورد بحث غیرمعمول به نظر می‌رسد. این بنای با عظمت، بهترین نمونه از ساختمان‌های سنگی متعلق به دوره اسلامی در ایران است. گنبد موجود طی قرن‌های گذشته، زمین لرزه‌های شدیدی را از سر گذرانده است، در حالی که بر اثر همین زمین لرزه‌ها، بناهای بسیاری آسیب دیده‌اند.
مجموعه‌های ساختمانی
تعداد قابل ملاحظه‌ای از بناهای تاریخی موجود در شهرها و قصبه‌های ایران، مجموعه بناهای عمومی هستند. نمونه‌های برجسته این مجموعه‌ها، امروزه در شهرهای اصفهان، یزد و کرمان دیده می‌شوند. بناهای موجود در این مجموعه‌ها ممکن است همگی متعلق به یک دوره یا اینکه برخی از آنها در طی قرون متمادی ایجاد شده باشند. در این مجموعه‌ها، بناهایی با اشکال ساختمانی متفاوت موجود است. برخی از آنها دارای تالارهای ورودی بزرگ، ایوان‌هایی با سقف طاقدار و نماهای خارجی با سردر مرتفع که این سردرها به احتمال زیاد برای حفاظت از مناره‌ها یا برج‌ها ایجاد شده بودند، تالارهای اصلی که معمولا با گنبدهای بلند پوشیده شده‌اند، اتاق‌ها و تالارهای وسیع، مسقف با تعدادی از گنبدهای کوتاه که توسط ستون‌های حجیم حفاظت شده‌اند، و ساختمان‌های مرتبط به هم در اطراف حیاط، که عموما طاقدار هستند. عملکرد اشکال ساختمانی متفاوت موجود در یک مجموعه در طول زمین لرزه، کاملا متنوع است.
بررسی صورت گرفته بر روی منابع تاریخی موجود که توسط دانش امروز از مهندسی زلزله تایید شده است، نشان می‌دهد که بیشترین آسیب وارده، به اجزای ساختمانی باریک و ساده یک مجموعه بوده است. مناره‌ها، بادگیرها و سردرهای بلند ایوانها و تالارهای ورودی از جمله اجزاء ساختمانی ضعیفتر محسوب می‌شوند. در این منابع، نمونه‌های بی‌شماری از ریزش مناره‌ها و سردرهای مرتفع بر اثر زمین لرزه، وجود دارد. در حقیقت مناره‌های قدیمی بسیار کمی موجود است که آثار بازسازی در برابر زمین لرزه‌ها در آنها دیده نشود. بقایای مناره‌های فرو ریخته اندکی، بخصوص نمونه‌هایی که در داخل بنا و بیشتر در مساجد قدیمی گنجانده شده بودند، دیده می‌شود. مناره‌های واژگون شدۀ مقبره‌های مشهور سلطانیه در زنجان، مسجد جامع اشترجان، مسجد جامع کرمان و مسجد شاه مشهد برخی از نمونه‌های موجود هستند. در اینجا لازم است تا واکنش ساختاری باریک و بلند مانند مناره را در طول یک زمین لرزه در ابتدا با توجه به تکرار تکان زمین مورد ملاحظه قرار داد. تکرار کم و تکان فاصله‌دار ممکن است به راحتی یک مناره یا یک برج باریک را واژگون کند، در صورتی که تکرار تکان ممکن است بر بنای اصلی بیش از مناره تاثیر گذارد. نمونه‌ای از این نوع بناها، مناره باغ قوشخانه در اصفهان است که تنها بخش باقی مانده از این مسجد بزرگ به شمار می‌رود.
سردرهای بلند تالارهای ورودی و ایوانها نیز نقش کمی در هنگام زمین لرزه‌ها ایفا نموده‌اند. بخشهای فوقانی این سردرها بیشتر عناصر باریک و ساده‌ای را شامل می‌شوند که در معرض تکرار اندک تکان زمین در جهت عمود بر سردر هستند. بخش فوقانی سردر مرتفع مسجد جامع گناباد (که در قرن 13م بنا شده است)، بر اثر زمین لرزه 31 اگوست 1968م با شدت 4/7 ریشتر در حال نابودی است (تصویر شماره 4). طاقهای بلند ایوانها و تالارهای ورودی و سایر بناهای طاقدار، از قبیل بناهای موجود در اطراف حیاط‌ها و بازارها، بر اثر این زمین لرزه به صورت نا منظم دیده می‌شوند. طاق، تنها نمونه‌ای از شیوه‌های سقف سازی است که نیروی وارده بر اثر زمین لرزه را در جهتی موازی و برابر با تراکم بالای دیوارهای باربر، انتقال می‌دهد. از طرف دیگر، نظر به اینکه در ساختمان طاقها انتقال بار کششی وجود ندارد، در نتیجه همه دیوارهای غیر باربر و ساده با شکاف‌های بزرگ و در برخی موارد بدون دیوار هستند. بنابراین مقاومت بنای طاقدار نسبت به بار افقی در جهت عمود بر طول طاق، بسیار پایین است. از این رو طاق دستخوش فشارهای خمشی بسیاری بیش از ظرفیت خود می‌شود و در نتیجه می‌شکند. بنابراین واکنش طاق نه تنها به شدت تکان زمین بلکه به مسیر قوی‌ترین جزء حرکت زمین لرزه نیز بستگی دارد. واکنش مسجد جامع فردوس واقع در مرکز زمین لرزه 1 سپتامبر 1968 م با شدت 4/6 ریشتر، نمونه روشنی از ضعف مزبور است (تصویر شماره 5). به این دلیل که قوی‌ترین تکان‌های زمین لرزه، موازی با سردر مرتفع (یعنی عمود بر طاق) بود. در نتیجه بخش داخلی سردر در برابر زمین لرزه ایستادگی کرده، در صورتی که طاق مرتفع آن فرو ریخته است. به علاوه گنبد تالار اصلی که در تصویر شماره 5 دیده می‌شود، پس از وقوع زمین لرزه، سالم باقی مانده است.
نوع بارزی از ساختمان‌های موجود در یک مجموعه تالار بزرگ یا شبستانی پوشیده با گنبدهای کوتاه متعدد است. ستون‌های پهن و حجیم معمولا نگهدارنده و محافظ این گنبدهای کوتاه هستند. در واقع ستون‌ها، مهمترین عنصر در جهت پایداری این تالارها به شمار می‌روند. تاثیر زمین لرزه بر این بناها بستگی به میزان مقاومت ستون‌ها در جهات مختلف دارد. درواقع تا زمانی که ستون‌ها توانایی مقاومت در برابر نیروی زلزله را داشته باشند، گنبدها در محل خود باقی می‌مانند. این به این معنی است که ریزش یک گنبد یا گروهی از گنبدها، معمولا در نتیجه شکست ستون‌های محافظ بوده است.
گنبدهای مرتفع تالار مرکزی موجود در یک مجموعه بنای تاریخی، معمولا عملکرد بهتری در برابر زمین لرزه دارد. سیستم حفاظت کننده از یک گنبد مرتفع در تمام جهات دارای تقارن کافی با تراکم دیوار است. تخریب جزئی برخی از گنبدهای مرتفع در طول زمین لرزه‌های تاریخی معمولا بیشتر به دلیل ضعف خود گنبد بوده تا سیستم حفاظت کننده آن. نمونه‌های این نارسایی در طول زمین لرزه‌های فاجعه بار به وقوع پیوسته در سال‌های 1405م با شدت 6/7 ریشتر در نیشابور و در طول وقایع کوچک‌تر دیگر، مانند زمین لرزه سال 1641م با شدت 8/6 ریشتر در تبریز و زمین لرزه سال 1678م با شدت 5/6 ریشتر در لاهیجان گزارش شده است. در سال 1673م نیز زمین لرزۀ مهمی با شدت 6/6 ریشتر در مشهد سبب تخریب گنبد اصلی زیارتگاه امام رضا (ع) شد. گنبد بزرگ بیرونی زیارتگاه شاهچراغ در شیراز نیز در طول زمین لرزه سال 1824م با شدت 4/6 ریشتر و سال 1853م با شدت 2/6 ریشتر در آن شهر، به شدت آسیب دید. گنبد امامزاده سلطان ابراهیم در قوچان دارای سرگذشت جالب توجهی در این خصوص است. گنبد مرتفع این بنا بر اثر زمین لرزه‌ای با شدت 9/6 ریشتر در سال 1851م تخریب گردید. این گنبد بعدها با استفاده از تیرهای چوبی محافظ، بازسازی شد. 42 سال پس از زمین لرزه اول، زمین لرزه دیگری با شدت 1/7 ریشتر شهر را به طور کلی نابود ساخت. بر اساس گزارش‌های موجود، تنها ساختار باقی مانده در این شهر، گنبد بازسازی شده امامزاده سلطان ابراهیم بود که البته 2 سال بعد بر اثر زمین لرزه دیگری با شدت 8/6 ریشتر به همراه بناهای بازسازی شده اندک موجود در شهر، نابود شد.
گنبدهایی که خوب طرح ریزی شده‌اند، از زمین لرزه‌های بزرگ بسیاری، نجات یافته‌اند. گنبد مسجد منیعی تنها ساختار باقی مانده از میان تخریب‌های ایجاد شده توسط زلزله سال 1209م با شدت 6/7 ریشتر در شهر نیشابور بود. این گنبد به همراه گنبد مسجد جامع، از زلزله مهم سال 1270م با شدت 1/7 ریشتر هم نجات یافته بود. گزارشی از تخریب ایجاد شده بر اثر زمین لرزه بزرگ سال 1780م با شدت 7/7 ریشتر در تبریز توسط Morier (1812 م) نشان می‌دهد که گنبدهای بزرگ بهتر از دیگر ساختارها، شدت زمین لرزه را تحمل کرده‌اند. گزارش‌های دیگری نیز از عملکرد بهتر ساختارهای گنبدی در برابر زمین لرزه‌های عظیم موجود است.
باروها و دیوارهای شهر
به طور کلی دیوارهای شهر و باروها در ایران دارای مقاومت بالایی در برابر زمین لرزه‌ها نبوده‌اند. ساختمان نسبتا ضعیف این ساختارهای سنگی یا خشتی حجیم به اضافه ضعف ذاتی آنها در جهت عمود بر سطح افقی دیوار، آنها را در برابر لرزش‌های ایجاد شده بر اثر زمین لرزه، حساس می‌سازد. این ساختارها، به همراه مناره‌ها و سردرهای مرتفع، جزء نخستین ساختارهای تاریخی هستند که در برابر زمین لرزه تسلیم شده‌اند. گزارش‌های موجود از تخریب این ساختارها در طول زمین لرزه‌های کوچک‌تر با شدت 0/5 تا 0/6 ریشتر نیز بسیار هستند. تعداد کمی از دیوارهای آجری و برج‌های خوب طرح ریزی شده مانند بقایای دیوار شهر یزد، در برابر زمین لرزه‌ها مقاومت بیشتری داشته‌اند.
برج‌های آجری باریک و بلند:
گروه دیگر از ساختارهای منفرد ایستاده با اهمیت تاریخی شامل برج‌های آجری باریک و بلندی هستند که بیشتر دارای کارکرد برج دیده بانی یا برج راهنما و دودکش‌های بلند کوره‌های آجری قدیمی بوده‌اند. واکنش این ساختارها در برابر زمین لرزه همانند مناره‌ها به مقدار تکرار موج زمین لرزه در حال حرکت مرتبط بود. باریک بودن این ساختارها باعث می‌شود تا این نوع بناها در برابر تکرار زمین لرزه و قدرت آن، انعطاف پذیر باشند. بنابراین به نظر می‌رسد که امکان مقاومت این بناها در برابر زمین‌لرزه بالا است. امروزه نمونه‌های بسیار و منحصر به فردی نیز از بقاء این ساختارها در برابر زمین لرزه‌ها موجود است. برج جام که بین سال‌های 1163م تا 1203م ساخته شده و برج کج کیرات که در اواخر قرن 11م بنا شده و برج خسروگرد با ارتفاع 30 متر که به اوایل قرن 12م تاریخگذاری شده، تنها سه نمونه از بناهای منحصر به فردی هستند که در برابر زمین لرزه‌ها مقاومت نموده‌اند.
آب انبارها
آب انبارها بیشتر در مناطق خشک مرکزی و جنوبی ایران دیده می‌شوند. این امکان نیز وجود دارد که آب انبارها در بیابان‌های نمکی بزرگ کشورهای همسایه و در امتداد سواحل جنوبی کشور یافت شوند. فعالیت‌های وابسته به زمین لرزه در این مناطق دارای تکان‌های زیاد با قدرت کم در مقایسه با تکان‌های کم با قدرت زیاد دربخش‌های شمالی کشور است. واکنش گنبدهای این آب انبارهای دایره شکل در برابر زمین لرزه بی‌شباهت به واکنش گنبدهای بلند نیست. به طور کلی مقاومت این بناها در برابر نیروی زلزله، به واسطه شکل معمارانه آنها، بسیار بالا است. به طوری که هر آسیبی که بر اثر زمین لرزه‌های شدید به آب انبارهای جنوب ایران وارد شود، به دلیل مواد نامرغوب و شیوه ساخت آنها خواهد بود. ویرانی ناگهانی برخی از آب انبارهای سنگی در طول زمین لرزه اخیر در خنج با شدت 2/5 ریشتر تنها می‌تواند به دلیل ضعف ساختمانی این نوع بناها بوده و ارتباطی به مقاومت آنها در برابر زمین‌لرزه نداشته باشد. آب انبارهای آجری کرمان به دلیل شیوه ساخت بهتر و اندازه بزرگتر، بر اثر تکان‌های پی در پی در طی دو قرن گذشته، آسیب کمی دیده‌اند.
پلها و بندها
نابودی کلی پلها به هنگام زمین لرزه‌های تاریخی به وقوع پیوسته در طی سال‌های 1440م با شدت 1/7 ریشتر در قیر و کارزین و سال 1678م در لاهیجان با شدت 5/6 ریشتر و سال 1679 م با شدت 2/6 ریشتر در ایروان و سال 1780 م در تبریز با شدت 7/7 ریشتر و 1809م با شدت 5/6 ریشتر در آمل گزارش شده است. همچنین بسیاری از منابع به آسیب دیدگی پلها در برابر زمین لرزه‌هایی با شدت کمتر نیز اشاره کرده‌اند. آسیب‌ها بیشتر نمای خارجی و دیوارهای محافظ پلها را شامل می‌شود. آسیب وارده به قسمت‌های فوقانی پل قدیمی لوشان، بر اثر زمین لرزه سال 1990م منجیل (شدت مکان پل، I = VII) نمونه بارزی از این نوع تخریب‌ها است. اما تنها منبع در ارتباط با بندها، به زلزله سال 1844م با شدت 4/6 ریشتر در کاشان بازمی‌گردد. دو بند با مصالح بنایی در منطقـﮥ مربوط به مرکز زلزله قرار داشتند که آسیبی ندیده بودند.
مقیاس شدت زمین‌لرزه برای بناهای تاریخی در ایران
در این بخش، تلاش شده است تا به مقیاس شدت زمین لرزه در ساختارهای تاریخی دوره اسلامی ایران شکل داده شود. مقیاس شدت پیشنهاد شده، بر پایه مدارک تاریخی مرتبط با عملکرد زمین لرزه در این ساختارها است. در حدود صد زمین لرزه تاریخی و جدید برای تخمین شدت موج‌های سطحی، M، توسط Ambraseys و Melville (1982) و نوری (1996) برای این منظور انتخاب شده است. Ambraseys و Melville از 262 زمین لرزه که در طول قرن 20 در ایران به وقوع پیوسته، استفاده کرده‌اند، که مقادیر شدت (M)، شعاع محسوس (r´)، شکل تازه‌ای را به فاصله متوسط از مرکز تکانی که توسط یک شدت IV (MM) احساس شده بود، می‌دهد، و بالاترین شدت زمین لرزه (₀I) اندازه‌گیری شده، که در مقیاس مرکالی (مقیاس اندازه‌گیری زلزله که شدت خسارت وارده بر اثر زمین لرزه را نشان می‌دهد) اصلاح شده، مورد استفاده قرار گرفت که در نتیجه آن، نسبت زیر به دست آمد:
M=o/74 + 1/98 log (r´) + 0/28 (I0)
ارتباط نزدیکتر و مستقیم بین شدت موج‌های سطحی (M) و بالاترین شدت زمین لرزه (₀I)، برای وقایعی که برآورد شعاع محسوس آنها (´r) ممکن نبود، مورد استفاده قرار گرفت، که توسط Ambraseys و Melville نیز در (1982) ارائه شده است:
M=0/77 (I0) – 0/07
با توجه به برآورد شدت MM در مکان یک بنای منحصر به فرد (1)، با فاصله اندک از مرکز زمین لرزه، نسبت افت قدرت امواج که توسط Esteva و Rozenblueth (1964) مورد استفاده قرار گرفت، به شرح ذیل است:
I=8/16 + 1/45 – 2/46 1n(R)
جایی که R مساوی است با فاصله مکانی (در کیلومتر) از اطراف مرکز. با استفاده از نمودارهای (3)ـ(1) این امکان وجود دارد تا شدت زمین‌لرزه را برای مکان بناهای تاریخی مورد بررسی، تخمین زد.
پیش‌تر بحث شد که با توجه به عملکرد زمین لرزه‌ها، اشکال ساختمانی به 5 دسته قابل تقسیم هستند. این اشکال شامل: 1) دیوارهای شهر و باروها، عناصر غیر باربر از مجموعه‌های ساختمانی با نقش ثانوی شامل مناره‌ها، برج‌ها و سردرهای مرتفع؛ 2) بناهای چند گنبدی کوتاه و طاقدار؛ 3) گنبدهای مرتفع و آب انبارهایی با پلان دایره‌ای شکل؛ 4) بناهای متقارن منفرد ایستاده؛ 5) بندها و پلهای بنایی. تصویر شماره (6)، منطقه شدت آسیب‌دیدگی را برای تعیین مکان بیشترین قسمت آسیب‌دیده ساختار و قسمتی که بیشترین بقا را دارد نشان می‌دهد به طوری که مکان شدت برای ساختار باقی مانده، برای گروه ساختمان‌های (1) مشخص شده است. در این تصویر، دایره‌های توپر آسیب یا تخریب وارده بر اثر یک شدت خاص را در ساختارهای گروهی نشان می‌دهد. 5 درصد از شدت تخریب کمتر و شدت بقا بیشتر را به عنوان داده‌ای استثنایی فرض می‌کنیم، در نتیجه ما به ردیفی از تفکیک روشن میان دو منطقه آسیب دیده و سالم دست خواهیم یافت. تصاویر 9ـ7 به ترتیب میزان آسیب‌ها و عدم آسیب‌ها را در گروه‌های ساختمانی (4)ـ(2) نشان می‌دهد. ما ممکن است به خطوط تجزیه مشابه برای ساختارهای گروهی (4)ـ(2) نیز که در این تصاویر آشکار هستند، دست یابیم. داده‌های آماری موجود در رابطه با عملکرد زمین لرزه بر پلها و بندهای بنایی (گروه 5)، برای ارزیابی مشابهی که ادامه داشته باشد، کافی نبود. با استفاده از نتایج به دست آمده در تصاویر 9ـ6، به علاوه بررسی‌های دیگر از جمله واکنش ساختمان‌های عادی در برابر زمین لرزه‌های مشابه و مقیاس شدتی که در ابتدا توسط Ambraseys و Melville (1982) برای این قبیل بناها پیشنهاد شد، یک مقیاس شدت (ih) برای ساختارهای تاریخی دوره اسلامی ایران در جدول شماره (1) تهیه و ارائه شد.
جدول شماره 1: مقیاس شدت پیشنهادی(lh) برای ساختارهای تاریخی دوره اسلامی ایران
ترتیب شدت
تقریبی (MM) Ih
1 ≤ VII آسیب نه چندان قابل توجه به ساختارهای تاریخی به جز ساختارهای سست و به شدت آسیب دیده در برابر شرایط جوی
2 VII-VIII آسیب اندک به ساختارهای بلند و باریک. ممکن است برخی مناره‌های بلند، سنگی، یا برج‌های خشتی واژگون شوند. آسیب اندک به دیوار سنگی سخت یا استحکامات خشتی و برج‌ها. آسیب جزئی به سردرهای بلند و بخشهای غیرباربر بناها و پلهای سنگی. ترک خوردگی اندک در دیوارهای باربر بناهای مهم، بدون آسیب به سقفها
3 VIII-IX آسیب وسیع به بناهای چند گنبدی و طاقدار موجود در مجموعه بناها از قبیل بازارها، مساجد، زیارتگاه‌ها، حمام‌ها، مدارس، کاخ‌ها و کاروانسراها. برخی طاقها و گنبدهای کوتاه ممکن است تخریب شوند حال آنکه گنبدهای بلند و بزرگتر که بهتر ساخته شده اند، سالم باقی بمانند.آسیب شدید به پلها
4 IX-X بیشترین آسیب وارده به بناهایی با مصالح بنایی تاریخی شامل گنبدهای بلند تالارهای مرکزی است. تنها بناهای تاریخی همچنان پابرجا، ساختارهای متقارن، منفرد با شکاف‌های کوچک هستند. برخی از آب انبارهای گنبدی شکلی که بهتر ساخته شده اند، همچنان سالم مانده‌اند. پلها فروریخته‌اند اما ممکن است بندها سالم باقی مانده باشند.
5 X ویرانی کلی تمام ساختارهای تاریخی
نتایج
همانگونه که در این مقاله بحث شد، مطالعه صورت گرفته بر روی منابع تاریخی در مورد واکنش ساختارهای بزرگ در برابر زمین لرزه، ما را به نتایج زیر هدایت می‌کند:
1) ساختارهایی از قبیل عناصر حفاظت نشده و غیر باربر، شامل مناره‌ها، برج‌ها، سردرهای مرتفع، نماهای خارجی، به علاوه دیوارهای شهر و باروها، آسیب پذیرترین سیستم‌های ساختمانی هستند. واکنش این بناها در برابر زمین لرزه تنها در نتیجه تکان زمین نیست بلکه به مقدار تکرار موج‌های در حال حرکت و جهت قوی‌ترین قسمت‌های زمین لرزه نیز بستگی دارد.
2) طاقهای مرتفع و کوتاه، بسیار در معرض سرعت و شتاب زمین لرزه در جهت عمود بر طاق هستند.
3) عملکرد زمین لرزه در بناهای پوشیده شده با چند گنبد و حفاظت شده با ستون‌ها، بستگی به اندازه و استحکام این ستون‌ها دارد. به طور کلی تخریب یک گنبد، بر اثر ناتوانی ستون‌های نگهدارنده آن است.
4) گنبدهایی که مرتفع بوده و خوب طرح ریزی شده‌اند، در برابر تکان‌ها آسیب کمتری دیده‌اند. آسیب یا تخریب جزئی در یک گنبد مرتفع به احتمال زیاد بر اثر ضعف گنبد و نه ناتوانی دیوارهای حمایت کننده آن است.
5) بناهای متقارن، بلند و منفرد ایستاده، بیشتر از سایر بناها عملکرد مطلوب زمین لرزه را نشان می‌دهد. تراکم دیوار بلند، به دلیل شکاف‌های کوچک، و توانایی نیروهای مقاوم در تمام جهات، دو عامل عمده جهت مقاومت آنها در برابر زمین لرزه محسوب می‌شود.
6) مبنی بر شدت مکانی مورد تخمین و نظر به عملکرد زمین لرزه گزارش شده، یک مقیاس شدت برای ساختارهای تاریخی ایران پیشنهاد شده است. مقیاس شدت پیشنهاد شده کمک خواهد کرد تا میزان آسیب پذیری انواع مختلف بناهای تاریخی در ایران و کشورهای خاورمیانه، ارزیابی شود و این امکان وجود دارد تا مبنایی برای شیوه‌های تقویت و به روز در آمدن این بناهای با ارزش ملی و جهانی بالا باشد.
منابع
Ambraseys, N. N., and Melville, C. P. (1982). A history of Persian earthquakes, Cambridge University Press, London.
Esteva, L., and Rosenblueth, E. (1964). “Espectros de temblares a distan
-cias moderadas y grandes.” Bul. Soc. Mex. Ing. Sismol., 2(1), 1–18 (in Spanish).
Hami, A. (1990). “Building materials.” Publ. No. 2042, Tehran University Press (Persian).
Maheri, M. R. (1990). “Engineering aspects of the Manjil, Iran earthquake of 20 June 1990.” A field report by EEFIT, Earthquake Engineering Field Investigation Team (EEFIT), Institute of Civil Engineers, London.
Morier, J. (1812). A journey through Persia, Armenia and Asia Minor to Constantinopole in the years 1808 and 1809, Longman, London.
Nouri, Z. (1996). “A study on dynamic properties of Persian earthquakes.” Pub. No. 213, Building And Housing Research Center of Iran (BHRC-IR).
Razani, R., and Lee, K. L. (1973). The engineering aspects of the Qir earthquake of 10 April 1972 in southern Iran, National Academy of Science, Washington.
Zemarshidi, H. (1989). Building construction with traditional materials, Afshar, Tehran (Persian).