कैसे बने वास्तु सम्मत मंदिर..?

कैसे बने वास्तु सम्मत मंदिर..????? विश्व में धर्म के प्रति आस्था रखने वाले देवी-देवताओं की पूजा करते हैं। देवी-देवताओं की पूजा-प्रार्थना, आराधना करने के लिए मंदिर, मस्जिद, गुरुद्वारे, चर्च, मठ इत्यादि धार्मिक स्थलों का निर्माण किया जाता है। प्राचीन काल से भारत में पूजा के लिए भव्य मंदिरों का निर्माण किया जाता रहा है। सदियों पहले निर्मित हुए कई प्राचीन मंदिरों के प्रति जनमानस में आज भी अनंत श्रद्धा है। इन मंदिरों की कृति समय के साथ-साथ बढ़ती ही जा रही है जैसे-जम्मू स्थित माता वैष्णों देवी का मंदिर, कोलकाता का कालीमाता का मंदिर, काशी विश्वनाथ मंदिर, तिरुपति बालाजी का मंदिर आदि। मंदिर का अर्थ :- मंदिर का अर्थ होता हैं मन से दूर कोई स्थान। मंदिर को हम द्वार भी कहते हैं। जैसे रामद्वारा, गुरुद्वारा आदि। मंदिर को आलय भी कह सकते हैं ‍जैसे ‍की शिवालय, जिनालय। लेकिन जब हम कहते हैं कि मन से दूर जो है वह मंदिर तो, उसके मायने बदल जाते हैं।द्वारा किसी भगवान, देवता या गुरु का होता है, आलय सिर्फ शिव का होता है और ‍मंदिर या स्तूप सिर्फ ध्यान-प्रार्थना के लिए होते हैं, लेकिन वर्तमान में उक्त सभी स्थान को मंदिर कहा जाता है जिसमें की किसी देव मूर्ति की पूजा होती है। ।।ॐ।। ।।यो भूतं च भव्या च सर्व यश्चादधि‍ति‍ष्ठाति‍। स्व।र्यस्यव च केवलं तस्मैि ज्येथष्ठारय ब्रह्मणे नम:।।-अथर्ववेद 10-8-1 भावार्थ :-जो भूत, भवि‍ष्य् और सबमें व्याकपक है, जो दि‍व्यचलोक का भी अधि‍ष्ठा ता है, उस ब्रह्म (परमेश्वर) को प्रणाम है। वहीं हम सब के लिए प्रार्थनीय और वही हम सबके लिए पूज्जनीय है। परिभाषा :- मन से दूर रहकर निराकार ईश्वर की आराधना या ध्यान करने के स्थान को मंदिर कहते हैं। जिस तरह हम जूते उतारकर मंदिर में प्रवेश करते हैं उसी तरह मन और अहंकार को भी बाहर छोड़ दिया जाता है। जहाँ देवताओं की पूजा होती है उसे 'देवरा' या 'देव-स्थल' कहा जाता है। जहाँ पूजा होती है उसे पूजास्थल, जहाँ प्रार्थना होती है उसे प्रार्थनालय कहते हैं। वेदज्ञ मानते हैं कि भगवान प्रार्थना से प्रसन्न होते हैं पूजा से नहीं। वास्तु रचना :- प्राचीन काल से ही किसी भी धर्म के लोग सामूहिक रूप से एक ऐसे स्थान पर प्रार्थना करते रहे हैं, जहाँ पूर्ण रूप से ध्यान लगा सकें, मन एकाग्र हो पाए या ईश्वर के प्रति समर्पण भाव व्यक्त किया जाए। इसीलिए मंदिर निर्माण में वास्तु का बहुत ध्यान रखा जाता है। यदि हम भारत के प्राचीन मंदिरों पर नजर डाले तो पता चलता है कि सभी का वास्तुशील्प बहुत सुदृड़ था। जहाँ जाकर आज भी शांति मिलती है। यदि आप प्राचीनकाल के मंदिरों की रचना देखेंगे तो जानेंगे कि सभी कुछ-कुछ पिरामिडनुमा आकार के होते थे। शुरुआत से ही हमारे धर्मवेत्ताओं ने मंदिर की रचना पिरामिड आकार की ही सोची है। ऋषि-मुनियों की कुटिया भी उसी आकार की होती थी। हमारे प्राचीन मकानों की छतें भी कुछ इसी तरह की होती थी। बाद में रोमन, चीन, अरब और युनानी वास्तुकला के प्रभाव के चलते मंदिरों के वास्तु में परिवर्तन होता रहा। मंदिर पिरामिडनुमा और पूर्व, उत्तर या ईशानमुखी होता है। कई मंदिर पश्चिम, दक्षिण, आग्नेय या नैरत्यमुखी भी होते हैं, लेकिन क्या हम उन्हें मंदिर कह सकते हैं? वे या तो शिवालय होंगे या फिर समाधि-स्थल, शक्तिपीठ या अन्य कोई पूजा-स्थल। मंदिर के मुख्यत: उत्तर या ईशानमुखी होने के पीछे कारण यह कि ईशान से आने वाली उर्जा का प्रभाव ध्यान-प्रार्थना के लिए अति उत्तम माहौल निर्मित करता है। मंदिर पूर्वमुखी भी हो सकता हैं किंतु फिर उसके द्वार और गुंबद की रचना पर विशेष ध्यान दिया जाता है। प्राचीन मंदिर ध्यान या प्रार्थना के लिए होते थे। उन मंदिर के स्तंभों या दीवारों पर ही मूर्तियाँ आवेष्टित की जाती थी। मंदिरों में पूजा-पाठ नहीं होता था। यदि आप खजुराहो, कोणार्क या दक्षिण के प्राचीन मंदिरों की रचना देखेंगे तो जान जाएँगे कि मंदिर किस तरह के होते हैं। ध्यान या प्रार्थना करने वाली पूरी जमात जब खतम हो गई है तो इन जैसे मंदिरों पर पूजा-पाठ का प्रचलन बड़ा। पूजा-पाठ के प्रचलन से मध्यकाल के अंत में मनमाने मंदिर बने। मनमाने मंदिर से मनमानी पूजा-आरती आदि कर्मकांडों का जन्म हुआ जो वेदसम्मत नहीं माने जा सकते। नगरों के विकास के साथ-साथ मंदिरों का निर्माण होता रहता हैं। समय-समय पर पुराने मंदिरों का जीर्णोद्धार भी किया जाता है, उनका सौंदर्यीकरण किया जाता है। मंदिर और मठ चीन के बौध धर्म के वास्तु निर्माण में गिना जाता है ,मंदिर का निर्माण सब से पहले भारत में आरंभ हुआ था , चीन के उत्तरी वुई राज्यकाल में मंदिर का निर्माण जोरों पर चलने लगा । मंदिरों व मठों के विकास से चीन के सामंती समाज के सांस्कृतिक विकास तथा धार्मिक उत्पत्ति व ह्रास की झलक मिलती है , जिस का बड़ा एतिहासिक मूल्य और कला का महत्व होता है । प्राचीन काल में चीनी लोग वास्तु निर्माणों में यन-यांग वाले चीनी दर्शन शास्त्र के विश्व दृष्टिकोण पर विश्वास रखते थे और निर्माणों में संतुलन ,सममिति और स्थायित्व का सौंदर्य बौध मानते थे , इस से प्रस्थान हो कर चीन के बौध मंदिर निर्माणों में पूर्वज भक्ति तथा ब्रह्मण कर्म का विशिष्ट समावेश देखा जा सकता है , मंदिर की संरचना चतुर्कोण है , बींचोंबीच के धुरी पर मुख्य भवन का निर्माण है और दोनों तरफ समानांतर वास्तु निर्माण होते हैं , पूरे निर्माण समूह के संतुलित और सुव्यवस्थित होने पर बल दिया जाता है । इस के अलावा उद्यान सरीखा मंदिर भी चीन में देखने को बहुत पाता है । इन दोनों शैली के प्रयोग से चीन के मंदिर और मठ देखने में बड़ा भव्य और गांभीर्य लिए हुआ है , साथ ही उस में असाधारण प्राकृतिक सौंदर्य और गहन चेत भाव व्यक्त होता है । निर्माण संरचना पर प्राचीन काल के चीनी मंदिर और मठ के सामने बीचोंबीच मुख्य द्वार होता है , उस की दोनों तरफ घंटा टावर और ढोल टावर है , मुख्य द्वार पर दिगिश्वर भवन है , मुख्य द्वार के भीतर चार वज्रधर मुर्तियां विराजमान है , मंदिर के भीतर क्रमशः महावीर भवन तथा सूत्र भंडारण भवन आता है , उन के दोनों तरफ भिक्षु निवास और भोजनालय है । महावीर भवन बौध मंदिर का सब से अहम और सब से बड़ा भवन निर्माण है , भवन में महात्मा बुद्ध की प्रतीमा विराजमान है । स्वी और थांग राज्य काल से पहले चीन के मंदिरों में मुख्य दरवाजे के बाहर या प्रांगन के भीतर स्तूप बनाये गए थे , उस के पश्चात मंदिर के भीतर बुद्ध भवन स्थापित किया गया और स्तूप अलग जगह बनाये जाने लगा । यदि यह निर्माण या जीर्णोद्धार वास्तु अनुरूप होता है, तो भक्तों का उस मंदिर के प्रति आकर्षण बना रहता है। जहां भक्तों की भीड़ पूजा-प्रार्थना करने के लिए प्रतिदिन आती रहती है। भक्त मन्नतें मांगते हैं। ऐसे मंदिरों में चढ़ावा भी खूब आता है। पर इसके विपरीत मंदिरों का निर्माण या पुराने मंदिरों का जीर्णोद्धार करते समय वास्तु सिद्धांतों की अवहेलना हो जाती है। तो ऐसे मंदिरों के प्रति भक्तों का आकर्षण कम हो जाता है। वहां दर्शन-पूजन करने लोग कम आते हैं, और भक्तों के मन में विशेष श्रद्धा भी नहीं होती है। ''विश्वकर्मा प्रकाश'' और ''समरंगन सूत्रधार'' वास्तुशास्त्र के प्रमुख प्राचीन ग्रंथ हैं। इन वास्तु ग्रंथों के अलावा भी हमारे कई प्राचीन ग्रंथों जैसे-रामायण, महाभारत, मत्स्य पुराण इत्यादि में वास्तु के बहुमूल्य सिद्धांत बिखरे पड़े हैं। जहां धर्म के माध्यम से इस शास्त्र के लोकोपयोगी सिद्धांतों को व्यवहार में लाने की पुष्टि होती है। बाल्मिकी रामायण में भगवान श्री राम के मुख से वास्तु संबंधी कुछ महत्वपूर्ण सूत्र कहलाए गए हैं। किष्किंधा कांड में जब श्रीराम व लक्ष्मण बाली वध के उपरांत प्रस्रवण पर्वत पर निवास के लिए अनुकूल स्थान की तलाश कर रहे थे, तब पर्वत की सुंदरता का वर्णन करते हुए एक स्थान पर रुककर वे अपने अनुज लक्ष्मण से कहते है-''लक्ष्मण, यह स्थान देखो इस स्थान का ईशान नीचा व पश्चिम ऊंचा है यहां पर पर्णकुटी बनाना श्रेष्ठ रहेगा। यह स्थान सिद्धि दायक एवं विजय दिलाने वाला है।'' सभी ग्रंथों में ऐसी भूमि की प्रशंसा मिलती हैं जिसका नैऋत्य कोण ऊंचा एवं ईशान कोण नीचा हो। जैसे-भरत जब अयोध्या लौटकर आए तो उन्हें ज्ञात हुआ कि प्रजा का सोचना है कि, श्रीराम को षड्यंत्र करके भरत जी ने वनवास कराया है तब भरत दुःखी होकर रामायण के एक प्रसंग में बताते हैं-''सूर्य की ओर अभिमुख या अनभिमुख होकर मैं मल-विसर्जन करने वाला मूर्ख नहीं हूं।'' यह वास्तु सिद्धांत है कि, कभी भी पूर्व की तरफ मुंह या पीठ करके मल विसर्जन नहीं करना चाहिए। महाभारत के युद्ध का कारण इन्द्रप्रस्थ के बीचोंबीच बनवाया गया दृष्टि भ्रमित करने वाला पानी का कुंड ही था। इसलिए कोई भी भवन चाहे वह कोई धार्मिक स्थल जैसे-मंदिर, मस्जिद, गुरुद्वारा, चर्च, मठ इत्यादि ही क्यों न हों, निर्माण करते समय वास्तु सिद्धांतो का पालन अवश्य करना चाहिए। मंदिर ऐसी भूमि पर बनाएं जिसके उत्तर-पूर्व में तालाब, नदी, सरोवर, झरना इत्यादि हों और दक्षिण व पश्चिम में ऊंचे-ऊंचे पर्वत व पहाडि़यां हों। ऐसे स्थान पर बना मंदिर वैभव एवं प्रसिद्धि पाता है। जहां मंदिर का निर्माण करना हो उस भूमि का आकार वर्गाकार या आयताकार होना चाहिए। अनियमित आकार नहीं होना चाहिए। भूमि की दिशाएं ध्रुव तारे की सीध में हों अर्थात् भूमि की चारों दिशाएं समान्तर हों, कोने में न हों। मंदिर की भूमि की उत्तर, पूर्व एवं ईशान दिशा का दबा, कटा एवं गोल होना बहुत अशुभ होता है, विभिन्न प्रकार की समस्याओं का सामना करना पड़ता हैं। इसके विपरीत मंदिर की भूमि का इन दिशाओं का बढ़ा होना बहुत शुभ होता है। यदि यह दिशाएं दबी, कटी या गोल हों, तो इन्हें शीघ्र बढ़ाकर या घटाकर समकोण करके इसके अशुभ परिणामों से बचना चाहिए। भूमि का दक्षिण पश्चिम कोना 900 का होना चाहिए। गर्भ गृह के अंदर घंटा, लाउडस्पीकर इत्यादि भी नहीं लगाना चाहिए। मंदिर का घंटा सभामंडप की सीढि़यों के पास अंदर और लाउडस्पीकर सभा मंडप की छत पर लगाया जा सकता है। मंदिर के पूर्व में रोशनदान होना शुभ होता है जहां से सुबह के सूर्य की किरणें मूर्ति पर बिना किसी रुकावट के पड़े। मंदिर के गर्भगृह के पीछे कोई कमरा न हो। मंदिर की परिक्रमा करने के लिए पर्याप्त स्थान छोड़ना चाहिए ताकि भक्तों को मंदिर की परिक्रमा करने में कोई असुविधा न हो। दक्षिण या पश्चिम दिशा में स्थित गर्भ गृह वाले मंदिर के गर्भ गृह की तुलना में मंदिर प्रांगण के अन्य सभी की छत की ऊंचाई कम होनी चाहिए। दीप स्तंभ, अग्नि कुंड, यज्ञ कुंड इत्यादि आग्नेय कोण में होने चाहिए। प्रसाद, लंगर, भंडारा इत्यादि बनाने के लिए रसोईघर की व्यवस्था मंदिर प्रांगण के आग्नेय कोण में करनी चाहिए। मंदिर के गर्भ गृह में कभी भी नारियल नहीं फोड़ना चाहिए। नारियल फोड़ने की मशीन या शिला वायव्य कोण में रखने चाहिए। प्रसाद वितरण का कार्य मंदिर के ईशान कोण में होना चाहिए। मंदिर की दान पेटी उत्तर दिशा इस प्रकार रखनी चाहिए कि वह उत्तर दिशा की ओर ही खुले। मंदिर में काम आने वाले वाद्य यंत्र जैसे-ढोलक, तबले, हारमोनियम इत्यादि रखने का कमरा वायव्य कोण में बनाना चाहिए। मंदिर में भक्तों के हाथ, पैर व मुंह धोने एवं पीने के पानी की व्यवस्था मन्दिर प्रांगण के उत्तर या पूर्व दिशा में करनी चाहिए। मंदिर प्रांगण में भक्तों के बैठने के लिए बेंच दक्षिण दिशा में बनानी चाहिए। मंदिर में आने वाले भक्तों के जूते-चप्पल रखने का स्टैंड मंदिर प्रांगण में उत्तर दिशा में बनाना चाहिए। मंदिर प्रांगण में जलकुंड का निर्माण उत्तर या पूर्व दिशा में करना चाहिए। कुआं या बोर ईशान कोण में होना चाहिए। इसके विपरीत अन्य किसी भी दिशा में इनका होना अशुभ होता है। मंदिर के चारों ओर कम्पाउंड वाल अवश्य बनानी चाहिए। जहां प्रवेश द्वार पूर्व या पूर्व ईशान में होना सर्वोत्तम होता है। उत्तर या उत्तर ईशान में होना उत्तम होता है। यदि इन दो दिशाओं में द्वार रखने की स्थिति न हो तो वैकल्पिक तौर पर दक्षिण आग्नेय या पश्चिम वायव्य में भी रख सकते हैं। मंदिर के चारों ओर प्रवेश द्वार होना शुभ माना जाता है। प्रमुख प्रवेश द्वार अन्य द्वारों से ऊंचा, बड़ा एवं सुंदर बनाना चाहिए। किसी भी प्रवेश द्वार के सामने किसी प्रकार का वेध नहीं होना चाहिए-

क्‍या बहुत महंगा है भूकंपरोधी मकान बनाना? मकान बनवाते समय स्वायल टेस्टिंग करवाकर स्ट्रक्चरल इंजीनियर की मदद लेनी चाहिए

जब भी कोई बड़ा भूकंप आता है तो हर शहर में खतरनाक इमारतों का सर्वे शुरू कर दिया जाता है. भूकंपरोधी भवन बनाने के लिए सख्‍ती करने की बात होती है लेकिन थोड़े दिन बाद हम सब भूल जाते हैं. जबकि बिना भूकंप के भी कई शहरों में इमारतें गिरने की घटनाएं होती रहती हैं.सबसे बड़ा सवाल यह है कि क्‍या भूकंपरोधी मकान बनाना इतना महंगा है कि लोग इससे बचते हैं. कंफेडरेशन ऑफ रीयल एस्‍टेट डेवलपर्स एसोसिएशन ऑफ इंडिया (क्रेडाई) के अध्‍यक्ष गीतांबर आनंद कहते हैं कि निजी मकान बनाते वक्‍त लोग पैसे बचाने के चक्‍कर में उसे भूकंपरोधी नहीं बनवाते. जबकि भूकंपरोधी भवन बनाना सिर्फ 25 फीसदी ही महंगा पड़ता है.कंस्‍ट्रक्‍शन कंसल्‍टेंसी चलाने वाले सुरेश पांडे कहते हैं 15 फीसदी और रकम खर्च करके हम ज्‍यादा सुरक्षित हो सकते हैं. गुड़गांव नगर निगम के चीफ टाउन प्‍लानर रहे एससी कुश के मुताबिक भूकंप के लिहाज से सुरक्षित मकान बनाने में सिर्फ 20 से 25 फीसदी तक ही लागत बढ़ती है.नेशनल इंस्‍टीट्यूट ऑफ डिजास्‍टर मैनेजमेंट (एनआईडीएम) में जियो हेजार्ड रिस्‍क मैनेजमेंट डिवीजन के प्रमुख प्रोफेसर चंदन घोष कहते हैं कि यह भ्रम फैलाया गया है कि भूकंपरोधी बिल्‍डिंग महंगी पड़ती है.

               भूकंप के दौरान क्या आपका मकान सुरक्षित रहेगाहकीकत यह है कि ऐसे मकान बनाने में बहुत ज्‍यादा पैसा नहीं लगता. हम नई बिल्‍डिंग बनाते वक्‍त तो सावधानी बरतें ही पुरानी को भी ठीक कराएं. इसके लिए स्‍वायल टेस्‍टिंग करवाकर स्‍ट्रक्‍चरल इंजीनियर की मदद ली जा सकती है.क्या करता है स्ट्रक्चरल इंजीनियर
स्ट्रक्चरल इंजीनियर किसी निर्माण का स्ट्रक्चर से जुड़ा काम देखता है. बिल्डिंग के स्ट्रक्चर को डिजाइन करते समय वह आकलन करता है कि इमारत पर कितना लोड आएगा, किस पिलर पर कितना लोड होगा. मिट्टी की क्षमता कितनी है, उस स्थान पर भूकंप का कितना डर है. इन बातों को ध्यान में रखकर डिजाइन तैयार करता है. इसी हिसाब से कॉलम, बीम, फ्लोर, स्लैब आदि की मोटाई और उसमें सरिया आदि की संख्‍या तय होती है. ऐसा करने से मकान या बिल्डिंग सुरक्षित रहते हैं.

Constructions Consultant

Suresh Pandey

Ph. +91-8318192212

Making buildings earthquake-safe

The extent of damage to buildings depends not only on the magnitude of the earthquake, but also on the type of construction practice followed.

As science stands now, predicting the precise location, time and magnitude of earthquakes is not possible. However, the regions that are more vulnerable to quakes are well known. Much like the subduction zone off Sumatra, the Himalayan belt, in particular, is a seismically active region. As recently witnessed in Nepal and parts of India, the 7.8 magnitude earthquake ended up killing thousands of people. The culprit was unsafe buildings. After all, earthquakes do not kill, unsafe buildings do.

The extent of damage to buildings depends not only on the magnitude of the earthquake, but also on the type of construction practice followed in a particular region or country. For example, an earthquake in Tokyo or Los Angeles may result in damage of only a few buildings because strict construction regulations are adopted. But a similar earthquake may be catastrophic in Mumbai or Delhi, in terms of buildings damaged and lives lost, because the building design and construction practices are not adequately regulated.

There is much we can do to protect our buildings and thus save lives. It is possible today to assess the vulnerability of any building to earthquake, and, wherever possible, to undertake retrofit measures to make it safe.

When an earthquake strikes, the ground shakes violently, depending on several factors like the magnitude, the depth of the focus and the nature of soil. In some rare cases involving sandy soils in the presence of ground water, the soil can suddenly behave like quicksandcausing buildings to sink or tilt and collapse. In such regions, buildings should be either supported on pile foundations resting on hard strata or should be constructed after suitable ground improvement measures are undertaken.

In hilly terrains (as in the Himalayan regions), landslides are likely to be triggered, bringing down buildings located on the unstable slopes. Slope stabilising measures can help to some extent to arrest the damage.

Even if the soil and foundations in a structure are safe, collapse of a building can occur if it does not have adequate strength to resist the horizontal forces that are generated during an earthquake. Also, there should be adequate ductility, which is the ability of the structure to deform without collapsing during the earthquake. For this, it is important to ensure that the connections at the various interfaces of building components remain intact during the shaking.

The seismic forces generated increase with the mass and the height of the building. Therefore, it is desirable to adopt light-weight materials and low-rise structures in highly earthquake-prone regions, unless they are properly designed, detailed and constructed, based on the prevailing standards.

Most of the construction in India are ‘non-engineered’ and built in masonry. Often, the connections between the roof and the walls, and between cross-walls, are weak, rendering such buildings vulnerable to collapse.

There are recommendations available in our national codes on providing seismic-resistant features in such buildings — such as providing small reinforced concrete bands in the walls at the plinth, lintel (above the windows and doors) and roof levels, and various other measures to ‘tie’ the components of the building together. These measures ensure that integrity is preserved during ground shaking. The concrete bands should be horizontally continuous throughout the walls to help in tying the components of the building together. It is also important to ensure that the materials used (such as brick and mortar) as well as construction practices, should be of good quality.

Retrofitting old buildings that do not have such concrete bands is also possible. Ferrocement bands and embedded metal strips that run across the walls (horizontally and vertically) can preserve the integrity of the buildings to a large extent. 

In the case of modern buildings, which are ‘framed’ (comprising a skeleton of columns and beams, typically made of reinforced concrete) or having shear walls, it is possible to ensure safety against collapse through proper structural design and detailing, to achieve the desired strength and ductility. There should be adequate number of frames in the two perpendicular directions in plan. The frames should be more-or-less symmetrically distributed to minimise twisting of the building.

Unlike buildings that have a basement, those built on stilts — with no walls in the ground storey — are more likely to collapse, as evidenced during the 2001 Gujarat earthquake. The structural instability is triggered by yielding in the ground storey columns, causing the upper storeys to come crashing down. In this case, the vertical walls of the building do not reach the ground; they suddenly end at the first floor of the building.

As a result, a sudden discontinuity in mass and stiffness of the walls arises leading to a concentration of stresses in the ground floor columns. The embedded steel in the column yields at the beam-column junction in the ground storey causing the whole building to collapse — technically called a pancake collapse.

Buildings on stilts need to be specially designed. Columns in the stilts should be stronger and stiffer than those in the rest of the building to take the additional stress introduced by the stilt construction.

Thus, we can safeguard the lives of our people by adopting proper building design and construction practices.

AMLAN K. SENGUPTA and DEVDAS MENON

Professors, Department of Civil Engineering, IIT Madras

Earthquake-resistant structures: How safe is your home?

In the Nepal earthquake, most structures that fell within seconds of the earthquake were load bearing structures such as the Dharahara Tower in Kathmandu.

The Mumbai Metropolitan region and New Delhi-Gurgaon region has seen a spurt in the vertical growth of buildings. With the recent earthquake in Nepal, the discussion on how safe buildings and houses are in India has again gained prominence. The question on most minds is, how safe is my residential building or office building during an earthquake? 

During an earthquake, a wave propagates from the rock to the soil and then into the structure, creating a sway in the structure. The key to designing an earthquake-resistant structure is to build a ductile structure rather than a stiff structure. The extent of damage to a structure during an earthquake depends upon the distance of the epicentre from the structure horizontally as well as vertically below the ground. If the epicentre is closer to the surface, the damage tends to be larger in structures that are not resistant to earthquakes. It also depends on the type of soil. During earthquakes, certain soil such as sandy soil or deposited layers undergo soil liquefaction, causing greater damage to structures. Soil liquefaction is essentially when the soil bubbles, heaves or surges to the top surface under great pressure. Some areas in Delhi are prone to the occurrence of soil liquefaction during an earthquake, specifically those areas which have higher deposits of sandy silt or clayey soils.

Generally during an earthquake, load bearing structures have brittle failure while well-designed reinforced cement concrete (RCC) structures have ductile failure. Earthquake-resistant design is essentially about ensuring that the damage to buildings during earthquakes is of an acceptable variety, with zero human loss and also that they occur at the right places and within acceptable ranges. All legally built structures are either load bearing or RCC structures. In load bearing structures, the brick walls are thick (between 9 inches to 1 foot) and carry the load to the foundation. It may have beams and the slab is typically made of concrete with steel reinforcement. RCC structures, referred to as framed structures, are made of concrete and steel and the load is carried by columns or shear walls to the foundation resting on concrete piles. 

Load bearing structures were typically built prior to the 1970s, and have low resistance to earthquake. The bricks are stiff and have no way to either pull the structure in the direction opposite of the sway or be ductile enough to allow for small movement in the structure. Load bearing structures exhibit instantaneous failure and fall like a pack of cards. In the recent Nepal earthquake, most structures that fell within seconds of the earthquake were load bearing structures such as the Dharahara Tower in Kathmandu. One way to avoid such catastrophic failure in load bearing structures is to create a disconnect between the foundation of the building and the rest of the above ground structure by using the base isolation method or levitating the building during earthquake from its base by having an air compressor fill air between the foundation and upper storeys. Such methods have been recently adopted in USA and Japan, but so far in India, the system is not very prevalent. 

RCC framed buildings are typically about 30 ft to a few 100 ft long. Most two to fifteen storey buildings in India have stilt parking. There are no walls provided on the stilt floor creating larger flexibility in the ground structure. In an earthquake, such buildings sway like a reverse pendulum with rigidity being provided at the bottom and in such a case, the top portion of the building sways more than the bottom portion. Also, often the ground storey is a weak structure due to limited ability to carry horizontal forces. Such stilt parkings greatly reduce the earthquake resistance of a building and can fall during the earthquake. It is essential to have properly constructed in-fill walls so as to strengthen the buildings. Such strengthening should be done in consultation with a registered structural engineer.  Another method to reduce failure during earthquakes is to design a strong core shear wall in seven to 20 storey RCC structures. Typically, this is designed in the elevator area. If the shear wall is designed as per relevant code, it can provide necessary stiffness to reduce excessive sway during the earthquake. For 20+ storey buildings, it necessary to provide a combination of vibration controlled systems to avoid catastrophic failures. This is typically done by providing proper core walls as well as by providing base isolation systems. Another way to reduce vibration in tall buildings is to provide tuned mass dampers and shock absorbers. Tuned mass dampers are essentially a pendulum with a specific viscous fluid which moves the building in the opposite direction of the structure’s natural frequency, thereby avoiding catastrophic failures. Other types of energy dissipation devices such as friction dampers and yielding dampers are also adopted to reduce damage during earthquakes. 

Is Your Building Safe?In a well-designed earthquake resistant building, the basic mantra adopted is - the soil must be stronger than the foundations, the foundations must be stronger than the columns and the columns must be stronger than the beams. To decide if an existing building is safe or not, consult a competent structural engineer. Get the building assessed, and if found deficient, get it suitably retrofitted. (Handbook of Seismic Retrofit of Buildings)

While buying a new house or renting one, there are a few things one should keep in mind. 

1. Determine if the plan and elevation of a building is simple and regular. Typically, excessive architectural features that are not connected to the main frame of the building are potential seismic disasters. The building should have a simple geometrical plan such as rectangular or circular. Even in rectangular, avoid plans with excessively longer lengths in one direction. Buildings which have L, U, V, Y or H shape in plan are avoidable. If such geometries are unavoidable, one should make sure a separation joint at re-entrant corners is provided so that each side behaves as a separate unit during the earthquake. Typically, buildings with vertical setbacks such as plaza type buildings or buildings with excessive overhangs such as cantilever staircases perform poorly in an earthquake. 

2. For a structure more than two storeys, ask if it has been designed as per relevant National Building codes of India and Indian Standards. 

3. Determine if the building has adequate core shear walls. If the building has stilt parking without walls, ask if relevant ductile designing for columns has been done. 

4. Determine if the building has any columns that run within floors only and do not run all the way into the ground. Such columns are called floating columns and can reduce the structural capacity during earthquakes. 

5. The staircase is the ONLY escape route during an earthquake and should be designed so as to not fail during it. Check that the staircase slabs are integrally connected to the frame of the building to prevent collapse.

6. Ask the builder if proper geo-technical investigations have been conducted prior to the start of the design and construction process. Ask if adequate pile lengths in rock have been provided to get proper anchorage in the soil. Inquire about soil liquefaction studies and slope stability studies conducted during investigations. 

The author holds a PhD in Civil Engineering from Purdue University. She has taught at several Universities in the USA and currently is the Principal Consultant at Renuka Consultants. 

Building a House: Construction Materials you Should know About

With changing demands of infrastructure and usage of robust technology, building materials have now become more durable and technically competent. In the past few years, the construction industry has pushed modern construction methods that require a wide range of construction materials. However, be it a massive infrastructure project or any small construction, there are a number of construction materials that are commonly used in almost all construction projects. Let’s take a look at them:

1. TMT Bar

TMT bars are among the most commonly used construction materials in India. From Infrastructure projects, massive skyscrapers to small residential houses, TMT bars are used to form the basic skeleton of almost all construction projects. TMT bars or Thermo-Mechanically Treated bars are produced through a special Thermo-Mechanical Treatment process. During the process in rolling mill once the bars gets the desired diameter in rolling mill, the bars are passed through quenching process and drop their temperature suddenly. This sudden drop in temperature makes their outer layer tough by forming martensite while leaving the inner layer soft. And that is why, TMT bars are highly ductile, durable, and has superior elongation and tensile strength. This makes them economically safe and also makes them earthquake resistant. Also, usage and addition of alloying elements (Cr, Ni etc.) in the Arc Furnace during the manufacturing process of Billets from sponge iron, makes the finished product i.e., TMT Re-bar Corrosion resistant.

2. Concrete

Concrete is yet another basic innovation of technology which is made from various construction materials and widely used in construction projects. Concrete is highly versatile and can be used in a number of forms. It is used for building foundations, driveways, walls, building columns, highways, dams, fences, and much more. It is made by mixing water, cement, and aggregate. It is then moulded into various shapes. Structures that are built using concrete are usually very strong and are long lasting.

3. Cement

This is the most common binding material used in the construction industry. Upon its application, after it has been mixed with water, Coarse aggregates (Stone Chips) and sand, cement reacts with water and goes through hydration process and by forming C-S-H get binds other materials together. Cement is not only used for the construction of bridges, tunnels, walls, homes, buildings, it is also used in the form of mortar (Cement and sand mixed with water), for masonry work and plastering. It is also used in floors, beams, and staircase works. Cement is available in a wide range of types, depending on its application.

4. Bricks

Bricks are usually made using mud or clay which is then fired in a kiln before they are used. This type of brick is known as burnt clay bricks. These bricks are generally used in making walls, laying floors and requires plastering. Apart from that, there are several other types of bricks widely used in construction projects: