مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله با جداسازی لرزه ای
امروزه دو رویکرد برای بهسازی ساختمان در برابر بارهای لرزه ای وجود دارد یکی ساخت ساختمان های بسیار مقاوم که در آن اعضا در مقابل بارهای لرزه ای مقاومت می کنند و در رویکرد دوم با استفاده از جداساز از ورود نیروهای لرزه ای (مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله با جداسازی لرزه ای) به اعضا جلوگیری می شود.
امروزه دو رویکرد برای بهسازی ساختمان در برابر بارهای لرزه ای وجود دارد یکی ساخت ساختمان های بسیار مقاوم که در آن اعضا در مقابل بارهای لرزه ای مقاومت می کنند و در رویکرد دوم با استفاده از جداساز از ورود نیروهای لرزه ای (مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله با جداسازی لرزه ای) به اعضا جلوگیری می شود.
در روش جداسازی لرزه ای ، سازه بر روی تکیه گاه هایی که قابلیت تغییر شکل جانبی زیادی دارند قرار می گیرد. در صورت وقوع زلزله، عمده تغییرشکل ها در تکیه گاه رخ داده و سازه مانند جسمی صلب با تغییر شکل های کوچکی ارتعاش می کند.
نصب جداگر باعث افزایش زمان تناوب و میرایی سازه می گردد و بدین ترتیب به جای تقویت ظرفیت باربری سازه نیاز لرزه ای کاهش می یابد. به عبارت ساده تر به جای آنکه نیروی زلزله وارد سازه شده و تمهیداتی برای مقابله با آن در نظر گرفته شود از ورود نیروی زلزله به سازه جلوگیری شده و نیروی زلزله در تراز جداساز میرا می شود. تدوین و انتشار دستورالعمل ها و ضوابط طراحی و اجرای جداساز لرزه ای در ایران نشان می دهد تصمیم گیری و هدف گذاری بر استفاده از این تکنولوژی در کشور وجود دارد و در حال حاضر نیز سازه هایی با جداساز لرزه ای طراحی و اجرا گردیده است.
جداسازی لرزه ای چیست؟
جداسازی لرزه ای یکی از روش های کنترل ارتعاشات لرزه ای با جدا سازی سازه از زمین در ساختمان ها و پل ها است. در این روش بر خلاف روش های مرسوم در مقاوم سازی و بهسازی لرزه ای که موجب افزایش سازه می شود، تمرکز بر روی کاهش پاسخ لرزه ای و نیرو و شتاب ورودی زلزله به سازه است.
به عبارتی اصل جداسازی لرزه ای بر ایجاد انعطاف پذیری در پایه ساختمان در صفحه افقی مبتنی است و در عین حال از اجزای میراکننده برای محدود کردن دامنه حرکت ناشی از زلزله استفاده می کند. برپایی ساختمان ها بر روی یک سیستم جداساز لرزه ای موجب جلوگیری از انتقال قسمت زیادی از حرکت افقی زمین به ساختمان می شود (اثر زلزله را تا ۸۰ درصد کاهش می دهد) که این عمل منجر به کاهش شدید شتاب های طبقات و تغییرمکان های بین طبقه ای (دریفت Drift) می شود. این روش مستلزم نصب جداسازها در یکی از طبقات ساختمان (ترجیحا تراز پی) است. پس از نصب جداساز لرزه ای تغییر شکل جانبی در آن متمرکز شده و تغییر شکل نسبی طبقات بالای آن به شدت کاهش می یابد.
لازم به ذکر است که جداگرهای لرزه ای شامل کل ابعاد ساختمان می شود و نمی توان در بخشی از سازه آن ها را استفاده کرد زیرا این عمل باعث ایجاد تفاوت در جابجایی دو بخش ساختمان می شود.
دوره تناوب سازه هایی که در آن از جداگر استفاده شده است به دلیل کاربرد این جداگرها ۲ تا ۴ ثانیه تخمین زده می شود. همین طور در ساختمان هایی که بر روی خاک های خیلی ضعیف یا ساختمان خیلی بلندمرتبه می باشد و انعطاف پذیری ممکن است مقدور نباشد استفاده از جداگر می تواند بسیار سودمند باشد.
در جدا سازی لرزه ای دوره تناوب اصلی سازه به کمک تجهیزاتی که بین روسازه و بخش پایین دست آن قرار می گیرد، افزایش می یابد. از این رو ساز و کارهایی به منظور استهلاک انرژی در سامانه جداسازی تعبیه می گردد تا ضمن محدود نمودن تغییر مکان، شتاب سازه نیز کاهش یابد.
بنابراین لازم است یک سامانه جداسازی دارای قابلیت های زیر باشد:
1- بتواند نیروهای قائم ناشی از وزن و پاسخ زلزله در زمان زلزله را تحمل کند؛
2- در جهت افقی انعطاف پذیری لازم را تامین نماید؛
3- قابلیت جذب انرژی داشته باشد.
این قابلیت ها می تواند به طور همزمان در یک وسیله تامین شود یا به کمک چند وسیله آنها را برای سامانه جداسازی فراهم آورد. علاوه بر این طراح ممکن است برای محدود نمودن تغییر مکان جداسازها، در سامانه جداسازی لرزه ای، ضربه گیرهایی نیز پیش بینی نماید.
دو گروه اصلی از جداساز های لرزه ای که برای کنترل نیروی منتقل شده به روسازه در ساختمان ها استفاده می شوند:
۱- استفاده از جداساز های لاستیکی برای افزایش دوره تناوب طبیعی سازه
۲- استفاده از جداسازهای اصطکاکی و کنترل حداکثر نیروی منتقل شده به روسازه و استهلاک انرژی در محل جداساز
جداسازها باید مقاومت لازم برای تحمل وزن سازه روی خود را داشته باشند.
انواع جداسازهای لرزه ای
به طور کلی جداسازهای لرزه ای را می توان به دو دسته جداسازهای لاستیکی و جداسازهای اصطکاکی تقسیم بندی کرد.
جداسازهای زیر از جداسازهای لاستیکی به شمار می روند:
- جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی(و میرایی کم)؛
- جداسازهای لاستیکی با میرایی زیاد؛
- جداسازهای لاستیکی با هسته ی سربی.
از جداسازهای اصطکاکی به طور عمده جداسازهای زیر در صنعت تولید می شوند:
- جداسازهای اصطکاکی؛
- جداساز های الاستیک اصطکاکی؛
- جداساز های اصطکاکی پاندولی.
برای استفاده ی همزمان از قابلیت های جداسازهای لاستیکی و اصطکاکی، این دو سامانه در موارد زیر با هم ترکیب شده اند:
- ترکیب سری جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی؛
- ترکیب موازی جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی.
عملکرد در برابر بار های فشاری
در جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی با فرض یکسان بودن ارتفاع لایه ها، اگر ضخامت لایه های لاستیک را کاهش داده و تعداد آن را افزایش دهیم (ضریب شکل یک بعدی بزر گتر) به سختی قائم جداساز افزوده و نیرو و تغییر شکل رابط هی خطی پیدا خواهند کرد. از سوی دیگر با ضخیم تر شدن ضخامت یک لایه لاستیک و کاهش ضریب شکل یک بعدی، سختی قائم کاهش یافته و جداساز قادر به کاهش اثر نیروها در جهت قائم می گردد.
عملکرد در برابر بارهای کششی
جداسازهای لاستیکی با ورق های فولادی در مقابل نیروی کششی رفتاری دو خطی از خود نشان می دهند. سختی کششی این جداسازها به مراتب از سختی آنها در جهت فشاری کم تر است. با تداوم اعمال بار کششی در جداسازها لاستیک از فولاد جداشده و حفره هایی در بین لایه های لاستیک وفولاد پدید می آید. بروز این حفره ها موجب کاهش میزان سختی قائم در جهت فشاری تا حد ۵۰ درصد میزان اولیه می گردد. از این رو تحت کشش قرار گرفتن این جداسازها اثر منفی بر روی آنها داشته و توصیه نمی گردد. به عبارتی حداکثر میزان قابل قبول تنش کششی وارده ۱۰ تا ۲۰ کیلوگرم بر متر مکعب است.
همچنین در جداگرهای مفصل لاستیکی به علت این که لاستیک سختی پایین دارند مقاومت کمتری در مقابل نیروی کششی از خود نشان می دهد، همچنین جداگرهای دارای هسته سربی در کشش دارای محدودیت زیادی هستند. با وجود این که نوع جدید جداگرهای مفصل لغزشی که بتوانند مقداری در مقابل کشش مقاومت کنند به تازگی وارد بازار شده است. در نتیجه در طراحی ساختمان غالبا قصد دارند تا کشش در مفصل ها به کمترین میزان ممکن برسد.
جابجایی جداگرها بیشتر در طبقات بالا مشخص می شود، اما در ناحیه خطر پذیری زیاد توانایی زلزله برای جابجایی گاهی اوقات تا ۷۵ میلی متر و یا بیشتر می رسد به همین دلیل حذف هر مانعی در نزدیکی سازه که در زمان پاسخ لرزه ای سازه مانع حرکت رفت و برگشتی ( حرکت پاندولی) شود ضروری است.
با توجه به نوع مفصل جداگرها و افزایش جابجایی ساختمان در هنگام وقوع زمین لرزه ایجاد درز انقطاع در اطراف سازه برای همسازی با جابجایی سازه است ضروری است. درز انقطاع باید پایین تر از صفحه جداگر ایجاد گردد. قسمت های بالای دررز انقطاع می توان به منظور زیبایی و یا مسائل امنیتی با مصالح انعطاف پذیر پوشاند.
در آسمان خراش ها که در آنها از آسانسورهای بسیار بزرگ استفاده می گردد، نمی توان بدون در نظر گرفتن جزییات خاص آن ها را از صفحه تراز جداگر عبور داد. تاسیسات مکانیکی و برقی این ساختمان ها نیاز به توانایی تطبیق با جابجایی جداگر دارد و باید از اتصالات انعطاف پذیر در آن ها استفاده کرد؛ پی هایی که در زیر جداگر وجود دارد باید توانایی گرفتن نیرو و رساندن آن به جداگر را داشته باشند، صفحه و اتصالاتی که در بالای جداگر وجود دارد باید توانایی این که نیرو را به خوبی به جداگر برگرداند و در مقابل ممان ایجاد شده مقاومت کنند داشته باشد. تمامی این اجزا هزینه ساختمان های دارای جداگر را افزایش می دهد.
در طراحی و محاسبه باید دقت کرد که ساختمان های دارای جداگر جابجایی بسیار گسترده تری نسبت به سازه های با پایه های ثابت دارند. در تحلیل تاریخچه زمانی این سازه ها باید حتما تمام جداگرها غیر خطی مدل شود.
محل نصب جداگرها در طراحی بسیار تعیین کننده است آنها معمولا نزدیک به پی ساختمان هستند ولی نمونه های از جداگر وجود دارد که در بالای ستون و زیر سقف های سنگین نصب می شود تا نیرو وارده به ستون را کاهش دهد. پی و جداگر ، هر دو در یک تراز اجرا می گردد، اما بیشترین کاربرد آنها در پی ساختمان و یا زیر پی ساختمان استفاده می شوند و بعضی دیگر پی اضافی در محل خود دارند. انواع مختلف جداگر دارای اجزای با اندازه های مختلف هستند و لوازمی برای انتقال لنگر دارند. در جداگر مفصل لاستیکی، لنگرهای p-delta را به خود گرفته و نصف آن را به پایین و نصف آن را به بالا انتقال می دهد. در سیستم قدیمی آونگ اصطکاکی، تمام لنگرهایp-delta به بالا یا پایین انتقال پیدا می کند که این امر بستگی به جهت تقعر دارد چگونگی مقاومت در برابر لنگرها می تواند منجر به انتخاب نوع خاصی از جداگرها شود.
ستون ها و دیگر اجزا ساختمان باید دقیقا در بالای جداگر نصب گردد و در ساختمان های موجود طبقات فوقانی کاملا در جای خود هستند یک راه کلیدی، انتقال بار مرده به وسیله شمع در ساختمان و بریدن زیر ستون های آزاد شده است، اجرای یک پی جدید و یک صفحه افقی جدید بر روی جداگر نصب شده تا انتقال بار سازه به جداگرها مقدور شود و سپس شمع ها برداشته می شود.
مزایای جداسازی لرزه ای عبارتست از:
- حفظ کاربری سازه در حین و پس از زلزله و تأمین سطح عملکرد بی وقفه (IO)
- کاهش نیروی زلزله وارد شده به سازه تا بیش از 60 %
- رساندن خسارات سازه ای و غیر سازه ای به صفر
- کاستن از حجم مصالح مورد نیاز برای ساخت و ساز تا بیش از ۲۰%
- کاهش ضرورت استفاده از سیستم های باربر جانبی چون مهاربند یا دیوار برشی
- قابلیت استفاده در سازه های موجود
* بخشی از این نوشته از سایت سبزسازه گرفته شده است.
دیدگاه های ارسال شده توسط شما، پس از تایید توسط تین نیوز در وب منتشر خواهد شد.
تین نیوز نظراتی را که حاوی توهین یا افترا است، منتشر نمی‌کند.
پیام هایی که به غیر از زبان فارسی یا غیر مرتبط باشد منتشر نخواهد شد.
انتشار مطالبی که مشتمل بر تهدید به هتک شرف و یا حیثیت و یا افشای اسرار شخصی باشد، ممنوع است.
جاهای خالی مشخص شده با علامت {...} به معنی حذف مطالب غیر قابل انتشار در داخل نظرات است.