جداگر های لرزه ای و میراگر
جداگرهای لرزه ای و میراگرها روشی برای محافظت انواع سازه های فولادی و بتنی در برابر خسارت های ناشی از زلزله می باشند و این عمل با محدود ساختن اثر تخریبی زلزله و نه مقاومت سازه های بتنی و فلزی در برابر زلزله انجام می پذیرد. با استفاده از روش های معمول طرح لرزه ای، سازه ای طرح می شود که مقاومت، شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی کافی برای تحمل نیرو های ناشی از زلزله را دارد، در این نوع طراحی ها حداکثر شتاب سازه اغلب بیشتر از حداکثر شتاب زمین است. در صورتی که جداگرهای ارتعاشی اثر تخریبی زلزله را محدود می کنند به طوری که پایه انعطاف پذیر سازه باعث جدا شدن آن از حرکات زمین می شود و درنتیجه شتاب پاسخ سازه کم تر از شتاب زمین می شود.
شرایط لازم جهت استفاده از انواع سیستم های جداساز لرزه ای
- سازه دو طبقه یا بیشتر باشد.
- سایت اجازه جابجایی پایه در حدود 8 اینچ (20.32سانتی متر) را بدهد.
- بار جانبی به صورت باد و سایر بارهای غیر لرزه ای کمتر از 10 % وزن ساختمان باشند.
تاریخچه جداسازی پایه
ایده جداسازی پایه به عنوان یک روش برای مقابله با خسارات ناشی از زلزله نظریه جدیدی نیست و در قرن گذشته بارها توسط افراد مختلف بیان شده است. شاید اولین تحقیقات در زمینه جداسازی لرزه ای را بتوان به جان میلن انگلیسی نسبت داد. وی در دانشگاه توکیو یک نمونه آزمایشگاهی از یک ساختمان جدا شده را با قراردادن آن بر روی گوی های چدنی و شمع هایی با لبه گرد، ساخت. در سی سال اخیر با گسترش نشیمن های (Skopje) چند لایه الاستومری، جداسازی لرزه ای به یک واقعیت عملی تبدیل شده است.
نخستین مورد استفاده از یک سیستم جداساز لاستیکی برای محافظت ساختمان ها در برابر زمین لرزه، در سال 1969 در ساختمان یک مدرسه ابتدایی در اسکوپیه در کشور یوگسلاوی سابق انجام گرفت. مدرسه پستالوزی یک ساختمان سه طبقه بتنی است که به وسیله مهندسین سوئیسی طراحی و ساخته شده و با سیستمی معروف به جداسازی پایه کامل سه بعدی سوئیسی (Swiss Full Base Isolation-3D or FBI-3D) جداسازی شده است. بلوک های لاستیکی مورد استفاده در این مدرسه بر خلاف نمونه های جدید امروزی، بدون هرگونه تقویت بوده و در نتیجه به دلیل وزن ساختمان، دارای انبساط جانبی (Bulge) زیادی می باشند.
انواع سیستم های جداساز لرزه ای
جداسازهای لرزه ای دارای انواع مختلفی هستند که بسته به محل و نوع کاربرد مورد انتظار از انواع جداسازهای لرزه ای استفاده می شود. در ادامه به بررسی انواع سیستم های جداگرهای لرزه ای و نحوه کار آن ها می پردازیم:
1- جداگرهای لغزشی
نخستین و ساده ترین جداساز پیشنهاد شده از انواع سیستم های جداساز لرزه ای یک سیستم لغزنده خالص بوده است. این سیستم در سال 1909 به وسیله یک پزشک انگلیسی به نام کالانتارینتز پیشنهاد شده است. او پیشنهاد کرد که ساختمان به وسیله یک لایه تالک، از پی جدا شود. کالانتارینتز به خوبی دریافته بود که سیستم جداساز، شتاب های وارده به ساختمان جداسازی شده را به ازای تغییر مکان های نسبی بین ساختمان و پی کاهش می دهد.
متداولترین مصالحی که برای نشیمن های لغزنده به کار می روند، پلی تترافلوئواتیلن (PTFE یا تفلون) توخالی یا توپر بر روی فولاد ضد زنگ می باشد. ویژگی های اصطکاکی این سیستم به دما، سرعت حرکت سطح مشترک، میزان سائیدگی و تمیزی سطح بستگی دارد. کارهای آزمایشی زیادی بر روی این جنبه های رفتار مکانیکی اجزای لغزنده انجام شده که مرور کامل این آزمایش ها در مقاله کمپل و کانگ موجود است.
2- جداگرهای الاستومریک
یکی دیگر از انواع سیستم های جداساز لرزه ای، جداگرهای الاستومریک می باشد که در انواع سیستم های سازه ای از قبیل پل، ساختمان ها و … استفاده می شود. این جداگرهای لرزه ای شامل ورق های فولادی است که این ورق ها با استفاده از پلاستیک در کنار هم نگه داشته شده اند و عملکرد یکپارچه ای از خود بروز می دهند.
جداگرهای الاستومریک به دو دسته کلی زیر تقسیم بندی می شوند:
- جداسازهای لرزه ای با میرایی کم
- جداسازهای لرزه ای با میرایی زیاد
3- جداگرهای لاستیکی با هسته سربی
یکی دیگر از سیستم های جداساز لرزه ای، جداگرهای لاستیکی می باشند که این جداسازها شامل هسته سربی هستند که در داخل جداسازهای لرزه ای لاستیکی محصور شده است. وجود هسته سربی در داخل این جداگرهای لرزه ای باعث افزایش قابل توجه میرایی شده است و در نتیجه جذب انرژی نیز بیشتر خواهد بود. استفاده از سرب به خاطر مشخصاتش سبب افزایش اتلاف انرژی بیشتر و نیاز به نیروی بیشتری را برای به ارتعاش در آوردن سازه فراهم می‌کند که باعث می‌شود سازه در برابر بادهای شدید و ارتعاشات ضعیف (مانند زلزله های خفیف و ارتعاشات ناشی از عبور وسایل نقلیه و مترو و…) شروع به ارتعاش نکند.
جداگر های الاستومری با هسته سربی از نظر خصوصیات مکانیکی با توجه به ساختار و خاصیت مواد تشکیل دهنده آن بدین شکل است که قابلیت تحمل بسیار زیادی در برابر نیروهای وارده به صورت عمودی و در جهت محور Yرا داراست (سختی بسیار زیاد در جهت Y) در حالی که در جهت افقی مقاومت کمی داشته و بسیار نرم عمل می کند (سختی کم در جهت X) و در نتیجه در جهت افقی دارای شکل پذیری زیادی می باشد (در جهت افقی می توانند تا 45 درجه تغییر مکان بین دو سطح بالا و پایین داشته باشند.)که نتیجه آن مستهلک کردن و کاهش چشمگیر انتقال نیروهای وارده از بستر به سازه اصلی می باشد.
4- جداگرهای آونگی اصطکاکی
یکی دیگر از انواع سیستم های جداساز لرزه ای، جداگرهای آونگی اصطکاکی می باشند، این جداسازهای لرزه ای به وسیله هندسه خاص خود، عمل لغزش و نیروی بازگرداننده را فراهم می کند. جداگرهای لرزه ای دارای یک قسمت لغزنده مفصلی است که در تماس با سطح کروی با موادی با اصطکاک کم پوشانده شده است. سطح دیگر این لغزنده نیز کروی بوده و با لایه ای از فولاد ضد زنگ پوشانده شده است.
این سطح در یک شیار کروی که آن هم از ترکیباتی با اصطکاک کم پوشانده شده است قرار می گیرد. با حرکت قسمت لغزنده روی سطح کروی، جرم موجود از روی آن بلند شده که این امر سبب ایجاد نیروی بازگرداننده در سیستم می شود. اصطکاک بین سطح لغزنده مفصلی و سطح کروی نیز سبب ایجاد میرایی در جداسازها می شود. سختی مؤثر جداساز و دوره تناوب سازه جداسازی شده به وسیله شعاع انحنای سطح محدب کنترل می شود.
عملکرد در برابر بار های فشاری
در جداساز های 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 تغییرشکل رابطه 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
جداساز های 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 جداساز ها لاستیک از فولاد جداشده و حفره هایی در بین لایه های لاستیک و فولاد 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 می باشد.
همچنین در جداگرهای مفصل لاستیکی به علت این که لاستیک ها سختی پایینی دارند مقاومت کمتری در مقابل نیروی کششی از خود نشان می دهند، 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.
جداسازی لرزه ای در مقایسه با روش های سنتی
با استفاده از روش های طراحی متعارف، امنیت محدودی را می توان در برابر زلزله به دست آورد. از رهگذر روش های سنتی، در صورت طراحی صحیح و اجرای مناسب، سازه ها فرو نریخته و می توان امنیت جانی را برای ساکنین تأمین نمود، اما این سطح عملکرد برای سازه هایی با اهمیت استراتژیک کافی نیست. سازه هایی مانند بیمارستان ها، ترمینال های فرودگاهی، پل های راه و راه آهن (به ویژه در شریان های ارتباطی)، کارخانه ها و مخازن مهم، می بایست حتی پس از زمین لرزه هایی قوی نیز عملکرد و سرویس دهی شان حفظ شود. در حال حاضر جداسازی لرزه ای موثرترین راه برای تحقق این مهم می باشد. این روش تنها راه مؤثر جهت کاهش توأمان شتاب و تغییرمکان نسبی طبقات است.
با به حداقل رساندن شتاب ها و تغییر مکان های نسبی طبقات، نه تنها خسارت به اجزای غیرسازه ای کاهش می یابد، بلکه می توان از محتویات و تجهیزات حساس داخل سازه ها نیز حفاظت کرد. این امر اجازه می دهد که در کنار حفاظت از اجزای سازه ای باربر، امکان استفاده از سازه پس از زمین لرزه فراهم باشد.
مزایای سیستم های جداساز لرزه ای
1– حفظ کاربری سازه در حین و پس از زلزله و تأمین سطح عملکرد بی وقفه (IO)
2-کاهش نیروی زلزله وارد شده به سازه تا بیش از 60%
3-رساندن خسارات سازه ای و غیر سازه ای به صفر
4-کاستن از حجم مصالح مورد نیاز برای ساخت و ساز تا بیش از ۲۰%
5-کاهش ضرورت استفاده از سیستم های باربر جانبی نظیر مهاربند یا دیوار برشی
6- قابلیت استفاده در سازه های موجود
اجرای جداساز لرزه ای
برای اجرای جداساز های لرزه ای، می توان از نشریه 523 سازمان مدیریت و برنام ریزی کشور استفاده کرد.
اين ضابطه با عنوان « راهنمای طراحی و اجرای سیستم های جداساز لرزه ای» به منظور استفاده در طراحي و اجراي سامانه هاي جداسازي لرزه اي تدوين شده است. در اين راهنما اصول طراحي و اجرای جداساز های لرزه ای در پنج فصل و سه پيوست ذكر شده است كه راهنماي مناسبي براي مشاوران و طراحان و پيمانكاران، در طراحی و اجرای جداساز های لرزه ای می باشد.
فهرست مطالب « راهنمای طراحی و اجرای سیستم های جداساز لرزه ای» به شرح زیر می باشد.
فصل اول- کلیات
فصل دوم- جداسازهای لرزه ای
فصل سوم- طراحی سیستم های جداسازی ارزه ای
فصل چهارم- میراگرها و توصیه های طراحی
فصل پنجم- ملاحظات در طراحی و اجرای سیستم های جداساز لرزه ای
پیوست1: فهرست استانداردهاي مورد استفاده در صنایع مرتبط با جداسازي لرزه اي
پیوست2: نمونه جدول مشخصات فنی لاستیک تولیدي براي جداسازها
پیوست3: مثال طراحی واحدهاي سامانه جداسازي
میراگر
یکی دیگر از روش های کنترل ارتعاش سازه استفاده از میراگر میباشد که به منظور کاهش ارتعاشات ناشی از باد یا زلزله در ساختمان‌های بلند، ابداع گردیده و استفاده می شوند.
میراگرها دارای تنوع زیادی بوده که هر کدام از آن ها دارای مزایا و معایب خاص خود هستند.
انواع میراگر
میراگر الاستومری (ED)
میراگر اصطکاکی (FD)
میراگر مایع ویسکوز (VFD)
میراگر هیسترزیس (MSD)
میراگر هیسترزیس مرکزگرا (MRSD)
میراگر نیمه فعال هیسترزیس
میراگرهای کابلی سازگار (Adaptive Cable Dampers)
میراگر جرمی تنظیم شونده (TMD)
میراگرهای صفحه فولادی (ADAS)
میراگر آلیاژی (SMA)
در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
- قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
- نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
- مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
- مدیریت پیمان (Management Contracting)
- مدیریت طرح (Construction Management)
- انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
- مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
- آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
- سازه فولادی یا اسکلت فلزی (Steel Structure)
- سازه بتنی یا اسکلت بتنی (Concrete Structures)
در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید :
- ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
- نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
- انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
- مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
- سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید :
در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :
- مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
- مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
در زمینه طراحی و مشاوره بیشتر مطالعه کنید :
- معرفی نرم افزار ETABS
- معرفی نرم افزار SAFE
- معرفی نرم افزار SAP2000
- معرفی نرم افزار AutoCAD
- معرفی نرم افزار Plaxis
- معرفی نرم افزار ABAQUS
در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید :
مطالب مرتبط :
