حتما تا به حال یک لاستیک ماشین را دیده اید و به احتمال زیاد درک دقیقی از رفتار آن در برابر ضربه دارید. حال اگر مصالحی از این جنس زیر سازه قرار دهیم چه اتفاقی می‌افتد؟ در اثر یک نیروی افقی لاستیک تغییر شکل می‌دهد. با وارد شدن نیروی زلزله؛ این المان سرعت حرکت سازه را کمتر می‌کند و بخش زیادی از انرژی را مستهلک می‌کند. با کاهش سرعت حرکت سازه، زمان هربار رفت و برگشت آن حین زلزله افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر المان های لاستیکی زیر سازه زمان تناوب سازه را افزایش می‌دهند، انرژی زلزله را مستهلک می‌کنند و همچنین نیروی حاصل از شتاب زلزله را به طور چشمگیری کاهش می‌دهند.
در این مقاله چه چیزهایی یاد میگیریم؟
جداساز لرزه ای چیست؟
به طور کلی در مقابله با زلزله دو رویکرد داریم. رویکرد اول آن‌که اجازه دهیم نیروی زلزله وارد سازه شود و در المان های سازه با آن مقابله کنیم (تیرها، ستون ها یا المان های باربر جانبی بارهای ناشی از زلزله را تحمل کنند)، رویکرد دوم آن‌که قبل از ورود نیروی زلزله به سازه، جلوی آن را بگیریم و آن را مستهلک کنیم. جداسازهای لرزهای دقیقا چنین ساز و کاری دارند.
جداسازی لرزه ای در واقع نصب سیستمی است که سازه و یا ملحقات آن را از حرکات لرزه ای مخرب زمین و یا تکیه گاه جدا می‌سازد. این جداسازی با افزایش انعطاف پذیری سیستم و همچنین تامین میرایی مناسب به دست می‌آید. در اکثر موارد جداگرهای لرزه ای در قسمت تحتانی سازه نصب می‌گردند و به همین علت به نام جداگرهای پی نامیده می‌شوند.
شکل معمول جداسازهای لرزه ای عبارت است از نصب جرمی که درصد کوچکی از جرم سازه بوده اما با شتاب زیادی به حرکت در می‌آید و در نتیجه نیروی اینرسی عکس العملی ایجاد می‌کند که اثر حذف کننده بر نیروی اینرسی وارد به سازه را دارد. اگرچه این سیستم عملی گران قیمت است ولی برای کاهش نیروی موثر زلزله، در زلزله های با شدت متوسط که در برخی از مناطق فراوان رخ می‌دهد مناسب است.
تاریخچه
با اینکه اولین عملیات ثبت شده در زمینه ی جداساز پایه به سال ۱۸۰۰ بازمی گردد، اولین مورد جداساز سازه‌ای را می توان در اوایل سال های ۱۹۰۰ ( Hotel Imperial Tokyo ) یافت که در واقع سیستم جداساز پایه قبل از سال ۱۹۷۰ به حساب می آید. جداسازی در پل ها از قبل از ۱۹۷۰ نیز مرسوم بوده است، زیرا پل ها نسبت به ساختمان ها نمونه های بهتری هستند و در آن زیرسازه و روسازه به کمک باربرها از یکدیگر جدا می شوند.
اولین کاربرد در زمینه ی پل ها را می توان افزودن اتلاف انرژی به دلیل ازدیاد انعطاف پذیری دانست. باربرهای سربی- لاستیکی (LRB) در سال ۱۹۷۰ ابداع شدند و به افزایش انعطاف پذیری و میرایی در یک واحد منفرد منتهی شدند. این سیستم دارای میرایی ذاتی است، ولی به اندازه ی کافی صلب نیست تا در مقابل بارهای سرویس مانند باد مقاومت کند. در اوایل سال های دهه ی ۱۹۸۰ پیشرفت هایی در تکنولوژی الاستیک به دست آمد که در نتیجه ی آن ها قطعات لاستیکی جدیدی به نام الاستیک با میرایی بالا یا HDRB پدید آمدند. این قطعات، باربرهایی را تولید می کنند که در کرنش های برشی پایین، سختی بالایی دارند ولی در کرنش های بالا از سختی پایین برخوردارند. در باربرداری، این باربرها یک حلقه پسماند (هیستریستیک) تشکیل می دهند که دارای مقادیر زیادی از میرایی است.
اولین کاربرد عملی این روش در ساختمان و پل را در آمریکا در اوایل سال های ۱۹۸۰ با هر دو سیستم باربر LRB و HDRB مشاهده می کنیم. بعضی پروژه های اخیر از سیستم باربرهای لغزنده همراه با باربرهای LRB و HDRB برای پشتیبانی از اعضای سبک مثل راه پله استفاده کردند. باربرهای لغزنده به تنهایی در سیستم جداساز استفاده نمی شوند، زیرا با وجود درجات بالای میرایی، دارای نیروی بازگرداننده نیستند و در نتیجه سازه روی باربرهای لغزنده پس از زلزله به یک سمت منحرف می شود و احتمالا بر اثر پس شوک های زلزله باز هم تغییر جهت خواهد داد. توسعه ی سیستم پاندول اصطکاکی FPS باربرهای لغزشی را به شکل سطوح کروی درمی آورد که در واقع بر این عیب بزرگ سیستم باربرهای لغزشی فائق آمده است. هنگامی که باربر به طور عرضی حرکت کند به طور عمودی بلند می شود که این امر یک نیروی بازگرداننده را فراهم می سازد. با اینکه سیستم های دیگر مانند غلتک ها، کابل ها و غیره نیز در عرصه ی رقابت حضور دارند، بازار اصلی هنوز برای پخش مدل های مختلف جداساز پایه مثل LRB ،باربرهای HDRB ،باربرهای لغزنده صاف و FPS آمادگی دارد.
در چه صورتی استفاده از جداساز لرزه ای به صرفه است؟
اولین نکته برای آنالیز اقتصادی جداساز لرزه ای، تحلیل خطر زلزله است. مناطقی که در طول یک ماه چندین زلزله با بزرگی ۶ ریشتر و بالاتر را تجربه می‌کنند بهتر است از جداسازها استفاده کنند. پس در تحلیل خطر زلزله؛ هم تعداد دفعات رخداد زلزله و هم شدت و بزرگی رخداد آن حائز اهمیت است. براي دسته‌اي از سازه‌ها كه در مناطق با احتمال وقوع زلزله‌هاي شديد قرار دارند، روش طراحي بر اساس شكل‌پذيري ممكن است مناسب‌ترين روش نباشد.
دومین موضوعی که بر تصمیم استفاده یا عدم استفاده از جداساز لرزه ای موثر است، کاربری سازه است. سازه هایی که باید بی وقفه سرویس دهی داشته باشند، گزینه خوبی برای استفاده از جداسازهای لرزه ایست. مانند بيمارستان‌ها، ساختمانهاي داراي ارزش هنري، پل‌هاي مهم، نيروگاه‌هاي برق، موزه‌ها، ساختمان‌هايي كه آسيب در آنها تهديدي براي محيط زيست خواهد بود.
سومین و آخرین عامل، وضعیت موجود سازه و پی آن است.
به طور کلی، استفاده از سیستم های جداساز لرزه ای، معمولا هزینه های ساخت را در دامنه ۵ تا ۱۰ درصد ارزان تر یا گران تر می‌کند.
نشریه ۵۳۲ در موارد زیر، امکان سنجی استفاده از جداگر لرزه ای را پیشنهاد می‌کند:
ساختمانهاي با اهميت بالا: ساختمان‌هايي كه عملكرد آنها در وضعيت بحراني پس از زلزله مهم است، مانند ساختمانهاي امدادرساني و بيمارستاني
ساختمانهاي داراي ارزش تاريخي و هنري (به عنوان يك گزينه در بهسازي لرزه‌اي)
بخش‌هاي اصلي از شريان‌هاي حياتي همچون پل‌هاي مهم يا نيروگاه‌ها
واحدهاي توليدي داراي تجهيزات يا محصولات گرانقيمت يا راهبردي
ساختمان‌هايي كه آسيب احتمالي در آنها، تهديدي جدي براي محيط زيست تلقي گردد.
انواع جداسازهای لرزهای
به طور کلی جداسازهای لرزه ای را می توان به دو دسته ی جداسازهای لاستیکی و جداسازهای اصطکاکی تقسیم بندی کرد:
جداسازهای لاستیکی
– جداسازهای لاستیکی با ورقه های فولادی(و میرایی کم)
– جداسازهای لاستیکی با میرایی زیاد
– جداسازهای لاستیکی با هسته ی سربی
جداسازهای اصطکاکی
– جداسازهای اصطکاکی
– جداسازهای الاستیک اصطکاکی
– جداسازهای اصطکاکی پاندولی
موفقیت سیستم جداساز لرزهای به چه عواملی بستگی دارد؟
سیستم‌های جداساز برای عملکرد موفق باید انعطاف پذیری افقی کافی با حداقل نیروهای متمرکز و میرائی مناسب را فراهم نمایند. همچنین فاصله درز انقطاع باید به گونه ای در نظر گرفته شود که تمام تغییر شکل های جداساز را پاسخگو باشد. ممکن است برای محدود ساختن تغییر شکل‌های جداساز نیاز به ضربه گیر باشد.
طراحی جداسازهای لرزهای
یک سامانه جداسازی باید دارای قابلیت‌های زیر باشد:
۱- بتواند نیروهای قائم ناشی از وزن و پاسخ زلزله در زمان زلزله را تحمل کند
۲- در جهت افقی انعطاف پذیری لازم را تامین نماید
۳- قابلیت جذب انرژی داشته باشد
۴- بعد از زلزله به محل اولیه بازگردد
مراحل زیر به طور مختصر روند طراحی سیستم‌های جداگر لرزهای الاستومری را بیان می‌کنند. البته پروسه طراحی جداگرهای لغزشی نیز شبیه همین پروسه است.
- طیف پاسخ لرزهای را مشخص کنید. در صورتی که نیاز به طیف ویژه ساختگاه می‌باشد، بایستی طیف ویژه ساختگاه معین گردد. به منظور مقیاس کردن و انتخاب شتاب نگاشت مناسب، نزدیکی سایت به گسل، ملاحظات لرزهای حوزه نزدیک و حرکات پالسی با سرعت بالا، بررسی گردد. همچنین شتاب‌نگاشت‌های مناسب جهت تحلیل تاریخچه زمانی انتخاب گردد.
- ابعاد و مشخصات جداساز لرزه ای تعیین گردد. جابه‌جایی و پایداری را می‌توان با استفاده از روش نیروی استاتیکی معادل سریعا ارزیابی کرد. در این مرحله از حداکثر زلزله محتمل (MCER) و حد پایینی مشخصات جداگر استفاده گردد. نتایج طراحی در این مرحله محافظه کارانه خواهد بود. مطمئن شوید که اثر زلزله قائم را در محاسبه لنگر واژگونی وارد کرده باشید. همچنین از در نظر گرفتن اثرات پیچش در محاسبه تغییر مکان اطمینان حاصل کنید.
- در صورتی که ابعاد مناسبی برای جداگر از مرحله قبل تعیین شد، طراحی دقیق‌تر ابعاد جداگر با استفاده از نیروی استاتیکی معادل و حد پایین و بالای مشخصات جداگر بر روی مدل سه بعدی سازه ادامه پیدا می‌کند. در این مرحله ظرفیت جابه‌جایی جداگرها، برش طبقات، دریفت طبقات و نیروی محوری جداگرها محاسبه گردد.
- اثرات زلزله قائم را بررسی کنید. این کار یا با نیروی استاتیکی معادل و یا با اعمال طیف پاسخ زلزله قائم انجام خواهد گرفت. حداکثر نیروی قائم جداگرها از نتایج این آنالیز قابل استخراج هستند.
- در صورتی که با ارزیابی سریع با نیروی استاتیکی معادل، بلندشدگی یا uplift و یا کشش بیش از حد مجاز در جداگرها اتفاق می‌افتد، طرح سازه را اصلاح کنید. پیشنهاد می‌گردد در صورتی که اصلاح طرح سازه تاثیری در نتایج ندارد، مشخصات جداگرها را تغییر دهید و یا از ترکیب انواع دیگر جداگرهای لرزهای بهره گیرید.
- کنترل کنید آیا نیاز به تحلیل طیفی یا تاریخچه زمانی است؟ در صورتی که پاسخ بلی است، تحلیل لازم را انجام دهید.
- نتایج تحلیل دینامیکی و استاتیکی را در محاسبه تغییر مکان حداکثر جداساز لرزه ای، برش پایه و دریفت مقایسه کنید. چنانچه مقادیر حاصل از تحلیل دینامیکی بیشتر بود، نتایج تحلیل دینامیکی را استفاده نمایید. در غیر این صورت بایستی نتایج تحلیل دینامیکی را با نسبت مشخصی از نتایج تحلیل استاتیکی هم‌پایه کنید.
۱۰ تا از بزرگترین سازه هایی که از جداساز لرزه ای استفاده کردند
۲- کمپ سلامتی آدانا در ترکیه (۴۳۰,۰۰۰ متر مربع)
۳- برج اسکای تری توکیو ژاپن (۲۲۹,۲۳۷ متر مربع)
۴- بیمارستان شهر ایسپارتا ترکیه (۲۲۱,۰۰۰ متر مربع)
۵- پارک لجستیک توکیو (۲۱۲,۸۵۳ متر مربع)
۶- ساختمان لاجیپرت ژاپن (۲۱۰,۰۰۰ متر مربع)
۷- ساختمان شیناگاوا توکیو (۲۰۵,۷۸۶ متر مربع)
۸- فرودگاه سابیحا استانبول (۲۰۰,۰۰۰ متر مربع)
۹- بیمارستان ارزوروم در ترکیه (۱۸۰,۰۰۰ متر مربع)
۱۰- مرکز درمانی تان تزو در تایوان (۱۵۷,۹۳۰ متر مربع)
جداساز لرزهای در ایران
ایران جزو کشورهای لرزه خیز محسوب می‌شود. اما با توجه به دائمی نبودن زلزله ها و فاصله زمانی زیاد بین زلزله های قابل توجه، عوامل اجرایی و کارفرماها ترجیح می‌دهند از سیستم جداساز لرزه ای استفاده نکنند. با این حال سازه های انگشت شماری در ایران از این سیستم بهره می‌برند. اما قیمت بالای این سیستم مانع رشد چشم‌گیر آن در صنعت ساختمان شده است.
نمایندگی جداساز لرزه ای در ایران
شرکت هایی در ایران وجود دارند که یا جداسازهای لرزه ای را تولید می‌کنند یا نمایندگی معتبر جداسازهای لرزه ای هستند. در ذیل این پاراگراف لینک سایت تعدادی از آن ها قرار گرفته است:
معایب جداساز لرزه ای
اولین و مهم‌ترین عیب جداسازهای لرزه ای قیمت آن‌هاست. مخصوصا مدل های وارداتی آنها که با توجه به قیمت دلار بسیار گران قیمت هستند.
دومین عیب آنها، کمبود نیروی متخصص و اجرای دشوار آن است.
سومین عیب نیز مربوط به برخی جداسازهای اصطکاکی است که در هنگام زلزله، ارتعاش با فرکانس نسبتا زیاد به سازه منتقل می‌کنند.
چند عکس اجرایی
برای دیدن عکس‌ها روی آنها کلیک کنید
