جداساز لرزه ای و نحوه عملکرد آن به عنوان دانش فنی مدرن در ساختمان

فناوری در اینجا حرفی برای گفتن دارد

پیشرفت های به وجود آمده در صنعت ساختمان در سال های گذشته به کمک طرحان آمده است تا بتوانند سازه های مقاومتر و ایمن تری در مقابل زلزله طراحی کنند. استفاده از مصالح با مقاومت و شکل پذیری بالاتر به سازه های ساختمانی مقاوم تر در برابر نیروی زلزله گردیده است. عدم قطعیت نیروی وارده در اثر زمین لرزه و تغییرات مشخصات یکی از مشکلات طراحان می باشد.

وقوع لرزش به سازه، باعث ایجاد نوسان در سازه شده و اگر سازه براي مقابله با آن نیرو طراحی نشده باشد، خسارت خواهد دید. لذا نیاز است نوسانات بعدي به وجود آمده که نوسانات مخربی براي سازه محسوب می­گردند را کاهش داد. استفاده از میراگر برای تحقق این امر بسیار حائز اهمیت است.

ساخت سازه های بلند به شکل نمادینی بازگوی پیشرفت و توسعه با کاربرد تجاری و مسکونی در قرن نوزدهم گشت. ساخت سازه های بلند در ابتدا پاسخی به تقاضای تجارت و بازرگانی بود که نیازی به مجاورت به مرکز شهرها داشتند. این مسأله سبب شد که بر فضای افقی محدوده شهرها فشار زیادی اعمال گردد. سازه های بلند به دلیل شاخص بودنشان از نظر ظاهری، به عنوان وسیله تبلیغاتی مدیران تجاری گشت. از سوی دیگر جامعه تجاری و توریستی به دلیل کثرت مراجعه و بازدهی اقتصادی مطلوب، علاقه مند به ایجاد هتل های مرتفع در مراکز شهرها می باشد.

در این میان با روند رو به رشد جمعیت شهرها و محدود شدن فضا عامل تشدید کننده معماری سازه های مسکونی بلند گشته است. افزایش قیمت و ارزش زمین، نیاز به محدود نمودن گسترش افقی شهرها و حفظ زمین های کشاورزی از دیگر عوامل توسعه ساخت سازه های بلند می باشند.هنگامی كه يك سازه تحت یک محرک ديناميكي شديد قرار می گیرد سختي سازه و مكانيزم هاي مستهلك كننده انرژي بر روي پاسخ سازه در برابر تحريك ديناميكي اثر مي گذارند. افزودن به سختي جانبي سازه در بسياري از موارد غير اقتصادي و مشكل است، ضمن اين كه كنترل ارتعاشات با روش افزايش سختي، باعث افزايش خسارات غير سازه اي در اثر تغيير مكان هاي بزرگ وشتاب هاي زياد نيز مي شود.

پارامترهاي زیادی بر عملكرد سازه تأثير می­گذارند؛ لذا وجود این پارامترها و در کنار آن عدم دقت در مدل­سازي دقيق رفتار سازه، پيشگويي عملكرد ساختمان در هنگام وقوع زلزله را پیچیده می­سازد. آيين­نامه­ها و دستورالعمل هاي ارزيابي لرزه­اي، روش­هاي متفاوت تحليلي را برای تعيين عملكرد سازه بیان می­کنند. علاوه بر كنترل عملكرد سازه، تشخيص مقدار خرابي در اثر زمين­لرزه مي­تواند در تصميم­سازي در ارتباط با آن سازه تاثيرگذار باشد. تشخيص مقدار خرابي در اثر زمين­لرزه در كنار عواملي مانند قابليت اجرا و هزينه مي­تواند در انتخاب گزينه­هاي مورد قبول دستورالعمل­هاي به سازي نقش مهمی داشته باشد.

ضرورت انتخاب سیستم هایی جهت تحمل بارهای جانبی ناشی از باد یا زلزله به شیوه ای که شکل بهینه با کمترین مصالح، بیشترین جذب انرژی را در سازه اعمال کند، با هدف ارائه یک رفتار بهینه و کاهش خسارت به اعضای سازه ای از پیش مورد توجه قرار گرفته است.

جداساز­های لرزه­ای(Base Isolators)

جداسازهای لرزه ای از مدت ها قبل به منظور کاهش اثرات ناشی از زلزله و بهبود عملکرد لرزه­ای سازه ها به روش های مختلفی مورد استفاده قرار گرفته اند .اخیراً به دلیل توسعه علم و تکنولوژی مربوط به طراحی و ساخت جداسازهای لرزه ای و فراهم شدن امکان مدل سازی آن ها در نرم افزارهای مختلف، مورد توجه بیشتر محققین قرار گرفته اند. از طرفی، نقش رفتار غیر خطی جداسازهای لرزه ای، ایزولاتورها، در پاسخ سازه های پایه جدایش شده بسیار مهم است

سیستم جداساز لرزه­ای روشی نوین برای کاهش تغییرمکان نسبی و شتاب طبقه ای است به طوریکه این سیستم با جذب و اتلاف بخشی از انرژی ورودی ناشی از زمین لرزه از پریودهای حاوی انرژی زلزله فاصله گرفته و از عمل تشدید جلوگیری می کند. به طورکلی جداکردن بخشی از سازه یا کل آن از زمین به منظور کاهش پاسخ زلزله راجداسازی لرزه ای می­گویند.

روش مرسوم طراحی لرزه ای سازه ها مبتنی برافزایش ظرفیت سازه است که در این حالت سازه بر مبنای افزایش مقاومت اعضا و تامین شکل پذیری درمقابل زلزله بهسازی می­شود. با اجرای این روش، ابعاد اعضای سازه ای و اتصالات آن افزایش یافته و اعضای مهاربندی جانبی یا دیواربرشی و سایر سخت کننده ها درنظر گرفته می­شوند، افزایش سختی سازه جذب بیشتر نیروهای زلزله را به همراه دارد، همچنین لازم است که درزمان مقاوم سازی کل یا بخشی از ساختمان تخلیه شود تا اقدامات اجرایی برای بهسازی انجام پذیرد.

علاوه برآن در روش های معمول طراحی به دلیل تغییرشکل های غیرخطی دراعضای سازه ای امکان بروز خرابی و تجربه شتاب های قابل توجه در تراز طبقات وجود دارد. این پدیده می­تواند کاربری ساختمان را پس از وقوع زلزله های نسبتا بزرگ مختل نماید، بنابراین برای ساختمان هایی که درشریان های حیاتی نقش مهمی را ایفاء می کنند طراحی براساس افزایش سختی و شکل پذیری اعضا ممکن است مناسب ترین روش نباشد.کابرد روش جداساز لرزه ای علاوه برساختمان های خیلی مهم درپل ها و سایت های تاسیساتی نیز می­تواند بسیار مفید باشد.

سازه با پایه جداسازی شده

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 زیر از جداسازهای لاستیکی به شمار می­روند:

– 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 جداساز های لاستیکی و اصطکاکی، این دو سامانه در موارد زیر با هم ترکیب شد ه اند:

– ترکیب سری جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی؛

– ترکیب موازی جداسازهای اصطکاکی و لاستیکی.

در این جداسازها برای اتلاف انرژي وارد بر سازه، لايه اي با شکل پذيري زياد در پايه سازه قرار داد تا نيروي وارد شده صرف تغيير شکل لايه شود، به اين لايه ها جداساز يا ايزولاتور گفته می شود.

برای پیشرفت ادامه دهید

ساختن یک ساختمان خیلی قوی و اتصالات محکم آن به زمین برای مبارزه با نیروی زلزله عاقلانه به نظر نمی رسد و با خطرات زیادی همراه است، چرا که ساختمان سازی مرسوم می تواند باعث ایجاد شتاب های زیادی در طبقات ساختمان های صلب بلند و رانش های بین طبقه ای بزرگ در ساز ه های انعطاف پذیر شود و عامل یاد شده می تواند باعث ایجاد مشکلاتی برای ساکنان ساختمان و محتویات آن باشد.با توجه به دلایل فوق باید به دنبال راه کاری باشیم تا ضمن ازدیاد انعطاف پذیری ساختمان های بلند، نیروی زمین لرزه را به نحوی کاهش یا خنثی کنیم و از اعمال آن به ساختمان جلوگیری کنیم.

جداسازی لرزه ای یکی از مناسب ترین ابزارهای مهندسی زلزله است . اگرچه این روش در ابتدا برای سازه های کوتاه مرتبه با رفتار روسازه نسبتاً صلب توسعه یافت، با این حال، کاربرد آن در سازه های متوسط و بلند رو به افزایش است. کمتر ین نتیجه ای که جداسازی لرزه ای در سازه های بلند به همراه دارد، کاهش تغییرمکان نسبی جانبی )دریفت( طبقات به علت تغییرشکل مد نخست، به علاوه تأمین یک سازوکار استهلاک انرژی مناسب در کف ساختمان است. برای حفظ کارآیی جداسازی، زمان تناوب سیستم جداساز باید به اندازه کافی بزرگ درنظر گرفته شود.جداساز لرزه ای روسازه را از مولفه های افقی حرکت زمین جدا می کند، که سبب کاهش قابل ملاحظه ای در نیروهای ناشی از زلزله می شود.

امروزه جداگرهای لرزه ای زیادی موجود می باشند که در مجموع دو نوع اصلی آن موجود می باشد:

جداگرهای الاستومری که متشکل از لاستیک طبیعی یا نئوپان است و دیگری جداگرهای لغزشی که حاصل تفلون و فولاد ضد زنگ و یا سطوح لغزشی دیگر می باشد.

جداگرهای آونگی اصطکاکی شامل سه نوع ساده، دوقوسی و سه قوسی می باشد که هرچه تعداد قوس های این نوع از جداگرها بیشتر گردد، نمودار نیروجابجایی آن پیچیده تر می شود ولی ظرفیت آن افزایش می یابد و به صرفه تر می گردد.به طو رکلی جداگرهای لغزشی در قیاس با جداگرهای الاستومری نیاز جابجایی کم تری دارند.

نکته ای که از نتایج استفاده از جداگرها مشاهده می شود، کاهش نوسانات و تغییرات پارامترهای مختلف در صورت استفاده از جداگرمی باشدمثلا وقتی در بحث جابجایی از جداگر استفاده می کنیم در مدت زمان ثابت تعداد دفعاتی که نقطه مورد نظر دچار جابجایی می شود کاهش می یابد که منجر به خرابی کمتر سازه می شود،در بحث سرعت و شتاب نیز همین قانون برقرار است.