وبلاگ

اگر به طیف شتاب اغلب زلزله‌ها دقت کنیم خواهیم دید که شتاب پاسخ سازه ­هایی که دوره تناوب بالاتری دارند کمتر خواهد بود ، بنابراین اگر ما می‌توانستیم سازه‌های موجود را به نحوی نرم کنیم، می‌توانستیم نیروی برشی ناشی از زلزله را کاهش دهیم.
از طرف دیگر آسیب ساختمانها و به خصوص اجزای غیر سازه­ای از دو عامل زیر ناشی می‌شود.
1 – تغییر مکان نسبی بین طبقه‌ای
2 – شتاب کف طبقات
اگر بخواهیم تغییر مکان نسبی طبقات را کاهش دهیم بایستی سختی سیستم را افزایش دهیم که این امر موجب افزایش شتاب کف طبقات شده و منجر به خسارت دیدن تجهیزات حساس داخلی می‌شود.
همچنین شتاب طبقات را می‌توان با نرم کردن سازه کاهش داد که این امر منجر به افزایش تغییر مکانهای نسبی در تراز طبقات می‌شود. بنابراین بایستی راهکاری اندیشید که هم شتاب و هم تغییر مکان جانبی ، هر دو با هم کاهش پیدا کنند.
موارد گفته شده در بالا با روشی که از اوایل قرن حاضر مطرح بوده و در دهه‌ های اخیر به علت در دسترس قرار گرفتن امکانات مختلف چه از نظر تکنولوژی ساخت و چه از نظر دانش مهندسی در خصوص تحلیل، طراحی و اجرا برای مقاوم ساختن سازه‌ها در برابر زلزله به عرصه عمل وارد شده است، قابل اجرا خواهند بود. این روش جداسازی لرزه‌ای یا جداسازی نامیده می‌شود.
البته استفاده از این روش در ایران در قرن ششم قبل از میلاد مسیح در ساخت آرامگاه کورش در پاسارگارد مشاهده شده است. این سازه به عنوان قدیمی ترین سازه جداسازی شده جهان شناخته شده است.
این سازه از یک پی از جنس سنگ عمیق و پهن و ملات صاف شده‌ای تشکیل شده است که بر روی پی دیگر از جنس سنگ صاف شده و پهن قرار گرفته است این دو پی به گونه به هم متصل شده اند که صفحه بین شان به جلو و عقب می‌لغزد،آنچنان که در یکی از زلزله‌های رخ داده این سازه سالم مانده است. همچنین در ساخت منارجنبان اصفهان از این روش به نحوی استفاده شده است.
شکل (1-1 ) آرامگاه کورش در پاسارگاد ( قدیمی ترین سازه جداسازی شده جهان )
 
می توان پیشرفت جداسازی لرزه‌ای در دهه‌ های اخیر را به پنج عامل زیر نسبت داد:
1 – گسترش طراحی و ساخت انواع نشیمنها
2 – گسترش طراحی و ساخت میراگرهای لرزه­ای برای کاهش حرکت نشیمنها و مقاومت در مقابل باد و بارهای بهره برداری
3 – افزایش اعتماد به نرم افزارهای کامپیوتری در پیش بینی رفتار جداگرهای لرزه­ای
4 – گسترش استفاده از میز لرزان به جهت شبیه سازی لرزه­ای
5 – افزایش توانایی مهندسان زلزله شناسی در محاسبه مقدار حرکت زمین در مکانهای مورد نظر
هدف اصلی در این روش جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه است.
به عبارت دیگر جداسازی لرزه‌ای یک روش نوین برای طراحی ساختمانها در برابر زلزله است که مبنای آن کاهش نیاز لرزه­ای به جای افزایش ظرفیت لرزه­ای سازه است. در واقع اساس این روش کاهش پاسخ‌ها به وسیله افزایش زمان تناوب و میرایی در سازه است.
استفاده صحیح از این فن آوری سبب بهبود رفتار سازه‌ها شده و رفتار سازه در حین زمین لرزه‌های بزرگ عمدتا در محدوده ارتجاعی باقی می‌ماند. در این روش تنها برای ایجاد صلبیت جانبی سازه در برابر بارهای جانبی مانند بار باد و بارهای بهره برداری یکسری عناصر باربرجانبی در حداقل نیاز توصیه می‌شود.
از مزایای جداسازی لرزه­ای می‌توان موارد زیر را نام برد :
تغییر مکان‌های نسبی طبقات کاهش پیدا می‌یابد.
کاهش قابل ملاحظه‌ای در شتاب طبقات به وجود می‌آید.

خسارات سازه‌ای و نیز خسارات غیر سازه‌ای به طور محسوسی کاهش می‌یابد.
از مشکلات معماری در طراحی ساختمان‌ها کاسته می‌شود.
هزینه اجرایی سازه‌ها به دلیل استفاده از مقاطع با ظرفیت کمتر کاهش می‌یابد.
نتایج فوق به علت تغییر بعضی از خواص دینامیکی سازه، یعنی افزایش پریود و میرایی آن به دست می‌آید چرا که با افزایش پریود سازه شتاب سازه در اثر حرکات زمین کاهش می‌یابد. البته این پدیده در برخی از حالات نظیر زلزله‌های با پریود بلند و یا سازه‌های واقع بر روی خاک‌های نرم، عملکرد سیستم‌های جداگر لرزه‌ای را نامطلوب می‌سازد.
به هر حال این روش در طراحی برخی از سازه‌های متداول در مقایسه با دیگر روش های دیگر طراحی و تقویت سازه در برابر زلزله دارای ویژگیهای خاصی بوده و به عنوان یک روش موثر قابل طرح است.
 
1-2 مفهوم جداسازی لرزه­ای
شکل (1-2) یک سازه دارای دو درجه آزادی را نشان می‌دهد که در آن  جرم جداگر و  جرم روسازه و  و  سختی و میرایی سازه و  و  سختی و میرایی جداگر می‌باشد. با توجه به اینکه سختی افقی جداگر به مراتب کمتر از سختی افقی سازه است بنابراین مقدار ε (  ) بسیار کوچک است. ( ε<  <  )
دکتر نعیم در کتاب طراحی ساختمانها با جداسازی لرزه­ای از تئوری تا عمل اثبات می‌کند که مقدار ضریب برش پایه در این حالت برابر خواهد بود با :

که به ازای مقادیر کوچک ε و برای یک طیف طراحی متداول می‌توان ساختمان را برای ضریب برش پایه  طراحی کرد که با توجه به اینکه  به مراتب کمتر از  است در نتیجه  بزرگتر از  است. و از طرف دیگر با توجه به اینکه  بزرگتر از  می‌باشد در نتیجه در طیف پاسخ شتاب مقدار ضریب برش پایه کمتر خواهد شد.
 
شکل (1-2): سازه جداسازی شده با دو درجه آزادی را نشان می‌دهد.
 
شتاب اکثر زلزله‌ها معمولا دارای زمان تناوب غالبی حدود 1/0 تا 1 ثانیه می‌باشند و حداکثر شدت آن در حدود 2/0 تا 6/0 ثانیه می‌باشد. بنابراین چون امکان تشدید پاسخ سازه هایی که زمان تناوب طبیعی آنها در محدوده 1/0 تا 1 ثانیه است، در مقابل زلزله وجود دارد این سازه‌ها در محدوده‌های تناوبی فوق آسیب پذیرند. مهمترین امتیاز جداگرهای ارتعاشی در این است که با انعطاف پذیری زمان تناوب طبیعی سازه را افزایش می‌دهند. این پدیده یعنی افزایش زمان تناوب سازه موجب می‌گردد که از عمل تشدید یا از نزدیک شدن به حالت تشدید اجتناب شود و در نهایت پاسخ سازه کاهش یابد. اثر تغییر زمان تناوب سازه به طور نمایشی در شکل ( 1 – 3 ) نشان داده شده است.
شکل (1-3): کاهش برش پایه با افزایش دوره تناوب را نشان می‌دهد.
 
در واقع نیروهای افقی به دست آمده از روش‌های متداول طراحی لرزه‌ای سازه‌ها در مقابل زلزله، در سازه هایی که دارای انعطاف پذیری و میرایی کمی هستند بیشتر است. نیروهای لرزه‌ای وارد بر این سازه‌ها را می‌توان با قرار دادن این سازه‌ها بر روی وسایل و ابزاری که انعطاف پذیری افقی و میرایی لرزه‌ای زیاد فراهم می‌کنند، به مقدار زیادی کاهش داد. این موضوع اساس مفهوم اصلی جداگرهای لرزه‌ای است.
با افزایش دوره تناوب سازه جا به جایی سازه نیز افزایش می‌یابد ( شکل 1 – 4 و 1 – 5 ). البته می‌توان با افزایش میرایی این جابه جایی را کنترل کرد ( شکل 1- 6 ). که این امر سبب افزایش تغییر مکان نسبی طبقات و شتاب طبقات می‌گردد و به گفته دکتر نعیم : تلاش برای بهبود عملکرد سیستم با افزودن میرایی اضافی، فعالیت باطلی است که ناچار محکوم به شکست می‌باشد.
شکل (1-4): تغییر جا به ­جایی با افزایش دوره تناوب را نشان می‌دهد.
شکل (1-5): افزایش جا به جایی وکاهش نیروی برشی با افزایش دوره تناوب را نشان می‌دهد.
 
شکل (1-6) : کاهش جا به جایی با افزایش میرایی را نشان می‌دهد.
 
ایمنی بهتر سازه‌های جدا سازی شده مخصوصا در مورد اجزای غیر سازه‌ای به دلیل کاهش شتاب طبقات و تغییر مکان نسبی طبقات به نسبت سازه‌های گیردار می‌باشد. منحنی تغییر مکان‌های قائم و شتاب‌های افقی تقریبا به صورت مستطیل بوده و تمام جرم‌ها حرکت یکسانی دارند( مود اول ارتعاشی، مهم ترین مود ). بنابراین سازه جداسازی شده را می‌توات تقریبا به صورت یک جرم صلب در نظر گرفت. شکل (1-7) و (1-8)
شکل (1-7) : کاهش شتاب و تغییر مکان نسبی طبقات را نسبت به سازه‌های گیردار نشان می‌دهد.
شکل (1-8) : مقایسه‌ای بین خرابی اجزای غیر سازه‌ای در دو حالت سازه گیردار و سازه جداسازی شده
 
تغییر مکانهای سازه‌های بدون جداگر ارتعاشی در ارتفاع ساختمان افزایش می‌یابد، اما در سازه‌های جداسازی شده بیشتر تغییر مکان مربوط به تغییر مکان خود سیستم جداگر بوده و تغییر مکان سازه در بالای سطح جداگر بسیار کم است و منحنی تغییر مکان در مود اول تقریبا به صورت مستطیل شکل می‌باشد.
یکی از امتیازات خوبی که تغییر مکانهای بزرگ جداگر دارد اینست که محل جداگرها، مکان خوب و مفیدی برای طراحی میراگرهایی با میرایی زیاد جهت کنترل مود اول ارتعاشی می‌باشد، زیرا بسیاری از میراگرها به تغییر مکانهای بزرگی نیاز دارند تا مفید و کارا واقع شوند.
البته این بدین معنی نیست که همواره حداکثر جا به جایی سازه‌های جدا سازی شده بیشتر از سازه‌های گیردار است، بلکه در مورد سازه‌های جدا سازی شده به وسیله جداگرهای اصطکاکی ( FPS) در اکثر موارد جا به جایی حداکثر آنها از جا به جایی حداکثر سازه گیردار در بام بیشتر نمی باشد که نشانگر آن است که این جداسازها حتی در کاهش جا به جایی بیشینه سازه نیز موثر می‌باشند گر چه همانند جداگرهای لاستیکی – سربی برش پایه سازه را کاهش نمی دهند. حتی در جداگرهای لاستیکی – سربی در سازه‌های با ارتفاع زیاد این جابه جایی یا کمتر از جا به جایی حداکثر بام سازه گیردار است و یا اختلاف چندانی با جا به جایی بیشینه بام در سازه گیردار ندارد. شکل ( 1 – 9 ) این مطلب را به خوبی نشان می‌دهد.
شکل (1-9) : تغییرات جا به جایی در ارتفاع را نشان می‌دهد.