ایمنی زلزله

[pejuhesh251]

بسم الله الرحمان الرحیم

[pejuhesh252]

جدا سازی سازه از شالوده چیست؟

سیستم جداسازی شالوده یا سامانه جداسازی شالوده (Base Isolation System)یکی از روش های رایج محافظت از سازه در برابر زلزله به حساب می آید این سیستم، عبارت است از مجموعه‌ای از اعضای سازه‌ای که باید یک ابرسازه را از زیربنایش که بر روی یک زمین در حال لرزش قرار گرفته‌است، به طور اساسی جدا کرده تا یک ساختمان یا یک سازه غیرساختمانی را به خوبی در مقابل زمین‌لرزه حفظ کند.


جداسازی بستر، بهترین روش در مهندسی زمین‌لرزه بوده و مربوط به فن‌آوری‌های کنترل لرزش سازه‌ای غیرفعال است. این بدین معنا است که یک سازه ساختمانی یا غیرساختمانی را با یک طراحی صحیح اولیه یا اصلاحات و تغییرات ثانوی، می‌توان در برابر اثرات زلزله محافظت کرد. در برخی از موارد، استفاده از این سیستم، کارآیی سازه در مقابل زمین‌لرزه و پایایی آن را در برابر زلزله، به طور قابل توجهی، افزایش می‌دهد. در این روش در واقع سازه فوقانی از شالوده که سازه تحتانی یا همان فونداسیون است به وسیله قرار گیری یک سیستم معلق بین شالوده و سازه اصلی جدا می شود.
جداسازی فونداسیون می تواند در طراحی لرزه ای سازه ها موثر واقع شود ولی بر خلاف تصور عموم، استفاده از این روش نمی تواند ساختمان را ضدزلزله سازد و در واقع جایگزین اصول ساختمان سازی ضدزلزله نیست و باید اصول به طور کامل برای بالا بردن کیفیت ساختمان رعایت شود.
در جریان زمین لرزه سازه موجود در بالای سطح زمین به شدت تحت تاثیر اثرات لرزه ای قرار می گیرد در حالی که این سیستم سبب می شود که سازه به صورت معلق باشد و از اثرات زمین لرزه دور بماند.
به عبارت ساده می توان گفت که این سیستم باعث می شود که سازه بالایی روی فونداسیون به صورت شناور باشد و حرکات و لرزه های زمین بر روی آن اثرات مخرب به همراه نداشته باشد.
در سیستم جداسازی از تکیه گاه هایی به نام جداساز لرزه ای استفاده میشود که در راستای قائم سختی بسیار زیادی دارد تا بتواند وزن سازه را تحمل کند و در راستای افقی بسیار انعطاف پذیر است تا در زمان زلزله با تغییرمکان بتواند انرژی سازه را میرا کند. در نتیجه سیستم جداساز لرزه ای از طریق افزایش زمان تناوب سازه و همچنین افزایش میرایی در کاهش نیروی زلزله موثر است. بدین ترتیب حدود دو سوم از نیروی برشی در تراز لایه جداساز مستهلک شده و یک سوم آن وارد سازه میگردد. جداساز های لرزه ای در تراز پی و یا در هر ارتفاعی از سازه میتواند نصب گردد.
دقت داشته باشید چنانچه جداساز لرزه ای در تراز بالای پی نصب گردد بایستی طبقات زیرین آن کاملا صلب شود تا اختلاف فاز حرکتی بین گره های زیر و بالای لایه جداساز به وجود نیاید. در ضمن در لایه جداساز بایستی تمهیدات ویژه ای در خصوص تاسیسات برقی و مکانیکی و راه پله و آسانسور درنظر گرفته شود تا در هنگام حرکت سازه در تراز جداسازی شده آسیبی به آنها وارد نگردد.



باد و زلزله عمده ترین بارهایی هستند که سبب می شوند نیاز به طراحی های جانبی در یک سازه برجسته شود. به علاوه این که، بار زمین لرزه قابل کنترل نیست و طراحی سازه برای میزان لرزش نا مشخص و غیر قابل اندازه گیری امکان پذیر نیست. تنها راهی که باقی می ماند این است که نیاز لرزه ای را درک کنید و مطمئن شوید که ظرفیت سازه بیش از آن است. نیروهای اینرسی که ناشی از زمین لرزه هستند، متناسب با جرم سازه و شتاب زمین هستند. افزایش انعطاف پذیری یک ساختمان یا افزایش مقاومت الاستیک سازه، مرسوم ترین روش برای تامین نیاز لرزه ای است. مهندسان باید ظرفیت سازه را به گونه ای طراحی کنند که فراتر از این نیاز باشد.

استفاده از سیستم جداساز فونداسیون با رویکردهای متفاوتی صورت می گیرد به طوری که به جای افزایش ظرفیت لرزه ای سازه،نیاز لرزه ای را کاهش می دهد.کنترل حرکات زمین غیر ممکن است اما می توانیم نیاز ساره را به وسیله جلوگیری از انتقال حرکات زمین به سازه از طریق فونداسیون و یا کاهش آن تغییر دهیم.
در واقع وقتی از سیستم جداساز فونداسیون استفاده می کنیم این سیستم سبب می شود تا واکنش سازه نسبت به حرکات زمین اصلاح شود یعنی حرکات زمین زیر فونداسیون یا اصلا به سازه فوقانی منتقل نشود و یا میزان انتقال آن به حداقل ممکن کاهش یابد .
سامانه جداسازی شالوده، شامل واحدهای جداسازی و اجزاء جداسازی می‌شود که:
واحدهای جداسازی، اعضای اساسی سامانه جداسازی شالوده به حساب آمده و وظیفه تامین کردن اثر جدایش یادشده را در سازه‌های ساختمانی و غیرساختمانی برعهده دارند.

اجزاء جداسازی نیز عبارتند از اتصالات بین واحدهای جداسازی و بخش‌هایی که اثر جدایش در آن‌ها وجود ندارد.

همه واحدهای جداسازی، بر اساس عکس‌العمل‌شان در مقابل زمین‌لرزه، به دو دسته واحدهای برشی و واحدهای لغزشی تقسیم می‌شوند.

جداسازی کامل تنها زمانی ممکن است که سازه ایده آل باشد و در واقعیت وجود تکیه گاه های عمودی برای انتقال بارهای عمودی به فونداسیون ضر وری است.
جابه جایی نسبی زمین و سازه در سازه هایی که کاملا صلب هستند تقریبا صفر است چون شتاب سازه عینا همانند شتاب حرکات زمین است در حالی که در یک سازه انعطاف پذیر ایده آل، هیچ شتابی وجود ندارد.بنابراین جابه جایی نسبی سازه برابر با جابه جایی زمین خواهد بود.



هیچ سازه ای کاملا صلب یا انعطاف پذیر نیست بنابراین واکنش سازه بین دو حالتی است که در بالا توضیح داده شد حداکثر شتاب و جابه جایی تابعی از زمین لرزه در دوره های صفر تا بی نهایت است.هنگام وقوع زمنی لرزه،دوره های متعددی وجود خواهد داشت که در آن شتاب ساختمان به گونه اس تقویت می شود که فراتر از بیشترین شتاب زمین باشد با وجود آن جابه جایی نسبی ممکن است بیش از اوج جابه جایی زمین نباشد.جداسازی فونداسیون یک روش ایده آل برای انجام این کار است که در آن جابه جایی ساختمان به واسطه کاهش انتقال حرکات کنترل می شود.
جابه جایی در سازه هایی اتفاق می افتد که فونداسیون آنها ثابت و بدون حرکت است.واکنش سازه هایی که در آنها جداسازی فونداسیون انجام شده است به همراه واکنش سازه های غیرمجهز به این سیستم در شکل زیر نشان داده شده است.جابه جایی و شتاب به واسطه استفاده از سیستم جداساز فونداسیون قابل کنترل هستند.




مزایای استفاده از جداسازهای فونداسیون:
-1 کاهش تقاضای لرزه ای سازه، در نتیجه کاهش هزینه سازه
-2 جا به جایی کمتر در طول وقوع زمین لرزه
-3 بهبود ایمنی سازه
-4 کاهش صدمات ناشی از زلزله، کمک به حفظ عملکرد سازه پس از زلزله
-5 افزایش عملکرد سازه تحت بارهای لرزه ای
-6 حفاظت از دارایی
کاربرد جداسازهای فونداسیون:
-1 جداسازی فونداسیون در پل ها
-2 جداسازی فونداسیون در سازه های مهم
-3 افزایش واکنش سازه های تاریخی
-4 جداسازی در ماشین آلات
بنابراین جداسازی سازه از فونداسیون در ساختمان های معمولی کاربرد چندانی ندارد.
نخستین نشانه‌های استفاده معماران از این نوع سیستم در برابر زلزله، در پاسارگاد و در قرن ششم قبل از میلاد مشاهده شده‌است.
این سیستم، از یک پی از جنس سنگ عمیق و پهن و ملات صاف‌شده‌ای تشکیل شده‌است که بر روی پی دیگری از جنس سنگ صاف‌شده و پهن قرار گرفته‌است. این دو پی به گونه‌ای به هم متصل شده‌اند که صفحه بین‌شان، به جلو و عقب می‌لغزد. آن‌چنان‌که در یکی از زلزله‌های رخ داده، این سازه سالم مانده بود.

[pejuhesh252]

الزامات اساسی سیستم جداسازی فونداسیون

انعطاف پذیری

میرایی

مقاومت در برابر بارهای عمودی و دیگر بارهای موثر

چه نوع مکانیسمی می تواند در مقابل نیروی کشش زمین مقاومت کند؟یک سطح روغن کاری شده لغزنده؟یا صفحات مغناطیسی قوی شناور؟این موارد ممکن است درست باشد ولی راه حل مهندسی به حساب نمی آید.راه حل باید سیستمی باشد که در آن سازه دارای ظرفیت مقاومت تحت تاثیر تندبادها نیروی کشش گرانشی باشد.با این حال هنوز هم یک راه حل ایده آل کشف نشده است .چند مکانیسم جداسازی عملی وجود دارد که در سطح گسترده ای در شاخه مهندسی زلزله استفاده می شوند.این سیستم ها قادرند تقاضای لرزه ای یک سازه را کاهش دهند .
جداسازها 4 نوع اصلی دارند که در ادامه به معرفی آنها می پردازیم

[pejuhesh252]

یاطاقان های لاستیکی ارتجاعی

یاطاقان ها از لایه های افقی لاستیک های ترکیبی یا معمولی تشکیل شده اند این لایه های نازک بین صفحات فولادی قرار می گیرند این یاطاقان ها می توانند بارهای عمودی زیادی را تحمل کنند در حالی که تغییر شکل آنها بسیار کم است این یاطاقان ها تحت بارهای جانبی نیز انعطاف پذیر هستند.صفحات فولادی از بر آمده شدن یا جمع شده لاستیک ها به سمت بالا جلوگیری می کنند.هسته سربی به این منظور قرار داده شده است تا ظرفیت میرایی را هنگامی که یاطاقان های لاستیکی ساده میرایی قابل توجهی را نمی توانند تامین کنند افزایش دهد این نوع از جداسازها معمولا در جهت افقی ضعیف و در جهت عمودی محکم هستند.

[pejuhesh252]

بلیرینگ ها و یاطاقان های غلطکی

در روش جداسازی به وسیله ماشین آلات از بلبرینگ ها و یاطاقان های غلطکی استفاده می شود. این روش شامل غلطک های
استوانه ای و گوی های است. این روش در مقاومت در برابر حرکات و میرایی وابسته به مصالح استفاده شده کارایی مناسبی دارد.

[pejuhesh252]

فنری

از فنرهای فولادی در بیشتر مواقع در جداسازی های مکانیکی و تحت عنوان یاطاقان های غلطکی استفاده می شود. این نوع در سازه ها کاربرد ندارد چرا که آن ها در هر دو جهت عمودی و افقی انعطاف پذیر هستند. این فنرها تغییر شکل را افزایش می دهند.

[pejuhesh252]

یاطاقان های لغزشی

سیستم لغزشی با ضریب اصطکاک تعریف شده می تواند به وسیله محدود کردن شتاب و نیروی قابل انتقال، نقش جداساز را ایفا کند. لغزنده ها در شرایط خاصی مقاوم و انعطاف پذیر هستند. این لغزنده ها می توانند در مقابل جا به جایی های ناشی از حرکات لغزشی مقاومت کنند.

[pejuhesh252]

انواع دستگاه های جدا کننده

شش نوع اصلی از دستگاه های جدا کننده وجود دارد که یه طور گسترده ای برای جداسازی لرزه ای فونداسیون استفاده می شوند:
-1 یاطاقان های الاستومتریک
-2 بلبرینگ هایی با میرایی بالا
-3 بلبرینگ های رزینی سربی
-4 بلبرینگ های لغزشی مسطح
-5 بلبرینگ های لغزشی منحنی یا پاندولی
-6 بلبرینگ های غلطکی

انعطاف پذیری و میرایی دو جزء اصلی یک سیستم جداساز فونداسیون هستند. انعطاف پذیری یک جداساز اثرات عمده ای در تغییر واکنش ها
دارد.
انواع سیستم های تعدیل کننده در جداسازی فونداسیون:
-1 تعدیل کننده های )دامپر( فولادی
-2 تعدیل کننده های روغنی
-3 تعدیل کننده های سربی
-4 تعدیل کننده های اصطکاکی با صفحه فلزی