کاربردهای سیستم های جداساز لرزه ای

روش تقریبی سازه صلب

برش پایه در ساختمان جداسازی شده و برش پایه سیستم جداساز را می توان با یک تحلیل ساده تر نیز بدست آورد به گونه ای که ساختمان را با رفتار صلب در نظر گرفت. زمان تناوب سیستم تک درجه آزادی T_b بوده و میرایی آن ξ_b است. (معادله 1 مطلب پیوست)؛ ارتفاع های طیف طراحی برای شبه شتاب   (A(Tb,zb-بوده و برای تغییر شکل (D(Tb,zb می باشد. بنابراین برش پایه در سازه و تغییر شکل جداساز برابر خواهد بود با:

معادله1

این روش تقریبی در صورتی که زمان تناب سیستم جداساز  T_b بسیار بیشتر از زمان تناوب اصلی سازه با تراز پایه صلب، T_1f  باشد، نتایج کاملا قابل قبولی را ارائه می کند. که این مسئله با استفاده از سیستم نشان داده شده در شکل 2b مطلب پیوست که پیشتر تحلیل شد، نشان داده شده است. برای این سیستم T_b=2 sec و ξ_b=10% و مقادیر طیفی برابر با A(T_b,ξ_b)=0.359g و D(T_b,ξ_b)=14.036 in برابر  با 35.65 سانتی متر همان طور که در مطلب پیوست نشان داده شد، می باشد. با جاگذاری این مقادیر در معادله 1 خواهیم داشت:

معادله 2

که ضرورتا برابر با پاسخ های حاصل شده از مد سازه (و پاسخ کل) که در جداول 2 و 3 مطلب پیوست نشان داده شده، می باشد.

کاربردهای جداساز

سیستم های جداساز جایگزینی برای سازه های متداول با تراز پایه صلب (کف ثابت) به شمار می روند و برای برخی ساختمان هایی که در محل هایی که رخداد جنبش های زمین بسیار قوی محتمل است  گزینه ای کاملا اقتصادی به شمار می روند. استفاده از این سیستم یک جایگزین بسیار جذاب و قابل قبول برای ساختمان هایی که می بایست پس از رخداد یک زلزله اصلی کاربری خود را حفظ کنند، به شمار می آید.(به طور مثال بیمارستان ها، مراکز ارتباطاتی ضروری، مراکز آنالیز کامپیوتری).

ساختمان های متعددی با استفاده از جداساز های  تکیه گاهی لاستیکی (یا الاستومری) و یا جداساز های FPS تجهیز شده است؛ 

هر دو نوع سیستم ها جداساز برای مقاوم سازی ساختمان های موجود که شکننده و ضعیف هستند استفاده می شود: به طور مثال، ساختمان هایی با مصالح بنایی غیر مسلح، ساختمان های بتن مسلح با طراحی های اولیه که مسلح به آرماتور های مورد نیاز برای عملکرد شکلپذیر نیستند.

طراحی های لرزه ای معمول نیازمند اضافه کردن المان های سازه ای جدیدی همچون دیوار های برشی، قاب ها و مهاربند ها می باشد. جداساز ها نیاز به استفاده از این المان های پایدار کننده جانبی  را با کاهش نیروهای لرزه ای که به سازه القا می شوند، کاهش می دهند. بنابراین یک روش مقام سازی قابل اطمینان و قابل قبول برای ساختمان هایی با ویژگی های معماری خاص و یا تاریخی که می بایست محافظت شوند، می باشد. نمونه های بسیاری از مقاوم سازی ساختمان های موجود با استفاده از سیستم های جداساز وجود دارد. 

اگر چه که، ساخت یک شالوده جدید برای جداسازها برای اصلاح کف ساختمان به گونه ای که بتوان آن را توسط جداساز نگاه داشت و استقرار ساختمان فوقانی در حین ساخت جداساز و سیستم شالوده عملیاتی بسیار سخت و گران می باشد. 

یک مثال قابل توجه و مناسب برای کاربرد سیستم های جداساز تکیه گاهی لایهای لاستیکی با هدف مقاوم سازی ساختمان تالار شهر سانفرانسیسکو واقع در کالیفرنیا  می باشد. که در سال 1915 برای جایگزینی با سازه قبلی که در سال 1906 در اثر زلزله کالیفرنیا تخریب شد، ساخته شده است. این ساختمان(شکل های 1 و 2) یک مثال شاخص برای معماری کلاسیک می باشد که به عنوان یک ساختمان تاریخی در لیست ساختمان های تاریخی بین المللی قرار گرفته است. این ساختمان 5 طبقه همراه با گنبد خود در ارتفاع  90 متری در بالای طبقه هکف و با پلانی به ابعاد 30 92.7 در 122.4 متر  به گونه ای که دو بلوک را اشغال کرده است، می باشد. 

شکل1-تالار شهر سانفرانسیسکو

شکل2-تالار شهر سانفرانسیسکو

سیستم سازه ای قاب فولادی و دال های بتنی همراه با اجرهای بنایی غیر مسلح که با نمای گرانیت یکپارچه شده اند، دیوار های توپر با کاشی های رسی و پنل هایی از سنگ مرمر یا سنگ آهک  که بسیاری از فضاهای داخلی را جدا کرده اند می باشد.

این ساختمان، آسیب های قابل توجهی از زلزله Loma Prieta، 1989 که مرکز آن  97 کیلومتر دور تر قرار گرفته است، متحمل شده است. زمان تناوب اصلی ارتعاش ساختمان تقریبا برابر با 0.9 ثانیه است، که نیاز به شکل پذیری بالایی که از جنبش قوی زمین  در سایت ساختمان، انتظار می رود را اعلان می کند. برای ارتقاء مقاومت لرزه ای این سازه به ویژه به دلیل محافظت از ساختار تاریخی این ساختمان از سیستم جداساز استفاده شد. علاوه بر آن، سازه فوقانی توسط دیوار های برشی که در درون ساختمان قرار گرفتند، مقاوم شدند. این پروژه در سال 1998 تکمیل شده و پایان یافت.

سیستم جداساز از 530 جداساز تشکیل شده که هر یک از آن ها با تکیه گاه لاستیکی لایه ای همراه با درپوش های سربی، که در کف هر یک از ستون ها و دیواری برشی قرار گرفته است. (شکل2)

(شکل3-تالار شهر سانفرانسیسکو-تکیه گاه های لاستیکی لایه ای قرار گرفته در کف a-ستون ها b-دیوارهای برشی)

تکیه گاه های با ارتفاع  53.34 سانتی متر دارای قطر متغیر از  79 تا 91 سانتی متر می باشد. ستون ها بر روی یک عدد یا تعداد بیشتری از جداساز ها در زیر سازه ای فولادی به شکل صلیب، استقرار یافته اند. جداساز های متعددی برای ستون های با بار فوق العاده تامین شدند. نصب جداساز ها عملیاتی بسیار دشوار بود و نیازمند نگاه‌دارای ستون های به سمت بالا، بریدن ستون ها و انتقال نیروی ستون ها به تکیه گاه های موقت بود. صفحه استقرار جداساز دقیقا  در تراز بالای شالوده قرار گرفته است. جابه‌جایی ساختمان جداسازی شده، برای زمان تناوب جداساز برابر با 2.5 ثانیه برای زلزله طرح با شتاب زمین بیشینه 0.4g، برابر با  46 تا 66 سانتی متر تخمین زده شده است. برای تسهیل این حرکت، یک خاکریز در اطراف ساختمان برای فراهم کردن شکاف لرزه ای حداقل برابر با  71 سانتی متر ساخته شد. بست های انعطاف پذیر برای خدمات و سرویس ها همچون لوله کشی های ساختمان، تاسیسات الکتریکی، خطوط تلفن که از فضای خاکریز عبور می کنند تا حرکت از میان جداساز ها را تسهیل کنند ساخته شد.  

یک مثال مناسب از ساخت و ساز جدید با استفاده از جداساز فرودگاه بین المللی سانفرانسیسکو(شکل های4 و 5) می باشد که به گونه ای طراحی شده است که پس از رخداد زلزله با بزرگای 8 حاصل از گسلی که تقریبا 3 مایل معادل 4.8 کیلومتر دورتر قرار گرفته است، همچنان قابل استفاه باقی بماند، می باشد.  برای حصول این عملکرد تصمیم گرفته شد تا قسمت فوقانی سازه یا روسازه را که متشکل از قاب های فولادی همگرا و واگرا همراه با اتصالات خمشی کاملا جوش شده می باشد، توسط سیستم جداساز، جدا کرد.

شکل4-ترمینال بین المللی فرودگاه سانفرانسیسکو

شکل5-ترمینال بین المللی فرودگاه سانفرانسیسکو

سیستم جداساز شامل 267 جداساز منفرد می باشد، که هر یک در کف هر یک از ستون ها قرار گرفته است (شکل 6). هر یک از جداساز ها از نوع تکیه‌گاه لغزشی اصطکاکی می باشد. تکیه گاه فولادی ریخته شده شامل رویه کروی فولادی ضد زنگ و لغزنده مونتاژ شده می باشد که تغییر شکل جانبی تا 50 سانتی متر و زمان تناوب جداساز تا 3 ثانیه را فراهم می سازد. سیستم جداساز دارای اثر کاهنده نیروهای لرزه ای القایی به رو سازه را تا 30% کمتر از مقدار مشابه در سازه متناظر با تراز پایه ثابت را داراست. با این کاهش نیرو این امکان به وجود می آید تا روسازه را کاملا به صورت الاستیک طراحی کرد که در نتیجه تحت اثر زلزله طراحی مورد نظر با شتاب زمین بیشینه تا 0.6g بدون آسیب باقی بماند. 

شکل6-ترمیتال بین المللی فرودگاه سانفرانسیسکو- تکیه گاه FPS استقرار یافته در تراز پایه ستون ها

منبع: 

«دپارتمان سازه سامانه کارگشا»

دینامیک سازه ها-چوپرا-ویرایش 4

راهنمای طراحی لرزه ای – فرزاد نعیم- فصل 14

————————————————————————————————————————————–

برای بهره مندی از خدمات محاسبات طراحی سازه‌های مجهز به سیستم جداساز لرزه‌ای درخواست خود را در لینک زیر ثبت نمایید.

(مشاوره آنلاین دپارتمان سازه سامانه کارگشا)