مطالعه ابزارهای جداکننده ساختمان از زمین
باگسترش روش جداسازى ساختمان از زمین براى محافظت آن در مقابل حرکات ناشى از زمین لرزه در سالهاى اخیر سیستمهاى گوناگونى طراحى و ساخته شده است . در این گزارش انواع سیستمهاى موجود بطور خلاصه مورد بررسى قرار مىگیرد. براى کسب اطلاعات بیشتر و نیز آشناى با اصول کار این سیستمها خوانندگان مىتوانند به منبع این مقاله مراجعه کنند .
1- عناصر سیستم جداساز
هر شیوه جداسازى ساختمان باید بتواند اهداف زیر را تأمین کند:
توانایى در ایجاد انعطاف پذیرى مناسب براى سازه
کاهش تغییر مکان کف به منظور افت خرابیهاى سازه اى و غیرسازه اى
کاهش فرکانس ارتعاشی سازه
کاهش نیروهاى طراحى زلزله
به این منظور سه عنصر اساسى زیر در سیستم مورد نظر قرار مىگیرد:
1-یک تکیه گاه انعطاف پذیر براى افزایش زمان تناوب سازه و در نتیجه کاهش نیروها
2-یک مستهلک کننده یا جاذب انژرى براى کنترل تغییر مکان نسبى سازه و زمین در حد طراحى عملى
3-یک سیستم ایجاد کننده صلبیت در برابر بارهاى کم اثر نظیر باد یا زلزله هاى کوچک
2-سیستمهاى جداسازى
یکى از سیستمهاى ساده و معمول جداکننده تکیه گاههاى لاستیکى است .کاربرد لاستیک براى مهار ارتعاش عمودى بسیار زودتر ازکاربرد آن به صورت جداکننده نیروهاى افقى انجام یافت . امروزه با مسلح کردن لاستیک به ورقه هاى فولادى سختى قایم آن را افزایش مىدهند در حالیکه انعطاف پذیرى آن در امتداد افقى حفظ مىشود. نمونه اى از این سیستم در شکل 1 نشان داده شده است . مدل ریاضى این سیستم با عملکرد موازى فنر و میراکننده قابل بیان است .
استفاده از لاستیک براى ساختمانهاى سخت نظیر ساختمانهاى اجرى یا بتن غیر مسلح که حداکثر 7 طبقه باشند , بخاطر نداشتن فشار برخاستى (Uplift) مناسب است . گاهی این سیستم را با یک سیلندر سربی مرکزی همراه مىکنند. هسته سربی افزایش قابل توجهى در استهلاک ایجاد مىکند , بطوریکه استهلاک بحرانى لاستیک از حدود 3 درصد به 10 تا 12 درصد مىرسد . ضمن اینکه مقاومت در برابر نیروهاىکوچک , نظیر باد افزایش مىیابد .
امروزه لاستیکهاى این جداسازها , از لاستیک طبیعىکاملاً متراکم با خواص مکانیکى مطلوب , جهت چنین سیستمى ساخته مىشود . برای کرنشهاىکم سختى برشى این لاستیکها زیاد است , اما با نسبتى در حدود 4 به 5 با افزایش کرنش کاهش مىیابد, تا اینکه درکرنش برشى 50 درصد به حداقل خود برسد. براىکرنشهاى بزرگتر از 100 درصد سختى مجددا شروع به افزایش مىکند. پس در بارهاىکوچک ناشى از باد یا زلزله خفیف , سیستم داراى سختى بالا و زمان تناوب کوتاه است ولى با افزایش شدت بار , سختی افت مىکند. براى بارهاى خیلى زیاد نظیر زلزله نیز طراحى سازه به گونه اى است که افزایش مجدد سختى , در جهت افزایش ایمنى در برابر شکست , عمل مىکند. تغییر میراى سیستم نیز به همین شیوه اما با تغییرات کمتر مىباشد , بطوریکه از یک مقدار اولیه در حدود 20 درصد تا حداقل 10 درصد کاهش مىیابد و سپس مجددا زیاد مىشود. در طراحى سیستم , مقدار سختى و میراى حداقل فرض مىشود و طیف خطى در نظر گرفته مىشود. سختى بالاى اولیه فقط براى بارهاى طراحى باد , و سختى درکرنش زیاد , فقط برای ایمنى در برابر شکست مورد نظرند .
عوامل گوناگون دیگرى از جمله خزش کم و حفظ خواص در درجه حرارتهاى پایین نیز در طرح این لاستیکها مورد نظر است . خزش زیاد منجر به تنش وکرنش موضعى بالا در لاستیک مىشود و در یک وضعیت بحرانی مىتواند موجب انحراف ساختمان گردد. از طرف دیگر در حرارتها و فرکانسهاى بالاتر از معمول , حساسیت خواص به حرارت و سرعت بار باعث تغییر سختى و استهلاک مىشود. یک فرم ساده دیگر از سیستمهاى جداکننده سیستم اصطکاکى است . این سیستم در حالت ساده با یک عنصر اصطکاکى مدل مىشود . با وجود کارهاى تحلیل نظرى فراوانى که بر روى این سیستم انجام شده است , ازمایشهاى عملى براى ان بویژه در مقیاش بزرگ و با استفاده از میز لرزان بسیار کم انجام گرفته است . این سیستم براى خانه سازى ارزان قیمت بسیار مناسب است زیرا نیاز به تکنولوژی پیشرفته یا مهارت ویژه براى یک ساختمان معمولى ندارد. به همین دلیل براى مثال در چین انتخاب شده است . ایجاد این سیستم نیاز به تأمین یک لایه جداساز در زیر کف سازه دارد. این لایه در چین با استفاده از ماسه تجربه شده است . ساختمانهاى آجرى یا بلوکهاى سیمانىکه نسبتاً سخت و سنگین است و مستعد خرابى در اثر زمین لرزه مىباشد مىتواند با حضور این لایه لغزنده عملکرد خوبى داشته باشد .
استفاده از عنصر اصطکاک که یک عامل خوب استهلاک انرژى است باعث شده است تا در سیستهاى لاستیکى نیز تحولى ایجاد شود یک شیوه تحول یافته جایگزین کردن لایه هاى لاستیک با لایه هاى با روکش تفلون است که مىتواند در تماس اصطکاکى با هم قرار گیرد . در وسط نیز یک سیلندر مرکزى لاستیکى قرار داده مىشود . بنابراین , مدل ریاضى این سیستم از ترکیب موازى عناصر اصطکاکى , با فنر و میراکننده بدست مىاید مشابه این سیستم توسط Electricite de France طراحى شده است . به این ترتیب که بدنه جداکننده از ورقه هاى نئوپرن مسلح شده با فولاد , ساخته مىشود و در یک ورقه الیاژ سرب – برنز , قرار داده مىشود . این صفحه با یک ورقه فولادىکه در سازه , تعبیه مىشود تماس اصطکاکى ایجاد مىکند . بنابراین سیستمهاى اصطکاکى و الاستیک بطور سرى با هم ترکیب مىشوند. فلسفه طراحى چنین سیستمى اینست که در زلزله هاى ضعیف انعطاف پذیرى جانبى ورقه هاى نئوپرن وارد عمل شود. اما در یک زلزله شدید عملکرد اصطکاکى ورقه بالاى جداکننده , با محدودکردن نیروى منتقل شده , سازه را حفظ نماید.
در نوع دیگر تکیه گاههاى الاستیک که در نیوزلند بکار رفته است هسته سربی براى میراکردن انرژى مطرح مىشود. این سیستم از تکیه گاه لاستیکى لایه لایه با یک سیلندر مرکزى تشکیل شده است و انعطاف پذیرى جانبى آن توسط لاستیک تأمین مىشود. در مدل ریاضى چنین سیستمى یک عنصر هیسترتیک با فنر و میراکننده بطور موازى عمل مىکند.
یکى دیگر از سیستمهاى پشتیبانى شده اخیر ترکیب جدیدى از عملکردهاى اصطکاکى و الاستیک است . در این سیستم ورقه هاى باروکش تفلون جایگزین ورقه هاى نئوپرن سیستم Electricite de France مىگردد. به این ترتیب مىتوان گفت که یک عنصر اصطکاکى در ترکیب سرى با عناصر سیستم لایه هاى روکش تفلون قرار مىگیرد. حضور دو عنصر اصطکاکى در این سیستم غالباً عملکرد بهترى نسبت به سیستمهاى قبلى نشان داده است .
سیستمهاى مشابه دیگرى نیز بر پایه مسیستهاى بالا طراحى شده است ولى اغلب انها رفتار جدیدى ارائه نمی کند و با مدلهاى بیان شده قابل تعریف است . براى مثال به منظور جداکردن تجهیزات داخلى ساختمان از یک سیستم فنر مارپیچ و یک میراکننده ویسکوز استفاده مىشود که در واقع همان عملکرد تکیه گاه الاستیک را دارد. همچنین از انجا که در سیستمهاى اصطکاکى , نیروى برگرداننده به حالت اولیه پس از یک زلزله , وجود ندارد سیستمهاى اصطکاکى اونگى طراحى شده است که در انها با استفاده از یک نیمکره این نیروى جانب مرکز تأمین میشود.
فریبرز محمدی تهرانی

منبع :دات نت