جداساز لرزه ای چیست؟

جداساز لرزه ای یکی از تجهیزات مورد استفاده در مهندسی زلزله است که با هدف کاهش انتقال حرکت زمین به ساختمان طراحی می شود. این تجهیزات معمولا در محل اتصال پی به سازه نصب می شوند و با تغییر رفتار دینامیکی ساختمان، می توانند نیروها و شتاب های ناشی از زلزله را کاهش دهند. استفاده از جداساز لرزه ای به ویژه در ساختمان هایی اهمیت دارد که حفظ عملکرد پس از زلزله، محافظت از تجهیزات حساس و کاهش خسارت های سازه ای و غیرسازه ای در آن ها ضروری است.

عملکرد این سیستم به نوع جداساز، مشخصات سازه، شرایط خاک و ویژگی های زلزله بستگی دارد. به همین دلیل، انتخاب و طراحی آن باید بر اساس تحلیل مهندسی و استانداردهای معتبر انجام شود.

در این مقاله از شرکت آشیب بان، با مفهوم جداساز لرزه ای، نحوه عملکرد، انواع مختلف، کاربردها و معیارهای مهم انتخاب این تجهیزات آشنا می شویم.

جداساز لرزه ای چگونه کار می کند؟

هنگام وقوع زلزله، حرکت زمین از طریق پی به ساختمان منتقل می شود. این حرکت در سازه های متعارف می تواند نیروهای جانبی و شتاب هایی ایجاد کند که به اسکلت ساختمان، دیوارها، تاسیسات و تجهیزات داخلی آسیب برسانند.

جداساز لرزه ای با ایجاد انعطاف پذیری کنترل شده در تراز جداسازی، رفتار دینامیکی سازه را تغییر می دهد. این تجهیزات معمولا میان پی و روسازه قرار می گیرند و با افزایش دوره تناوب موثر سیستم، می توانند میزان نیروی لرزه ای و شتاب منتقل شده به ساختمان را کاهش دهند.

در ساختمان مجهز به جداساز، بخش قابل توجهی از تغییرمکان جانبی در محل جداسازی اتفاق می افتد. به این ترتیب، تغییرشکل نسبی طبقات در بسیاری از شرایط کاهش پیدا می کند و احتمال آسیب به اجزای سازه ای و غیرسازه ای کمتر می شود.

برخی از جداسازها علاوه بر فراهم کردن انعطاف پذیری، از طریق میرایی داخلی یا اصطکاک، بخشی از انرژی لرزه ای را نیز مستهلک می کنند. با این حال، جداسازی لرزه ای به معنای قطع کامل انتقال نیرو یا انرژی زلزله نیست. میزان کاهش پاسخ سازه به مشخصات سیستم و شرایط پروژه وابسته است.

انواع جداساز لرزه ای

جداسازهای لرزه ای بر اساس سازوکار عملکرد به چند گروه تقسیم می شوند. دو خانواده مهم این تجهیزات، جداسازهای الاستومری و جداسازهای لغزشی هستند. هر کدام از این گروه ها ویژگی ها، مزایا و محدودیت های خاص خود را دارند.

۱. جداساز لاستیکی با میرایی کم (LDRB)

جداساز لاستیکی با میرایی کم از لایه های لاستیکی و ورق های فولادی تشکیل می شود. لاستیک امکان تغییرشکل جانبی را فراهم می کند و ورق های فولادی به افزایش سختی قائم و تحمل بارهای فشاری کمک می کنند.

این نوع جداساز عمدتا برای افزایش انعطاف پذیری جانبی سیستم و تغییر دوره تناوب سازه به کار می رود. از آنجا که میرایی ذاتی آن نسبتا کم است، در برخی پروژه ها لازم است استفاده از تجهیزات تکمیلی برای کنترل پاسخ لرزه ای بررسی شود.

۲. جداساز لاستیکی با میرایی بالا (HDRB)

جداساز لاستیکی با میرایی بالا نیز از لایه های لاستیکی و فولادی تشکیل شده است، اما ترکیب لاستیک آن به گونه ای انتخاب می شود که انرژی بیشتری را در جریان تغییرشکل های چرخه ای مستهلک کند.

این ویژگی می تواند نیاز به تجهیزات اضافی برای تامین میرایی را در برخی پروژه ها کاهش دهد. عملکرد جداساز HDRB به خواص ماده لاستیکی، دما، دامنه تغییرمکان و شرایط بارگذاری وابسته است.

برای آشنایی بیشتر با این سیستم، صفحه جداساز لرزه ای با میرایی بالا را مطالعه کنید.

۳. جداساز لاستیکی با هسته سربی (LRB)

جداساز لاستیکی با هسته سربی از لایه های لاستیکی و فولادی به همراه یک یا چند هسته سربی تشکیل می شود. لاستیک انعطاف پذیری جانبی و نیروی بازگرداننده را فراهم می کند و هسته سربی از طریق تسلیم تحت بارگذاری جانبی، نقش مهمی در استهلاک انرژی دارد.

ترکیب این دو بخش به جداساز اجازه می دهد بارهای قائم ساختمان را تحمل کند و در عین حال، تغییرمکان های جانبی ناشی از زلزله را امکان پذیر سازد. ابعاد هسته، مشخصات لاستیک و میزان بارگذاری از عوامل موثر بر عملکرد این سیستم هستند.

برای اطلاعات بیشتر به صفحه جداساز لرزه ای هسته سربی (LRB) مراجعه کنید.

۴. جداساز اصطکاکی ساده

در جداساز اصطکاکی ساده، حرکت نسبی از طریق لغزش کنترل شده میان دو سطح تماس انجام می شود. نیروی اصطکاک در برابر حرکت مقاومت می کند و بخشی از انرژی ورودی را مستهلک می سازد.

در طراحی این سیستم باید میزان اصطکاک، ظرفیت جابه جایی، نیروی بازگرداننده و احتمال باقی ماندن تغییرمکان پس از زلزله بررسی شود. رفتار این تجهیزات به مشخصات سطوح تماس، بار قائم و شرایط محیطی نیز وابسته است.

۵. جداساز پاندولی اصطکاکی (FPS)

جداساز پاندولی اصطکاکی از یک سطح لغزشی منحنی استفاده می کند. حرکت روی این سطح باعث ایجاد اثر پاندولی و نیروی بازگرداننده ناشی از گرانش می شود. هم زمان، اصطکاک میان سطوح به استهلاک انرژی لرزه ای کمک می کند.

شعاع انحنای سطح، ضریب اصطکاک و بار وارد بر جداساز از عوامل مهم در تعیین رفتار این سیستم هستند. طراحی صحیح باید ظرفیت جابه جایی، پایداری و نیروهای منتقل شده به سازه را در نظر بگیرد.

برای آشنایی بیشتر با این فناوری، صفحه جداساز پاندولی (FPS) را ببینید.

مزایای استفاده از جداساز لرزه ای

استفاده از جداساز لرزه ای می تواند مزایای متعددی داشته باشد، اما میزان بهره مندی از این مزایا به طراحی و شرایط پروژه وابسته است.

• کاهش شتاب وارد بر ساختمان: در شرایط مناسب، جداسازی می تواند شتاب انتقال یافته به روسازه را کاهش دهد.
• کاهش آسیب به اجزای غیرسازه ای: کاهش تغییرشکل نسبی طبقات می تواند احتمال آسیب به دیوارهای غیرسازه ای و برخی تاسیسات را کمتر کند.
• محافظت از تجهیزات حساس: کنترل شتاب در ساختمان هایی مانند بیمارستان ها و مراکز داده می تواند به حفاظت از تجهیزات کمک کند.
• بهبود عملکرد پس از زلزله: در صورت طراحی مناسب کل ساختمان، جداسازی می تواند به کاهش خسارت و تسهیل ادامه بهره برداری کمک کند.
• امکان کنترل پاسخ سازه: با انتخاب مشخصات مناسب جداساز، می توان رفتار دینامیکی سیستم را متناسب با اهداف عملکردی پروژه تنظیم کرد.

این مزایا به معنای حذف کامل خسارت یا تضمین ایمنی در همه زلزله ها نیستند. ارزیابی عملکرد باید بر اساس تحلیل سازه و شرایط واقعی پروژه انجام شود.

جداساز لرزه ای در چه ساختمان هایی کاربرد دارد؟

جداسازی لرزه ای در پروژه هایی مورد توجه قرار می گیرد که کنترل پاسخ ساختمان و کاهش آسیب های ناشی از زلزله اهمیت زیادی دارد.

بیمارستان ها و مراکز درمانی: کاهش آسیب به تجهیزات پزشکی و تاسیسات می تواند به حفظ خدمات درمانی پس از زلزله کمک کند.

مراکز مدیریت بحران: این ساختمان ها باید تا حد امکان پس از وقوع حادثه قابل استفاده باقی بمانند. جداسازی لرزه ای یکی از راهکارهای قابل بررسی برای دستیابی به این هدف است.

پل ها و زیرساخت های حمل و نقل: جداسازها در برخی پل ها برای کنترل نیروهای منتقل شده به پایه ها و اجزای سازه ای استفاده می شوند.

ساختمان های دارای تجهیزات حساس: مراکز داده، آزمایشگاه ها و برخی ساختمان های صنعتی می توانند از کنترل شتاب و کاهش آسیب به تجهیزات بهره مند شوند.

ساختمان های مهم در مناطق لرزه خیز: در این پروژه ها، استفاده از جداساز می تواند به عنوان یکی از گزینه های طراحی لرزه ای بررسی شود؛ البته تصمیم نهایی باید بر اساس تحلیل فنی، شرایط خاک و ضوابط مربوط انجام شود.

برای آشنایی با سایر روش های بهسازی و افزایش عملکرد لرزه ای ساختمان، به بخش مقاوم سازی سازه مراجعه کنید.

معیارهای مهم در انتخاب جداساز لرزه ای

انتخاب جداساز مناسب فقط به نوع تجهیز محدود نمی شود. چند عامل اساسی باید در طراحی و ارزیابی سیستم در نظر گرفته شوند.

ظرفیت جابه جایی: جداساز باید بتواند جابه جایی های مورد انتظار در زلزله طراحی را بدون از دست دادن پایداری تحمل کند.

سختی و میرایی: سختی موثر و میزان میرایی بر دوره تناوب سیستم، نیروهای منتقل شده و پاسخ لرزه ای ساختمان تاثیر می گذارند.

تحمل بار قائم: تجهیزات باید توانایی تحمل بارهای ثقلی و حفظ پایداری تحت ترکیب بارهای قائم و جانبی را داشته باشند.

شرایط محیطی و دوام: دما، رطوبت، شرایط بهره برداری و الزامات بازرسی و نگهداری می توانند بر عملکرد بلندمدت تجهیزات اثر بگذارند.

هماهنگی با تاسیسات: لوله ها، کابل ها، کانال ها و مسیرهای دسترسی عبوری از تراز جداسازی باید توانایی تحمل حرکت نسبی طراحی شده را داشته باشند.

ضوابط طراحی و آزمایش: مشخصات فنی، نتایج آزمایش های معتبر و استانداردهای قابل اعمال باید در انتخاب و تایید جداساز مورد توجه قرار گیرند.

آیا جداساز لرزه ای برای همه ساختمان ها مناسب است؟

خیر. اثربخشی جداسازی لرزه ای به ارتفاع و سختی ساختمان، شرایط خاک، ویژگی های زلزله، میزان جابه جایی قابل تحمل و هزینه اجرای سیستم بستگی دارد.

در بسیاری از ساختمان های کوتاه و متوسط، جداسازی می تواند راهکار موثری باشد. با این حال، برای ساختمان های بلند و انعطاف پذیر نیز نمی توان بدون بررسی مهندسی حکم کلی صادر کرد. در این سازه ها، برهم کنش میان رفتار ساختمان و سیستم جداسازی باید با دقت تحلیل شود و در صورت نیاز، استفاده از تجهیزات تکمیلی مانند میراگر ویسکوز مورد بررسی قرار گیرد.

تصمیم گیری نهایی باید بر اساس تحلیل دینامیکی، شرایط محل پروژه، اهداف عملکردی و مقررات معتبر انجام شود.

استاندارد مرجع برای جداسازهای لرزه ای چیست؟

استاندارد اروپایی EN 15129 با عنوان تجهیزات ضدلرزه ای، الزامات مرتبط با تجهیزات جداسازی و استهلاک انرژی را پوشش می دهد. با این حال، استاندارد قابل اعمال به هر پروژه به کشور محل اجرا، نوع سازه، مقررات ملی و مشخصات قرارداد بستگی دارد.

بنابراین، پیش از طراحی، ساخت یا نصب جداساز، باید نسخه معتبر استاندارد و الزامات قانونی پروژه بررسی شود. همچنین، تایید عملکرد تجهیزات باید بر اساس مستندات فنی و آزمایش های مرتبط انجام گیرد.

جداساز لرزه ای تجهیزی است که با ایجاد انعطاف پذیری کنترل شده و تغییر رفتار دینامیکی ساختمان، می تواند میزان نیروها و شتاب های منتقل شده از زمین به سازه را کاهش دهد. جداسازهای لاستیکی کم میرایی، لاستیکی با میرایی بالا، هسته سربی و جداسازهای اصطکاکی از انواع رایج این فناوری هستند.

انتخاب سیستم مناسب به مشخصات ساختمان، شرایط زمین، ظرفیت جابه جایی، میزان میرایی، الزامات عملکردی و استانداردهای مربوط بستگی دارد. طراحی مهندسی، اجرای دقیق، کنترل کیفیت و نگهداری مناسب برای دستیابی به عملکرد مورد انتظار ضروری هستند.

برای انتخاب راهکار مناسب در پروژه های ساختمانی و زیرساختی، بررسی شرایط اختصاصی هر پروژه و مشورت با متخصصان مهندسی زلزله توصیه می شود.