جداساز لرزه ای
آیا ساختمانهایی که محل زندگی و کسب و کار ما میباشند و یا ساختمانهایی که میبایست به صورت بی وقفه به خدمت رسانی شان ادامه دهند (مانند بیمارستانها)، پس از یک زمین لرزه بزرگ قابل استفاده می باشند؟
یکی از مهمترین موضوعات طراحی سازه، مقاوم سازی سازهها در مقابل نیروی زلزله می باشد. به همین منظور تا به حال راهکارها و روشهای متعددی در جهت افزایش ظرفیت سازهها در برابر نیروی ناشی از زمین لرزه ارائه شده است. نکته قابل توجه اینجاست که در طراحی لرزهای، هم باید به دنبال افزایش ظرفیت باربری سازه بود و هم به دنبال افزایش شکل پذیری سازه. ولیکن راهکارهای آیین نامه ای و به خصوص راهکارهایی که برای سازه های با اهمیت متوسط و زیاد ارائه شده اند هر دو مورد مذکور را نمی توانند به نحو احسن برآورده کنند.
یکی از رویکردهای اثبات شده برای مقاوم سازی و بهسازی ساختمان ها در برابر بارهای لرزه ای (بارهای ناشی از زمین لرزه)، کنترل ارتعاشات لرزهای سازه میباشد. رویکرد کنترل ارتعاشات شامل روشها و فناوریهای متعددی میباشد که سیستم جداسازی لرزهای (Seismic Isolation System) از کارآمدترین آنها میباشد. به عبارتی در قیاس با سیستم هایی چون میراگرها (Dampers) و سیستمهای بدون خسارت (Damage Free Systems)، سیستمهای جداساز علاوه بر جلوگیری از خرابیهای سازهای قادر به محافظت لرزهای از المان های معماری نظیر چیدمان داخلی، نماپوش ها و غیره نیز می باشند.
انواع جداسازی از جمله جداسازی پایه – Base Isolation (که بسیار مرسوم تر است)، جداسازی لرزه ای نام دارند. این سیستم به مانند آن است که روسازه (Superstructure) بر روی فنداسیونی بنا شود که سطح آن توسط پوشش روغنی، لغزنده شده باشد. حال در زمان زمین لرزه، به واسطه ی لغزندگی روی پی، ارتعاش افقی روسازه بسیار کاهش می یابد. در واقعیت، این لغزندگی به وسیله ی تکیهگاه های لاستیکی یا بالشتک های الاستومری (Elastomeric Bearings) و یا تکیه گاههای لغزنده (Sliding Bearing) ایجاد می شود.
ابعاد المان ها و اجزای سازه ای ساختمان های جداسازی شده، مشابه با ساختمان های سنتی (ساختمان های با پای ثابت و گیردار) است. علت این است که طبق آیین نامه های طراحی لرزه ای، در طراحی اجزای سازه ای ساختمان های سنتی به واسطه ی طراحی اعضای شکل پذیر، می توان نیروهای لرزه ای را چهار تا شش برابر کاهش داد (با استفاده از ضریب رفتار سازه – R). حال از آنجایی که سیستم جداساز باعث کاهش نیروهای لرزه ای انتقال یافته به روسازه می شود، بنابراین ساختمان های جداسازی شده نیز طبق همان نیروهای کاهش یافته طراحی می شوند. ولی تفاوت عمده در این است که در هنگام رخ داد زلزله ی طرح، ساختمان های سنتی آسیب جدی خواهند دید و دیگر امکان استفاده از آنها نیست و باید تخریب شوند (سطح عملکرد “ایمنی جانی” – Life Safety)، در صورتی که ساختمان های جداسازی شده آسیب سازه ای نخواهند دید و آسیب غیره سازه ای آنها نیز در حد بسیار ناچیز و مجددا قابل استفاده خواهند بود و به سرویس دهی خود ادامه خواهند داد (سطح عملکرد “استفاده بی وقفه” – Immediate Occupancy). شکل شماره یک (1) عملکرد لرزهای ساختمان های سنتی و جداساز شده را نشان می دهد. همان طور که در شکل نشان داده شده است، تغییر مکان نسبی طبقات (جابجایی بین طبقه ای) در ساختمان های سنتی با پایه ثابت بسیار شدید می باشد که همین امر سبب آسیب شدید سازهای و خرابی تجهیزات داخل ساختمان خواهد شد. بر خلاف ساختمان های سنتی، جابجایی بین طبقه ای یا به اصطلاح مهندسی دریفت طبقات در ساختمان های جداسازی شده بسیار ناچیز و قابل صرف نظر کردن است. به همین خاطر، نیروهای داخلی ایجاد شده در اعضای سازه ی جداسازی شده کمتر بوده و از گسیختگی اعضا و آسیب دیدگی سازهای جلوگیری خواهد شد.
عملکرد لرزه ای ساختمان های سنتی با تکیه گاه گیردار تحت نیروی زمین لرزه عملکرد لرزه ای سازه ی جداسازی شده تحت نیروی زمین لرزه
شکل1: عملکرد لرزهای ساختمان های سنتی با پای ثابت و ساختمان های جداسازی شده
ارتقاع قابل توجه عملکرد لرزه ای ساختمان های جداسازی شده، هزینه هایی نیز به همراه دارد. ولی همان طور که می دانید، اضافه بهاء بابت کیفیت، لازمه ی هر خریدی میباشد بررسی های انجام شده بر روی سه بیمارستان با سیستم جداساز لرزه ای که در سال 2008 در شهر کرایسچرچ نیوزیلند (Christchurch, New Zealand) ساخته شده اند، نشان می دهد که بابت سیستم جداساز فقط سه درصد به هزینه های کل ساخت اضافه شده است.
سیستم جداساز لرزه ای (که می تواند به صورت تکیه گاه لاستیکی یا لغزنده باشد) می بایست پنج ویژگی و الزام را داشته باشد: 1- قابلیت جابجایی افقی، 2- قابلیت تحمل نیروهای قائم، 3- قابلیت مرکز گرایی یا بازگشت پذیری، 4- سختی اولیه ی افقی و 5- میرایی (Damping). با توجه به این پنج شرط اساسی، دو عامل اصلی که باعث اثر بخشی سیستم جداساز می شوند، انتقال دوره تناوب و افزایش میرایی (Period Shifting and Damping Increment) سازه است. در ساختمان های جداسازی شده، انتقال دوره تناوب اغلب بین دو تا سه ثانیه و افزایش میرایی سه الی پنج برابر سازه های سنتی می باشد. شکل شماره دو (2) این دو عامل اصلی را در سازه های جداسازی شده (Isolated Structures) نشان می دهد. همان طور که در شکل مشاهده می کنید، بواسطه ی این دو عامل اصلی، شتاب بازتاب سازه ی جداسازی شده به طور قابل ملاحظه ای کاهش یافته است.
شکل 2: انتقال دوره تناوب و میرایی سازه در ساختمانهای جداسازی شده
گروه صنعتی کهرنگ با استفاده از نیروهای متخصص داخلی و خارجی، تولید کننده ی انواع جداسازهای لرزها ی لاستیکی (جداگرهای لرزه ای) اعم از نوئوپرن ها یا جداگرهای الاستومری (Natural Rubber Bearing – NRB)، جداگرهای هسته سربی (Lead Rubber Bearing – LRB) و جداگرهای لاستیکی با میرایی بالا (High Damping Rubber Bearing – HDRB) برای اولین بار در ایران است. تمامی این محصولات پس از تولید، بر اساس آیین نامه های بین المللی اروپا EN و آمریکا AASHTO هر کدام که مدنظر مشاور و کارفرما
می باشد تست می شوند. تمامی امکانات و تجهیزات تست جداگرهای لرزه ای در همه ابعاد و اندازه ها در کارخانه محیا می باشد. امیدواریم با ایجاد فرهنگ سازی در جامعه مهندسین مشاور و کارفرمایان محترم در جهت استفاده از سیستم های جداساز لرزه ای برای انواع سازه های کشور، دیگر شاهد فاجعه های لرزه ای ملی نباشیم.