دانشگاه آزاد اسلامی
واحدتهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M. Sc”
مهندسی عمران- سازه
عنوان:
تعیین درز لرزه‌ای در ساختمان‌های فلزی با سیستم جداگر لرزه‌ای
استاد راهنما:

استاد مشاور:

نگارش:

بهمن 1390
دانشگاه آزاد اسلامی
واحدتهران جنوب
دانشکده تحصیلات تکمیلی
پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد “M. Sc”
مهندسی عمران- سازه
عنوان:
تعیین درز لرزه‌ای در ساختمان‌های فلزی با سیستم جداگر لرزه‌ای
نگارش:

اعضا هیات پروژه:امضا هیات داوران:
1-استاد راهنما:
2-استاد مشاور:
3-هیئت داوران:
4-هیئت داوران:
5-مدیر گروه:
تاریخ دفاعیه:23/11 /1390
سپاسگزاری:
با سپاس از تمام اساتید محترم و بخصوص جناب آقای دکتر و جناب آقای دکتر که در نوشتن این پایان‌نامه به من یاری رسانده و همیشه شامل الطاف آنها بوده‌ام.
تقدیم به:
خانواده عزیزم که در طول این مدت هر گرفتاری و نقصان مرا به جان خریده و مرا حمایت کردند.
فهرست مطالب
عنوان صفحه
چکیده 1
فصل اول: کلیات
1-1 مفهوم جداگر لرزه‌ای 3
1-2 ملاحظات مربوط به جداسازی لرزه‌ای 5
1-3 راه‌حل‌هایی برای آسیب غیر سازه‌ای 6
1-4 اجزای اصلی سیستم‌های جداسازلرزه‌ای 7
1-5 مشخصه‌های نیرو-تغییر مکان 11
1-6 اصول طراحی جداسازی لرزه‌ای 13
1-7 امکان جداسازی لرزه‌ای 14
1-8 سازه‌های مجاور16
1-9 تاریخچه و تحقیقات 16
1-10 رویدادهای برخورد سازه‌ها در طی زلزله‌های قبل 17
1-11 مطالعات در مورد کله گی (برخورد سازه‌های مجاور) در گذشته 19
فصل دوم: آیین‌نامه‌ها و روش‌های طراحی
2-1 مقایسه آیین‌نامه‌هاو روش‌های طراحی 24
2-2 تغییر مکان طرحDD25
2-2-1تصحیح فرمول تغییر مکان طرح در دستورالعمل طراحی ایران27
2-2-1-1محاسبه تغییر مکان طرح براساس آیین‌نامه ASCE7-0527
2-2-1-2 محاسبه تغییر مکان طرح28
2-2-1-3محاسبه تغییر مکان طرح براساس آیین‌نامه 2800 ایران28
2-3بیشترین تغییر مکانDM29
2-4بیشترین تغییر مکان کلDTMو بیشترین تغییر مکان کل طرح DTD30
2-5تغییر مکان هدف حاصل از طیف لرزه‌ای و تغییر مکان هدف حاصل ازطیف زلزله حداکثر سطح خطر31
2-6 محدودیت‌های تغییر مکان نسبی در دستور العمل طراحی32
2- 7 نتیجه مقایسه33
فصل سوم: مبانی نظری
3-1 مدلسازی سازه‌ها با جداگر لرزه‌ای 36
3-2رکوردهای انتخاب شده 47
فصل چهارم: مدلسازی سازه‌ها با جداگر لرزه‌ای و محاسبه جداگرها
4-1 مدل‌سازی سازه‌ها با جداگر لرزه‌ای ومحاسبه جداگرها 56
4-2 نرم‌افزار محاسباتی مورد استفاده 57
4-3 طراحی جداسازه‌ای لاستیکی با هسته سربی LRB59
4-4 محاسبه جداگر لرزه‌ای برای سازه پنج طبقه فلزی 62
4-5 محاسبه نیروی جانبی زلزله با استفاده از تحلیل استاتیکی معادل 64
4-6 حداقل نیروی جانبی زلزله 66
4-7 محاسبه اولیه ابعاد جداگرهای لرزه‌ای 66
4-8مدل‌سازی برخورد 68
4-8-1مدل ویسکوالاستیک خطی 69
4-8-2مدل الاستیک غیر خطی 70
4-8-3مدل ویسکو الاستیک غیر خطی 70
فصل پنجم: آنالیز نمونه‌ها و استخراج نتایج
5-1 تحلیل سازه‌ها و بررسی درز لرزه‌ای بر اساس نتایج 75
5-2 سازه سه طبقه بادبندی شده 79
5-3 سازه سه طبقه قاب خمشی 82
5-4 سازه پنج طبقه بادبندی شده 84
5-5 سازه پنج طبقه قاب خمشی 87
5-6 سازه هفت طبقه بادبندی شده 89
5-7 سازه هفت طبقه قاب خمشی 92
5-8 سازه ده طبقه بادبندی شده 94
5-9 سازه ده طبقه با قاب خمشی 97
5-10 تأثیر یک رکورد مشابه‌سازی شده بر سازه ومقایسه آن با نتایج کلی 101
5-1 نتیجه گیری 117
فصل ششم: نتیجه‌گیری
6-1 نتیجه گیری 121
6-2 پیشنهادات 123
ضمیمه 1-آیین‌نامه و روش‌های طراحی 124
ض 1-1 آیین‌نامه و روش‌های طراحی 125
ض 1-2 انتخاب معیارها 125
ض 1-2-1 مبنای طراحی 125
ض 1-2-2 پایداری سامانه جداساز 125
ض 1-2-3 ضریب اهمیت 125
ض 1-2-4 گروه بندی ساختمان‌ها بر حسب شکل 125
ض 1-2-5 انتخاب روش تحلیل پاسخ جانبی 126
ض 1-2-5-1 کلیات 126
ض 1-2-5-2 تحلیل استاتیکی 126
ض 1-2-5-3 تحلیل دینامیکی 127
ض 1-2-5-3-1 تحلیل طیفی 127
ض 1-2-5-3-2 تحلیل تاریخچه زمانی 127
ض 1-2-5-3-3 طیف‌های طرح ویژه ساختگاه 127
ض 1-2-6 روش تحلیل استاتیکی128
ض 1-2-6-1 ویژگی‌های تغییر شکل سامانه جداساز128
ض 1-2-6-2 حداقل تغییر مکان‌های جانبی128
ض 1-2-6-2-1 تغییر مکان طرح128
ض 1-2-6-2-2 زمان تناوب مؤثر متناظر با تغییر مکان طرح 128
ض 1-2-6-2-3 بیشترین تغییر مکان 128
ض 1-2-6-2-4 زمان تناوب مؤثر متناظر با بیشترین تغییر مکان 129
ض 1-2-6-2-5 تغییر مکان کل 129
ض 1-2-6-3 حداقل نیروهای جانبی 129
ض 1-2-6-3-1 سامانه جداساز و اعضای سازه‌ای در تراز سامانه جداساز یا زیر آن 129
ض 1-2-6-3-2 اعضای سازه‌ای بالاتر از تراز جداسازی 130
ض 1-2-6-3-3 محدویت‌هایVs130
ض 1-2-6-3-4 توزیع نیروها در امتداد قائم 130
ض 1-2-6-3-5 محدودیت‌های تغییر مکان نسبی 130
ض 1-2-6-4 روش تحلیل دینامیکی 131
ض 1-2-6-4-1 سامانه جداساز و اعضای سازه‌ای زیر تراز جداسازی 131
ض 1-2-6-4-2 تعیین برش پایه رو سازه 132
ض 1-2-6-5 تاریخچه زمانی شتاب، شتابنگاشت 132
ض 1-2-6-6 مدل ریاضی 133
ض 1-2-6-6-1 سامانه جداساز 133
ض 1-2-6-6-2 سازه جداسازی شده 133
ض 1-2-6-6-2-1 تغییر مکان 133
ض 1-2-6-6-2-2 نیروها و تغییر مکان‌ها در اعضای اصلی 134
ض 1-2-6-6-3 روش‌های تحلیل دینامیکی 134
ض 1-2-6-6-3-1 زلزله‌های مورد کاربرد در تحلیل 134
ض 1-2-6-6-3-2 روش تحلیل طیفی 134
ض 1-2-6-6-4 روش تحلیل تاریخچه زمانی 134
ض 1-2-6-6-5 نیروهای جانبی طرح 135
ض 1-2-6-6-5-1 سامانه جداساز و اعضای سازه‌ای در تراز جداسازی یا زیر آن 135
ض 1-2-6-6-5-2 اعضای سازه‌ای بالای تراز جداسازی 135
ض 1-2-6-6-5-3 اصلاح مقادیر بازتابها 135
ض 1-2-6-6-6 محدودیت‌های تغییر مکان نسبی 135
مراجع 137
چکیده به زبان انگلیسی 143
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1 منابع دیگر انعطاف‌پذیر و استهلاک انرژی11
جدول 2-1 تغییر مکان طرح در آیین‌نامه‌های دیگر 26
جدول 2-2 بیشترین تغییر مکان در آیین‌نامه‌های دیگر 29
جدول 2-3 بیشترین تغییر مکان کل طرحدر آیین‌نامه‌های دیگر 30
جدول 2-4 بیشترین تغییر مکان کلدر آیین‌نامه‌های دیگر 30
جدول 2-5 تغییر مکان طرح حاصل از طیف لرزه حاصل ازطیف زلزله حداکثر سطح خطر در آیین‌نامه‌های دیگر 31
جدول 2-6 تغییر مکان طرح حاصل از طیف زلزله حداکثر سطح خطر در آیین‌نامه‌های دیگر 32
جدول 2-7 محدودیت تغییر مکان نسبی 32
جدول 3-1 اطلاعات سیستم سازه‌ها 36
جدول 3-2 مقاطع مصرفی مدل سه طبقه 39
جدول 3-3 مقاطع مصرفی مدل پنج طبقه 39
جدول 3-4مقاطع مصرفی مدل هفت طبقه 40
جدول 3-5مقاطع مصرفی مدل ده طبقه 41
جدول 3-6مشخصات جداگرهای لرزه‌ای (کیلو نیوتن و متر) 47
جدول 3-7 مشخصات دینامیکی سازه‌های مورد مطالعه (دوره تناورب) 47
جدول 3-8مقادیر رکوردهای طبس وsrssآن و طیف استاندارد ایران برای سازه با TD برابر 5/1 ثانیه 49
جدول 3-9اطلاعات رکوردهای زلزله 52
جدول 4- 1- مشخصات جداگرهای لرزه‌ای (کیلونیوتن ومتر) 56
جدول 4- 2- مشخصات دینامیکی سازه‌های مورد مطالعه (دوره تناوب) 57
جدول 4-3 دتایل سقف کمپوزیت وگلمیخ‌ها57
جدول4-4 خواص مکانیکی بتن58
جدول 4-5 خواص مکانیکی فولاد58
جدول 4-6 وزن سقف کمپوزیت 63
جدول 5-1- نسبت تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی در سازه‌های سه، پنج، هفت، ده طبقه بادبندی و قاب خمشی 99
جدول 5-2- مقدار ضربه در حین زلزله به سازه مجاور در طبقات مختلف در سازه‌های سه، پنج، هفت، ده طبقه بادبندی و قاب خمشی 117
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 3-1- طیف‌های پاسخ شتاب مولفه مقیاس شده مورد استفاده در تحلیل مربوط به سازه‌های سه، پنج و هفت و ده طبقه 54
نمودار 5-1-نمودار تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی بر حسب معادله فعلی دستور العمل برای سازه سه طبقه فلزی با سیستم بادبندی و سیستم قاب خمشی به نسبت طبقات 77
نمودار 5-2 نمودار تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی بر حسب معادله تصحیح شده برای سازه سه طبقه فلزی با سیستم بادبندی و سیستم قاب خمشی به نسبت طبقات 79
نمودار 5-3- میانگین نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و برای سازه با سه طبقه (سیستم بادبندی) 80
نمودار 5-4- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با سه طبقه (سیستم بادبندی) 80
نمودار ‏55 نمودار سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای سیستم قاب خمشی 82
نمودار ‏56- نسبت تغییرمکان به تغییرمکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه با سه طبقه(قاب خمشی) 82
نمودار ‏57 نسبت تغییرمکان طبقات برای سازه با سه طبقه (قاب خمشی) 83
نمودار 58 نمودارسازه سه طبقه فلزی باجداگرلرزه‌ای سیستم بادبندی84
نمودار ‏59- نسبت تغییرمکان به تغییرمکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه باپنج طبقه (سیستم بادبندی) 85
نمودار ‏510- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با پنج طبقه (سیستم بادبندی) 85
نمودار ‏511 نمودار سازه پنج طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای سیستم قاب خمشی 87
نمودار 512 نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه با پنج طبقه (سیستم قاب خمشی) 87
نمودار ‏513 نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با پنج طبقه (سیستم قاب خمشی) 88
نمودار ‏514 نمودار سازه پنج طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای سیستم بادبندی 89
نمودار ‏515- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه با هفت طبقه (سیستم بادبندی) 90
نمودار ‏516- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با هفت طبقه (سیستم بادبندی) 90
نمودار ‏517 نمودار سازه هفت طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای سیستم قاب خمشی 92
نمودار ‏518- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و برای سازه با هفت طبقه (سیستم قاب خمشی) 92
نمودار ‏519- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با هفت طبقه (سیستم قاب خمشی) 93
نمودار ‏520 نمودار سازه ده طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای سیستم بادبندی 94
نمودار ‏521- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و میانگین آن برای سازه با ده طبقه (سیستم بادبندی) 95
نمودار ‏522 نمودار سازه ده طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای سیستم قاب خمشی 97
نمودار 523- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و میانگین آن برای سازه با ده طبقه (سیستم قاب خمشی) 97
نمودار 5-24- نسبت تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی در سازه‌های سه، پنج، هفت، ده طبقه بادبندی و قاب خمشی 100
فهرست اشکال
عنوان صفحه
شکل 1-1سازه معمولی3
شکل 1-2 سازه با کف جداسازی شده4
شکل 1-3 بالشتک‌های الاستومری8
شکل 1-4 طیف پاسخ نیروی ایده‌آل شده8
شکل 1-5 طیف پاسخ جابجایی ایده‌آل شده9
شکل 1-6 طیف‌های پاسخ برای افزایش میرایی9
شکل 1-7 منحنی پسماند نیرو-تغییر مکان10
شکل 1-8 روابط ایده‌آل شده نیرو-جابجایی برای سیستم‌های جداساز12
شکل 1-9 اصول طراحی جداسازی لرزه‌ای 14
شکل 1-10 شبیه‌سازی برخورد دو سازه مجاور17
شکل 1-11خسارت ناشی از برخورد سازه دو طبقه به سازه چهار طبقه، در حین زلزله لاکیلا در ایتالیا 200919
شکل 1-12 اثر برخورد دو سازه مجاور در زلزله مکزکوسیتی 199521
شکل 2-1 طیف طرح در آیین‌نامه ASCE7-0527
شکل 3-1 ابعاد پلان تیپ طبقات و نحوه تیرریزی 38
شکل 3-2 مدل‌سازه سه طبقه فلزی با سیستم قاب بادبندی 42
شکل 3-3 مدل‌سازه سه طبقه فلزی با سیستم قاب خمشی 42
شکل 3-4 مدل‌سازه پنجطبقه فلزی با سیستم بادبندی 43
شکل 3-5مدل یک سازه پنج طبقه فلزیقاب خمشی 43
شکل 3-6 مدل‌سازه هفتطبقه فلزی با سیستم بادبندی 44
شکل 3-7 مدل یک سازه هفت طبقه فلزیقاب خمشی 44
شکل 3- 8 مدل یک سازه ده طبقه فلزیبا سیستمبادبندی 45
شکل 3- 9- مدل یک سازه ده طبقه فلزیقاب خمشی 45
شکل 3-10-نمونه یک جداگر لرزه‌ای الاستومتری با هسته سربی 46
شکل 3-11 رفتار غیر الاستیک غیر خطی جداگر لرزه‌ای الاستومتری با هسته سربی 46
شکل 312 طیف استاندارد و رکورد مقیاس شده طبس بر اساس دستور العمل طراحی 51
شکل 4-1- مدل‌سازه پنج طبقه فلزی با سیستم قاب خمشی 59
شکل 4-2-رفتار دوخطی جداساز لاستیکی با هسته سربی 60
شکل 4-3-ساختمان جداساز لاستیکی با هسته سربی 60
شکل 4-4-مدل‌سازه پنج طبقه فلزی با سیستم بادبندی 63
شکل 4-5نمودار هیسترزیس ایده‌آل66
شکل ‏46- رفتار دو خطی برای مدلسازی جداگرهای لرزه‌ای 67
شکل 47 سازه‌های مورد استفاده برای بررسی اثر برخورد 68
شکل ‏48-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای بادبندی شده با سازه سه طبقه فلزی با پایه‌گیردار 71
شکل ‏49-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای قاب خمشی با سازه سه طبقه فلزی با پایه گیردار 72
شکل ‏410-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای بادبندی شده با سازه سه طبقه فلزی بادبندی با پایه گیردار 72
شکل ‏411-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزه‌ای قاب خمشی با سازه سه طبقه فلزی بادبندی با پایه گیردار 73
شکل 5-1 نیروی ضربه در طبقات سازه سه طبقه بادبندی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه سه طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 103
شکل 5-2 نیروی ضربه در طبقات سازه سه طبقه قاب خمشی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه سه طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 104
شکل 5-3 نیروی ضربه در طبقات سازه پنج طبقه بادبندی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه پنج طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 106
شکل 5-4 نیروی ضربه در طبقات سازه پنج طبقه قاب خمشی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه پنج طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 108
شکل 5-5 نیروی ضربه در طبقات سازه هفت طبقه بادبندی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه هفت طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 110
شکل 5-6 نیروی ضربه در طبقات سازه هفت طبقه قاب خمشی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه هفت طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 112
شکل 5-7 نیروی ضربه در طبقات سازه ده طبقه بادبندی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه ده طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 114
شکل 5-8 نیروی ضربه در طبقات سازه ده طبقه قاب خمشی با جداگر لرزه‌ای در کنار سازه ده طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 116
چكيده
در اين تحقیق نتایج حاصل از مطالعات انجام شده بر روی سازه‌های با سیستم جداگر لرزه‌ای و اثر درز لرزه‌ای بین این سازه‌ها با ساختمان‌های مجاور جهت اجتناب از برخورد آنها در زمان زلزله ارائه شده است. این تحقیق از آنرو مورد اهمیت است که، می‌توان از نتایج آن برای ارزیابی تغییر فواصل مابین سازه‌ها با در نظر گرفتن ارتفاع سازه با جداگر لرزه‌ای به سازه‌های مجاور که در معرض زلزله قرار دارند، مورد استفاده قرار بگیرد. که در واقع کمکی به اتخاذ تصمیم جهت انتخاب فاصله درست به سازه مجاور می‌باشد. اطلاعات آماری با بررسی ساختمان‌های سه، پنج، هفت وده طبقه فلزی با سیستم بادبندی و قاب خمشی به طور مجزا در معرض 20 رکورد حوزه دور بدست آمده است. هریک از ساختمان‌ها بر اثر رکوردهای زلزله انتخاب شده مورد تحلیل قرار گرفته است. فاصله بین سازه‌ها براساس مشخصات سازه‌های با جداگرلرزه‌ای تغییر می‌کند تا بتوان نتایج مناسبی را ارائه دهد، لذا در ابتدا این محدوده جداگانه در اطراف سازه با جداگر لرزه‌ای بطور مجزا در نظر گرفته شده است. پس از بدست آوردن یک محدوده مناسب با استفاده از این نتایج سازه‌های سه، پنج، هفت و ده طبقه در کنار سازه‌های قاب خمشی و بادبندی با پایه گیردار برای فواصلی که از جدول نتایج بدست آمده وتحت رکوردهای مشابه‌سازی شده مورد تحلیل قرار گرفته است، تا تأثیر استفاده از محدوده در آن بررسی شود. در مجموع به منظور بررسی تأثیر برخورد بر نیاز های لرزه‌ای سازه‌ها با جداگر لرزه‌ای 160 تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی انجام شده است. در انتهای این تحقیق با جمع بندی نتایج رابطه ای ساده و تأثیرگذار برای کاهش اثر برخورد دو سازه مجاور بدست آمد که مشخص کردن این محدوده را آسان می‌کند.
واژه‌های کلیدی: جداگر لرزه‌ای، درز لرزه‌ای، برخورد(کله گی)، مقیاس رکورد، زلزله حوزه دور
فصل اول
کلیات
1 -1 مفهوم جداگر لرزه‌ای
در ابتدا به مفهوم جداگر لرزه‌ای که بنظر می رسد یک مفهوماصلی برای این پایان نامه باشد می پردازیم تا کمی از اصول پایه مشخص شده و بعضی از پیشرفتها و مفاهیم که در این سیستم مورد استفاده قرار می‌گیرد معرفی گردد. لذا در این مورد از کتاب “طراحی سازه‌های ضد زلزله” ]1[ کمک گرفته شد.
پیشرفت در مورد ایمنی در برابر زلزله، حدودا از زلزله 1906 سانفرانسیکو، عمدتا به سبب قبول ترازهای نیروی رو به افزایش که ساختمان‌ها را می‌بایست برای تحمل آنها طراحی کرد، آغاز شد. اگرچه آیین‌نامه ها تاکنون دستور به افزایش مداوم ترازهای نیرو داده‌اند، اما یک ساختمان در مواجهه با زلزله‌های شدید حتی اگر کشسان باقی بماند، با نیروهایی مواجه می‌شود که چند برابر ظرفیت طراحی شده آن می‌باشد.
ساختمان‌های جدید حاوی تجهیزات بسیار حساس و گرانی هستند که در تجارت، بازرگانی، آموزش و پرورش و مراقبت بهداشتی اهمیت حیاتی دارند. بیمارستان‌ها، مراکز ارتباط جمعی، مراکز اضطراری، اداره‌های پلیس و ایستگاه‌های آتش نشانی می‌بایست در زمانی که به آنها نیاز است، یعنی پس از وقوع زلزله، امکان خدمت‌رسانی داشته باشند. ساخت معمولی می‌تواند سبب ایجاد شتاب‌های بسیار زیاد در طبقات ساختمان‌های سخت و تغییر مکان‌های جانبی میان طبقه بزرگ در سازه‌های انعطاف‌پذیر شود. این دو عامل در تضمین ایمنی اجزای ساختمان و محتویات آن ایجاد اشکال کنند.
شکل 1-1سازه معمولی]1[
در چند سال اخیر، راه‌های دیگری به غیر از پاسخ غیر معقول به نیروی طبیعت به وجود آمده است که به مرحله ای رسیده است، اگر چه دارای نتیجه نباشد، دست کم کاربردی ترمی‌باشد. این مفهوم جدید راامروزه جداسازی لرزه‌ای می نامند، این مفهوم معیارهای ابداع تکنولوژیکی کلاسیک را جوابگوست. برپایی ساختمان‌ها بر روی یک سیستم جداساز باعث کم شدن انتقال حرکت افقی زمین به ساختمان می‌شود. این عمل منجر به کاهش شدید شتاب‌های طبقات و تغییر مکان‌های جانبی بین طبقه‌ای می‌شود، و بدین وسیله از محتویات و اجزای ساختمان محافظت به عمل می‌آید.
شکل 1-2 سازه با کف جداسازی شده]1[
اصل جداسازی لرزه‌ای بر ایجاد انعطاف‌پذیری در پایه ساختمان در صفحه افقی مبتنی است و در عین حال از اجزای مستهلک‌شونده برای محدود کردن دامنه حرکت ناشی از زلزله استفاده می‌کند. مزایای جداسازی لرزه‌ای توانایی در حذف یا کاهش بسیار شدید آسیب سازه‌ای و غیر سازه‌ای، بالا بردن ایمنی محتویات ساختمان و نماهای معماری و کاهش نیروهای طرح زلزله است. کاهش پنج تا ده برابر نیروی کشسان، در نتیجه جداسازی لرزه‌ای را می‌توان به منزله کاهش بزرگی زلزله از هشت ریشتر به گستره پنج تا شش ریشتر بیان کرد]1[.
رویهم رفته پنج پیشرفت در ارتقای روش جداسازی لرزه‌ای نقش بسیار مهمی داشته‌اند]1[:
-طراحی و ساخت زیر سریهای ارتجاعی الاستومتری (لاستیکی)، که اغلب بالشتک نامیده می‌شوند، برای تحمل وزن سازه و در عین حال محافظت آن از نیروهای القا شده بر اثر زلزله.
-طراحی و ساخت مستهلک‌کننده های انرژی مکانیکی (جذب‌کننده ها)و الاستومرهای با میرایی بالا که برای کاهش حرکت در عرض بالشتک، به ترازهای عملی و قابل قبول، و مقاومت در برابر بارهای باد به کار برده می‌شوند.
-ابداع و پذیرش نرم‌افزارهای کامپیوتری برای تحلیل سازه‌های جداشده لرزه‌ای که ویژگی‌های غیر خطی مصالح وماهیت متغییر با زمان بارهای زلزله را در نظر می‌گیرد.
-توانایی در انجام آزمون‌های میز لرزان با استفاده از حرکات ثبت شده واقعی زمین ناشی از زلزله، به منظور بررسی عملکرد سازه‌ها و فراهم کردن نتایجی برای معتبر ساختن فنون مدلسازی کامپیوتری.
-ابداع و پذیرش روش‌هایی برای تخمین حرکات زمین خاص منطقه، ناشی از زلزله، برای دوره های مختلف بازگشت.
1-2 ملاحظات مربوط به جداسازی لرزه‌ای
اگر هریک از موارد زیر مطرح باشد آن گاه به جداسازی لرزه‌ای سازه نیاز است:
-افزایش ایمنی ساختمان و قابلیت بهره برداری آن پس از زلزله مطلوب باشد.
-نیروهای جانبی کاهش یافته ای برای طرح مورد نیاز باشد.
-استفاده از سازه‌های با ظرفیت شکل‌پذیری محدود (از قبیل بتن پیش ساخته )در نواحی زلزله خیزبا تغییر مکان نسبی کم مطلوب باشد.
-سازه فعلی در برابر بارهای زلزله ایمن نباشد.
برای سازه‌های جدید آیین‌نامه های فعلی ساختمان در تمامی مناطق زلزله تغییر مکان بکار برده می‌شود و بنابراین ممکن است بسیاری از طراحان احساس کنند که چون الزامات آیین‌نامه با طرح‌های فعلی برآورد شود لذا به جداسازی لرزه‌ای نیاز نیست اما الزامات توصیه شده درباره نیروی جانبی که انجمن مهندسان سازه کالیفرنیا (SEAOC)]39[تهیه کرده است، بیان می‌داردکه ساختمان‌هایی که مطابق با ضوابط این آیین‌نامه طراحی می‌شوند باید:
-بدون آسیب دیدگی در مقابل زلزله‌های خفیف مقاومت کنند.
-بدون آسیب دیدگی سازه‌ای، اما با مقداری آسیب غیر سازه‌ای، در مقابل زلزله‌های متوسط مقاومت کنند.
-بدون خرابی اما با آسیب دیدگی سازه‌ای و غیر سازه‌ای در مقابل زلزله‌های بزرگ مقاومت کنند.
این اصول عملکردی در مورد ساختمان‌هایی که با نیروهای طرح تراز آیین‌نامه بازسازی می‌شوند، نیز صادق است.
جداسازی لرزه‌ای توانایی در ساختن ساختمانی با مشخصه های عملکردی بهتر از آنچه آیین‌نامه فعلی می گوید را نوید می‌دهد و لذا گام بزرگی به جلو در طراحی لرزه‌ای سازه‌های مهندسی به شمار می رود. در هنگام تقویت ساختمان، نیاز به جداسازی الزامی است، و ممکن است سازه در وضعیت فعلی خود، در صورتی که زلزله رخ دهد، ایمن نباشد. در چنین حالاتی، اگر جداسازی لرزه‌ای مناسب باشد، می‌بایست میزان موثر بودن آن، در مقایسه با راه‌حل‌های دیگر از قبیل تقویت کردن ساختمان، ارزیابی شود.
1-3 راه‌حل‌هایی برای آسیب غیر سازه‌ای
دو مکانیزم اصلی برای ایجاد آسیب غیر سازه‌ای وجود دارد. اولی مربوط به تغییر مکان جانبی بین طبقه‌ای و دومی مربوط به شتاب‌های طبقات است. تغییر مکان جانبی بین طبقه‌ای به صورت جابجایی نسبی بین دو طبقه تقسیم بر ارتفاع طبقه تعریف می‌شود. شتاب‌های طبقات، شتاب‌های مطلقی هستند که در نتیجه وقوع زلزله ایجاد می‌شوند و در ساخت متعارف معمولا با افزایش ارتفاع ساختمان افزایش می یابند.
دو فلسفه طراحی مختلف در مهندسی سازه، برای کم کردن آسیب دیدگی غیر سازه‌ای مورد بحث است. یک دسته چنین استدلال می‌کنند که ساختمان‌های سخت بهترین راه‌حل هستند. ساختمان‌های سخت تغییر مکان‌های جانبی بین طبقه‌ای را کاهش می‌دهند، ولی شتاب‌های زیادی در طبقات ایجاد می‌کنند. دسته مقابل استدلال می‌کنند که ساختمان‌های انعطاف‌پذیرراه‌حلمی‌باشد، زیرا نیروی کمتری را جذب می‌کنند و شتاب‌های طبقات را کاهش می‌دهند. اگرچه این مطلب درست است، ولی ساختمان‌های انعطاف‌پذیر تغییر مکان‌های جانبی بین طبقه‌ای بزرگتری دارند و در نتیجه اجزایی که به تغییر مکان جانبی حساس‌اند، شدیدتر آسیب می‌بینند.
آشکار است که اگر هم تغییر مکان جانبی بین طبقه‌ای و هم شتاب‌های طبقات را کاهش دهیم، بهترین تلفیق این دو فلسفه طراحی است. جداسازی لرزه‌ای چنین مفهومی است(شکل1-2)، زیرا این عامل هم شتاب‌های طبقات و هم تغییر مکان جانبی بین طبقه‌ای را به میزانی چشمگیر کاهش می‌دهد و لذا راه‌حل اقتصادی وعملی برای مسئله دشوار کاهش آسیب غیر سازه‌ای ناشی از زلزله است.
1-4 اجزای اصلی سیستم‌های جداساز لرزه‌ای
سه جز اصلی در هر سیستم عملی جداسازی لرزه‌ای وجود دارد، اینها عبارتند از:
-یک پایه انعطاف‌پذیر به طوری که زمان تناوب ارتعاش کل سیستم به قدر کافی برای کاهش پاسخ نیرو طولانی شود.
-یک میراگر یا مستهلک‌کننده انرژی به طوری که تغییر مکان نسبی بین ساختمان و زمین را بتوان تا تراز عملی طرح کنترل کرد.
-وسیله‌ای برای تامین صلبیت تحت ترازهای بار (بهره برداری) کم از قبیل باد و زلزله‌های خفیف.
سال‌های متمادی است که سازه‌های پل بر روی بالشتکهای ارتجاعی]2[ قرار داده می‌شوند، و در نتیجه تاکنون با پایه انعطاف‌پذیر طراحی شده اند. این امکان هست که بتوان ساختمان را بر روی بالشتکهایی ارتجاعی قرار داد. در عین حال که ممکن است اعمال انعطاف‌پذیری جانبی بسیار مطلوب باشد، انعطاف‌پذیری قائم مطلوب نیست. صلبیت قائم با ساختن بالشتکهای لاستیکی در چند لایه و قرار دادنورق فولادی در بین لایه ها ایجاد می‌شود. ورقهای فولاد که به هر لایه از لاستیک چسبیده می‌شوند، تغییر شکل جانبی لاستیک تحت بار قائم را محدود می‌کنند(شکل1-3). این عمل منجر به ایجاد سختی قائمی چند صد برابر سختی جانبی می‌شود که میزان بزرگی آن با ستون‌های متعارف برابر است.
شکل 1-3 بالشتکهای الاستومری]1[
بالشتک ارتجاعی تنها وسیله ایجاد انعطاف‌پذیری در سازه نیست، بلکه عملی‌ترین راه به شمار می‌رود. کاهش نیرو با افزایش زمان تناوب (انعطاف‌پذیری)به صورت نمودار نیرو-پاسخ در شکل (1-4) نشان داده شده است. کاهش شدید برش پایه زمانی ممکن است که زمان تناوب ارتعاش سازه به طور چشمگیری افزایش یابد.
شکل 1-4 طیف پاسخ نیروی ایده‌آل شده]1[
کاهش پاسخ نیرو که در شکل(1-4) نشان داده شده است عمدتا به ماهیت حرکت زمین بر اثر زلزله و زمان تناوب سازه دارای پایه ثابت بستگی دارد. بعلاوه، انعطاف‌پذیری اضافی لازم برای افزایش زمان تناوب سازه باعث خواهد شدکه در سراسر پایه انعطاف‌پذیر، جابجایی‌های نسبی بزرگی ایجاد شود. شکل(1-5)منحنی پاسخ جابجایی ایده‌آل شده‌ای رانشان می‌دهد که در آن دیده می‌شودجابجایی‌ها با افزایش زمان تناوب (انعطاف‌پذیری)، افزایش می یابند. اما همانطور که در شکل (1-6)نشان داده شده است، اگر بتوان میرایی اضافی چشمگیری در سازه‌ایجاد کرد، می‌توان بر مسئله جابجایی چیره شد. همچنین دیده می‌شود که افزایش میرایی، به ازای زمان تناوب مفروض، نیروها را کاهش می‌دهد و همچنان که توسط منحنی‌های هموارتر پاسخ نیرو در ترازهای بالاتر میرایی نشان داده شده است قسمت زیادی از حساسیت در برابر تغییرات حرکت زمین را بر طرف می‌کند.
شکل 1-5 طیف پاسخ جابجایی ایده‌آل شده]1[
شکل 1-6 طیفهای پاسخ برای افزایش میرایی]1[
یکی از موثرترین وسایل تامین تراز میرایی، از طریق استهلاک انرژی پسماندی است. واژه پسماندی به انحراف منحنی‌های بارگذاری و باربرداری تحت بارگذاری چرخه‌ای اشاره دارد. کار انجام شده در طی بارگذاری، در طی باربرداری به طور کامل بازیافته نمی‌شود و این اختلاف به صورت گرما مستهلک می‌شود.
شکل(1-7)حلقه ایده‌آل شده نیرو-جابجایی را نشان می‌دهد، که در آن سطح محصور معیاری از انرژی مستهلک شده در طی یک چرخه حرکت است. بسیاری از مصالح مهندسی بطورزاتی پسماندی اند و تمامی الاستومرها تا حدی چنین ویژگی را نشان می‌دهند. با افزودن پرکننده‌‌هایی، که به همین منظور ساخته شده اند، به الاستومرها، بدون آنکه تأثیرنامناسبی بر ویژگی‌های مکانیکی داشته باشند، پسماند طبیعی آنها افزایش می‌یابد و چنین فنی منشا سودمندی برای میرایی است، اما تاکنون دستیابی به همان تراز استهلاک انرژی که با استفاده از بالشتک حاصل می‌شود ممکن نشده است.
شکل 1-7 منحنی پسماند نیرو-تغییر مکان]1[
اصطکاک منبع دیگر استهلاک انرژی است که برای محدود کردن تغییر مکان بکار برده می‌شود اما به دشواری می‌توان آنرا بصورت کمی بیان کرد و سیستم‌هایی که به این روش گرایش دارند هزینه آنها بیش از دو مکانیسم فوق می‌باشد. عیب دیگر این روش آن است که اغلب وسایل اصطکاکی خود تنظیم‌کننده نیستندو پس ازبروز زلزله ممکن است جابجایی دایمی بین قطعات لغزنده روی دهد.
در حالیکه انعطاف‌پذیری جانبی در برابر بارهای بزرگ لرزه‌ای بسیار مطلوب است، بدیهی است که داشتن یک سیستم سازه‌ای که تحت اثر بارهای مکرری از قبیل زلزله‌های خفیف یا بارهای باد بطور محسوس ارتعاش کند نامطلوب است. بالشتکهای سرب-لاستیک (و دیگر مستهلک‌کننده های انرژی مکانیکی)با استفاده از سختی ارتجاعی زیادشان صلبیت پایین مورد نظر در برابر بار را تامین میکنند(شکل1-7). برخی از سیستم‌های جداسازی لرزه‌ای برای این هدف به یک وسیله مقاوم در برابر باد نیازمندند، بطور نمونه یک جز صلب که بگونه ای طراحی شده باشد که تحت تراز مشخصی از بار جانبی گسیخته شود. این عمل می‌تواند منجر به بارهای ضربه ای شود که به سبب از بین رفتن ناگهانی بار در قسمت تکیه گاه به سازه انتقال پیدا می‌کند. همچنینگسیختگی نامتقارن چنین وسایلی می‌تواند آثار پیچشی نامطلوبی در ساختمان ایجاد کند و بعلاوه چنین وسایلی پس از هر بار گسیختگی باید تعویض شوند.
جدول 1-1 منابع دیگر انعطاف‌پذیری و استهلاک انرژی]1[
1-5 مشخصه های نیرو-تغییر مکان
از لحاظ مفهومی چهار نوع اصلی رابطه نیرو-تغییر مکان برای سیستم‌های جداسازی وجود دارد. این روابط ایده‌آل شده در شکل(1-8)نشان داده شده اند و هریک از منحنی‌های ایده‌آل دارای تغییر مکان طرح یکسان Dبرای زلزله تراز طرح اند.
شکل 1-8 روابط ایده‌آل شده نیرو-جابجایی برای سیستم‌های جداسازی]1[
سیستم جداسازی خطی با منحنی A نشان داده شده است و برای تمامی ترازهای باری زلزله زمان تناوب مجزای یکسانی دارد. بعلاوه نیروی ایجاد شده در سازه رو بنا مستقیما با جابجایی عرضی سیستم جداسازی متناسب است. هر سیستم جداسازی خطی باید یک مکانیسم مقاومت در برابر باد داشته باشد.
سیستم جداسازی سخت‌شونده با منحنی B نشان داده شده است. این سیستم در ابتدا نرم است (زمان تناوب مؤثر طولانی) و زمانی که تراز بار زلزله افزایش می‌یابد سخت می‌شود(زمان تناوب موثر کوتاه می‌شود). زمانی که تراز بار زلزله در یک سیستم سخت‌شوندهجابجایی‌هایی علاوه بر جابجایی طرح اعمال می‌کند، سازه روبنا دستخوش نیروهای بالاتری می‌شود و سیستم سخت‌شونده، مشابه سیستم خطی به برخی وسایل اضافی مکانیسم مقاوم در برابر باد نیاز خواهد داشت.
سیستم جداسازی نرم‌شونده با منحنی C نشان داده شده است. این سیستم در ابتدا سخت است(زمان تناوب موثر کوتاه) و زمانی که تراز بار زلزله افزایش می‌یابد نرم می‌شود (زمان تناوب موثر طولانی). زمانی که تراز بار زلزله در سیستم نرم‌شونده، تغییرمکان‌هایی علاوه بر جابجایی طرح اعمال می‌کند، آنگاه سازه روبنا دستخوش نیروهای کمتری می‌شود و سیستم جداسازی، در مقایسه با سیستم خطی مشابه، دستخوش جابجایهای بیشتری می‌شود. سختی اولیه زیاد یک سیستم نرم‌شونده مکانیسم مقاوم در برابر باد است.
سیستم جداسازی لغزشی با منحنی D نشان داده شده است، نیروی اصطکاک سیستم جداسازی بر این سیستم حاکم است. همانند سیستم نرم‌شونده، زمانی که تراز بار زلزله افزایش می‌یابد، زمان تناوب طولانی می‌شود و بارها بر روی سازه رو بنا ثابت باقی می مانند. جابجایی سیستم جداسازی لغزشی پس از چرخه های تکراری زلزله به مشخصه های ارتعاشی حرکت زمین بسیار بستگی دارد و ممکن است از جابجایی طرح تجاوز کند. در نتیجه، حداقل الزامات طرح، جابجایی اوج ناشی از زلزله را برای سیستم‌های جداسازی لرزه‌ای که فقط نیروهای اصطکاک بر آنها حکمفرماست، به خوبی بیان نمی‌کنند. می‌بایست ضریب به اندازه کافی بزرگ باشد تا بتوانند در برابر نیروهای باد مقاومت کند.
1-6 اصول طراحی جداسازی لرزه‌ای
اصول طراحی جداسازی لرزه‌ای در شکل (1-9)نشان داده شده است. منحنی فوق در این شکل نیروهای کشسان واقع بینانه ای را که بر اساس 5% طیف پاسخ زمین مبتنی است، و از “کتاب آبی” جدید SEACO]39[ برگرفته و بر یک سازه مجزا نشده اعمال شده است، نشان می‌دهد]3[. پایینترین منحنی نیروهایی را نشان می‌دهدکه آیین‌نامه ساختمانی یونیفرم]4[ خواستار طراحی سازهبرای تحمل آن است، و دومین منحنی از پایین مقاومت احتمالی را با فرض اینکه سازه بر اساس نیروهایی که بر اساس آیین‌نامه UBC طراحی شده است، نشان می‌دهد. مقاومت احتمالی 5/1 تا 2برابر بزرگتر از مقاومت طرح است و دلیل آن تأثیر ضرایب بار طرح، مقاومت واقعی مصالح که در عمل بیشتر از مقاومت فرض شده برای طراحی است، محافظه کاری در طراحی سازه و دیگر عوامل است. اختلاف بین ماکزیمم نیروی کشسان و مقاومت تسلیم احتمالی شاخصی تقریبی از انرژی است که می‌بایست از طریق شکل‌پذیری در اجزای سازه جذب شود.
زمانی که یک ساختمان سخت، با پایه گیردار که زمان تناوب اصلی آن 1 ثانیه یا کمتر باشد، توسط جداگرلرزه‌ای مجزا شود، آنگاه زمان تناوب اصلی آن تا گستره 5/1-5/2 ثانیه افزایش می‌یابد(شکل1-4). در نتیجه نیروی طرح UBC کاهش می‌یابد(شکل1-9)، اما مهمتر از آن در گستره 5/1 تا 5/2 ثانیه مقاومت تسلیم احتمالی ساختمان جدا شده تقریبا برابر ماکزیمم نیرویی است که در معرض آن قرار خواهد گرفت. بنابراین در مورد سیستم سازه‌ای نیاز به شکل‌پذیری کم است و یا اصلاً به شکل‌پذیری نیاز نیست و نیروهای طرح جانبی تقریبا تا 50% کاهش می‌یابد.
شکل 1-9 اصول طراحی جداسازی لرزه‌ای ]1[
1-7 امکان جداسازی لرزه‌ای
اگر شرایط زیر موجود باشد آنگاه معمولا سازه‌ها برای جداسازی لرزه‌ای مناسب‌اند:
-خاک زیرین باعث حاکم شدن حرکت زمین با زمان تناوب طولانی نشود(خاک‌های نرم).
-سازه دو طبقه یا بیشتر داشته باشد(یا بطور غیر معمول سنگین باشد).
-ساختمان نسبتا کوتاه و حجیم باشد.
-بارهای جانبی باد و دیگر بارهای غیرلرزه‌ای تقریباً کمتر از 10%وزن سازه باشند.
می‌بایست هر پروژه را به طور جداگانه و در مراحل اولیه طراحی ارزیابی کرد تا مناسب بودن آن برای جداسازی لرزه‌ای تعیین شود. بمنظور انجام این ارزیابی، اختلاف‌هایی بین ساخت جدید و تقویت سازه‌های موجود وجود دارد.
اولین نکته در ارزیابی مناسب بودن یک پروژه جدید، خود سازه است. جداسازی لرزه‌ای از طریق طولانی کردن زمان تناوب ارتعاشی که سازه با آن به حرکات زلزله پاسخ می‌دهد، نیروهای لرزه‌ای را کاهش می‌دهد. بیشترین بهره ای که از جداسازی عاید می‌شود، مربوط به سازه‌هایی است که بدون جداسازی کف ساختمان، دارای زمان تناوب اصلی ارتعاش کوتاه کمتر از 1 ثانیه باشند. معمولا زمان تناوب طبیعی ساختمان با افزایش ارتفاع افزایش می‌یابد. در ساختمان‌های بلندتر، معمولا زمان طبیعی به قدری بزرگ است که بدون جداسازی، نیروی زلزله کمتری را جذب می‌کنند ]1[.
بنابراین جداسازی لرزه‌ای اکثرا برای ساختمان‌های کم ارتفاع و با ارتفاع متوسط قابل کاربرد است و برای ساختمان‌های مرتفع کمتر موثر واقع می‌شود. حد ارتفاع عمدتا بستگی به نوع سیستم قاب بستگی دارد. سازه‌های دارای دیوار برشی و سازه‌های دارای قاب مهاربندی شده معمولاً از قاب‌های خمشی با ارتفاع یکسان سخت ترند و بنابراین برای دیوارهای برشی و قاب‌های مهاربند شده جداسازی بین 12 تا 15 طبقه موثر است، در حالی که در مورد قاب‌های خمشی این حد معمولا در حدود 8 تا 10 طبقه است. اغلب سیستم‌های جداساز لرزه‌ای تحت کشش به خوبی کار نمی‌کنند و روش‌های نصب آنها بگونه ای است که در موقعی که ممکن است کشش به بالشتک انتقال یابد، از ایجاد کشش جلوگیری شود]1[.
معمولا هرچه خاک سخت تر باشد، جداسازی موثرتر است. انعطاف‌پذیری سازه نحوه پاسخ دادن آن را به یک حرکت که به پایه سازه می رسد توسط ویژگی‌های خاکی که امواج زلزله از آن عبور می‌کنند، اصلاح می‌شود. اگر خاک زیر سازه بسیار نرم باشد، ممکن است که برخی از حرکات که از محتوای بسامدی بالا برخوردار است، از حرکت حذف شود و خاک حرکات با زمان تناوب طولانی ایجاد کند.
1-8 سازه‌های مجاور
سومین نکته در ارزیابی به کارگیری سیستم جداسازی، هرگونه محدودیتی است که سازه‌های مجاور در منطقه مورد نظر اعمال می‌کنند. مفهوم اصلی جداسازی لرزه‌ای ایجاد توازن بین نیروهای کاهش یافته و تغییرمکان‌های افزایش یافته برای رسیدن به بهترین حالت است. سیستم‌های عملی جداسازی این تغییرمکان‌ها را کاهش می‌دهند، اما تغییرمکان‌های پایه به اندازه 8 تا 40سانت معمولاً مشاهده می‌شود. گاهی از اوقات به سبب وجود ساختمان‌های مجاوری که ساخته شده اند، محدودیتی بوجود می‌آید کهسبب می‌گردد، قبول این جابجاییها ممکن نشود.
در این تحقیق به این نکته که آیا فضای آزاد کافی نسبت به ساختمان‌های دیگر برای انجام جابجایی به میزان مورد نیاز وجود دارد، می پردازیم.
1-9 تاریخچه و تحقیقات]60[
زلزله‌هایی که تاکنون اتفاق افتاده تأثیر زیان‌آور کله گی(برخورد دو سازه مجاور) در ساختمان‌های با پایه گیردار را آشکار کرده است، این خسارات از خرابی سطحی تا تخریب طبقات خود را نشان داده است. این تأثیرات بر سازه‌های با سیستم جداگر لرزه‌ای می‌تواند بیشتر نیز باشد، لذا پرداختن به آن مهم بنظر می رسد. این تحقیق برای مدلسازی عددی، تأثیر زلزله بر سازه‌های فلزی باسیستم جداگر لرزه‌ای را در نظر گرفته است. چنین برخوردی ممکن است در دیواره حائل (خندق) اطراف فنداسیون با سازه و یا بصورت برخورد سازه مورد نظر با سازه مجاور که به آن خیلی نزدیک هستند، اتفاق بیافتد. این مدلسازی عددی توسط نرم‌افزاری کارآمد قابل انجام می‌باشد. پارامترهای مؤثر در این مطالعه می‌تواند فاصله مابین سازه‌ها، ماهیت سازه مجاورو ماهیت زلزلهباشد که در واقع موارد موثر مسلما بیشتر می‌باشد. این تحقیق سعی در مشخص کردن فاصله ای مناسب برای جلوگیری از این برخورد بین دیوار حائل خندق و یا سازه‌های مجاور دارد.
شکل 1-10 شبیه سازی برخورد دو سازه مجاور
تکنولوژی جداگرهای لرزه‌ای در سالهای اخیر برای مقابله با خرابی‌های زلزله ابداع شده است، که بطور وسیعی در حال توسعه در نقاط مختلف جهان می‌باشد. جداگرهای لرزه‌ای باعث جلوگیری از خسارات وارده زلزله به بخش بالایی سازه‌هامی‌شود، برخلاف سازه‌هایی که بطور معمول محاسبه شده اند و بیشتر آنها در طی زلزله خسارت می بینند. در سازه‌های جداشده لرزه‌ای بدلیل ماهیت جداگرها می‌توانیم انتظار تغییر مکان‌های بزرگی در سازه روبنا داشته باشیم که بستگی به بزرگی زلزله واقع شده دارد، مخصوصاًوقتی این زلزله شامل پالسهایی با پریود طولانی باشد. بمنظور انطباق با این مورد نیاز به ایجاد یک فاصله خاص(درز لرزه‌ای) در اطراف سازه می‌باشد.
بدلیل موارد معماری و وضعیت قیمت زمینهای مختلف امکان در نظرگرفتن درز لرزه‌ای به هر اندازه که بخواهیم وجود ندارد، در بیشتر مواقع مجبور به رعایت حداقل این مقدار هستیم. در مجموع باید این واقعیت را در نظر گرفت که در بیشتر مواقع بدلیل نامشخص بودن کامل ماهیت سازه، زلزله، سازه مجاور این مقادیر دقیق نخواهد بود، ولی می‌توان بصورت تقریبی با دقتی مناسب محدوده خوبی از درز لرزه‌ای را در ایجاد نمود.
1-10 رویدادهای برخورد سازه‌ها در طی زلزله‌های قبل]60[
هرچند سیستم جداگرهای لرزه‌ای در چند دهه گذشته پیشرفت زیادی داشته و سعی در کامل کردن آن داشته اند، اما مورد برخورد سازه‌ها در حین زلزله، اخیرا در ادبیات مهندسی پیدا شده است در واقع سازه‌های با جداگر لرزه‌ای مجاز به تجربه تغییر مکان های بزرگی هستند که در حین یک زلزله به همراه پالسهای با پریود بلند می‌باشد ]5[. خصوصا ساختمان با سیستم جداگر لرزه‌ای مرکز کنترل و فرمان آتش سوزی (FCC) در لس آنجلس، که این تجربه را در زلزله نورثیج 1994داشته و ثبت گردیده است. با بررسی رکوردهای حرکت زمین این سازه، مورد برخورد سازه‌های مجاوربه این سازه دیده می‌شود. این ساختمان دو طبقه فلزی با پایه‌های مستهلک‌کننده الاستومری از سیستم جداگر لرزه‌ای استفاده کرده است. بر اساس گزارشات در بررسی اولیه، برخورد پل بتنی در ضلع شمالی ساختمان به یکی از ابعاد سازه مشاهده شده است. شتاب نگاشتهایی که در هر طبقه متصل شده بودند، دامنه پاسخ شتاب را در تراز جداگر مشخص کرده اند، که نشان می‌دهد در جهت برخورد، شتاب از g22/0 به g35/0 که اوج شتاب بوده، رسیده است. در حالیکه در دیگر جهت ها شتاب زمین کاهش یافته بود، که این از تأثیر سیستم جداگر لرزه‌ای بوده، (از g18/0 به g07/)0. ]60[
برخورد سازه‌های با سیستم پایه گیردار در سراسر دنیا مشاهده شده، این مورد بخصوص در زلزله‌های بسیار شدید بیشتر گزارش شده است، که میزان خسارات مربوط به آن از خسارت‌های سطحی تا خرابی اولیه نیز دیده شده است] 6-7-8-9-10[. بعد از زلزله 1985 مکزیکوسیتی، بیشترین توجه به برخورد سازه‌های مجاور بوده است، آنها به این نتیجه رسیدند کهحتیمی‌تواند باعث خرابی کامل یک سازه شود، بنابراین توجه بیشتری به برخورد سازه‌های مجاور شد]11[. اگرچه تعداد ساختمان‌هایی که بدلیل برخورد به سازه‌های مجاور خسارت شدیدی به آنها وارد شده در ابتدا زیاد برآورد شده بود، بعد از بررسی مجدد، بعد از چند سال، به این نتیجه رسیدند که فقط 4% از سازه‌های خسارت دیده بدلیل اصلی برخورد با سازه‌های مجاور بوده است]6-11[. بعلاوه، مشاهده شده که بیشتر خسارت سازه‌ها بر اثر برخورد سازه‌های مجاور بدلیل نابرابر بودن ارتفاع آنها وقرارگیری سازه‌های با سیستم‌های متفاوت در کنار یکدیگر می‌باشد]7[.
در شکل(1-11) برخورد بین دو سازه مجاور را نشان داده است، در زلزله لاکیلا در مرکز ایتالیا 2009، که توسط تیم شناسایی EERI/PEER]32[گزارش شده بود. در حین زلزله سقف سازه‌ای دو طبقه به سازه‌های چهار طبقه برخورد کرده و به ستون‌های ساختمان در همان تراز صدمه زده بود. ارزیابی خسارت نشان داد که این برخوردتأثیرات مخربی را بهمراه داشته است.
شکل 1-11خسارت ناشی از برخورد سازه دو طبقه به سازه چهار طبقه، در حین زلزله لاکیلا در ایتالیا 2009]12[
سازه‌های مجاور با داشتن مشخصات خاص دینامیکی برای هر سازه در حین ارتعاش امکان برخورد در فازهای مختلف را فراهم می‌کنند، در طی زلزله این برخورد یا همان کله گی بسیار شدید و تأثیرگذار می‌تواند باشد. موارد گزارش شده در زلزله‌های مکزیکوسیتی 1985، نورثریج امریکا1994، کوبه ژاپن 1995، کوسالی ترکیه1999 و سیچان چین 2008 نمونه های از این موردمی‌باشد.
1-11 مطالعات در مورد کله گی(برخورد سازه‌های مجاور) در گذشته
تاکنون بطور مکرر گزارشاتی در مورد سازه‌های با سیستم پایه‌های گیردار از سراسر جهان در این زمینه داده شده است، خصوصاً در جریان زلزله‌های شدید، که طی تحقیقات بزرگ به اطلاعاتی مناسب در این زمینه رسیده اند. اناگنوستوپولوس]13[از اولین کسانی بود که از مشابه‌سازی عددی در حل این مسئله استفاده نمود، توجه او به سازه‌ای با سیستم یک درجه آزادی (SDOF) تحت زلزله‌های مشابه‌سازی شده بود. بعد از آن چند مطالعه دیگر بصورت تحقیقات عددی و تجربی بر روی سازه‌های با پایه گیردار تمرکز شده بود، انجام گرفت]14-15-16-17-18-19[.
در مقایسه با تحقیقات زیادی که بر روی سازه‌های عادی و پل‌ها انجام شده، مطالعات محدودی در این زمینه بر روی سازه‌های با سیستم جداشده لرزه‌ای انجام شده است. تاسی]20[و مالهوترا]21[ اولین نفراتی بودند که با تحقیقاتی تقریبا مشابه در این زمینه تحقیق کردند، این تحقیقات تحلیلی بر روی سازه‌های با سیستم جداشده لرزه‌ای و احتمال برخورد آنها به دیواره خندق اطراف فنداسیون آن سازه‌ها انجام شد. هر دو محقق مطالعاتی مشابه بر روی روبنای سازه‌ها ی جدا شده لرزه‌ای همچون یک تیر برشی ممتد و برخورد آن به یک متوقف کننده، بعنوان تحقیق، و با استفاده از تئوری امواج، تأثیرات آن بر پاسخ لرزه‌ای سازه را انجام دادند. تاسی پاسخ شتابی بسیار شدید در حین برخورد سازه با دیواره خندق یا دیواره حائل در تراز فنداسیون جدا شده، مشاهده نمود، حال آنکه مالهوترا نتیجه گرفت که نیروی برشی پایه با سختی روبنا یا دیواره حایل افزایش خواهد یافت، و گاهی اوقات این نیروی برشی از وزن کل سازه جداشده لرزه‌ای بیشتر می‌شود.
ماتساگار



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه

پاسخ دهید