2-4-2- تشدید و نوع خاک همزمان با انتشار امواج به سمت سطح زمین، بسته به شدت ارتعاش، ماهیت سنگ بستر و خاکهای روی آن، عمق و نوع خاک سطحی، امواج ممکن است تقویت شوند ارتعاشات ناشی از زلزله در زمینهای نرم به مراتب شدیدتر از زمینهای سخت و یا صخره ها می باشد که منجر به آسیب های شدیدتر سازهای در مناطق با خاکهای نرم می شوند این تشدید بوجود آمده بیشتر در ارتعاش در پریود های بلندتر بیان می شود و در پریود های کوتاه معمولاً مهم نمی باشد. مطالعات پس از زلزله لوما پریتا[2] در سال 1989 نشان می دهد که ارتعاش در زمینهای نرم حدود 5/2 تا 5/3 برابر ارتعاش در خاکها سخت بوده است . در سازه ها مجهز به جداگر لرزه ای نیز به دلیل دوره تناوب بالای سازه اصلی و به منظور جلوگیری از پدیده تشدید توصیه می شود تا ساختمانهای مجهز به جداگر لرزه ای ترجیحاً بر روی خاکهای نوع I یا II ساخته شوند . نکته قابل توجه در مورد سازه های مجهز به جداگر لرزهای و خاک ساختگاه پروژه آنکه در این سیستم بر خلاف شتابهای افقی که کاهش می یابند، شتابهای قائم بعضاً منجر به افزایش می شوند و این امر به ویژه در خاکهای نرم از اهمیت بیشتری برخوردار می باشند لذا طراح بایستی پس از طراحی چنین سازهای نسبت به کنترل تأثیر شتاب قائم اقدام نماید. 2-4-3- پریود سازه ها همه سازه ها دارای یک پریود طبیعی یا ذاتی می باشد. پریود سرعتی است که در آن در صورت تحریک افقی، جسم شروع به ارتعاش می کند وقتی که یک سازه در اثر حرکت زمین شروع به ارتعاش می کند سازه تمایل دارد تا تحت پریود طبیعی خود ارتعاش نماید اکثر سازه ها تحت چندین پریود مختلف ارتعاش میکند که بلندترین آن را پریود غالب می نامند. پریودهای غالب سازه ها از 0.05 ثانیه برای یک قطعه تجهیزاتی متصل به زمین تا حدود 0.1 ثانیه برای یک ساختمان یک طبقه تغییر می کند سازه های بلندتر بین 10 تا 20 طبقه در مدهای غالب بین مدهای 1 تا 2 ثانیه نوسان خواهند کرد. ارتفاع ساختمانها عمدتاً مهمترین پارامتر تعیین پریود ساختمان می باشد اگر چه مطابق با مدارک فنی، پریود به خصوصیات جرم و سختی سازه نیز وابسته می باشد. شکل 2-12- پریود طبیعی. شتاب القایی به سازه وابسته به پریود طبیعی آن می باشد و با افزایش پریود کاهش می یابد. در سازههای مجهز به جداساز لرزهای تغییر مکان نسبتاً عمدهای در تراز سامانه جداساز همزمان با ارتعاش زمین ایجاد می شود. این امر منجر به افزایش پریود طبیعی سازه در حدود 5/2 تا 3 ثانیه شده و متعاقباً شتاب القایی به سازه به میزان قابل توجهی کاهش می یابد.  

 نکته مهم : هنگام انتقال متون از فایل ورد به داخل سایت بعضی از فرمول ها و اشکال (تصاویر) درج نمی شود یا به هم ریخته می شود یا به صورت کد نشان داده می شود ولی در سایت اصلی می توانید فایل اصلی را با فرمت ورد به صورت کاملا خوانا خریداری کنید: سایت مرجع پایان نامه ها (خرید و دانلود با امکان دانلود رایگان نمونه ها) : jahandoc.com   شکل 2-13- پریود سازه ها با ارتفاع های مختلف 2-4-4- میرایی : یک پاندول یا یک تاب؛ یک نوسانگر بسیار موثر می باشد و برای زمان بسیار زیادی پس از تحریک به ارتعاش خود ادامه می دهد. اگر چه محدوده ارتعاش با گذشت زمان تدریجاً کاهش می یابد ولی ساختمانها به دلیل میرا شدن و یا کاهش ارتعاش به صورت موثر ارتعاش نمی کنند. محدوده میرایی در یک ساختمان به سیستم سازهای، مواد اجرایی، نحوه اتصال قطعات بار بر جانبی و نوع و کیفیت المانهای معماری مانند پارتیشن ها، سقفها و دیوارهای داخلی وابسته است. سطوح بالای میرایی که در آن ارتعاش ساختمان بسرعت کاهش می یابد یک رویکرد مطلوب می باشد. شکل 2-14- تاثیر میرایی در طراحی ساختمانهای گیردار متداول میزان میرایی المانهای سازه ای در حدود 5% در نظر گرفته میشود در صورتیکه در سازه های مجهز به جداگو لرزه ای بسته به نوع سامانه بکار رفته به دلیل وجود موادی .همچون لاستیک طبیعی و سرب میزان میرایی به بیش از 20% افزایش می یابد. 2-4-5- شکل پذیری شکل پذیری خصوصیت مشخصی از مواد می باشد برای مثال فولاد تنها پس از تغییر شکل و اعوجاج قابل توجه دچار شکست می شود این دلیلی است که شکست یک قاشق فلزی تحت خمش بسیار مشکل تر از یک قاشق تردو پلاستیکی است. این خصوصیت مواد جهت حصول اطمینان از مقاومت کافی سازه در برابر حرکت زمین مورد استفاده قرار می گیرد. شکل 2-15- شکل پذیری در سامانه جداساز لرزهای لاستیک طبیعی مهمترین ماده شکل پذیر می باشد و با ایجاد کرنشهای در حدود 300%‌ موجب ایجاد تغییر شکل های قابل توجهی در حدود چند 10 سانتیمتر در تراز سامانه جداساز میشود. در این سازه ها با توجه به تغییر شکلهای پیش گفته می توان از خاصیت پلاستیسیته و تغییر شکل های ماندگار در سایر المانهای سازهای به هنگام زلزله صرف نظر نمود. 2-5 مشاهدات ثبت شده از سازههای مجهز به جداگر لرزهای 2-5-1- زلزله توکاچی – اوکی در سال 2003- ژاپن این زلزله قوی در قسمت شمالی ژاپن، ساعت 4:50 در سمپتامبر 2003 اتفاق افتاد. کانون زلزله در ساحل جنوب شرقی منطقه توکاچی در هوکیدو و با شدتی معادل 8 در مقیاس JMA و عمق کانونی حدود km 42 گزارش شد. در این سانحه 2 نفر مفقود و 847 نفر مجروح شدند. شکل زیر نقشه شدت زلزله در مقیاس JMA را پس از زلزله نشان میدهد. بیشترین شدت مشاهده در شهرهایی در امتداد ساحل جنوبی هوکیدو با بزرگای 6 در مقیاس JMA بوده است. شکل 2-16- ساحل هوکیدو.شکل 2-17- نقشه شدت زلزله. آسیبهای ساختمانها نسبت به شدت زلزله ناچیز بود اگرچه خرابیهای موضعی در بازدید از شهر مشاهده شد، مانند ورودی یک ساختمان، سقوط سقف کاذب فرودگاه کاشیرو که باعث اختلال در سرویسدهی فرودگاه شد. شاید آتش سوزی شدیدی که در تجهیزات مخزن نفت شهر توماکومی اتفاق افتاد را بتوان به عنوان مهمترین آسیب چشمگیر ناشی از این زلزله نام برد. شهر توماکومی در 230 کیلومتری از مرکز زلزله واقع شده است و شدت لرزه گزارش شده در این محل 5 در مقیاس JMA بوده است. حرکت زمین لرزه مشاهده شده در شهر توماکومی دارای فرکانس بلندی در حدود 8-5 ثانیه بوده است که با فرکانس تانک نفت یکی شده و باعث پدیده تشدید شده است. الف)آسیب به تجهیزات مخزن نفت ب)آسیب به پانلهای سقف فرودگاه پ)آسیب به سازه ورودی ساختمان ت)آسیب به برج مراقبت فرودگاه شکل 2-18- خسارات ناشی از زلزله. 2-5-1-1- ساختمان بیمارستان ساکای این ساختمان در 3 طبقه بتن مسلح و یک طبقه پنتهاوس میباشد. این ساختمان اولین بیمارستانی است که در ژاپن با استفاده از سیستم جداگر لرزهای ساخته شده است. شکل 20-2 پلان و مقطع این ساختمان و همچنین نحوه آرایش تجهیزات جداگر لرزهای را نشان میدهد. در این سازه 50 تکیه گاهی لاستیکی با میرایی بالا با اقطار mm600، mm 700 و mm750 بکار گرفته شده است ]10[. شکل 2-19- بیمارستان ساکای. شکل 21-2 نحوه قرار گیری تجهیزات جداگر لرزهای را نشان میدهد. شکل 22-2 مقایسه شتابهای ثبت شده بین طبقه زیرین و سقف اول را نشان میدهد. همچنین نحوه توزیع شتاب ماکزیمم در ارتفاع ساختمان در شکل 23-2 نشان داده شده است. شکل 24-2 نمودار تغییر مکان نسبی جداساز های لرزهای که بوسیله یکی کردن اعداد شتابهای ثبت شده بدست آمده است را نشان میدهد. شکل 2-20- پلان و مقطع ساختمان.شکل 2-21- نحوه قرارگیری جداساز لرزه ای. شکل 2-22- شتابهای ثبت شده در زیر زمین و طبقه اول. شکل 2-23- توزیع شتاب ماکزیمم. شکل 2-24- نمودار تغییر مکان ماکزیمم. 2-5-2- زلزله کریس چرچ در سال 2011- نیوزیلند این زلزله تحت چندین روز متمادی با بزرگای بیش از 5/6 ریشتر در محدوده ای که به علت تعدد زلزله به خط آتش ملقب است به وقوع پیوست. مهمترین زلزله های بوقوع پیوسته در این منطقه عبارتند از : 1- 4 سپتامبر 2010- 4/7 ریشتر 2- روز پس از کریسمس 2011 – 7/6 ریشتر 3- 22 فبریه 2011 – 3/6 ریشتر 4- 13 ژوئن 2011 – 7/5 و 9/5 ریشتر تصویر زیر پراکندگی پس لرزه های بوقوع پیوسته در این منطقه را نشان میدهد. شکل 2-25- بزرگای پس لرزه ها. در حین زلزله های پیش گفته ساختمانها و برج های مهمی که همگی دارای طول عمری کمتر از 30 سال بودند، بدلیل آسیب هایی همچون کمانش خارج از صفحه دیوار برشی، شکست اتصال تیر و ستون، روانگرایی و .... به شدت آسیب و نهایتاً تصمیم بر تخریب کامل همه آنها گرفته شد. در همین منطقه، بیمارستانی مجهز به جداسازهای لرزه ای نیز موجود می باشد. این بیمارستان در حین چندین زلزله به وقوع پیوسته دچار هیچگونه خسارت جدی نشد. در ادامه نحوه عملکرد یکی از ساختمانهای بدون جداساز لرزه ای و بیمارستان زنان کریس چرچ، مجهز به جداساز لرزه ای تشریح می شود. 2-5-2-1- برج PWC این ساختمان در سال 1980 توسط گروه مهندسین مشاور هولمز در 22 طبقه بالاتر از سطح زمین طراحی و اجرا گردید. ابعاد پلان برابر 36×26 متر بوده و دارای زیر بنایی در حدود 25000 متر مربع میباشد. ستونهای این ساختمان دارای ابعاد 110×110 و تیرهای آن بصورت پیش ساخته و به ابعاد 110×5/57 سانتیمتر می باشد. شکل 2-26- برج PWC. این سازه دچار روانگرایی شدید و متعاقباً نشست های نامتقارن گردید. اکثر دال سقف های این پروژه منجر به شکست و تغییر مکان قابل توجه گردید. تصاویر زیر برخی از خسارات وارده به این سازه را نشان می دهند. الف) روانگرایی و نشست. ب) مقادیر نشست در پلان. ج) مفصلی شدن تیر. د) شکست در دال سقف. شکل 2-27- خسارات وارده به برج PWC. 2-5-2-2- بیمارستان زنان کریس چرچ این بیمارستان با کاربری مرکز اورژانس زنان در شهر کریس چرچ و در 8 طبقه و با پلان نامنظم ساخته شده است. فاصله این ساختمان تا نزدیکترین گسل منطقه در حدود 1 تا 2 کیلومتر گزارش شده و به همین دلیل به طور اخص بر روی جداسازهای با هسته سربی ساخته شد. شکل 2-28- بیمارستان زنان کریس چرچ. جداسازهای لرزهای این بیمارستان در تراز زیر زمین و روی فونداسیون مطابق شکل زیر بصورت مربعی اجرا شده است. در حین زلزله های بوقوع پیوسته این بیمارستان حتی یک بار هم تعطیل نشد و تنها خسارت وارد شده به این بیمارستان یکی از پانل های سقف کاذب بود که در زمان زلزله به زمین افتاد و پس از آن در جای خود قرار گرفت ]11[. شکل 2-29- جداساز لرزه ای بیمارستان کریس چرچ.. 2-5-3- سازه های مقاوم سازی شده توسط جداسازهای لرزهای علاوه بر ساختمانهای جدیدی که در بالا بیان شد، ساختمانهای بسیار بزرگی در کالیفرنیا وجود دارد که توسط جداگر لرزهای مقاوم سازی شده است. مقاوم سازی تالار شهر اوکلند در سال 1995 تکمیل و مقاوم سازی تالار شهر سانفرانسیسکو در سال 1995 آغاز شد. هر دو این ساختمانها در زلزله لوما پریتا در سال 1989 آسیب دیده بودند. تالار شهر اوکلند در سال 1914 ساخته شد، و در آن هنگام این ساختمان بلندترین سازه در ساحل غربی بود. ارتفاع تالار شهر لوس آنجلس که در سال 1928 ساخته شد از این مقدار هم پیشی گرفت. احیای لرزهای تالار شهر اوکلند اخیراً کامل شده است و هم اکنون بلندترین ساختمان مقاوم سازی شده توسط جداگر لرزهای میباشد. وقتی احیای لرزه ای تالار شهر لوس آنجلس نیز تکمیل شود، این ساختمان بلندترین سازه مقاوم سازی شده توسط جداگر لرزهای خواهد شد. شکل 2-30- تالار شهر اوکلند-کالیفرنیا در سیستم جداگر تالار شهر اوکلند از 110 تکیه گاه لاستیکی با هسته سربی استفاده شده است که از قطر mm 737 (in 29) تا mm 940 (in 37) بکار برده شده است. اطراف ساختمان خاکریزی جهت ایجاد فضای باز لرزهای در حدود mm 508 ساخته شد. نصب جداگرها از پیچیدگی زیادی برخوردار بوده و ملزم به شمع زنی بالای ستونها، بریدن ستونها و انتقال بار ستونها به قیدهای موقت میباشد. هزینه مقاوم سازی این ساختمان بسیار قابل توجه و در حدود 84 میلیون دلار تخمین زده شده بود. که با مقاوم سازی با جداساز لرزهای در حدود % 5/2 آنچه تصور میشد، هزینه در بر داشت ]12[. تالار شهر سانفرانسیسکو در سال 1912 جهت جایگزینی با سازه قبلی که در سال 1906 در زلزله سانفرانسیسکو تخریب شده بود طراحی گردید. یک نمونه برجسته از معماری کلاسیک. این سازه دو بلوک از شهر را اشغال کرده و در لیست اماکن تاریخی بین المللی ثبت شده است. آسیب قابل توجه به این ساختمان در اثر زلزله لوما پریتا در سال 1989 تحمیل شد که مستلزم مقاوم سازی لرزهای و تعمیرات وسیعی گردید. در استراتژی مقاوم سازی این ساختمان استفاده از سیستم جداساز لرزهای همراه با بکارگیری دیوار برشی در قسمت روسازه مد نظر قرار گرفت. این ساختمان 5 طبقه دارای یک گنبد 91 متری و یک نمای سر در خارجی که با گرانیت تزئین شده میباشد. سیستم سازهای این ساختمان یک قاب فولادی همراه با آجر بنایی و با پوشش گرانیت میباشد. بر روی دیوارها نقوشی با رس توخالی وجود دارد، همچنین بسیاری از فضاهای داخلی بوسیله سنگ آهک و سنگ مرمر پوشانده شده است. شکل 2-31- تالار شهر سانفرانسیسکو. هدف اصلی در استراتژی این قبیل ساختمانها حفظ ساختار تاریخی آنها میباشد. گزینه های بسیاری مد نظر قرار گرفت و نهایتاً استفاده از جداگر لرزهای انتخاب شد. موقعیت جداسازها درست در بالای فونداسیون موجود قرار گرفته است. این ساختمان توسط 530 تکیهگاه با هسته سربی مجهز شده است و همانند آنچه در پروژه مقاوم سازی تالار شهر اوکلند اتفاق افتاد، نصب سیستم جداسازی از روند پیچیدهای شامل برش، شمع زنی، و نصب برخوردار بود. عملیات ساخت این پروژه در سال 1994 آغاز و طی برنامه زمانبدی میبایست تا سال 1998 پایان یابد. شکل 2-32- تالار شهر لوس آنجلس. تالار شهر لوس آنجلس ساختمانی است با اسکلت فولادی در 28 طبقه با زیر بنایی معادل m283000 مقاومت جانبی این ساختمان توسط چندین المان مختلف شامل بادبندهای فولادی عرضی و دیوارهای بتن مسلح تامین میشود. بیشتر سختی روسازه توسط دیوارهای پیرامونی بنایی تامین میشود. این ساختمان در زلزله نورتریچ در سال 1994 آسیب دید. و بیشترین خسارات در طبقات بیست پنچم و بیست ششم که طبقات نرم بودند اتفاق افتاد. در برنامه مقاوم سازی این ساختمان حدود 475 جداگر لاستیکی با میرایی بالا در ترکیب با 60 لغزاننده در نظر گرفته شده است و توسط 52 میراگر ویسکوز مکانیکی در تراز جداگرها تکمیل شده است. علاوه بر این، 12 میراگر ویسکوز بین طبقات بیست چهارم و بیست ششم جهت کنترل تغییر مکان داخلی در تراز سقف نرم نصب شده است. کل هزینه مقاوم سازی این پروژه حدود 150 میلیون دلار تخمین زده شد، در حالیکه با بکارگیری جداسازها 5/3 میلیون دلار از آنچه پیش بینی شده بود هزینه گردید. 2-6- جداساز لرزهای در ایران مطالعه ساختمانهای تاریخی در ایران انواعی از کاربردهای مفهوم جداسازهای لرزهای که منجر به کاهش خسارات ناشی از زلزله شده است را نشان می دهد. برای نمونه ساخت چند لایه سنگی، ریختن شن بین زمین و دیوارهای باربر و همچنین نصب الوارهای چوبی بین زمین و دیوارهای باربر و عملکرد مناسب آنها در زمان زلزله شاهدی بر این مطلب می باشد ]13[. مطالعه مناطق تاریخی قسمت شمالی ایران نمونه هایی مناسب از ساختمانهایی که آگاهانه یا ناآگاهانه با مفهوم جداسازی لرزه ای ساخته شده اند را نشان می دهد. بعنوان مثال می توان از شهر ماسوله که بخاطر تاریخ 4000 سالهاش مشهور است نام برد. این شهر بر حسب نیازهای محیطی اش مانند مقاومت لرزهای طراحی شده است. در این شهر، المانهای معماری، مواد مستقر و تکنیک ساخت، یک محیط منحصر بفرد همراه با ترکیب خانه و سازه با طبیعت و فرهنگ، به نمایش درآمده است. ساختمانهای این شهر معمولاً 2 یا 3 طبقه می باشند. و اغلب آنها بیش از 100 سال قدمت دارند و همگی بوسیله خشت و گل ساخته شده اند. نکته قابل توجه در این ساختمانها کلافهای افقی و قائمی است که در اغلب ساختمانها در دو جهت افقی و عمودی اجرا شده اند. شکل 2-33- شهر تاریخی ماسوله. بررسی عملکرد خوب ساختمانهای سنتی ماسوله در پی زلزله منجیل در سال 1990 و عملکرد مناسب، دو ایده اصلی مقاوم در برابر زلزله اتفاق افتاد. آنچه در آن زمان مورد توجه قرار گرفت اتلاف انرژی در زمان زلزله و همچنین عملکرد ساختمان بصورت یک المان واحد بود ]13[. شکل 2-34- قرار گیری الوارهای چوبی جهت جداسازی. در سال های اخیر پیشرفت هایی از بکارگیری تکنولوژی جداسازهای لرزه ای در ایران مشاهده میشود. بویژه در 3 سال اخیر این موضوع بویژه از طرف مقامات و مسئولین مورد توجه بیشتری قرار گرفته است. در ادامه اولین ساختمان مسکونی و اولین بیمارستان که در حال ساخت و اجرا می باشد به اختصار مورد بررسی قرار میگیرد. 2-6-1- ساختمان مسکونی نیاوران این ساختمان دارای 2 طبقه زیر زمین و 12 طبقه روی زمین در منطقه نیاوران تهران در حال ساخت می باشد. اسکلت این سازه بتنی بهمراه دیوار های برشی می باشد. جداسازهای بکار برده شده در این ساختمان، همگی با هسته سربی به قطر 970 میلیمتر و زیر ستون ها و دیوار برشی ها تعبیه شده است. تصاویر زیر نما و روند اجرای این پروژه را نشان می دهد ]14[. الف) تصویر ساختمان نیاوران ب) جداساز لرزهای، پس از نصب ج) شابلون و آرماتور بندی شکل 2-35- ساختمان نیاوران - تهران 2-6-2- بیمارستان امام حسین (ع) مشهد این سازه در 7 طبقه به متراژ حدود 18000 مترمربع می باشد. از لحاظ درجه اهمیت جزء ساختمان های با اهمیت زیاد می باشد و بایستی در شرایط بحران و زلزله در کاربری خدمت رسانی بی وقفه آن خللی وارد نشود ]15[. شکل 2-36- پلان بیمارستان امام حسین مشهد در مطالعات اولیه این پروژه سه سیستم اسکلت فلزی بهمراه بادبند یا دیوارهای برشی فولادی، اسکلت فلزی بههمراه دیوارهای برشی بتنی و همچنین اسکلت فلزی به همراه جداگرهای لرزه ای مورد مطالعه قرار گرفت، با بررسی ها و همچنین مطالعات پیش گفته و با توجه به آنکه دو سیستم اول قادر به تأمین خدمت رسانی بی وقفه در حین بحران نمی باشند استفاده از سازه اسکلت فلزی به همراه جداسازهای لرزهای انتخاب گردید. مطابق با گزارش ژئوتکنیک و ژئو فیزیک ارائه شده در اطراف محل احداث این پروژه گسل های مستعد به ایجاد زلزله هایی با قدرت بیش از 5/6 ریشتر بوده و برخی از آنها همچون گسل سنگ بست شاندیز در فاصله کمتر از km10 از سایت واقع هستند. لذا سایت مورد نظر از نظر موقعیت سنجی آیین نامه UBC جزء مناطق حوزه نزدیک[3] قرار می گیرد. خاک این محل از نوع II و مناسب جهت استفاده از سیستم جداگر لرزهای میباشد. طبق آزمایشات ژئوفیزیک و ژئوالکتریک انجام شده برای دو زلزله با دورههای بازگشت 2475, 475 سال، شتابهای ADBE = 0.32g و ABCE = 0.52g ارائه گردیده است ]15[. طی محاسبات صورت گرفته در این پروژه و با توجه به مشخصات هندسی و طبقاتی این سازه از تعداد 120 جداساز لرزه ای با هسته سربی به همراه 60 عدد جداسازلرزهای با میرایی بالا استفاده گردیده است. شکل زیر نحوه توزیع این جداسازها را نشان می دهد. شکل 2-37- چیدمان جداسازهای لرزه ای از نکات قابل توجه در این پروژه امکان حذف دیوارهای برشی و تأمین تغییر مکان نسبی طبقات در کمتر از حدود تعیین شده توسط آیین نامههای مربوط بوده است که این امر از اهمیت بسیاری از لحاظ معماری در سازههایی همچون بیمارستان ها برخوردار می باشد. شکل زیر پارامترهای محاسباتی جداسازهای این پروژه را نشان میدهد. الف) پارامترهای محاسبات جداساز لرزه ای ب) ابعاد هندسی جداساز لرزه ای شکل 2-38 – مشخصات جدسازهای لرزه ای ]16و 17[. بدلیل استفاده از سیستم جداگر لرزهای در این سازه و متعاقباً کاهش شتاب وارده به طبقات، نسبت تنش المانها در این سازه و سازه مشابه بدون جداگر لرزهای کاهش و این امر منجر به سبک سازی اسکلت به میزان بیش از kg/m2 20 گردید. 2-7- نتیجه گیری با توجه به توضیحات بیان شده در این فصل، ایده جداساز لرزه ای سابقهای نسبتاً طولانی داشته و عملکرد مناسبی هنگام وقوع زلزله از خود نشان داده اند. . این سیستمها در در برخی سازهها که درارای نامنظمی در پلان و ارتفاع هستند به عنوان تنها گزینه امکانپذیر مطرح میباشد ]18[. رونق سیستم های جداساز لرزهای بخصوص در کشور ژاپن پس از زلزله کوبه صورت پذیرفت و باعث شد تا ساخت سازه های مجهز به این سیسستم از تعداد 3 تا 5 ساختمان در سال به بیش از 200 ساختمان در سال ارتقاء یابد. مقایسه ساختمانهای مجهز به این سیستمها با ساختمانهای سنتی ثابت کرد که این سیستم از ایمنی و عملکرد بسیار مناسبی برخوردار میباشد. استفاده از این سیستم ها جهت مقاوم سازی ساختمانهای مهمی همچون تالار شهر لوس آنجلس با اسکلت فولادی و 28 طبقه بکار گرفته شده است. هدف اصلی در مقاوم سازی این قبیل ساختمانها حفظ ساختار تاریخی آنها می باشد. بهترین گزینه جهت نیل به این امر استفاده از جداساز لرزه ای است. همه این موارد باعث گردیده تا اخیراً این سیستم توجه مسئولان ایرانی را نیز به خود جلب نموده و در سالهای اخیر نمونه هایی از بکارگیری این سیستم در کشور دیده شود. هم اکنون ساختمان های مهمی در حال طراحی و یا ساخت توسط این تکنولوژی میباشند. فصل سوم تئوری و روابط حاکم بر جداسازهای لرزه ای 3-1- مقدمه روند طراحی سیستم های جداسازی لرزه ای بطور کلی با پارامترهایی که از محاسبات قبلی بدست آمده و یا اطلاعاتی که توسط تولید کننده بدست آمده است شروع می شود. در این روند مواردی همچون بیشینه تغییر مکان افقی و پارامترهایی مانند: کرنش برشی، پایداری جداسازها و امکان بلند شدگی مورد بررسی قرار می گیرد. پس از اتمام طراحی اولیه نمونه هایی از جداسازهای طراحی شده بایستی انتخاب و تست گردد. بسته به نتایج تست ها طراحی اولیه ممکن است دستخوش تغییراتی گردد. به منظور کاهش تعداد سعی و خطاها لازم است تا اطلاعات دقیق و تا حد امکان دقیقی در فاز طراحی اولیه در دست باشد. در این فصل سعی شده تا اطلاعاتی در مورد روابط و قوانین حاکم بر جداسازهای لرزهای و همچنین کنترل های مورد نیاز حین طراحی، تشریح گردد. 3-2- خصوصیات مکانیکی تکیه گاه های الاستومریک خصوصیات مکانیکی جداسازهای الاستومر چند لایه سالهای متمادی مورد مطالعه قرار گرفته اند. و مواقعی که آنالیز های دقیق با استفاده از روش های غیر خطی بسیار مشکلند، محاسبات ساده ای بر پایه تئوری الاستیک توسط بسیاری از محققین ارائه شده و بوسیله تست های آزمایشگاهی و همچنین آنالیزهای المان محدود، ممیزی شدهاند . مهمترین خصوصیات مکانیکی جداسازهای لرزه ای سختی افقی آنها می باشد که بوسیله رابطه زیر ارائه شده است ]12و17 .[ در این رابطهG مدول برشی جداساز، A سطح مقطع کامل (که ممکن است با سطح مقطع صفحات فولادی کمی متفاوت باشد) و کل ضخامت لاستیک می باشد. تغییر مکان افقی کل (D) به کرنش برشی ماکزیمم وابسته می باشد. مقدار کرنش برشی V برابر است با : سختی قائم و سختی خمشی توسط پارامتر EI مشخص میشوند که برگرفته از تئوری تیرها می باشند. فرکانس قائم سازه جداسازی شده معمولاً یکی از معیارهای مهم طراحی است که توسط سختی قائم کنترل میشود. جهت پیش بینی این فرکانس قائم، طراح فقط باید سختی قائم تکیه گاه هایی که تحت بار مرده قرار دارند را حساب کند و برای این امر یک آنالیز غیر خطی کافی است. پاسخ اولیه المانهای جداساز در لحظات نخست کاملاً غیر خطی است و به چندین پارامتر وابسته می باشد. معمولاً جداسازها قبل از رسیدن به سختی قائم با شرایط اولیه آزمایشگاهی مواجه میشوند که به عواملی همچون روند ساخت و یا لایه های فولادی بستگی دارد . این امر قابل پیش بینی بوسیله آنالیز های معمول نمی باشد و کلاً از اهمیت کمی در پیش بینی پاسخ قائم جداساز برخوردار می باشد. خصوصیت مهم دیگر جداسازها که بایستی حین طراحی آنالیز شود رفتار خمشی جداسازها می باشد. به این منظور می بایست پاسخ سیستم جداساز متراکم به ممان خمشی مورد توجه قرار گیرد. این امر می تواند بوسیله آنالیزی شبیه آنچه که جهت تعیین سختی قائم انجام گرفت صورت پذیرد. در این عبارت پارامتر A سطح مقطع عرضی جداساز (در این مورد معمولاً برابر مساحت صفحات فولادی می باشد) و ضخامت کل لاستیک جداساز و EC مدول فشاری ترکیب فولاد و لاستیک تحت مقادیر مختلف بار قائم می باشد. مقدار EC برای یک لایه لاستیک توسط پارامتر S تعریف می شود . مقدار S برابر است با : ]12[ پارامترها S بی بعد بوده و برای یک لایه دایره شکل به شعاع R و قطر و ضخامت t برابر است با : همچنین برای یک لایه مربع شکل به بعد a و ضخامت t برابر است با : برای یک لایه تک، به شکل دایره کامل، مقدار مدول فشاری EC برابر است با : و برای یک لایه مربع شکل برابر است با : در مواردی که جداسازها با حفرهای در وسط طراحی می شوند، مقدار EC برای جداساز با شعاع داخلی a و شعاع خارجی b برابر است با : اگر در نتیجه و بنابراین که همان مقدار دایره توپر می باشد. اگر و با فرض 1- = که مقدار به سمت صفر میل می کند. خواهیم یافت که : و که این مقدار نتیجه حاصل از یک نوار نامحدود می باشد. نزدیک شدن سریع مقادیر به ضریب از نکات قابل توجه این فرمول می باشد. برای توضیح این مطلب در شکل زیر مقدار تغییرات با توجه به تغییرات نسبت در بازه رسم شده است. شکل 3-1- کاهش مدول فشاری EC برای یک لایه تک. دراکثر جداسازهایی که دارای حفره میانی می باشند مقدار EC برابر مقدار جداساز با مقطع دایره کامل می باشد بنابراین در اغلب موارد با سوراخ میانی، مقدار EC بایستی بجایی 6GS2 برابر 4GS2 در نظر گرفته شود. تحت فشار مستقیم، قید ایجاد شده بوسیله صفحات فولادی موجب یک کرنش برشی در لاستیک ایجاد می شود که با مشخص می شود. مقدار کرنش فشاری قائم برابر است با : مقدار برابر تغییر مکان قائم جداساز می باشد، بنابراین : این مقدار بیشینه کرنش برشی است که در لبه لایه ها ایجاد شده و در طراحی ها مورد استفاده قرار می گیرد. کرنش برشی ناشی از فشار نه تنها برای طراح مورد استفاده می باشد، بلکه به دلائلی بدین قبیل دارای اهمیت می باشد : 1 – خاصیت ذاتی لاستیک به گونه ایست که به کرنش بسیار حساس است و مقدار G اغلب با کرنش تغییر میکند. بویژه در مقاطع دایره ای کامل. 2- در فشار، کرنش برشی بطور گستردهای در حجم لاستیک متغییر است. بنابراین مقدار اختصاص داده شده مدولی که در تخمین متوسط کرنش مورد استفاده قرار گرفته است، بر پایه محاسبه انرژی ذخیره شده در لایه لاستیکی می باشد. بر پایه این محاسبات کرنش برشی متوسط برابر است با : اگر چه میزان مناسبی از سعی و خطا مورد نیاز است، محاسباتی از این قبیل باعث می شود تا طراح بتواند تخمین مناسبی از مقدار G داشته باشد که پس از آن می تواند جهت تخمین سختی قائم مورد استفاده قرار گیرد . ابتدا طراح بایستی یک مقدار G به منظور و متعاقباً محاسبه فرض کند. سپس مقدار G را تغییر داده و به تعداد لازم تکرار می شود.لازم بذکر است با توجه به اینکه مدول بیش از 20% به کرنش حساس نیست، مقدار کمی سعی و خطا مورد نیاز می باشد. سختی خمشی لایه ها با رویکردی شبیه آنچه که برای تغییر مکان فرض شد محاسبه می شود. با فرض آنکه لایه با ممان خالصی معادل M بارگذاری شود، تغییر شکل، به صورت چرخش بالا و پایین صفحات مطابق شکل زیر بروز می کند. زاویه نسبی بین صفحات بالا و پایین با پارامتر مشخص می شود و شعاع چرخش fبوسیله تغییر شکل بوجود آمده ایجاد می شود . شکل 3-2- لایه لاستیک مابین صفحات صلب تحت خمش خالص. برای یک لایه دایره ای با شعاعR برای یک تیر با مقطع دایرهای، ممان اینرسی برابر می باشد، در حالیکه در مورد جداسازها مقدار E در عبارت EI برابر EC= 6 GS 2 بوده و مقدار I برابر می باشد که ممان اینرسی تیر می باشد. این اختلاف از این مفهوم ناشی می شود که تغییرات توزیع فشار در عرض لایه لاستیکی همچون یک سهمی درجه 3 تغییر می کند در صورتیکه در یک تیر توزیع تنش خمشی خطی است. در مورد لایه های مربعی مقدار EI مؤثر بسیار به مقدار EI تیرها نزدیک می باشد. و برای لایه با حفره میانی برابر است با : کرنش های برشی ایجاد شده بوسیله خمش برابر است با : در این رابطه کرنش فشاری لبهای است که توسط خمش بوجود آمده است. کرنش برشی متوسط برابر است با : وقتیکه ضریب شکل لایه، شروع به بزرگ شدن می کند، تأثیر تراکم پذیری لاستیک مهم می شود. 3-3- خصوصیات مکانیکی جداسازهای مجهز به هسته سربی تکیه گاه های با هسته سربی غالباً با المانهایی با رفتار دو خطی مدل می شوند که بر پایه 3 پارامتر اصلی و Q می باشد. سختی لاستیک معمولاً محاسبه دقیقی نداشته و عمدتاً بصورت ضریبی از ضریب در نظر گرفته می شود ]12و 17[. سختی ثانویه می تواند با توجه به مدول برشی لاستیک بصورت دقیق محاسبه شود . Q مقاومت هسته سربی بوده و در حقیقت محل شکستن حلقه هیسترسیز در نمودار نیرو- تغییرمکان می باشد . مقاومت سرب در حدود mpa 10 در نظر گرفته می شود اما آزمایشات مربوط به جداسازها مشخص کرده است که این مقدار در حدود mpa 5/8 – 7 می باشد. میزان سختی مؤثر جداسازهای لرزهای بر پایه میزان بارهای بیشینه تعریف شده و با افزایش جابجایی بطور پیوسته و یکنواخت کاهش می یابد. رابطه پارامترهای پیش گفته برابر است با : در این رابطه تغییر مکان تسلیم سرب می باشد. شکل 3-3- نمودار نیرو تغییر مکان جداسازهای لرزهای. میزان فرکانس طبیعی برابر است با : که و و پریود مؤثر T برابر است با : میزان میرایی مؤثر برای مقادیر برابر است با : سطح حلقه هسیترزیس برابر است با در این عبارت مقدار برابر است با : با توجه به روابط فوق مقدار برابر است با : بعنوان یک قانون کلی می توان میزان سختی الاستیک را برابر در نظر گرفت. در نتیجه : 3-4- پایداری و کمانش جداساز های لرزهای جداسازهای لرزهای ممکن است همانند ستونهای معمول سازه ها مستعد نوع خاصی از کمانش و نهایتاً ناپایداری شوند که این امر توسط سختی جانبی کم اتفاق می افتد. آنالیز های قبلی تغییر شکل های بررسی شده میتواند برای بررسی خمشی رفتار چنین سازه هایی در این بخش مورد استفاده قرار گیرد. در این آنالیز، جداساز مانند یک تیر فرض می شود و تغییر شکل به گونهای است که مقاطع صفحه، ععود بر محور تغییر شکل نیافته می باشد. تئوری کمانش جداسازهای لرزهای اولین بار توسط شخصی بنام هارینجی[4] ]19[ در سال 1947 هنگامی که بر روی فنرهای فلزی حلزونی شکل کار می کرد ارائه گردید. این تئوری در چندین گزارش نیز منتشر گردید این موضوع بعده ها توسط جنت[5] Gent ]20[ بعنوان مشکل پایداری جداسازهای لاستیکی چند لایه عنوان گردید و این اساس موضوعی است که در ادامه توضیح داده می شود . برای مدلسازی جداساز، مانند یک تیر مقید لازم است تا در برخی پارامترها که در بخش های قبلی ارائه گردیده تغییراتی ایجاد گردد. با در نظر گرفتن اینکه ارتفاع جداساز معادل h بوده با سطح مقطعی برابر A و سختی برشی بر واحد طول برابر P S= GA S که A S سطح برش مؤثر است عبارت زیر را می توان بیان کرد : در این عبارت مقدار h برابر ارتفاع کل جداساز یعنی مجموع ضخامت لاستیک و فولاد و همانطور که قبلاً نیز اشاره شد ضخامت کل لاستیک میباشد . افزایش مقدار A بدلیل وجود ورق های فولادی است که در سیستم تحت فشار دچار تغییر شکل نمی شوند. بطور مشابه سختی خمشی نیز تغییر می کند بنابراین (EI eff) برای یک لایه تک با ضخامت t تبدیل به EI S می شود بنابراین : با توجه به کمیات فوق مقدار سختی افقی KH برابر است با : و بار کمانش اولر برای یک ستون بدون تغییر شکل برشی برابر است با : شکل زیر یک شمای کلی از موقعیت قرار گیری جداسازها را تحت بار قائم و لنگر خمشی نشان می دهد. شکل 3-4- شرایط مرزی برای یک جداساز تحت بار قائم. جداساز، در برابر دوران، در هر دو وجه مقید گردیده و در بالا جهت تغییر مکان های افقی آزاد می باشد. از حل معادله زیر می توان میزان بار کمانش بحرانی را محاسبه نمود . با فرض آنگاه : بنابراین برای اکثر جداسازها که و ، بار بحرانی می تواند بصورت زیر تقریب زده شود : با توجه به توضیحات فوق و موارد زیر : خواهیم داشت : در عبارت فوق شعاع زیراسیون بوده و برای یک مقاطع مربع شکل به ضلعa برابر و برای مقاطع دایروی به قطر برابر می باشد. ننش بحرانی می تواند توسط پارامتر Sو کمیت S2 که ضرب شکل ثانویه نامیده می شود تعریف گردد . بنابراین : در طراحی حقیقی بار متحمل بوسیله یک جداساز ( بارW ) کمتر از بار بحرانی خواهد بود و تاثیر بار قائم بر سختی افقی KH جداساز که برابر است با ناچیز میباشد. این عبارت توسط رابطه زیر به فرکانس افقی مربوط می شود : بنابراین ضریب اطمینان SF در برابر کمانش که این چنین تعریف می شود : برابر است با : ضریب اطمینان با ضریب شکل S ، فرکانس ωh و ابعاد جداساز افزایش می یابد. ابعاد جداساز همچنین بستگی به بار متحمل نیز دارد. در صورتیکه فشار با عبارت مشخص شود ، آنگاه برای درک بهتر مطالب پیش گفته، فرض کنید مقدار ضریب اطمینان بایستی حداقل برابر 3، ضریب شکل S=10 و فرکانس برابر π رادیان بر ثانویه باشد. در این حالت مقدار r نبایستی از مقدار زیر کمتر در نظر گرفته شود. در صورتیکه جداساز مورد نظر دایره ای بود، آنگاه در نظر گرفته می شد. بعد مینیمم محاسبه شده از مقدار بار یا فشار متحمل توسط ستون مستقل می باشد. در صورتیکه میزان فشار نیز مشخص باشد، مثالاً برابر 6.9 mpa آنگاه حداکثر مقدار بار مجاز برای ستون برابر 390 KN خواهد بود. در اکثر ساختمانها مقدار بعد انتخاب شده برای جداساز بسیار بیشتر از مقدار مینیمم محاسبه شده بوده و ستونها معمولاً چند صد تن بار قائم را تحمل می کنند؛ آنچنانکه احتمالاً کمانش برای ستون مشکل ساز نخواهد بود. 3-5- تأثیر بار قائم بر سختی افقی در صورتیکه مقدار بار متحمل توسط جداساز در برابر بار کمانش ناچیز باشد، سختی افقی کاهش می یابد مقدار کاهش یافته با استفاده از آنالیزی شبیه الاستیک خطی قابل محاسبه بوده و برابر است با : در صورتیکه بار کمتر از 0.32 برابر بار کمانش کمتر باشد دقت این فرمول برای بیش از 10% بوده و در محاسبات مورد نیاز می توان به این فرمول اطمینان نمود. تغییر مکان رو به پایین بالای یک جداساز متحمل بار قائم P و تغییر مکان ناشی از جابجایی صفحه بالایی به اندازه D با استفاده از آنالیز کمانش و مطابق فرمول زیر محاسبه می شود. در اکثر محاسبات می باشد بنابراین :