تبلیغات
معماری ایده آل - مطالعه ابزارهای جداكننده ساختمان از زمین

جستجو گر سایت معماری

 

مطالعه ابزارهای جداكننده ساختمان از زمین

یکشنبه 18 اسفند 1387   11:35 ق.ظ


نوع مطلب : پروژه و مقالات معماری ،

مطالعه ابزارهای جداكننده ساختمان از زمین

باگسترش روش جداسازى ساختمان از زمین براى محافظت آن در مقابل حركات ناشى از زمین لرزه در سالهاى اخیر سیستمهاى گوناگونى طراحى و ساخته شده است .....

مطالعه ابزارهای جداكننده ساختمان از زمین

باگسترش روش جداسازى ساختمان از زمین براى محافظت آن در مقابل حركات 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 كسب اطلاعات بیشتر و نیز آشناى با اصول كار این سیستمها خوانندگان مىتوانند به منبع این مقاله مراجعه كنند .

1- عناصر سیستم جداساز

هر شیوه جداسازى ساختمان باید بتواند اهداف زیر را تأمین كند:

توانایى در ایجاد انعطاف پذیرى مناسب براى سازه

كاهش تغییر مكان كف به منظور افت خرابیهاى سازه اى و غیرسازه اى

كاهش فركانس ارتعاشی سازه

كاهش نیروهاى طراحى زلزله

به این منظور سه عنصر اساسى زیر در سیستم مورد نظر قرار مىگیرد:

1-یك تكیه گاه انعطاف پذیر براى افزایش زمان تناوب سازه و در نتیجه كاهش نیروها

2-یك مستهلك كننده یا جاذب انژرى براى كنترل تغییر مكان نسبى سازه و زمین در حد طراحى عملى

3-یك سیستم ایجاد كننده صلبیت در برابر بارهاى كم اثر نظیر باد یا زلزله هاى كوچك

2-سیستمهاى جداسازى

یكى از سیستمهاى ساده و معمول جداكننده تكیه گاههاى لاستیكى است .كاربرد لاستیك براى مهار ارتعاش عمودى بسیار زودتر ازكاربرد آن به صورت جداكننده نیروهاى افقى انجام یافت . امروزه با مسلح كردن لاستیك به ورقه هاى فولادى سختى قایم آن را افزایش مىدهند در حالیكه انعطاف پذیرى آن در امتداد افقى حفظ مىشود. نمونه اى از این سیستم در شكل 1 نشان داده شده است . مدل ریاضى این سیستم با عملكرد موازى فنر و میراكننده قابل بیان است .

استفاده از لاستیك براى ساختمانهاى سخت نظیر ساختمانهاى اجرى یا بتن غیر مسلح كه حداكثر 7 طبقه باشند , بخاطر نداشتن فشار برخاستى (Uplift) مناسب است . گاهی این سیستم را با یك سیلندر سربی مركزی همراه مىكنند. هسته سربی افزایش قابل توجهى در استهلاك ایجاد مىكند , بطوریكه استهلاك بحرانى لاستیك از حدود 3 درصد به 10 تا 12 درصد مىرسد . ضمن اینكه مقاومت در برابر نیروهاىكوچك , نظیر باد افزایش مىیابد .

امروزه لاستیكهاى این جداسازها , از لاستیك طبیعىكاملاً متراكم با خواص مكانیكى مطلوب , جهت چنین سیستمى ساخته مىشود . برای كرنشهاىكم سختى برشى این لاستیكها زیاد است , اما با نسبتى در حدود 4 به 5 با افزایش كرنش كاهش مىیابد, تا اینكه دركرنش برشى 50 درصد به حداقل خود برسد. براىكرنشهاى بزرگتر از 100 درصد سختى مجددا شروع به افزایش مىكند. پس در بارهاىكوچك ناشى از باد یا زلزله خفیف , سیستم داراى سختى بالا و زمان تناوب كوتاه است ولى با افزایش شدت بار , سختی افت مىكند. براى بارهاى خیلى زیاد نظیر زلزله نیز طراحى سازه به گونه اى است كه افزایش مجدد سختى , در جهت افزایش ایمنى در برابر شكست , عمل مىكند. تغییر میراى سیستم نیز به همین شیوه اما با تغییرات كمتر مىباشد , بطوریكه از یك مقدار اولیه در حدود 20 درصد تا حداقل 10 درصد كاهش 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 دركرنش زیاد , فقط برای ایمنى در برابر شكست مورد نظرند .

عوامل گوناگون دیگرى از جمله خزش كم و حفظ خواص در درجه حرارتهاى پایین نیز در طرح این لاستیكها مورد نظر است . خزش زیاد منجر به تنش وكرنش موضعى بالا در لاستیك مىشود و در یك وضعیت بحرانی مىتواند موجب انحراف ساختمان گردد. از طرف دیگر در حرارتها و فركانسهاى بالاتر از معمول , حساسیت خواص به حرارت و سرعت بار باعث تغییر سختى و استهلاك مىشود. یك فرم ساده دیگر از سیستمهاى جداكننده سیستم اصطكاكى است . این سیستم در حالت ساده با یك عنصر اصطكاكى مدل مىشود (شكل 2). با وجود كارهاى تحلیل نظرى فراوانى كه بر روى این سیستم انجام شده است , ازمایشهاى عملى براى ان بویژه در مقیاش بزرگ و با استفاده از میز لرزان بسیار كم انجام گرفته است . این سیستم براى خانه سازى ارزان قیمت بسیار مناسب است زیرا نیاز به تكنولوژی پیشرفته یا مهارت ویژه براى یك ساختمان معمولى ندارد. به همین دلیل براى مثال در چین انتخاب شده است . ایجاد این سیستم نیاز به تأمین یك لایه جداساز در زیر كف سازه دارد. این لایه در چین با استفاده از ماسه تجربه شده است . ساختمانهاى آجرى یا بلوكهاى سیمانىكه نسبتاً سخت و سنگین است و مستعد خرابى در اثر زمین لرزه مىباشد مىتواند با حضور این لایه لغزنده عملكرد خوبى داشته باشد .

استفاده از عنصر اصطكاك كه یك عامل خوب استهلاك انرژى است باعث شده است تا در سیستهاى لاستیكى نیز تحولى ایجاد شود یك شیوه تحول یافته جایگزین كردن لایه هاى لاستیك با لایه هاى با روكش تفلون است كه مىتواند در تماس اصطكاكى با هم قرار گیرد . در وسط نیز یك سیلندر مركزى لاستیكى قرار داده مىشود . بنابراین , مدل ریاضى این سیستم از تركیب موازى عناصر اصطكاكى , با فنر و میراكننده بدست مىاید (شكل3)

مشابه این سیستم توسط Electricite de France طراحى شده است . به این ترتیب كه بدنه جداكننده از ورقه هاى نئوپرن مسلح شده با فولاد , ساخته مىشود و در یك ورقه الیاژ سرب – برنز , قرار داده مىشود . این صفحه با یك ورقه فولادىكه در سازه , تعبیه مىشود تماس اصطكاكى ایجاد مىكند . بنابراین سیستمهاى اصطكاكى و الاستیك بطور سرى با هم تركیب مىشوند. فلسفه طراحى چنین سیستمى اینست كه در زلزله هاى ضعیف انعطاف پذیرى جانبى ورقه هاى نئوپرن وارد عمل شود. اما در یك زلزله شدید عملكرد اصطكاكى ورقه بالاى جداكننده , با محدودكردن نیروى منتقل شده , سازه را حفظ نماید. ( شكل 4 )

در نوع دیگر تكیه گاههاى الاستیك كه در نیوزلند بكار رفته است هسته سربی براى میراكردن انرژى مطرح مىشود. این سیستم از تكیه گاه لاستیكى لایه لایه با یك سیلندر مركزى تشكیل شده است و انعطاف پذیرى جانبى آن توسط لاستیك تأمین مىشود. در مدل ریاضى چنین سیستمى یك عنصر هیسترتیك با فنر و میراكننده بطور موازى عمل مىكند. (شكل 5)

یكى دیگر از سیستمهاى پشتیبانى شده اخیر تركیب جدیدى از عملكردهاى اصطكاكى و الاستیك است . در این سیستم ورقه هاى باروكش تفلون جایگزین ورقه هاى نئوپرن سیستم Electricite de France مىگردد. به این ترتیب مىتوان گفت كه یك عنصر اصطكاكى در تركیب سرى با عناصر سیستم لایه هاى روكش تفلون قرار مىگیرد. حضور دو عنصر اصطكاكى در این سیستم غالباً عملكرد بهترى نسبت به سیستمهاى قبلى نشان داده است . (شكل 6)

سیستمهاى مشابه دیگرى نیز بر پایه مسیستهاى بالا طراحى شده است ولى اغلب انها رفتار جدیدى ارائه نمی كند و با مدلهاى بیان شده قابل تعریف است . براى مثال به منظور جداكردن تجهیزات داخلى ساختمان از یك سیستم فنر مارپیچ و یك میراكننده ویسكوز استفاده مىشود كه در واقع همان عملكرد تكیه گاه الاستیك را دارد. همچنین از انجا كه در سیستمهاى اصطكاكى , نیروى برگرداننده به حالت اولیه پس از یك زلزله , وجود ندارد سیستمهاى اصطكاكى اونگى طراحى شده است كه در انها با استفاده از یك نیمكره این نیروى جانب مركز تأمین میشود.(شكل 7)


نوشته شده توسط : علی صنعتی