چکیده

در این پایان نامه مقایسه ای در رابطه با پاسخ لرزه ای سازه های جداسازی شده و جداسازی نشده با استفائه از جداگرهای لاستیکی – سربی (LRB) انجام گرفته و به همین منظور تعداد ۶ ساختمان با تعداد طبقات مختلف ۳)، ۷، (۲۰ به دو صورت جدا سازی شده و جداسازی نشده با نرم افزار SAP مدلسازی و تحلیل شده اند. بدلیل نشان دادن رفتار غیر خطی سازه اصلی و همچنین جداگر ها از روش مدلسازی و تحلیل غیر خطی تاریخچه زمانی با سه عدد رکورد زلزله نزدیک گسل مقایسه شده است. در نهایت مشاهده شد که با استفاده از جداساز لرزه ای پریود سازه ها افزایش پیدا کرده و در هنگام زلزله اکثر تغییر مکان ها در خود جداگرها اتفاق افتاده و سازه اصلی به صورت یک جسم صلب در روی لایه جداگر باقی میماند. این موضوع باعث می شود که تغییر مکان نسبی و شتاب نسبی بین طبقات و شتاب کل ساختمان کاهش یافته ولی جابجایی کلی سازه افزایش یابد. با توجه به کاهش شتاب کل سازه مشاهده شد که برش پایه ساختمان ها نیز کاهش یافته است و همچنین به دلیل خاصیت میرایی جداگر ها مقدار زیادی از انرژی زلزله در جداگرها میرا میشود.

واژههای کلیدی: جداسازهای ضد زلزله ، پاسخ لرزه ای ، لایه جداگر ، جداگر ها ، الاستومرها ، تغییر مکان نسبی ، برش پایه

-۱ مقدمه

طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله موضوعی است که مستقیما با ایمنی و جان انسان ها و عدم قطعیت ها سرو کار دارد و زمینه ایست که نو آوری در آن به کندی و با احتیاط صورت میگیرد. در عمل ، طراحی بهبود یافته در برابر زلزله از نقطـه نظـر اقتصـادی هیچگاه مطرح نبوده و هزینه ای که صرف بهبود مقاومت سازه در برابر زلزله میشود چیزی نیست که مستقیما به چشم اید و لـذت آور باشد. چون عموما ایمنی در برابر زلزله به عنوان هدف اصلی در نظر گرفته میشـود. در سیسـتم هـای متـداول آیـین نامـه ای ، اننتخاب یک سیستم مقاوم جانبی از بین دیوار های برشی ، قاب های مهاربندی شده و قاب های خمشی صورت میگیرد، هرچند با گذشت زمان ، این دستگاه ها و جزییات آن توسعه یافته و روش های تحلیل و مدلسازی آن ها نیز بهبود یافتـه ولـی آنچـه مسـلم است ، روش اصلی است که بدون تغییر باقی مانده است. ساختن یک ساختمان خیلی قوی و اتصالات محکـم آن بـه زمـین بـرای مبارزه با نیروی زلزله عاقلانه به نظر نمیرسد و با خطرات زیادی همراه است. چرا که ساختمان سازی مرسوم می تواند باعـث ایجـاد شتاب های زیادی در طبقات ساختمان های صلب و رانشهای بین طبقه ی بزرگ در سازه های انعطاف پذیر شود و عامل یاد شـده می تواند باعث ایجاد مشکلاتی در برای ساکنان ساختمان و محتویات باشد. با توجه به دلایل فوق باید بدنبال راه کاری باشـیم تـا ضمن ازدیاد انعطالف پذیری ساختمان ، نیروی زمین لرزه را به نحوی کاهش یا خنثی کنیم و از اعمال آ بـه سـاختمان جلـوگیری کنیم.کاهش اثرات ناشی از زمین لرزه های شدید در سازه توسط جداسازهای پایه ، نازمند تنظیم مناشب دوره تناوب جداساز است به طوری که مشخصات دینامیکی سازه و فرکانسهای زلزله در نظر گرفته شود. به بیان کلی جداگرها با خارج کردن فرکانس اصـلی نوسانات سازه از فرکانسهای غالب ناشی از زمین لرزه و سازه جداسازی نشده موجب کاهش اثرات حاصـل از زمـین لـرزه بـر سـازه میشود جداگر های مختلفی برای این منظور ساخته شده که در این تحقیق به آن ها پرداخته شـده و از یکـی از ایـن مـوارد بـرای سیستم جداسازی در مدل فلزی استفاده شده است. با توجه به مطالب ذکر شده هدف از این تحقیق ارائه نتایج مطلوب برای سـازه های بلند و کاهش اثرات و نیروهای وارده به سازه جهت پایداری بیشتر سازه در برابر زلزله است .[۱]
-۲ اجزای تشکیل دهنده یک سامانه جداساز :

اجزای اصلی یک سیستم جداساز پایه به سه بخش قابل افراز است:

۲ تکیهگاه نرم به گونهای که پریود ارتعاش کل سیستم به میزان کافی افزایش یابد تا شتاب پاسخ و طی آن نیروهای ایجاد شده را کاهش دهد.

۲ سیستم میراگر یا جاذب انرژی که بتوان به وسیله آن تغییرشکل نسبی میان ساختمان و زمین را در حد قابل قبولی نگه داشت.

۲ ابزاری جهت تامین صلبیت کافی تحت بارهای بهرهبرداری مانند باد و زمینلرزههای خفیف.[۲]

-۳ جداگرهای لاستیکی سربی : LRB
سیستم تکیهگاه لاستیکی لایهلایه (LRB) معمولترین نوع سیستم جداسازی پایه میباشد. این تکیهگاهها به طور وسیعی در تعدادی از ساختمانها در اروپا، ژاپن و نیوزیلند بکار رفتهاند. جهت محافظت از ساختمان چهار طبقه مرکز قضایی و حقوقی فوت هیل در استان سن برناندینوی کالیفرنیا در برابر زلزله، این ساختمان بر روی تکیهگاههای LRB بنا شده ا ست. اجزای اصلی سیستم مذکور، ورقهای فولادی و لاستیک هستند که به صورت لایههای یک در میان بر روی یکدیگر قرار گرفتهاند. مدل ریاضی این سیستم به صورت یک فنر خطی و یک میراگر که به صورت موازی عمل میکنند، میباشد. به طور کلی، سیستم LRB ظرفیت میرایی بالا، انعطافپذیری افقی و سختی قائم زیادی دارد. این سیستم توسط پارامترهایی مشخص میشود که عبارتند از: فرکانس
طبیعی ( ( b و ثابت میرایی( .[ ۳]( b

ثابت میرایی سیستم به میزان قابل توجهی با کرنش تکیهگاه تغییر میکند. نسبت میرایی به میزان کرنش تکیهگاه بستگی دارد و از ۰/۱۸ در کرنش ۲% تا ۰/۱ در کرنش ۵۰% تغییر میکند. مقادیر طراحی توصیه شده برای این سیستم، rad/s b که مطابق با زمان تناوب ۲ ثانیه برای سازه جداسازی شده از پایه بوده و b 0 /1 میباشند. مدل شماتیک سیستم LRB و اجزای آن در شکل (۱-۲) نشان داده شده است.[۳]

شکل(.(۱ جداگر LRB با مشخصات و معرفی اجزا و اندازه ها .[۳]

-۴ ضوابط آیین نامه ها برای جداسازی لرزه ای

طراحی ساختمان های جدید با جداسازی لرزه ای در آمریکا با یکی از دو آیین نامه زیر انجام می شود.

ویرایش سال ۱۹۹۷ آیین نامه یکنواخت ساختمانی ( ( UBC که توسط کنفرانس بین المللی مسئولین ساختمان ( IBCO) انتشار یافته است.

یا قسمت ۲ مبحث ۲۴، ضوابط آیین نامه کالیفرنیا، بخشШ که به OSHPD-96 معروف است. آیین نامه های UBC و OSHPD-96 صرفا به منظور طراحی ساختمان های جدید بوده و ضوابطی برای مقاوم سازی ساختمان های موجود با استفاده از جداسازی ارائه نمی دهند فلسفه موجود در آیین نامه ها آن است که انتظار می رود رفتار ساختمانی که با استفاده از این ضوابط طراحی می شود در زمین لرزه های متوسط و بزرگ بهتر از ساختمان مشابهی با پایه گیر دار باشد. هدف آیین نامه، کاهش هزینه سازه نبوده، بلکه هدف کنترل خسارت وارده به سازه و محتویات آن با توجه به این واقعیت است که جداسازی لرزه ای در زمین لرزه های شدید، به سازه اجازه می دهد که پاسخ الاستیک داشته و شتاب های طبقات آن پایین باشد.[۳]

از اینکه هر آییننامه اقدام به ارائه توصیههایی جهت طرح و تحلیل یک سیستم سازهای نماید میبایست انتظارات و اهداف خود را از روشی که ارائه میدهد مشخص نماید. به عنوان نمونه اهداف آییننامههای رایج در طراحی سیستمهای غیرایزوله و سازههای معمولی، در برابر زلزله را میتوان در موارد زیر خلاصه کرد:

-۱ با حفظ ایستایی ساختمان، تلفات جانی به حداقل برسد.

-۲ ساختمانهای با اهمیت زیاد در جریان زلزله و بعد از آن قابلیت بهرهبرداری خود را حفظ کند.
در واقع با رعایت این آییننامهها انتظار میرود ساختمانها در برابر زلزلههای با شدت کم و متوسط بدون وارد شدن آسیب سازهای و در برابر زلزلههای شدید بدون فروریختن قادر به مقاومت باشند.

در صورتیکه سطوح عملکرد ساختمان را در سه سطح زیر دستهبندی نماییم: (۱) خرابی جزئی و ناچیز،

(۲) خرابی قابل تعمیر( در صورتیکه هزینه تعمیر حداکثر %۳۰ هزینه کل ساختمان باشد)، (۳) خرابی غیرقابل تعمیر که در نتیجه سازه باید تخریب گردد.

تاکید اصلی در سیستمهای جداگر ارتعاشی تغییر میزان خرابی از سطح ردیفهای (۲) و (۳) به ردیف (۱) میباشد.

قسمت اعظم تغییرمکان کلی سازه مربوط به سیستم جداگر است و خود سازه که بصورت یک جسم صلب روی سیستم جداگر قرار گرفته؛ تغییرمکانهای نسبتا کوچکی خواهد داشت .[۴]


معرفی سازه های مورد بررسی در این پژوهش

در این پژوهش سه سازه فولادی مورد بررسی قرار گرفته اند که هر سه دارای بادبند در هر دو جهت می باشند. این سازهها در منطقه با خطر نسبی زلزله بسیار زیاد با کاربری مسکونی و بر روی خاک نوع II قرار گرفته اند. هرسه سازه دارای سه دهنه در جهت X و سه

دهنه در جهت Y می باشد که طول تمامی دهانه ها ۵ متر می باشد و تعداد طبقات عبارتند از ۳، ۷ و ۲۰ طبقه.

۴

شکل(.(۳ سازه هفت طبقه مورد بررسی

شکل(.(۲ سازه بیست طبقه شکل(.(۵ پلان ستون ها و تیر زیزی طبقات

×مورد بررسی شکل(.(۴ سازه سه طبقه مورد بررسی

-۶ نیرو های طرح

نیرو های طرح (طرح بر اساس مقاومت) که رو سازه و اجزای واقع در زیر سطح مشترک جداساز باید برای آن طراحی شوند. بر مبنای تغییر مکان طرح D محاسبه می شوند محاسبه اجزای زیر سیستم جداساز( طرح بر اساس تنش مجاز) .[۴]

﴿۲-۱۴﴾ Vb kD max DD سطح مقاومت برای طراحی اجزای بالای سیستم جداساز بر حسب کمترین نیروی برشی لرزه ای جانبی