مقاله تحلیلی:چگونه اثرات زمین لرزه بر ساختمان ها را کاهش دهیم؟

طراحی لرزه‌ای متعارف تلاش دارد ساختمان‌هایی را بسازد که تحت تکان‌های شدید زمین‌لرزه فرونریزند اما ممکن است متحمل آسیب‌هایی در اعضای غیر سازه‌ای (مثل شیشه‌های نما) و بعضی از اعضای سازه در داخل ساختمان شود. این ممکن است سبب کاربردی نبودن ساختمان پس از زمین‌لرزه شود که خود نیز موجب بروز مشکل در بعضی از سازه‌ها مثل بیمارستان‌ها می‌شود که نیاز است عملکردشان پس از زلزله هم حفظ شود. تکنیک‌های ویژه‌ای برای طراحی ساختمان‌ها نیاز است به‌طوری‌که پس از زمین‌لرزه‌ها هم بدون آسیب باقی بمانند. ساختمان‌هایی با عملکردهای لرزه‌ای اصلاح‌شده معمولاً هزینه‌ای بیشتر از ساختمان‌های معمولی دارند. بااین‌حال، این هزینه به‌وسیله بهبود عملکرد سازه در مقابل زلزله توجیه می‌شود.

دو تکنولوژی اصلی برای محافظت از ساختمان در مقابل صدمات ناشی از اثرات زمین‌لرزه به کار می‌روند. این دو تکنولوژی دستگاه‌های جداساز فونداسیون و میراگرهای لرزه‌ای هستند. ایده پشت جداسازهای فونداسیون، جدا کردن ساختمان از زمین به‌گونه‌ای است که تکان‌های ناشی از زلزله به سمت بالا و به ساختمان منتقل نشود یا این انتقال به‌طور قابل‌توجهی کاهش یابد. میراگرهای لرزه‌ای دستگاه‌های مختلفی هستند که در ساختمان برای جذب انرژی ناشی از حرکات زمین و عدم انتقال آن به ساختمان به کار می‌روند (بیشتر شبیه به کمک فنر در وسایل نقلیه که ضربات ناشی از نوسانات را در جاده جذب می‌کند).

جداسازهای فونداسیون

مفهوم جداساز لرزه‌ای به این صورت است که ساختمان روی غلتک‌های بدون اصطکاک قرار می‌گیرد (شکل 1a). زمانی که زمین می‌لرزد، غلتک‌ها آزادانه می‌چرخند اما ساختمان بالای آن حرکتی نمی‌کند؛ بنابراین هیچ نیرویی که ناشی از حرکات زمین باشد به ساختمان منتقل نمی‌شود. به‌طور ساده‌تر ساختمان زمین‌لرزه‌ای را تجربه نمی‌کند. حال اگر ساختمان روی لایه‌های انعطاف‌پذیر قرار بگیرد که در مقابل حرکت‌های جانبی مقاومت کند (شکل 1b)، بعضی از اثرات ناشی از تکان‌های زمین به ساختمان بالای آن منتقل می‌شود. اگر لایه‌های انعطاف‌پذیر به نحو مناسبی انتخاب شده باشند، نیروهای ناشی از تکان‌های زمین‌لرزه چند مرتبه کوچک‌تر از زمانی است که ساختمان مستقیماً روی زمین‌ساخته شده باشد یعنی یک ساختمان با فونداسیون ثابت (شکل 1c).

این لایه‌های انعطاف‌پذیر جداسازهای فونداسیون نام دارند که در حقیقت از ساختمان محافظت می‌کنند. ویژگی اصلی این نوع تکنولوژی، انعطاف‌پذیری در سازه است. درنتیجه ساختمان‌های بنایی یا ساختمان‌های بتن مسلح تبدیل به یک سازه بسیار انعطاف‌پذیر می‌شوند. جداسازها اغلب به‌گونه‌ای طراحی می‌شوند که انرژی را جذب کنند و درنتیجه خاصیت میرایی را به ساختمان اضافه کند. این سبب می‌شود تا پاسخ لرزه‌ای ساختمان به‌اندازه بیشتری کاهش یابد. چند برند تجاری مختلف از این جداسازها در بازار وجود دارد و بسیاری از آن‌ها شبیه لایه‌های لاستیکی بزرگ هستند، هرچند که انواع دیگری نیز وجود دارند که مبتنی بر لغزش در یک قسمت از ساختمان نسبت به سایر قسمت‌ها هستند. یک مطالعه دقیق برای شناسایی مناسب‌ترین نوع دستگاه برای ساختمان‌های ویژه نیاز است. علاوه بر این، جداسازهای فونداسیون برای همه ساختمان‌ها مناسب نیستند. مناسب‌ترین موقعیت برای کاربرد این تکنولوژی در رابطه با ساختمان‌هایی است که روی خاک‌های سخت قرار گرفته‌اند و نامناسب‌ترین موقعیت برای کاربرد این جداسازها در ساختمان‌هایی است که روی خاک‌های نرم واقع شده‌اند.

جداسازهای لرزه‌ای در ساختمان‌های واقعی

جداسازهای لرزه‌ای یک تکنولوژی نسبتاً جدید و در حال پیشرفت است. استفاده از این تکنولوژی از دهه 1980 افزایش یافته است به‌طوری‌که در سطح بین‌المللی موردبررسی و بازبینی قرار گرفته است. در حال حاضر این جداسازها در ساختمان‌های متعددی در کشورهای ایتالیا، ژاپن، نیوزیلند و ایالات‌متحده امریکا استفاده شده است. جداسازهای لرزه‌ای فونداسیون برای مقاوم‌سازی ساختمان‌های مهم (مانند بیمارستان‌ها و ساختمان‌های تاریخی) نیز به کار می‌رود. در حال حاضر بیش از 1000 ساختمان در سراسر جهان مجهز به سیستم جداسازهای لرزه‌ای فونداسیون شده‌اند. به‌عنوان‌مثال در هند، تکنیک جداسازهای فونداسیون پس از زلزله Killari در سال 1993 برای اولین بار مشاهده شد. دو ساختمان تک طبقه (یکی مدرسه و دیگری یک مرکز خرید) در شهر دوباره ساخته شده Killari با جداسازهای لاستیکی فونداسیون و روی یک زمین سخت ساخته شدند. هر دوی این ساختمان‌ها از مصالح بنایی (آجر) و سقف‌های بتنی ساخته شدند. پس از زلزله Bhuj (گوجارات) نیز ساختمان چهار طبقه بیمارستان Bhuj با این تکنولوژی ساخته شد (شکل 2).

میراگرهای لرزه‌ای

روش دیگر برای کنترل آسیب‌های لرزه‌ای در ساختمان‌ها و بهبود عملکرد لرزه‌ای آن‌ها، نصب میراگرهای لرزه‌ای در اعضای سازه‌ای مانند مهارهای مورب (بادبند) است. این میراگرها مانند کمک فنرهای هیدرولیکی در خودروها عمل می‌کنند – بسیاری از تنش‌های ناگهانی توسط مایع هیدرولیکی جذب می‌شود و تنها مقداری کم از آن‌ها به شاسی خودرو منتقل می‌شود. زمانی که انرژی لرزه‌ای به آن‌ها منتقل می‌شود، میراگرها بخشی از آن را جذب می‌کنند و درنتیجه حرکات منتقل شده به ساختمان را محدود می‌کنند. از دهه 1960 استفاده از این میراگرها برای محافظت از ساختمان‌های بلند در مقابل اثرات باد آغاز شد.

 بااین‌حال، در اوایل دهه 1990 بود که از آن‌ها برای محافظت از ساختمان در مقابل اثرات زمین‌لرزه نیز استفاده شد. انواع معمول کاربرد استفاده از این میراگرهای لرزه‌ای شامل میراگرهای ویسکوز (جذب انرژی به‌وسیله عبور مایعی با پایه سیلیکونی در بین سیلندر- پیستون صورت می‌گیرد)، میراگرهای اصطکاکی (جذب انرژی به‌وسیله اصطکاک سطح لاستیک میراگر و سطح دیگر صورت می‌گیرد) و میراگرهای تسلیم شونده (جذب انرژی به‌وسیله اعضای فلزی جاری شونده انجام می‌شود)(شکل 3).

ترجمه شده توسط تیم مترجمین ۸۰۸

اگر دوست دارید به تیم مترجمین ۸۰۸ بپیوندید، با ما تماس بگیرید.

دریافت فایل PDF مقاله برای اعضای VIP رایگان است. سایر کاربران با پرداخت ۵۰۰ تومان می توانند اقدام به دریافت این فایل کنند.