دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك
و مهندسي لرزه اي
16 تا 18 شهريور ماه 94 ايران، تبريز

بررسي تاثير جداگر لرزهاي لاستيكي بر كنترل ارتعاشات سوله صنعتي دوطبقه
عليرضا لطفي 1*، ثنا عظيمي 2، همايون استكانچي 3

چكيده
ايمني سازههاي صنعتي از جمله سولهها در هنگام زلزله با توجه به هزينههاي هنگفت تجهيزات صنعتي و تعداد قابل
توجه افراد مشغول به كار در اين سولهها، از اهميت بالايي برخوردار است. كنترل سازهها در دهه هاي اخير به دليل
افزايش نياز به بهسازي و مقاوم سازي سازهها در برابر بار زلزله به زمينه تحقيقاتي مناسبي تبديل شده است. دراين
تحقيق ابتدا به بررسي انواع سيستمهاي كنترل سازهها پرداخته و سپس با تعريف انواع جداگرهاي لرزهاي به بررسي
تاثير يك نوع از انواع آن به نام جداگر لاستيكي بر روي كنترل ارتعاشات يك سازه صنعتي دو طبقه پرداخته ميشود و
ميزان تاثيرگذاري جداگر لرزهاي لاستيكي در پاسخ ديناميكي سازه تحت بار زلزله به روش تحليل ديناميكي طيفي و
تاريخچه زماني سنجيده ميشود.
واژههاي كليدي: كنترل ارتعاشات، جداگر لرزهاي لاستيكي، تحليل ديناميكي طيفي، تحليل ديناميكي تاريخچه زماني، برش
پايه، جابجايي نسبي.

مقدمه
در دهه هاي اخير مطالعات فراواني در زمينه كنترل پاسخ سازهها در برابر باد و زلزله صورت گرفته است و سه سيستم
نيمه ،(Active) كنترلي براي مستهلك كردن انرژي و كنترل پاسخ سازه ابداع شده است كه عبارتند از سيستم كنترلي فعال
در سيستمهاي كنترل فعال سازه به سنسورهاي پردازشگر مجهز شده و در هر .(Passive) و غير فعال (Semi Active) فعال
لحظه متناسب با بار جانبي وارد شده، به يك منبع نيرو براي كنترل سازه احتياج ميباشد. سيستمهاي كنترلي نيمه فعال
عملكردي مشابه سيستمهاي فعال دارند و تنها در زمينه ميزان نيروي خارجي با سيستمهاي فعال تفاوت دارند. دسته آخر
سيستمهاي غير فعال هستند كه در آنها سازه بوسيله تجهيزات از پيش طراحي شده (مانند ميراگر و جداگر) و بدون احتياج به
منبع نيروي خارجي در مقابل بارهاي جانبي مقاومت ميكند.
در اين ميان سيستمهاي كنترل غيرفعال از جايگاه ويژهاي برخوردارند، زيرا از يك سو به عنوان روش موثر براي كاهش
خسارات سازهها در مقابل پديدههاي طبيعي محسوب ميشوند و از سوي ديگر نسبت به سيستمهاي ديگر هزينه كمتري دارند
و اقتصاديترند. جداگرها به عنوان سيستمهاي كنترل غير فعال در بخشهاي خاصي از سازه نصب ميشوند و بخش نسبتا
زيادي از انرژي ورودي را تحت مكانيزمهاي مختلف جذب ميكنند كه در نتيجه سازه اصلي دچار خرابي جدي نميشود.
استفاده از اين سيستمها ميتواند در كنترل پاسخ سازههاي مهم از جمله سازههاي صنعتي نيز مفيد واقع شود و با صرف هزينه
اندك اوليه از خسارات جبران ناپذير آتي جلوگيري به عمل آيد.
دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك
و مهندسي لرزه اي
16 تا 18 شهريور ماه 94 ايران، تبريز
2
-2 تاريخچه مطالعات
اولين مطالعات در مورد سيستم هاي جداسازي لرزهاي به اواخر دهه 70 و اوايل دهه 80 ميلادي باز ميگردد كه از
2] بر روي سيستمهاي ساده ] 1] و آقاي لي 2 در سال 1984 ] مطالعات آن دوره ميتوان به تحقيقات آقاي كلي 1 در سال 1979
جداساز اشاره كرد. از ديگر مطالعات انجام گرفته ميتوان به كار آقاي آيزنبرگ 3 و همكاران در سال 1992 در روسيه[ 3] بر روي
جداسازي چند ساختمان اشاره كرد. اولين ساختمان جداسازي شده در آمريكا در سال 1985 ساخته شد ولي مطالعات سازمان
يافته در اين مورد پس از زلزله لوما در سال 1989 به وقوع پيوست كه انجمنهاي متعددي براي مطالعه بر روي بهسازي و
مقاومسازي سازهها شكل گرفت[ 1]. پس از زلزله چي چي تايوان در سال 1992 نياز به بهسازي و مقاوم سازي انواع سازهها از
جمله سازههاي صنعتي پديد آمد[ 1]. در اين زمان چالش اصلي استفاده از سيستمهاي ارزان قيمت جداسازي بود كه آقايان
سارازين 4 و موروني 5 در سال 1992 در شيلي[ 4] و آقاي وستروني 6 و همكارانش در ايتاليا[ 5] به طور همزمان استفاده از
لاستيك طبيعي را پيشنهاد كردند.
-3 هندسه و مشخصات سازه صنعتي مورد نظر
سازه مورد نظر داراي كاربري صنعتي است و داراي دو طبقه و يك دهانه ميباشد كه طول، عرض وارتفاع هرطبقه اين
5 متر است. در طبقه اول سوله دو جرثقيل 200 تني و در طبقه دوم دو جرثقيل 20 تني / 15 و 5 ، سازه به ترتيب برابر با 40
نصب شده است. در شكل 1 نمايي از هندسه سوله مورد نظر مشاهده ميشود.
شكل 1: هندسه سازه
1- Kelly
2 - Lee
3- Eisenberg
4- Sarrazin
5- Moroni
6- Vestroni
دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك
و مهندسي لرزه اي
16 تا 18 شهريور ماه 94 ايران، تبريز
3
در سوله مورد مطالعه از سيستم سازهاي مركب، متشكل از قاب ساده مهاربندي شده در جهت طولي و قاب خمشي در
جهت عرضي استفاده شده است. مشخصات مصالح و مقاطع در نظر گرفته شده براي طراحي اين سازه بدين شرح ميباشد:
شكل و قوطي از نوع I - مقاطع تيرها و ستونهاي قابهاي اصلي به صورت غير منشوري و مقاطع تيرهاي ميان قابي به صورت
با تنش تسليم 2400 كيلوگرم بر سانتيمترمربع ميباشد. ST- فولاد 37
- مقاطع مهاربنديها از نوع ناوداني در نظر گرفته شده است.
با تنش تسليم 2400 كيلوگرم بر سانتيمترمربع ميباشد. ST- - مقاطع به كار رفته در لاپهها ناوداني از نوع فولاد 37
- پوشش ديوار در طبقه اول از جنس آجر مجوف و در طبقه دوم از جنس پانل آماده صنعتي با ورق موجدار در نظر گرفته شده
است.
با تنش تسليم 4000 كيلوگرم بر سانتيمترمربع ميباشد. AIII - آرماتور مصرفي از نوع
- بتن مصرفي فونداسيون با مقاومت 250 كيلوگرم بر سانتيمترمربع براي نمونه مكعبي ميباشد.
-4 فرضيات و محاسبات مربوط به جداساز مورد استفاده
جداسازهاي لرزهاي را ميتوان به دو دسته جداسازهاي لاستيكي و جداسازهاي اصطكاكي تقسيم نمود كه انواع
جداسازهاي لاستيكي عبارتند از: جداسازهاي لاستيكي با ورقه هاي فولادي (ميرايي كم)، جداسازهاي لاستيكي با ميرايي زياد
و جداسازهاي لاستيكي با هسته سربي. براي سيستم جداساز لرزهاي در اين تحقيق از جداسازهاي لاستيكي با ميرايي زياد
(ميرايي 20 درصد) استفاده شده است. علت استفاده از اين نوع جداسازها ساده بودن سيستم آنها و هزينه كمتر آنها نسبت به
انواع ديگر جداسازها ميباشد. جهت تحليل و طراحي جداساز لاستيكي از نشريه 360 (دستورالعمل بهسازي ساختمانهاي
موجود)[ 6] و نشريه 523 (راهنماي طراحي و اجراي سيستمهاي جداساز لرزهاي در ساختمان ها)[ 7] استفاده ميشود. در
تحليل سازه جداسازي شده ميتوان از روشهاي ديناميكي معمول استفاده كرد كه در اين مقاله دو روش تحليل طيفي و
تاريخچه زماني به كار برده شده است. با توجه به نشريه 523 سختي موثر جداساز را ميتوان مطابق رابطه زير محاسبه كرد.

در رابطه فوق سختي موثر، ارتباط دهنده جابجايي جداساز و نيروي جداساز ميباشد.

دوره تناوب اصلي طراحي سازه بر حسب TD مجموع بار مرده و زنده وارد بر جداساز بر حسب نيوتن و W ،( در رابطه ( 1
ثانيه ميباشد كه مطابق با نشريه 523 حداقل بايد سه برابر دوره تناوب اصلي نوساني سازه در نظر گرفته شود. با توجه به
روابط فوق ميتوان سختي موثر جداساز مورد استفاده در مدل نرم افزاري را محاسبه نمود. در سوله مورد نظر مجموع بار زنده و
مرده وارد بر هر جداساز برابر 500 كيلو نيوتن ميباشد.
محاسبه دوره تناوب اصلي طراحي سازه:

محاسبه سختي موثر جداساز:
500000 (2 )2 502528 502.5
eff 9.81 2
K N KN
m m

براي تكميل روند مدل سازي نيروي تسليم برشي جداساز و نسبت سختي پيش تسليمي به ترتيب برابر 22500 نيوتن بر
0 در نظر گرفته ميشود. با توجه به آييننامه رفتار جداساز در جهت قائم خطي و در جهتهاي افقي غير خطي در نظر / متر و 2
گرفته ميشود.
دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك
و مهندسي لرزه اي
16 تا 18 شهريور ماه 94 ايران، تبريز
4
-5 بررسي اثر جداسازي لرزه اي بر پاسخ سازه
در اين قسمت به بررسي تاثير جداساز لرزهاي بر ميزان برش پايه و تغيير مكان نسبي طبقات سوله صنعتي در جهات
پرداخته ميشود. بدين منظور از دو روش تحليل طيفي و تحليل تاريخچه زماني استفاده شده است. در تحليل Y و X اصلي
طيفي از طيف زمين نوع دو آيين نامه 2800 و در تحليل تاريخچه زماني از ركورد زلزلههاي منجيل و امپريال ولي استفاده
كه به ترتيب بدون جداساز لرزهاي و داراي Y و X شده است. در اشكال 2 الي 5 نمايي از مدل نرم افزاري قابهاي جهت
جداساز لرزهاي ميباشند قابل مشاهده است.
در سازه بدون جداساز X شكل 2: نمايي از قاب هاي جهت
در سازه داراي جداساز X شكل 3: نمايي از قاب هاي جهت
كه داراي X همانطور كه در اشكال فوق مشاهده ميشود جداساز لرزهاي باعث كاهش تغيير مكان جانبي سازه در جهت
مهار جانبي ميباشد، شده است كه اين نتيجه در ادامه در جداول مربوط به تغيير مكان جانبي نسبي سازه نيز قابل مشاهده
است.
در سازه بدون جداساز Y شكل 4: نمايي از قاب هاي جهت
دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك
و مهندسي لرزه اي
16 تا 18 شهريور ماه 94 ايران، تبريز
5
در سازه داراي جداساز Y شكل 5: نمايي از قاب هاي جهت
كه به صورت قاب Y در اشكال 4 و 5 مشاهده ميشود كه جداساز لرزهاي باعث افزايش تغيير مكان جانبي سازه در جهت
خمشي ميباشد، شده است كه اين نتيجه در ادامه در جداول مربوط به تغيير مكان جانبي نسبي سازه نيز قابل مشاهده است.
-1- نتايج حاصل از تحليل طيفي 5
جدول 1: ميزان تاثير جداساز بر مقادير ماكزيمم برش پايه تحت تحليل طيفي
جهت
ميزان برش پايه در
سازه بدون جداساز لرزهاي بر حسب تن
ميزان برش پايه در
سازه داراي جداساز لرزه اي بر حسب تن
درصد كاهش
برش پايه
35/3 90/58 140/1 X
41/4 81/61 139/2 Y
جدول 2: ميزان تاثير جداساز بر مقادير ماكزيمم تغيير مكان نسبي طبقات تحت تحليل طيفي
طبقه و
جهت
ميزان تغيير مكان نسبي
سازه بدون جداساز لرزهاي بر حسب تن
ميزان تغيير مكان نسبي
سازه داراي جداساز لرزه اي بر حسب تن
0 0/0010 X ، همكف
0/0018 0/0005 Y ، همكف
0 0/0005 X ، اول
0/0013 0/0006 Y ، اول
-2- نتايج حاصل از تحليل تاريخچه زماني 5
-1-2- نتايج حاصل از زلزله منجيل 5
جدول 3: ميزان تاثير جداساز بر مقادير ماكزيمم برش پايه تحت زلزله منجيل
جهت
ميزان برش پايه در
سازه بدون جداساز لرزهاي بر حسب تن
ميزان برش پايه در
سازه داراي جداساز لرزه اي بر حسب تن
درصد كاهش
برش پايه
34/7 11/10 17 X
31/8 6 8/80 Y
دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك
و مهندسي لرزه اي
16 تا 18 شهريور ماه 94 ايران، تبريز
6
جدول 4: ميزان تاثير جداساز بر مقادير ماكزيمم تغيير مكان نسبي طبقات تحت زلزله منجيل
طبقه و
جهت
ميزان تغيير مكان نسبي
سازه بدون جداساز لرزهاي بر حسب تن
ميزان تغيير مكان نسبي
سازه داراي جداساز لرزه اي بر حسب تن
0 0 X ، همكف
0/0003 0/0001 Y ، همكف
0 0 X ، اول
0/0004 0/0001 Y ، اول
-2-2- نتايج حاصل از زلزله امپريال ولي 5
جدول 5: ميزان تاثير جداساز بر مقادير ماكزيمم برش پايه تحت زلزله امپريال ولي
جهت
ميزان برش پايه در
سازه بدون جداساز لرزهاي بر حسب تن
ميزان برش پايه در
سازه داراي جداساز لرزه اي بر حسب تن
درصد كاهش
برش پايه
30/8 162 234 X
54 171 374 Y
جدول 6: ميزان تاثير جداساز بر مقادير ماكزيمم تغيير مكان نسبي طبقات تحت زلزله امپريال ولي
طبقه و
جهت
ميزان تغيير مكان نسبي
سازه بدون جداساز لرزهاي بر حسب تن
ميزان تغيير مكان نسبي
سازه داراي جداساز لرزه اي بر حسب تن
0/0002 0/0006 X ، همكف
0/012 0/0033 Y ، همكف
0/0001 0/0002 X ، اول
0/0088 0/0042 Y ، اول

نتيجه گيري

35 درصد در / - مشاهده ميشود كه در حالت تحليل طيفي استفاده از جداساز لرزهاي باعث كاهش برش پايه سازه به ميزان 3
41 درصد در جهت قاب خمشي براي سازه صنعتي مورد مطالعه شده است. / جهت قاب ساده و 4
- در مورد تغيير مكان جانبي نسبي در حالت تحليل طيفي جداساز لرزهاي باعث افزايش تغيير مكان نسبي در جهت قاب
خمشي شده است كه اين مقدار افزايش يافته از حدود مجاز آيين نامه تجاوز نميكند و قابل قبول است. در جهت قاب
مهاربندي شده تغيير مكان جانبي نسبي سازه داراي جداساز تقريبا به صفر ميل ميكند.
- مشاهده ميشود كه در حالت تحليل تاريخچه زماني تحت زلزله منجيل استفاده از جداساز لرزهاي باعث كاهش برش پايه
31 درصد در جهت قاب خمشي شده است. / 34 درصد در جهت قاب ساده و 8 / ماكزيمم سازه به ميزان 7
- در تحليل تاريخچه زماني تحت زلزله امپريال ولي استفاده از جداساز لرزهاي باعث كاهش برش پايه ماكزيمم سازه به ميزان
30/8 درصد در جهت قاب ساده و 54 درصد در جهت قاب خمشي شده است.
- درحالت تحليل تاريخچه زماني نيز جداساز لرزهاي باعث افزايش تغيير مكان نسبي در جهت قاب خمشي شده است كه
افزايش آن از حدود مجاز آيين نامه تجاوز نميكند و قابل قبول است و در جهت قاب مهاربندي شده تغيير مكان جانبي نسبي
به صفر ميل ميكند.
- با توجه به نتايج فوق الذكر، براي يك سوله دو طبقه مشابه سازه مورد مطالعه استفاده از جداساز لرزهاي لاستيكي باعث
بهبود رفتار ديناميكي سازه و كنترل ارتعاشات آن تحت بار زلزله ميشود و استفاده از آن توصيه ميگردد.
دومين كنفرانس بين المللي ژئوتكنيك

مراجع

[1] Kelly, James M. "The implementation of base isolation in the United States." ASME-PUBLICATIONS-PVP
256 (1993): 159-159.
[2] Lee, L. "A Base isolation measure for aseismic buildings in China." In Proc. 8WCEE, vol. 6, pp. 791-798.
San Francisco, CA, 1984.
[3] Eisenberg, J. M., A. M. Melentyev, V. I. Smirnov, and A. N. Nemykin. "Applications of seismic isolation in
the USSR." In Proc. 10th WCEE, vol. 4, pp. 2039-2046. 1992.
[4] Sarrazin, M., and M. O. Moroni. "Design of a base isolated confined masonry building." In Proc. 10th World
Conference on Earthquake Engineering, Madrid, Spain, pp. 2505-2508. 1992.
[5] Vestroni, F., Capecchi, D. Meghella, .M, Mazza, G., and Pizzigalli, E. "Dynamic behavior of isolated
buildings." In Proc. 10th World Conference on Earthquake Engineering, Madrid, Spain, pp. 2473-2478.
1992.
. 6] نشريه 360 ( دستورالعمل بهسازي لرزه اي ساختمان هاي موجود )، سال 1392 ]
. 7] نشريه 523 ( راهنماي طراحي و اجراي سيستم هاي جداساز لرزه اي در ساختمان ها) ، سال 1389 ]