عامل تقویت سازه ‏ای پوسته ‏های خارجی بناها

با توجه به تجربه خسارات شدید طی زلزله‏ های گذشته نیاز به رویکرد جدیدی مبتنی بر بهره گرفتن از تکنولوژی ‏های مدرن در جهت کاهش خسارات مالی و جانی در زلزله به ‏وضوح احساس می‏ گردد. از این‏رو در صنعت ساختمان ‏سازی و پل‏ سازی رویکردی جدید در حال توسعه می ‏باشد، که عبارت است از: کاهش تقاضای نیرویی در سازه به جای افزایش سختی و مقاومت.

برای مشاهده فایل پی دی اف کلیک کنید

در این روش سعی می ‏شود حداقل انرژی ممکن از جریان انرژی زلزله به سازه منتقل گردد،  در روش‏ های متداول جهت دستیابی به این هدف، اعضاء مقاوم افزوده شده و اعضای قوی‏ تر به همراه افزایش سختی و جذب بیشتر انرژی به‏ کار برده می‏ شوند.

بهبود قابل توجه عملکرد پوسته خارجی نماها، خصوصا نماهای شیشه‏ ای در هنگام بروز ارتعاشات لرزه‏ ای با به‏ کارگیری میراگرها در سازه ‏های پروژه ‏هایی با اسکلت فلزی یا بتنی از جمله مواردی است که امروزه پرداختن به آن و توجه روز افزون به این تکنولوژی ارزان و در دسترس را بسیار ضروری ساخته است. بدین ترتیب مهار لرزه ‏ای سازه اصلی باعث مهار لرزه ‏ای سازه ‏های صنعتی دیگر در ساختمان نیز می‏ گردد (از جمله آسانسورها، درها و پنجره ‏ها، نماهای شیشه ‏ای و پوسته خارجی بناها و تاسیسات آبی و برقی) و این به ‏عنوان راه‏ حلی مناسب مورد توجه مهندسان و محققان قرار گرفته است.

میراگرها بر اساس نیاز سیستم آنها به دو گروه تقسیم می ‏گردند:

-  کنترل غیر فعال

-  کنترل فعال

کنترل غیرفعال : سیستم ‏هایی هستند که به منبع انرژی خارجی نیاز ندارند. در این نوع سیستم ‏ها از میراگرهای زیر می‏توان نام برد.

1. جرمی تنظیم شده (TMD)
2. اصطکاکی (Friction Damper)
3. فلزی تسلیمی (ADAS)
4. ویسکوز و ویسکوالاستیک

کنترل فعال: در این سیستم دستگاه ‏ها قابل کنترل بوده و توسط ابزار کمکی همواره در حال وارد کردن نیروهای کنترلی به ساختمان هستند .

سیستم ‏های فعال از سیستم ‏های غیرفعال موثرتر هستند، اما باوجود عملکرد عالی، به هزینه‏ های فراوان اجرایی و نگهداری نیاز دارند. در این نوع سیستم‏ ها از میراگرهای زیر می‏توان نام برد.

1. جرمی فعال (AMD)
2. نیمه فعال (Semi – active)
3. مجرای متغیر (veriable orifice)

در این مقاله از انواع سیستم ‏های میراگرها، به مشخصات میراگرهای اصطکاکی می ‏پردازیم.

در این نوع میراگرها به منظور کاهش پاسخ دینامیکی سازه در برابر بارگذاری باد و زلزله با انجام تغییر شکل‏ های ویژه و اعمال مکانیکی خاص، مقدار زیادی از انرژی ورودی سازه بر اثر بارگذاری دینامیکی را جذب و مستهلک می ‏سازند. عملکرد این گونه وسایل موجب می‏ شود که انرژی دریافتی سایر اعضاء سازه ‏ای کاهش یافته و در نتیجه تغییر شکل زیادی در آنها ایجاد نمی‏ گردد.

مزایای به‏ کارگیری این نوع میراگرها:

ـ جذب انرژی زلزله و کاهش نیروی وارده به سازه

ـ شکل ظاهری مناسب به نحوی که به عنوان المان معماری می ‏تواند به شمار آید.

ـ قابلیت تنظیم پس از زلزله و استفاده مجدد

ـ عدم نیاز به سرویس و نگهداری مداوم

ـ نصب سریع و ساده

ـ مناسب برای مقاوم ‏سازی سازه‏ های موجود با قابلیت نصب و اجرا در هر پروژه ‏ای

ـ کاهش آسیب در اجزای اصلی سازه و نیز اجزای غیر سازه ‏ای

این نوع میراگرها را می‏توان در سازه ‏های موجود جاسازی یا پس از زلزله تعویض کرد. میراگرهای اصطکاکی یا دورانی، از صفحات فلزی و لایه ‏هایی از مواد مخصوص با خواص اصطکاکی ویژه که بین این صفحات قرار گرفته است تشکیل می ‏شوند. با افزایش میرایی سازه و استهلاک انرژی زمین لرزه نیروهای وارد و تغییر مکان‏ های ایجاد شده توسط زلزله در ساختمان‏ ها به صورت همزمان به میزان قابل توجهی کاهش می‏ یابد. در حالی که کاهش همزمان این دو در روش‏ های سنتی مقاوم ‏سازی معمولا امکان‏پذیر نمی ‏باشد.کاهش نیرو سبب کاهش آسیب به اسکلت ساختمان و کاهش تغییر مکان سبب کاهش آسیب به المان‏ های معماری و دیوارها و نازک‏ کاری‏ ها می‏ گردد.

از جمله ویژگی‏ هایی که باعث افزایش قابل توجه استفاده از این میراگرها شده است، هزینه کم و نیز سهولت نصب و اطمینان از نحوه عملکرد این میراگرها می ‏باشد. این خصوصیات و تاثیر ویژه این میراگرها در کاهش خسارات سازه ‏ای باعث شده استفاده از میراگرهای اصطکاکی مورد توجه خاص قرار گیرند.

از جمله میراگرهای اصطکاکی دیگر می ‏توان به نوع سیلندری نیز اشاره کرد که شامل دو عنصر اصلی، شفت (استوانه توپر) و سیلندر (استوانه توخالی) می‏ باشد و این دو عنصر داخل هم قرار می‏ گیرند. اگر نیروی محوری میراگر بیش از نیروی اصطکاکی بین شفت و سیلندر باشد، شفت داخل سیلندر حرکت می‏ کند که به جذب قابل توجه انرژی منجر خواهد شد، این نوع میراگرها (سیلندری) نیز باعث بهبود رفتار لرزه ‏ای سازه ‏ها شده و تاثیر مناسبی روی کاهش تغییر مکان‏ های نسبی، سرعت، شتاب و برش پایه به میزان قابل ملاحظه می ‏شوند.

آنچه روشن است تعداد زیادی از ساختمان‏ ها که در مناطق زلزله ‏خیز واقع شده ‏اند توانایی لازم جهت مقابله با نیروی زلزله را ندارند . از این ‏رو به‏سازی لرزه ‏ای سازه ‏ها اجتناب ‏ناپذیر می ‏باشد، میراگرها با جذب و استهلاک درصد بالایی از انرژی ورودی به سازه، شرایط ایمن و پایداری را برای سازه ایجاد می ‏کنند.

به امید خدا در مجالی دیگر به انواع دیگر میراگرها و مشخصات آنها می‏ پردازیم.

در صورت استفاده از میراگرها همان گونه که ذکر گردید، با کاهش نیروی حاصل از زلزله المان‏ های معماری در ساختمان نیز آسیب ندیده یا کمترین آسیب را خواهند دید .

نماهای شیشه‏ ای از جمله المان‏ های معماری هستند که در هنگام بروز زلزله مستقیما در معرض خطر قرار دارند، در صورت تقویت سازه ‏های ساختمان‏ ها به صورتی که سازه با کاهش تکان‏ های نیرویی مواجه گردد،  علاوه بر اینکه عملکرد سازه‏ های نما بسیار افزایش می ‏یابد از مقدار محاسبات مربوطه به افزایش سختی و مقاومت پروفیل‏ های مصرفی در سازه نما نیز کاسته می‏ گردد.

به‏ طور خلاصه میراگرها با استهلاک انرژی زلزله و بالا بردن زمان تناوب ارتعاشی سازه در تغییر مکان نسبی طبقات کاهش چشم گیری ایجاد می ‏کنند که در این صورت کمترین خسارت به در و پنجره ‏ها، نمای شیشه‏ ای و پوسته‏ های خارجی ساختمان ‏ها وارد می ‏شود.

نشریه پنجره ایرانیان-سال دهم-شماره 119-شهریور96