استفاده از روش جداسازی لرزه ای در ساختمان موزه ملی نیوزیلند

01 Oct 2018| بانک مقالات| نویسنده: |
موزه ملی نیوزیلند مجهز به سیسیتم جداساز لرزه ای LRB
تصویری از موقعیت موزه ملی نیوزیلند، مجهز به سیستم جداساز سربی لاستیکی (LRB)
تصویری از موقعیت موزه ملی نیوزیلند، مجهز به سیستم جداساز سربی لاستیکی (LRB)

از نقطه نظر نوع کاربری، ساختمان‌ های جداسازی لرزه‌ ای شده انواع بسیار متنوعی را شامل می‌ شود. توجه به دلایلی که مالکان را بر آن می دارد تا ساختمان‌ هایشان را جداسازی کنند، می تواند برای مهندسین سازه و زلزله ارزشمند باشد. پروفسور رون مایس در یکی از سخنرانی های خود درباره‌ی جداسازی لرزه‌ ای، اهم این دلایل را چنین برشمرده است:

  • امر مدیریت بحران و خدمت‌رسانی‌ های اورژانسی
  • استمرار در کارکردهای تجاری و شغلی
  • محافظت از محتویات
  • کاهش هزینه‌ های ترمیم خسارات
  • محافظت از معماری
  • ایمنی ساکنین (آرامش خاطر)

 

انگیزه محافظت از محتویات ارزشمند، محافظت از معماری و کاهش هزینه‌ های ترمیم خسارات، می تواند کاربرد سیستم های جداساز لرزه ای را به ساختمان های ارزشمند فرهنگی و تاریخی نیز سرایت دهد. در کشورهای لرزه خیزی مانند نیوزیلند، ایالات متحده و ژاپن، می توان ساختمان‌ هایی با ارزش تاریخی را یافت که به جهت حفاظت از بافت آن‌ ها و خصوصیات معماریشان در برابر خسارت، جداسازی لرزه ای شده اند. یکی از این مثال های شاخص، موزه ملی نیوزیلند یا همان موزه ته پاپا است که در سال ۱۹۹۸ ساخته شده است.

زیربنای این ساختمان جداسازی لرزه ای شده ۳۶ هزار متر مربع و در شش طبقه می باشد و سیستم سازه ای آن شامل قاب ها و دیوارهای بتن مسلح است. ساختمان موزه در ساختگاهی قرار دارد که برای رساندن خاک آن به مقاومت مورد نیاز، چندین ماه به صورت دینامیکی متراکم شد. موزه ته پاپا ساختمانی بسیار ارزشمندی برای کشور نیوزیلند است. یکی از شاخص ترین وجوه این موزه ملی، به کارگیری روش جداسازی لرزه ای برای به حداقل ممکن رساندن خسارات احتمالی و محافظت از محتویات ارزشمند موزه در برابر زلزله است. 

جداساز لرزه ای LRB موزه ته پاپا
در موزه ملی نیوزیلند از دو تیپ جداساز لرزه ای LRB استفاده شده است

بزرگترین ساختمان جداسازی لرزه ای شده دنیا

 

این موزه در زمان ساخت بزرگترین ساختمانی در دنیا بود که جداسازی لرزه ای می شد. موزه ته پا پا به گونه ای طراحی شده است که بتواند زلزله ای با دوره بازگشت ۲۰۰۰ سال را تحمل کند. عمر مفید این ساختمان ۱۵۰ سال است. شرکت مهندسین مشاور Holmes طراحی سازه و سیستم جداساز لرزه ای و همچنین تحلیل های تاریخچه زمانی را انجام داده است و شرکت Arup کنترل طراحی را عهده دار شد. 

موزه برای بارهای بسیار سنگین طبقات با یک شبکه بندی بزرگ جهت نمایشگاه های احتمالی و نگهداری مجموعه های گران قیمت، طراحی شده است. جاذبه ویژه این موزه برای مهندسین سازه و زلزله، برپایی نمایشگاهی در داخل آن برای فناوری جداسازی لرزه ای است.

جداساز سربی لاستیکی (LRB) در موزه ته پاپا که در معرض نمایش درآمده است
جداساز سربی لاستیکی (LRB) در موزه ته پاپا که در معرض نمایش درآمده است
دکتر رابینسون مخترع جداساز سربی لاستیکی (LRB) و بنیانگذار شرکت رابینسون سایزمیک در محل اجرای پروژه موزه ملی
دکتر رابینسون مخترع جداساز سربی لاستیکی (LRB) و بنیانگذار شرکت رابینسون سایزمیک در محل اجرای پروژه موزه ملی

معرفی سیستم جداسازی لرزه ای موزه ته پاپا

 

سیستم جداساز لرزه ای موزه ملی نیوزیلند ترکیبی از جداساز لرزه ای LRB (سربی ـ لاستیکی) و تکیه گاه های PTFE است. در توضیحی کوتاه می توان گفت که جداسازی لرزه‌ ای شبیه به ایجاد صفحه‌ ای لغزنده میان پی و روسازه و شناور کردن ساختمان بر روی زمین است؛ این امر به منظور جدا کردن سازه از اثرات شدید زمین لرزه است.

با این تفاسیر قابلیت جابجایی افقی اولین لازمه‌ ی یک سازه‌ ی جداسازی لرزه ای شده است؛ اما چهار الزام دیگر نیز وجود دارد: قابلیت تحمل نیروی قائم، قابلیت مرکزگرایی، سختی اولیه و میرایی. برخی از سیستم‌ های جداسازی لرزه‌ ای نوین، این لوازم را در غالب یک سامانه محقق می‌ سازند. رایج ترین این سیستم ها جداساز سربی لاستیکی (LRB) است که در سال ۱۹۷۴ توسط دکتر بیل رابینسون (بنیانگذار شرکت رابینسون سایزمیک) اختراع شد. در ساختمان موزه ملی نیوزیلند، بار اصلی جداسازی لرزه ای بر جداساز LRB بوده و جداسازهای اصطکاکی PTFE به موازات آن ها عمل می کنند. 

مقطع عرضی جداساز سربی لاستیکی (LRB) موزه ملی نیوزیلند
مقطع عرضی جداساز سربی لاستیکی (LRB) موزه ملی نیوزیلند

تکیه گاه های PTFE موزه ته پاپا در هفت تیپ از ظرفیت نیروی ۱۶۰۰ کیلونیوتن تا ۵۴۷۵۰ کیلونیوتن است. جداساز لرزه ای LRB نیز در دو تیپ طراحی و اجرا شده است. تیپ یک به قطر ۷۷۵ میلیمتر و دارای ۴ هسته سربی به قطر ۱۳۵ میلیمتر بوده و تیپ دو به قطر ۸۷۵ میلیمتر و دارای ۴ هسته سربی به قطر ۱۵۰ میلیمتر می باشد. در شکل رو به رو به عنوان نمونه مقطعی از جداساز لرزه ای LRB تیپ یک موزه ته پاپا آورده شده است.

به طور کلی این تکیه‌گاه متشکل از لایه‌های لاستیک و فولاد است که به طور یکی در میان قرار گرفته‌اند. یک یا چند میله‌ی سربی نیز در میان آن وجود دارد. برای مطالعه بیشتر در زمینه این نوع جداساز لرزه ای به صفحه «جداساز سربی لاستیکی (LRB)» مراجعه کنید.

هدف اصلی از جداسازی لرزه ای، ایجاد ترازی نرم در سازه و جدا نمودن روسازه از ارتعاشات شدید زمین لرزه است. تعبیر دیگر این اتفاق افزایش دوره تناوب طبیعی ارتعاشات روسازه است که در جداساز لرزه ای LRB این هدف به واسطه نرمی لایه های لاستیکی مهیا می شود. در جداساز لرزه ای PTFE نیز به کمک لایه هایی اصطکاکی ایجاد شده که با انتخاب مناسب نیروی اصطکاک استاتیکی و دینامیکی آن ها، امکان لغزش صفحات بر روی یکدیگر و در نتیجه ایجاد محدودیت در نیروی ورودی زلزله مهیا می شود.

در وهله بعد هدف از جداسازی لرزه ای می تواند ایجاد مکانیزمی برای افزایش میرایی و استهلاک انرژی زلزله باشد.  در جداساز لرزه ای LRB این مهم به واسطه عملکرد الاستیک ـ پلاستیک کامل هسته های سربی و در جداساز لرزه ای PTFE به واسطه اصطکاک سطوح بر روی یکدیگر رخ می دهد.

نصب جداساز لرزه ای

 

در شکل های زیر نمونه ای از جزئیات نصب جداساز لرزه ای LRB و PTFE این پروژه آورده شده است.

نمونه از نقشه جزئیات نصب سیستم جداسازی لرزه ای موزه ته پاپا
نمونه از نقشه جزئیات نصب سیستم جداسازی لرزه ای موزه ته پاپا
نقشه ای از ملاحظات معماری در تراز جداسازی لرزه ای

ملاحظات معماری در تراز جداسازی لرزه ای

 

در ترازی که سیستم جداساز لرزه ای اجرا می شود، روسازه می بایست به تمامی از زیرسازه جدا شود. این امر عوارضی معماری را به همراه خواهد داشت. برای مثال در مورد اجرای راه پله باید توجه نمود اسکلت آن می بایست در تراز جداسازی لرزه ای منقطع شود تا مانع حرکت روسازه در حین زلزله و عملکرد سیستم جداساز لرزه ای نشود. به یک مثال، بخشی از نقشه معماری مربوط به راه پله در تراز جداسازی لرزه ای موزه ملی نیوزیلند، در شکل ذیل نمایش داده شده است.

 

* استفاده از مطالب این صفحه با ذکر منبع و لینک مستقیم به آن، بلامانع است.

منابع