انتشار ضوابط طراحی ساختمان های مجهز به میراگرها و جداگرهای لرزه ای گامی مهم در ایجاد چارچوبی مشخص برای طراحی و به‌کارگیری سیستم‌های کنترل لرزه‌ای در ساختمان‌ها محسوب می‌شود. امروزه در کشور ایران کاربرد سیستم های میراگر و جداساز لرزه ای رو به گسترش است؛ با این وجود در بسیاری از پروژه ها به دلیل عدم آشنایی طراح پروژه با ضوابط و اصول طراحی ساختمان های مجهز به میراگر و جداساز لرزه ای، در عمل طراحی به صورت یکپارچه صورت نگرفته و با فرضیات اشتباه و غیرعملی اثر میرایی در تقضای لرزه ای اعمال می شود. این رویکرد اشتباه در عمل سامانه های میراگر و جداساز لرزه ای را تبدیل به نقاط ضعف ساختمان می کند.
در رویکردهای طراحی لرزه ای متعارف، انتظار می‌رود سازه در برابر زلزله‌های شدید از محدوده رفتار کاملاً ارتجاعی خارج شود. در این شرایط، بخشی از انرژی ورودی زلزله از طریق تغییرشکل‌های غیرارتجاعی و رفتار هیسترزیس اعضای سازه مستهلک می‌شود. با این حال، توسعه سیستم های کنترل لرزه ای امکان مدیریت هدفمندتر پاسخ سازه و انرژی ناشی از زلزله را فراهم کرده است. با کاربرد صحیح و طراحی یکپارچه سازه مجهز به میراگر و جداساز لرزه ای، می توان بخش قابل توجهیی از تقاضای لرزه ای را از دوش المان های اصلی سازه برداشت. در ادامه، با نگاهی به مقدمه ضوابط جدید، فلسفه استفاده از این سیستم‌ها، انواع سیستم‌های کنترل لرزه‌ای و فرایند طراحی و به‌کارگیری آن‌ها را بررسی می‌کنیم.
چرا کنترل و استهلاک انرژی زلزله اهمیت دارد؟
هنگام وقوع زلزله، حرکت زمین موجب انتقال انرژی به ساختمان و ایجاد پاسخ دینامیکی در سازه می‌شود. در روش‌های متعارف طراحی لرزه ای، بخشی از این انرژی از طریق رفتار غیرارتجاعی اعضای سازه مستهلک می‌شود. این رفتار امکان تحمل زلزله های شدید را فراهم می‌کند، اما می‌تواند با آسیب اعضای سازه همراه باشد. در نتیجه، پس از یک زلزله شدید ممکن است سازه با تغییرشکل های ماندگار، آسیب اعضای اصلی و نیاز به تعمیرات گسترده مواجه شود. یکی از رویکردهای توسعه‌یافته در مهندسی زلزله، استفاده از سیستم‌هایی است که امکان کنترل پاسخ لرزه ای و مدیریت نحوه استهلاک انرژی زلزله را فراهم می‌کنند.
سیستم های کنترل لرزه ای چه هستند؟
سیستم‌های کنترل لرزه ای با هدف اصلاح یا کنترل پاسخ ساختمان در برابر تحریکات دینامیکی مانند زلزله مورد استفاده قرار می‌گیرند. بسته به نوع سیستم، کنترل پاسخ می‌تواند از طریق تغییر ویژگی‌های دینامیکی سازه، استهلاک انرژی یا ایجاد و تنظیم نیروهای کنترلی انجام شود.
سیستم‌های کنترل سازه را می‌توان به سه گروه اصلی تقسیم کرد:
سیستم های کنترل غیرفعال (Passive)
سیستم های غیرفعال برای عملکرد خود به فرمان کنترلی لحظه‌ای و منبع انرژی خارجی وابسته نیستند. ویژگی‌های مکانیکی این سیستم ها از قبل تعیین می‌شود و سیستم در هنگام زلزله بر اساس همین مشخصات در کنترل پاسخ سازه نقش ایفا می‌کند. بخش عمده تجهیزات میراگر و جداساز لرزه ای در این گروه قرار می‌گیرند.
سیستم های کنترل نیمه فعال (Semi-Active)
در سیستم های نیمه فعال، ویژگی های تجهیز کنترلی می‌تواند متناسب با وضعیت و پاسخ سازه تغییر کند. این سیستم ها معمولاً برای تنظیم مشخصات میراگر یا جداساز لرزه ای به مقدار محدودی انرژی نیاز دارند، اما برخلاف سیستم‌های فعال، نیروی کنترلی بزرگ را مستقیماً از طریق یک منبع خارجی به سازه اعمال نمی‌کنند.
سیستم های کنترل فعال (Active)
سیستم های فعال از مجموعه‌ای شامل حسگرها، کنترل‌کننده‌ها و عملگرها برای کنترل پاسخ سازه استفاده می‌کنند. اطلاعات پاسخ ساختمان توسط حسگرها دریافت و پردازش می‌شود. سپس فرمان لازم به عملگرها ارسال شده و نیروی کنترلی موردنیاز ایجاد می‌شود.
طراحی سیستم کنترل لرزه ای تنها به انتخاب یک تجهیز محدود نمی شود
یکی از نکات مهم مطرح‌شده در مقدمه ضوابط طراحی ساختمان‌های مجهز به میراگرها و جداگرهای لرزه ای، توجه به فرایند طراحی این سیستم ها است.
عملکرد مناسب یک ساختمان مجهز به سیستم کنترل لرزه ای، صرفاً با انتخاب یا نصب یک تجهیز تضمین نمی‌شود.
مشخصات سیستم کنترل و رفتار سازه بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند. بنابراین، طراحی سازه و تعیین مشخصات میراگر یا جداساز لرزه ای باید در قالب یک فرایند هماهنگ انجام شود. در این فرایند، ابتدا الزامات و اهداف عملکردی پروژه مشخص می‌شوند. سپس تحلیل و طراحی سازه انجام شده و مشخصات موردنیاز سیستم کنترل تعیین می‌شود.
پس از آن نیز مراحل ساخت، آزمایش، اجرا و کنترل کیفیت اهمیت پیدا می‌کنند.
فرایند طراحی ساختمان های مجهز به میراگرها و جداسازهای لرزه ای
بر اساس رویکرد ارائه‌شده در مقدمه، ضوابط، طراحی و اجرای میراگرها و جداسازهای لرزه ای را می‌توان یک فرایند مهندسی به‌هم‌پیوسته در نظر گرفت:
تعیین الزامات و اهداف عملکردی ← تحلیل و طراحی سازه ← تعیین مشخصات سیستم ← ساخت و آزمایش ← کنترل کیفیت ← اجرا و کنترل های اجرایی
نتایج تحلیل و طراحی سازه در تعیین ویژگی‌های موردنیاز سیستم کنترل مؤثر هستند. از سوی دیگر، رفتار و مشخصات واقعی سیستم نیز باید در مدل‌سازی و طراحی ساختمان مورد توجه قرار گیرد.
بنابراین، طراحی، ساخت، آزمایش و کنترل کیفیت را نمی‌توان بخش‌هایی کاملاً مستقل از یکدیگر در نظر گرفت.
نقش سیستم های کنترل لرزه ای در مدیریت پاسخ سازه
یکی از مفاهیم مهم در توسعه فناوری‌های میراگر و جداساز لرزه ای، مدیریت نحوه پاسخ ساختمان و انرژی ناشی از زلزله است. در این رویکرد، تلاش می‌شود با استفاده از سیستم‌ها و تجهیزات مهندسی شده، پاسخ ساختمان در برابر تحریک لرزه‌ای هدفمندتر کنترل شود.
البته تمام سیستم‌های کنترل لرزه‌ای عملکرد یکسانی ندارند. میراگرهای لرزه‌ای، جداگرهای لرزه‌ای و سیستم‌های فعال و نیمه‌فعال هرکدام بر اساس سازوکار متفاوتی بر پاسخ ساختمان اثر می‌گذارند. به همین دلیل، انتخاب سیستم مناسب باید بر اساس ویژگی‌های سازه، شرایط پروژه، اهداف عملکردی و الزامات طراحی انجام شود.
اهمیت ساخت، آزمایش و کنترل کیفیت
یکی دیگر از نکات قابل توجه در فرایند معرفی‌شده در ضوابط، ادامه مسیر طراحی تا مرحله ساخت و اجرا است.حتی یک سیستم که به‌درستی تحلیل و طراحی شده باشد، برای دستیابی به عملکرد مورد انتظار به ساخت مطابق مشخصات فنی، آزمایش مناسب و کنترل کیفیت نیاز دارد.
به همین دلیل، ارتباط میان طراح، تولیدکننده و مجموعه اجرایی نقش مهمی در تحقق عملکرد پیش‌بینی‌شده سیستم در ساختمان خواهد داشت.
در ویدیوی مقابل آزمایش درون قابی بر میراگر BRB را در مرکز تحقیقات راه مسکن و شهرسازی ملاحظه میفرمایید.
انتشار ضوابط طراحی ساختمان‌های مجهز به میراگرها و جداگرهای لرزه ای را می‌توان گامی در جهت ایجاد چارچوبی منسجم‌تر برای استفاده از فناوری‌های کنترل لرزه‌ای در ساختمان‌ها دانست.
یکی از پیام‌های مهم مقدمه این ضوابط آن است که استفاده از سیستم‌های کنترل لرزه‌ای تنها به انتخاب یک تجهیز محدود نمی‌شود. تحلیل و طراحی سازه، تعیین مشخصات سیستم، ساخت، آزمایش، اجرا و کنترل کیفیت اجزای یک فرایند مهندسی به‌هم‌پیوسته هستند که در کنار یکدیگر می‌توانند به دستیابی به عملکرد لرزه‌ای مورد انتظار کمک کنند.
در نهایت، توسعه و به‌کارگیری صحیح این سیستم ها را می‌توان بخشی از حرکت مهندسی زلزله به سمت کنترل هدفمندتر پاسخ سازه و دستیابی به عملکرد لرزه ای قابل پیش‌بینی‌تر دانست.
دانلود ضوابط طراحی ساختمان‌های مجهز به میراگرها و جداگرهای لرزه ای
برای مطالعه متن کامل ضوابط و بررسی جزئیات مربوط به طراحی، تحلیل، ساخت، آزمایش و کنترل کیفیت سیستم‌های کنترل لرزه‌ای، می‌توانید فایل کامل این ضوابط را از لینک زیر دریافت کنید.
دانلود ضوابط طراحی ساختمان‌های مجهز به میراگرها و جداگرهای لرزه‌ای
