مقاومسازی لرزهای ساختمانهای موجود (Retrofitting) در مناطق پرخطر، یک ضرورت حیاتی برای کاهش تلفات جانی و مالی است. دو روش پیشرفته و کارآمد برای این منظور، استفاده از میراگرهای ویسکوز (Viscous Dampers) و سیستمهای جداساز پایه (Base Isolation) است. هر کدام از این سیستمها دارای مکانیزم، کارایی و ملاحظات هزینهای متفاوتی هستند.
۱. میراگرهای ویسکوز (Viscous Dampers)
میراگرهای ویسکوز، دستگاههایی شبیه به کمکفنرهای خودرو هستند که برای جذب و تبدیل انرژی ارتعاشی زلزله به حرارت استفاده میشوند.
الف) مکانیسم کارایی
- عملکرد: این میراگرها شامل یک سیلندر، یک پیستون و یک سیال ویسکوز (مانند روغن سیلیکون) هستند. هنگامی که ساختمان در اثر زلزله دچار تغییر مکان میشود، پیستون در داخل سیلندر حرکت میکند و انرژی جنبشی را به دلیل اصطکاک داخلی سیال، به انرژی حرارتی تبدیل و دفع میکند.
- کنترل تغییر مکان و شتاب: میراگرهای ویسکوز به طور مؤثر شتاب طبقات و تغییر مکان نسبی طبقات (Drift) را کاهش میدهند.
- قابلیت نصب: این میراگرها میتوانند به صورت مورب یا افقی بین اعضای قاب (ستونها و تیرها) یا در داخل دیوارها نصب شوند.
ب) کارایی و مزایا
- افزایش استهلاک انرژی: افزایش قابل توجه میرایی ساختمان (تا 20% یا بیشتر) بدون افزایش قابل ملاحظه در سختی ساختمان.
- کاهش آسیب به سازه و غیرسازه: کاهش تغییر مکان نسبی، باعث میشود آسیب کمتری به اعضای سازهای و همچنین اعضای غیرسازهای (مانند دیوارها، نما و تأسیسات) وارد شود.
- مناسب برای ساختمانهای بلند: این روش بهویژه برای مقاومسازی ساختمانهای بلند یا با ارتفاع متوسط که نیاز به کنترل ارتعاشات و تغییر شکلهای طبقات دارند، مؤثر است.
ج) ملاحظات هزینه و نصب
- هزینه نصب: هزینه اولیه برای خرید و نصب میراگرها متوسط رو به بالا است.
- پیچیدگی نصب: نصب نسبتاً آسان و امکان نصب بدون نیاز به تخلیه کامل ساختمان. نصب در طبقات بالاتر آسانتر از نصب در پی است.
- فضای اشغال شده: نیاز به فضای قابل توجه در محل اتصال تیر و ستون.
۲. سیستمهای جداساز پایه (Base Isolation)
سیستم جداساز پایه مجموعهای از اجزا هستند که بین پی و روبنای ساختمان نصب میشوند و وظیفه آنها جداسازی ارتعاشات زمین از سازه اصلی است.
الف) مکانیسم کارایی
- افزایش دوره تناوب: جداسازها با افزودن یک لایه انعطافپذیر (مانند بالشتکهای لاستیکی چند لایه یا LRB) بین پی و سازه، دوره تناوب طبیعی ساختمان را به شدت افزایش میدهند.
- تضعیف شتاب: با دور کردن دوره تناوب ساختمان از دوره تناوب غالب زلزله، شتاب لرزهای منتقل شده به روبنا به طور چشمگیری کاهش مییابد.
- تمرکز تغییر شکل: بخش اعظم تغییر شکلهای ناشی از زلزله در خود جداسازها متمرکز میشود و سازه فوقانی به صورت یک جسم صلب و تقریباً بدون تغییر شکل حرکت میکند.
ب) کارایی و مزایا
- کاهش شدید شتاب: شتاب طبقات میتواند تا 70% تا 80% کاهش یابد که به معنای حفاظت تقریباً کامل از محتویات ساختمان و عدم آسیب به سازه اصلی است.
- مناسب برای ساختمانهای کوتاه و متوسط: این روش بهویژه در ساختمانهای دارای سختی بالا و ارتفاع کم تا متوسط کارایی بالایی دارد.
- قابلیت اطمینان بالا: کارایی آن در زلزلههای واقعی (مانند زلزلههای ژاپن) به اثبات رسیده است.
ج) ملاحظات هزینه و نصب
- هزینه نصب: هزینه اولیه برای این سیستم بسیار بالا است، اما هزینه کل چرخه عمر ساختمان به دلیل کاهش شدید آسیب در زلزلههای شدید، ممکن است توجیهپذیر باشد.
- پیچیدگی نصب: نصب این سیستم در ساختمانهای موجود، نیاز به برداشتن یا دستکاری فونداسیون و اجرای کار در زیر ساختمان دارد که یک فرآیند پیچیده و دشوار است. معمولاً نیاز به تخلیه کامل ساختمان دارد.
- نیاز به فضای دور جداکننده: نیاز به ایجاد یک فضای خالی (Moat) در اطراف پی ساختمان برای جابجایی جداسازها در هنگام زلزله.
۳. مقایسه جامع و توصیههای مقاومسازی
ویژگی | میراگرهای ویسکوز (Viscous Dampers) | جداساز پایه (Base Isolation) |
هدف اصلی | جذب و استهلاک انرژی ورودی | جداسازی و کاهش انرژی ورودی |
تأثیر بر شتاب | کاهش قابل توجه شتاب (خوب) | کاهش شدید شتاب (عالی) |
تأثیر بر تغییر مکان | کاهش تغییر مکان نسبی طبقات | افزایش تغییر مکان در تراز جداسازی |
مناسب برای | ساختمانهای بلند و متوسط | ساختمانهای کوتاه و با سختی بالا |
هزینه نصب اولیه | متوسط رو به بالا | بسیار بالا |
پیچیدگی مقاومسازی | متوسط (امکان نصب در فضا محدود) | بسیار بالا (نیاز به کار زیر فونداسیون) |
حفاظت از محتویات | خوب | عالی (حفاظت بالا) |
نتیجهگیری برای انتخاب:
- اگر هدف حفاظت حداکثری از محتویات بسیار حساس (مانند بیمارستانها یا مراکز داده) و کاهش شتاب به پایینترین حد ممکن است، جداساز پایه با وجود هزینه بالا، بهترین گزینه است.
- اگر هدف کاهش آسیبهای سازهای و غیرسازهای و کنترل تغییر مکان در ساختمانهای بلندتر با هزینهای معقولتر و سهولت نصب بیشتر است، میراگرهای ویسکوز انتخابی مناسب هستند.
