خسارات وارد بر ساختمان‌های مختلف بر اثر زمین‌لرزه، به صورت كلی ناشی از دو عامل اساسی است كه عبارت‌اند از:
– رانش نسبی طبقات ساختمان نسبت به یكدیگر
– شتاب ایجادشده در کف‌های ساختمان
تغییر شكل طبقات ساختمان، در ارتفاعات مختلف، ایجاد رانش نسبی می‌كند. از آنجائیكه طبقات در یك زمان و با یك سرعت حركت نمی‌كنند، لذا در هنگام وقوع زلزله یك جابجایی نسبی افقی بین آن‌ها به وجود می‌آید. حتی گاهی بر اثر تغییر جهات نیروی وارده بر ساختمان، به علت همسان نبودن انتقال نیرو به تمامی طبقات، طبقات ساختمان در جهات مختلف حركت می‌كنند كه باعث تخریب دیوارهای جداساز داخلی، شكستن پنجره‌ها و انهدام تأسیسات خدماتی ساختمان شده، امكان بهره‌برداری از آن را سلب نموده، خسارات قابل‌توجهی وارد می‌سازد. همچنین شتاب ناشی از زلزله به کف‌های ساختمان كه محل تمركز جرم سازه می‌باشند منتقل می‌شود و در هر كف، شتابی متناسب با جرم آن به وجود می‌آید.
این شتاب طبقاتی به ساكنین ساختمان و دستگاه‌های حساس نصب‌شده آسیب رسانده و موجب ایجاد خسارت می‌گردد. در ساختمان‌های ویژه كه بهره‌برداری از تجهیزات نصب‌شده داخلی هدف اصلی از احداث آن‌ها را شامل می‌شود، خسارات وارده به تجهیزات فوق به مراتب بیشتر از خسارات وارده بر سازه اصلی است.
لذا مسئله اصلی به منظور تأمین مقاومت لرزه‌ای بالای یك ساختمان، چگونگی به حداقل رساندن تغییر مكان بین طبقه‌ای و شتاب‌های طبقات است.
تغییر مکان‌های طبقه‌ای زیاد سبب خسارت دیدن اجزای غیر سازه‌ای و تجهیزات متصل‌کننده طبقات می‌شود كه می‌توان آن را با افزایش سختی كاهش داد؛ اما این عمل سبب تقویت و تشدید حركت زمین می‌شود كه به نوبه خود سبب افزایش شتاب طبقات شده و منجر به خسارت دیدن تجهیزات حساس داخلی می‌شود. شتاب‌های طبقات را می‌توان با نرم‌تر كردن سیستم كاهش داد؛ اما انعطاف‌پذیری بیش از حد موجب تغییر مکان‌های قابل‌توجه در تراز طبقات و خرابی‌های وسیع ناشی از آن و عملكرد نامناسب سازه تحت اثر نیروی باد و زلزله‌های كم قدرت شده و از سوی دیگر مستلزم طراحی و هزینه اضافی جهت تعبیه نرمی مورد نظر در اعضاء و اتصالات سازه می‌گردد.
محدودیت‌های فوق به خوبی نشان می‌دهد كه شیوه موجود طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله، طراحی مطلوب و ایده‌آل سازه‌ها را به دست نخواهد داد. مسئله فوق به خصوص در مورد سازه‌های ویژه كه انتظار بهره‌وری بالایی در شرایط پس از زلزله در مورد آن‌ها وجود دارد، صادق است. لذا روش دیگری كه از اوایل قرن حاضر مطرح بوده و در دهه‌های اخیر به علت در دسترس قرار گرفتن امكانات مختلف چه از نظر تكنولوژی ساخت و چه از نظر دانش مهندسی در خصوص تحلیل، طراحی و اجرا برای مقاوم ساختن سازه‌ها در برابر زلزله به عرصه عمل وارد شده است، جداسازی در برابر زلزله یا جداسازی لرزه‌ای است هدف اصلی در این روش جلوگیری از انتقال مستقیم نیروی زلزله از پی به سازه است. استفاده از جداساز، تنها راه عملی كاهش همزمان تغییر مكان بین طبقه‌ای و شتاب‌های طبقات است و با كمتر كردن تغییر مکان‌های حاصله در تراز جداساز، نرمی مورد نیاز سازه را فراهم می‌كند.
به عبارت دیگر جداسازی لرزه‌ای یك روش نوین برای طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله است كه مبنای آن كاهش نیروهای وارد به سازه در اثر زمین‌لرزه، به جای افزایش ظرفیت سازه برای تحمل بارهای جانبی است. اساس این روش كاهش پاسخ‌ها، به وسیله افزایش زمان تناوب و میرایی در سازهاست. همچنین كاربرد این روش موجب می‌شود كه تغییر شکل‌های سازه در محدوده الاستیك باقی بماند كه این مساله به سطح ایمنی سازه خواهد افزود.
در این روش تنها برای ایجاد صلبیت جانبی سازه در برابر بارهای جانبی مانند بار باد و بارهای بهره‌برداری، یكسری عناصر باربر جانبی در حداقل نیاز توصیه می‌شود.
در این روش چون سهم اندكی از نیروی زلزله به سازه وارد می‌شود، نتایج زیر را می‌توان انتظار داشت:
– تغییر مكان طبقات و تغییر مکان‌های نسبی طبقات كاهش می‌یابد.
– كاهش قابل‌ملاحظه‌ای در شتاب طبقات به وجود می‌اید.
– خسارات سازه‌ای و نیز خسارات غیر سازه‌ای به طور محسوسی كاهش می‌یابد.
– از مقاطع با ظرفیت کمتر استفاده می‌شود.
مفهوم جداسازی لرزه‌ای منبعی غنی از تحقیقات نظری را هم در زمینه دینامیك سیستم‌های سازه‌ای جداشده و هم در زمینه مكانیك خود سازه‌ها فراهم ساخته است. این تحقیقات نظری كه به طور وسیعی در مجله‌های مهندسی سازه و زلزله منتشرشده‌اند، سبب پیدایش توصیه‌های طراحی برای سازه‌های جداسازی شده و نیز ضوابط طراحی جداسازها شده است. امروزه كشورهای متعددی آئین نامه‌های طراحی برای سازه‌های جداساز شده ارائه می‌دهند. كشورهایی نظیر آمریكا، ژاپن، ایتالیا و نیوزیلند در این زمینه پیشرو بوده و هر كدام آئین نامه خاص خود را دارا است.
1-1- پیشینه تحقیق
1-1-1- كانكو و همكاران (1990) یك بررسی مقایسه‌ای در رابطه با خصوصیات دینامیكی و مفید بودن چهار نوع سیستم جداسازی ارتعاشی یعنی سیستم تكیه‌گاه لاستیكی لایه‌ای با میر اگر روغنی، سیستم تکیه‌گاه لاستیكی با میرایی بالا، تکیه‌گاه‌های سربی، لاستیكی و تکیه‌گاه‌های لاستیكی لایه‌ای با سیستم میر اگر فولادی را ارائه كرده‌اند.
1-1-2- همچنین تسای و کلی (1989) رفتار یک سازه را بر روی جداساز خطی که به صورت جرم پایه و فنر خطی در پایه ومیراگر مدل شده است، به صورت آشفتگی نسبت به فرکانس‌ها وشکلهای مودی در سیستم با پایه ثابت بررسی کرده‌اند.
1-1-3- تسای و کلی (1988) رفتار غیر کلاسیک مودهای جداسازی شده را مورد بررسی قرار داده‌اند و برای سازه جداسازی نشده دو مود در نظر گرفته‌اند.
1-1-4- آندریانو و کار (1991) اخیراً مطالعه اصولی در ارتباط با توزیع نیروهای جانبی در سازه‌هایی با جداسازی غیرخطی انجام داده‌اند.
2-1- کلیات
همیشه یك سؤال مطرح است و آن این است كه: چرا ما با زلزله مقابله می‌كنیم؟
و جوابی كه داده می‌شود، آن است كه از ضررهای جانی و مالی كه بر اثر زلزله به وجود می‌آید جلوگیری شود. هر روزه مهندسان و طراحان و دانشمندان درصدد به دست آوردن مصالح مقاوم‌تر نسبت به قبل و به وجود آوردن راه‌ها و طراحی‌های جدید برای جلوگیری از این ضررهای مالی و جانی هستند. هر روزه مهندسان برای مقاوم‌سازی سازه‌ها و راه‌ها آئین نامه‌های جدیدی را ارائه می‌دهند تا سازه‌هایی كه قرار است ساخته شوند مقاومت لازم برای مقابله با زلزله و در نهایت آن داشتن كمترین خسارت را داشته باشند؛ اما آیا سازه‌هایی كه انسان بدین صورت می‌سازد (مقابله با زلزله) همیشه و در هر نوع زلزله‌ای می‌تواند در مقابل زلزله‌های گوناگون مقاومت كند یا خیر؟
ما می‌دانیم كه یكی از راه‌های مقاوم‌سازی سازه‌ها، كم كردن بار ساختمان است؛ اما از طرفی هم می‌دانیم كه از بارهای زنده در ساختمان نمی‌توان كم نمود. بنابراین باید از بارهای مرده‌ی ساختمان تا حد امكان كم كرد كه منظور همان بارهای سازه‌ای است. امروزه راه‌های گوناگونی برای كم نمودن و سبک سازی بارهای سازه‌ای ساختمان ارائه شده است این روش یكی از راه‌های مقاوم‌سازی سازه‌ها در برابر زلزله است، اما آیا همیشه می‌توان این راه‌ها را ادامه داد؟ در شکل (1-1)، سیستم سازه‌ای نشان داده شده است که یک‌بار جداسازی در پی صورت گرفته و در ساختمان مشابه سیستم جداسازی بین طبقات قرار داده شده است.
به همین دلیل، دانشمندان و مهندسان در صدد برآمدند كه روش‌های جدیدتری را برای جلوگیری از خسارات زلزله ارائه دهند. یكی از روش‌های ارائه‌شده، جذب انرژی زلزله است. از مفیدترین راه‌های كنترل و كاهش ارتعاشات سازه به‌کارگیری سیستم‌های جداسازی توده‌ای است. در شکل (1-2) سیستم سازه‌ای بر روی جداساز لاستیکی با هسته سربی نشان داده شده است.
در مواقعی كه زلزله به وقوع می‌پیوندد سازه جای این كه مثل یك جسم صلب با نیروهای زلزله مقابله كند. در ارتعاشات با زلزله همراه می‌شود و نیروهای زلزله را جذب می‌كند و سازه میرایی‌هایی كه زلزله به سازه می‌دهد را در درون خود خنثی می‌كند و این همان میرا كردن سازه است.
میرایی در پی‌ها به دو بخش كلی تقسیم می‌شود:
1- میرایی در طبقات
2- میرایی در پی‌ها
3-1- مقابله یا همراهی (جذب) نیروهای زلزله:
مقابله با نیروهای زلزله در سازه‌ها كه پی‌ها و سازه‌ها به صورت یك جسم صلب ساخته‌شده و در برابر نیروهای زلزله و باد مقاومت می‌كنند. این سازه‌ها برای یك زلزله طرح محاسبه می‌شوند و اگر یك زلزله بیشتر و یا همان زلزله طرح به وقوع بپیوندد ممكن است كه خرابی‌های زیادی در سازه نداشته باشیم؛ اما خرابی‌هایی كه در سازه خواهیم داشت، دیگر سازه را قابل‌استفاده نمی‌كند. یعنی با وقوع یك زلزله، دیگر ساختمان جایی برای زندگی كردن نیست و باید به دنبال یك مسكن یا سرپناه جدید باشیم، كه این خود مقرون به صرفه نیست.
اما همراهی یا جذب نیروهای زلزله این امكان را به ما می‌دهد كه اگر زلزله به وجود آید، ما می‌توانیم كمترین خسارت را داشته باشیم و اگر خسارتی دیده باشد می‌توان با تعویض آن قطعه، سازه دوباره مورد استفاده قرار گیرد كه این خود یك مزیت بسیار بزرگ است.
اما باید این نكته را مدنظر داشت كه سازه‌های استاتیكی از نظر قیمت هزینه‌ی كمتری نسبت به سازه‌های دینامیكی دارند؛ اما با وقوع یك زلزله باز هم می‌توان این نتیجه را گرفت؟ آیا با از بین رفتن یك انسان باز هم می‌توان این موضوع را مدنظر داشت؟
همان طور كه چندی پیش بر اثر وقوع یك زلزله در شهر بم ما چندین هزار از هم‌وطن‌هایمان را از دست دادیم و در ژاپن با داشتن یك چنین سازه‌ای حتی ساكنان ساختمان وقوع زلزله را احساس نكردند.
برای افزایش کار آیی جداسازهای لرزه‌ای می‌توان با استفاده از روش‌های كنترلی مختلف، پارامترهای جداساز لرزه‌ای را تحت كنترل درآورد و با بهینه‌سازی آن‌ها بهترین پاسخ را برای سیستم به دست آورد. در شکل (1-5) نمونه‌ای از کاربرد سیستم جداسازی در سازه نشان داده شده است.
