مقدمه ای جامع برای توصیه برای طراحی ساختمان های ایزوله پایه

توصیه برای طراحیساختمان های ایزوله پایه(عنوان چینی: 隔震结构设计گردآوری شده توسط موسسه معماری ژاپن (AIJ) و ترجمه لیو ونگوانگ با تصحیح فنگ دمین، اولین بار توسط انتشارات زلزله در دسامبر 2005 منتشر شد. به عنوان اثری برجسته درمهندسی جداسازی لرزه ای، این کتاب به طور سیستماتیک اصول طراحی، جزئیات فنی، موارد عملی و داده های پشتیبانی را ارائه می دهدپایه-ساختمان های ایزوله، به عنوان مرجع اصلی برای مهندسین سازه، محققان و دانشجویان در سطح جهان-به ویژه کسانی که درمناطق زلزله خیز-مانند ژاپن، آمریکا و اروپا.

این کتاب در چهار بخش ساختار یافته است که هر بخش دارای موقعیت عملکردی واضح است:

1. قسمت 1: طراحیسازه های جدا شده پایه: تمرکز بر مفاهیم اساسی، از جمله ویژگی هایسازه های جدا شده، مروری بردستگاه های جداسازی، اصول کلی طراحی، حرکت زمین ورودی و طراحی سازه. این پایه و اساس نظری را برای طراحی عملی می گذارد.
2. قسمت دوم: جلد توضیحی: درک فناوری های کلیدی مانند اثربخشی را عمیق تر می کندسازه های جدا شده،طراحی ازبلبرینگ های ایزوله (e.g., بلبرینگ های لاستیکی چند لایهارزیابی عملکرد دمپر و پیش‌بینی حرکت زمین.
3. بخش 3: نمونه های طراحی: 7 مورد عملی (مانند، ساختمان‌های اداری مرتفع، بیمارستان‌ها، مراکز داده) را برای نشان دادن نحوه اعمال روش‌های نظری در سناریوهای{4} دنیای واقعی، از جمله راه‌حل‌هایی برای پایه‌های خاک نرم ومقاوم سازی لرزه ایاز ساختمان های موجود
4. قسمت 4: حجم داده های طراحی: پارامترهای فنی دقیق را برایبلبرینگ های ایزوله, دمپرهاو حرکت زمین، از جمله خواص مواد، محاسبات سختی، و روش‌های تست عملکرد{0}}برای طراحی دقیق ضروری است.

کتاب تاکید می کند که عملکردپایه-ساختمان های ایزولهدر درجه اول بهدستگاه های جداسازیواتلاف انرژیاجزاء در زیر معرفی دقیقی از محصولات اصلی، مکانیسم های کاری آنها و معیارهای طراحی ارائه شده است.

2.1 بلبرینگ های جداسازی

بلبرینگ های ایزولههسته لایه ایزوله هستند که مسئول تحمل بارهای عمودی و جداسازی حرکت لرزه ای افقی هستند. این کتاب بر سه نوع اصلی تمرکز دارد:

2.1.1 بلبرینگ لاستیکی چند لایه

متشکل از لایه‌های متناوب لاستیک و صفحات فولادی، دارای سختی عمودی بالا و سختی افقی کم هستند-که آنها را قادر می‌سازد حرکت لرزه‌ای افقی را در حالی که به طور پایدار وزن ساختمان را تحمل می‌کنند، جدا کنند. آنها بر اساس عملکرد به سه زیر گروه طبقه بندی می شوند:

1. بلبرینگ های لاستیکی طبیعی (NRB): از لاستیک طبیعی با خاصیت ارتجاعی عالی و میرایی کم استفاده کنید. آنها برای جذب انرژی لرزه ای نیاز به تطبیق با میراگرهای مستقل دارند.
2. بلبرینگ‌های لاستیکی میرایی بالا-(HDRB): لاستیک طبیعی/مصنوعی را با افزودنی‌های میرایی{0}افزاینده (مثلاً کربن سیاه) مخلوط کنید. آنها عملکردهای فنر و میرایی را یکپارچه می کنند و نیاز به دمپرهای اضافی را از بین می برند. با این حال، سفتی و میرایی آنها به دما و کرنش حساس است (به عنوان مثال، نسبت میرایی معادل با افزایش دما کاهش می یابد).
3. سرب-بلبرینگ لاستیکی هسته (LRB): یک هسته سرب را در مرکز قرار دهیدNRB ها. هسته سرب تحت حرکت لرزه ای به صورت پلاستیکی تسلیم می شود تا انرژی را جذب کند و یک منحنی هیسترتیک دوخطی پایدار تشکیل می دهد. مشخصات کلیدی: نیروی تسلیم و سختی پست{2}}; قطر هسته سرب معمولاً 10 تا 20 درصد قطر بلبرینگ است.

2.1.2 بلبرینگ های کشویی

تکیه بر لغزش بین مواد (به عنوان مثال، PTFE و فولاد ضد زنگ) بهجداسازی حرکت لرزه ای، استفاده از اصطکاک برای اتلاف انرژی. آنها تقسیم می شوند:

1. بلبرینگ های کشویی سفت و سخت: کمبود نیروی بازیابی الاستیک؛ عمدتاً برای اجزای کم بار- (مثلاً راه پله) استفاده می شود. آنها نیاز به تطبیق با عناصر الاستیک دارند (به عنوان مثال،NRB ها) برای بازگرداندن موقعیت پس از زلزله.
2. بلبرینگ کشویی الاستیک:یک لایه کشویی را با یک بلبرینگ لاستیکی چند لایه ترکیب کنید. لایه لاستیکی خاصیت ارتجاعی تغییر شکل کوچکی را ایجاد می کند، در حالی که لایه لغزنده حرکت لرزه ای بزرگ را جدا می کند. ضریب اصطکاک برای ترکیبات فولاد ضد زنگ-معمولاً 0.02-0.12 بحرانی است.

2.2 دمپرها

مکمل دامپربلبرینگ های ایزولهبا جذب انرژی لرزه ای و محدود کردن جابجایی لایه ایزوله. کتاب آنها را بر اساس دسته بندی می کنداتلاف انرژیمکانیسم ها:

2.2.1دمپرهای هیسترتیک

اتلاف انرژیاز طریق تغییر شکل پلاستیکی فلزات یا اصطکاک:

1. دمپر میله فولادی: از تغییر شکل پلاستیکی فولاد ملایم استفاده کنید. منحنی های هیسترتیک دوکی-شکل هستند. آنها دوام بالایی دارند اما برای اعمال اثرات به تغییر شکل زیادی نیاز دارند.
2. دمپرهای سربی: بر جریان پلاستیک سرب تکیه کنید. ویژگی های هیسترتیک پایدار و حساسیت کم به دما. نیروی تسلیم با تغییر قطر سرب قابل تنظیم است.
3. دمپرهای اصطکاکی: از اصطکاک بین سطوح تماس (به عنوان مثال، صفحات فولادی فنری-) استفاده کنید. منحنی های هیسترتیک مستطیلی هستند و برای زلزله های کوچک-تا-مناسب هستند.

2.2.2 دمپرهای چسبناک

اتلاف انرژی از طریق مقاومت ویسکوز سیالات یا مواد ویسکوالاستیک:

1. دمپرهای روغن: از مقاومت جریان سیال در ساختار سیلندر پیستونی- استفاده کنید. نیروی میرایی متناسب با سرعت است. آنها برای حرکت لرزه ای طولانی مدت موثر هستند.
2. دمپرهای ویسکوالاستیک:از تغییر شکل برشی مواد ویسکوالاستیک (مثلاً مخلوط های لاستیکی) استفاده کنید. آنها تحت تغییر شکل های کوچک کار می کنند و آنها را برای کنترل ارتعاش باد و زلزله های کوچک مناسب می کند.

روش‌های طراحی کتاب ریشه در استانداردهای ژاپنی دارد، اما برای کاربرد جهانی، مقایسه آنها با کدهای ایالات متحده و اروپا بسیار مهم است. در زیر مقایسه ای از مفاد اصلی ارائه شده است (جدول اکسل با جزئیات به طور جداگانه ارائه شده است که بند-بر اساس-تفاوت بند فهرست شده است).

3.1 فلسفه های طراحی بنیادی

3.2 طراحی حرکت زمینی

1، ژاپن:

از "طیف انرژی" (مقدار معادل سرعت ) برای مشخص کردن حرکت زمین، با در نظر گرفتن مولفه های دوره طولانی (برای سازه های ایزوله با دوره های 3-5 ثانیه حیاتی است) استفاده می کند.

نیاز به در نظر گرفتن ورودی حرکت زمین دو طرفه. انرژی کل مجموع مولفه های NS و EW است.

2, U.S.:

"طیف پاسخ طراحی" (ASCE 7) را با میرایی 5٪ اتخاذ می کند. برای کلاس سایت (A-F) و سطح خطر لرزه ای (S_DS, S_D1).

برایسازه های ایزوله، حداقل 3 رکورد حرکت زمین (2 سابقه، 1 ترکیبی) را برای تجزیه و تحلیل تاریخ- زمان الزامی می کند.

3، اروپا:

"طیف طراحی الاستیک" و "طیف طراحی غیرکشسان" را تعریف می کند. طبقه بندی سایت بر اساس سرعت موج برشی متوسط ​​است.

مناطق خطر لرزه ای (Z1-Z3) و کلاس های اهمیت ساختمان (I-IV) را در نظر می گیرد. پارامترهای حرکت زمین را بر این اساس تنظیم می کند.

3.3 الزامات عملکرد دستگاه جداسازی

1, بلبرینگ لاستیکی چند لایه:

ژاپن (AIJ): به S_1 > 30، S_2 > 5 نیاز دارد. حداکثر تنش فشاری طولانی مدت-کمتر یا مساوی 15 نیوتن بر میلی‌متر مربع؛ کرنش برشی کمتر یا مساوی 250 درصد در زلزله های نادر.

ایالات متحده (FEMA 356): آزمایش های بار چرخه ای را برای نمونه های اولیه الزامی می کند. انحراف سختی افقی کمتر یا مساوی ± 15٪. تست دوام برای 50 سال خدمات.

اروپا (Eurocode 8): S_1, S_2 را مشخص می کند. تنش فشاری کمتر یا مساوی 20 N/mm². کرنش برشی کمتر یا مساوی 200 درصد برای HDRB.

2, دمپرها:

ژاپن: به ظرفیت جذب انرژی میرایی بیشتر یا مساوی 1.5 برابر انرژی ورودی لرزه ای طراحی نیاز دارد.

ایالات متحده: برای دمپرهای هیسترتیک، آزمایش خستگی الزامی است (بیشتر یا مساوی 200 سیکل در جابجایی طراحی).

اروپا: برای تأیید نسبت میرایی و ویژگی‌های جابجایی نیرو{0}}در سرعت‌های مختلف، به آزمایش‌های دینامیکی نیاز دارد.

3.4 روش های تحلیل سازه

1، ژاپن:

"تجزیه و تحلیل پاکت نامه" (روش ساده مبتنی بر حفظ انرژی) را برای طراحی اولیه ترویج می کند. از تجزیه و تحلیل تاریخ{0}}زمان برای تأیید استفاده می کند.

برای پیچش، ساختار بالایی را به عنوان یک بدنه صلب فرض می کند تا محاسبه را ساده کند.

2, U.S.:

برای همه{0}}تحلیل تاریخچه زمان نیاز داردسازه های ایزوله; دستگاه های جداسازی را با منحنی های هیسترتیک دوخطی یا سه خطی مدل می کند.

برای ساختمان‌های ایزوله{0}بلند، الزامات در نظر گرفتن جلوه‌های P-Δ و ارتعاشات حالت بالاتر-.

3، اروپا:

روش خطی سازی معادل را برایسازه های عایق الاستیک; نیاز به تجزیه و تحلیل تاریخچه{0}}زمان غیرکشسانی دارددستگاه های غیر کشسان.

بر تجزیه و تحلیل برهمکنش ساختاری خاک (SSI) برای سایت‌های خاک نرم تأکید دارد.

3.5 ساخت و ساز و نگهداری

1، ژاپن:

100% بازرسی را الزامی می کندبلبرینگ های ایزوله(سفتی عمودی، سختی افقی)؛ پس از{0}}بازرسی زلزله فقط به بررسی های بصری نیاز دارد.

نیاز به علامت گذاری داردساختمان های ایزولهبرای جلوگیری از انسداد جابجایی لایه ایزوله.

2, U.S.:

نیاز به بازرسی شخص ثالث-در طول ساخت. برنامه های نگهداری شامل بررسی های بصری سالانه و آزمایش های دقیق 5 ساله است.

3، اروپا:

الزامات دوام را مشخص می کند (به عنوان مثال، یاتاقان های لاستیکی باید در برابر چرخه های ازن و دما مقاومت کنند). سوابق نگهداری را برای 30 سال الزامی می کند.

توصیه برای طراحیساختمان های ایزوله پایهیک چارچوب جامع برایطراحی عایق لرزه ایبا پوشش عمیق دستگاه‌ها، روش‌های تجزیه و تحلیل، و موارد عملی-. برای مهندسان در ژاپن، ایالات متحده و اروپا، این کتاب ارائه می دهد:

بینش در مورد فناوری جداسازی ژاپنی (به عنوان مثال، ایزوله سازی طولانی مدت برای مکان های بلند- و خاک نرم).

مبنایی برای مقایسه و بهینه سازی کدهای محلی (به عنوان مثال، ادغام طیف انرژی ژاپن در طراحی مبتنی بر عملکرد ایالات متحده یا اروپا{4}).

راهنمایی برای پروژه های فرامرزی، حصول اطمینان از انطباق با چندین استاندارد.

این کتاب یک منبع حیاتی برای پیشرفت باقی می ماندعمل جداسازی لرزه ایدر سطح جهانی، پل زدن نوآوری نظری و کاربرد مهندسی.