انتخاب سیستم مقاوم در زلزله

تامین مقاومت در زلزله تنها یکی از پارامترهای طراحی می باشد، با این حال مهمترین مسئله در مناطق لرزه خیز است. بعلاوه محدودیت های دیگری نظیر نوع بارها و نیازهای معماری و سرویس دهی، مصالح در دسترس و مهارت های کادر اجرایی، نیاز به کنترل آیین نامه ها در عمل، فاکتورهای اجتماعی و اقتصادی و ... نیز وجود دارند. بحث اصلی در حال حاضر بر پایه فاکتورهای زلزله قرار دارد، همچنین به طور کلی به ساختمان های مسکونی و تجاری و صنعتی نیز پرداخته شده به طوری که در برخی از اصول عملکرد بهتری در انواع دیگر ساختمان ها دارند. کلینیک بتن ایران در ادامه به طور کامل، انتخاب سیستم مقاوم در زلزله را برای شما باز خواهد کرد.

فونداسیون ها

راهنمایی کلی در نحوه انتخاب سیستم فونداسیون مشکل است از آنجایی که ارتباط بین هزینه و کفایت در انواع مختلف به شرایط خاک و نوع روسازه بستگی دارد. برخی از فاکتورهایی که باید در اتصالات با مقاومت لرزه ای مورد توجه قرار گیرند به صورت زیر است.

1. زمانی که روسازی برای رسیدن به تغییر شکل های زیاد طرح شده است پی باید توانایی تحمل تسلیم روسازه را داشته باشد. و اگر پی قبل از رسیدن به شکل پذیری به صورت ترد بشکند داشتن جزئیات کامل و کافی از روسازه هیچگونه فایده ای نخواهد داشت.
2. سیستم روسازه که دارای نیروی بلند کننده بزرگی است (به عنوان مثال دیوار برشی با نسبت ارتفاع به عرض زیاد) تنها زمانی مناسب خواهد بود که بتوان شالوده ای اقتصادی جهت مقابله با این نیرو ساخت.
3. شمع ها نیز در اثر حرکت لایه های نرم خاک های بالای خود در زلزله تحت اثر نیرو قرار می گیرند. شمع های با قطر کوچکتر از m 5/0 در حالت کلی انعطاف پذیری کافی را دارا بوده و بدون آسیب در اثر تنش های بزرگ تغییر شکل می دهند. شمع های با قطرهای بزرگ ممکن است نیروهای جانبی مهمی را تجربه کنند از آنجایی که در مقایسه با خاک دارای سختی بیشتری هستند.
4. در حالت کلی بهتر است از استفاده شمع های مورب احجتناب شود زیرا آنها سختی گروه شمع ها را به شدت افزایش می دهند. منظور از سختی آنها این است که آنها نمی توانند همانند قشر نرم خاک تغییر شکل دهند اما نیروی جانبی زیاد ناشی از حرکت توده خاک را تحمل می کنند. شمع گذاری مورب، معمولا موجب بروز شکست در طول زلزله ها می شوند.
5. شمع گدازی در نسیرهای با لایه های با خصوصیات سیال نیاز به توجه ویژه ای دارد. زیرا شمع ها باید نیروهای جانبی موجود بین روسازه و لایه های خاک که دارای خصوصیات مایع نمی باشد را به قشر خاک با خصوصیات سیال منتقل کنند. شمع ها در این حالت در مقابل نیروهای جانبی تقویت نشده اند و ممکن است در معرض تنش های خمشی و تنش های برشی بزرگی قرار بگیرند که مقاومت در برابر آنها بسیار مشکل خواهد بود.
6. پی شناور می تواند راه حل خوبی برای پی روسازی در روی لایه های بالقوه روان باشد. خاکبرداری در پی موجب می گردد اینرسی کل خاک و روسازه که باید در سطح پی با هم عمل کنند کاهش یابد بنابراین نشست های ناشی از روانگرایی پس از وقوع زلزله رخ می دهند زمانی که فشار آب منفذی در خاک کاهش نیابد در این حالت نیروی برشی موجود در خاک برای تحمل وزن سازه بسیار کوچک خواهد بود. استفاده از روش غوطه وری نیز به صورت نه چندان مطلوب برای سازه های بلند مناسب است که در این حالت ممکن است تامین مقاومت در مقابل نیروهای واژگون کننده امکان پذیر نباشد.

قاب های مقاوم خمشی

خصوصیات کلی قاب های مقاوم خمشی

قاب های مقاوم خمشی (مهار بندی نشده) نیروهای جانبی را توسط اعضای مهار بند جذب نمی کنند بلکه توسط اتصالات مناسب بین تیرها و ستون ها این فرآِند انجام می پذیرد. این اتصالات تنها از تیرهای افقی و ستون های عمودی تشکیل شده اند. این سیستم به دو صورت ساخت در محل و پیش ساخته دارای استفاده زیادی است.
مزایای استفاده از سیستم قاب های خمشی در ایجاد مقاومت در برابر زلزله به صورت زیر می باشد:

1. در طراحی های صحیح در این سیستم، سازه دارای پتانسیل شکل پذیری بالا بدون استفاده از قطعات زیاد می باشد و به معماران آزادی بیشتری را در طرح فضای داخلی و نمای خارجی می دهد.
2. قابلیت انعطاف و داشتن پریود بلند ممکن است در مقابل نیروهای لرزشی بر روی خاک های سخت و لایه های سنگین مفید واقع شود.

مشکلات بالقوه ای که در قاب های خمشی وجود دارند

1. طراحی ضعیف قاب های خمشی موجب بروز شکست های دلخراشی در زلزله ها خواهد شد که اساسا از تغییر شکل طبقات ضعیف و شکست در اتصالات تیر و ستون ناشی می گردد.
2. در ناحیه اتصال تیر و ستون تمرکز تنش زیادی وجود دارد که نیاز به توجه با مهارت جهت یک طراحی موفق دارد و نکته مهم دیگر نیاز به تقویت این نقاط به صورت ماهرانه با استفاده از بست های فولادی و بتن با کیفیت خوب جهت اطمینان از تراکم مناسب اطراف قطعات تقویتی می باش��. اگر مهارت کافی در اجرا وجود نداشته باشد بهتر است از استفاده از قاب خمشی شکل پذیر اجتناب شود.
3. سختی کم قاب های مقاوم خمش موجب تغییر مکان جانبی زیاد در طبقات می شود که منجر به صدمات غیر منطقی به نما و سایر المان های غیر سازه ای شده و در نتیجه باعث مشکلات سازه ای نیز می شود.

قاب های با نسبت ارتفاع به عرض پایه بیشتر از 4 دارای استفاده زیادی است. زمانی که فقط به عنوان سیستم مقاوم زلزله استفاده شود در نسبت های بالاتر ممکن است مشکل رفتار بالا بری (Uplift) بروز کند. بویژه در ستون های گوشه که بارهای ثقلی کمتری را حمل م یکنند و نیروی کششی زیادی ناشی از بارهای جانبی در آنها بوجود می آید. در سازه های خیلی لاغر استعداد بروز مشکلات در تغییر مکان های جانبی زیاد در طبقات و تغییر مکان کلی سازه وجود دارد. بیشترین نسبت ارتفاع به عرض در قابها به زلزله خیزی منطقه و مقدار نیروهای جانبی که باید در برابر آن مقاوم باشد بستگی دارد. علاوه بر این، بارهای باد نیز همچون بارهای زلزله باید در سازه هایی که لاغر می باشند مد نظر قرار داده شوند.

نسبت طول دهانه تیر به ارتفاع ستون نیز مهم بوده و بستگی به تعدادی از ملاحظات دارد. هندسه داخلی قاب ممکن است تحت تاثیر فضاهای داخلی آزادب اشد. بهینه ترین حالت تقویت سازه در مقابل بارهای ثقلی ممکن است باعث استفاده از دهانه های بزرگتری نسبت به حالتی که برای زلزله مقاوم سازی می شود به وجود آید. قاب های خارجی در این حالت دارای محدودیت کمتری خواهند بود. بهترین مقدار برای دهانه تیرها دهانه 5/1-1 برابر ارتفاع طبقات می باشد، البته در کارهای عملی نسبت های بیشتری نیز استفاده می شوند.

با توجه به الزام آیین نامه UBC91 کالیفرنیا از قاب خمشی شکل پذیر جهت مقاومت در برابر حداقل قسمتی از بارهای زلزله در مناطق با لرزه خیزی زیاد و ساختمان های بلند و تاسیسات حیاتی ویژه بایستی استفاده شود. اما در آیین نامه های کشورهایی مانند نیوزیلند چنین محدودیت هایی وجود ندارد. قاب های خمشی یکی از معمول ترین روش های عملی در کشور ژاپن جهت تامین مقاومت لرزه ای می‌باشند.

قاب های شبکه ای (شکل a1-2)

این قاب ها دارای شبکه های یکنواختی از قاب در هر دو جهت می باشند و در ساختمان های با ارتفاع کم و متوسط در ژاپن استفاده می شود. البته در این سیستم قسمت های زائد زیادی وجود دارد و عملکرد خوبی و پاسخ جانبی پیچشی مناسبی که یکی از مشکلات در سازه های با اشکال نامنظم می باشد، هستند.
مهمترین عیب این سیستم این است که تمامی ستون ها باید برای بارهای دو محوری طرح شوند. برخلاف قاب های محیطی که تمامی ستون ها و تیرها باید برای شکل پذیری کافی طراحی شوند، ستون های کناری (بویژه ستون های گوشه) بارهای ثقلی کمتری را محتمل می شوند ولی در معرض بزرگترین نیروهای محوری ناشی از زلزله و همچنین نیروهای بالا بری ناشی از فشار منفذی قرار می گیرند. قاب های شبکه ای آزادی عمل معماران را در طرح فضاهای داخلی محدود می کنند. قاب های شبکه ای در حالت کلی در سازه های با ارتفاع کم و متوسط و به طور محسوسی در انواع پلان های ساختمان های استفاده می شود.

قاب های محیطی (b1-2)

در این حالت قاب های مقاوم لرزه ای در قسمت بیرونی ساختمان قرار دارد و در قسمت های داخلی تنها مقاومت سازه جهت بارهای ثقلی مورد نیاز می باشد. در نتیجه فضای موجود برای ستون ها افزایش یافته، آزادی عمل بیشتری را به معماران داده و اقتصادی تر می باشد. در قاب های شبکه ای سختی پیچشی مناسب با استفاده از برخی المان های اضافی حاصل می گردد.
ستون های گوشه در قاب های محیطی مستطیلی مشکل بارگذاری دو محوری را داشته و فشار بالا بری (Uplift) بیشتری از ستون در قاب های شبکه ای را متحمل می شوند ولی پلان های دایره ای دارای این مشکل نمی باشند.
قاب های محیطی برای ساختمان های با ارتفاع متوسط و زیاد و در پلان های معماری کاربرد زیادی دارند. با این حال در قاب های با ارتفاع زیاد استفاده از بتن مسلح غیر معمول است. احتمالا علت این امر غیر اقتصادی بودن آن در مقایسه با سیستم فولادی مشابه می باشد.

شکل 1-2- انواع قاب های مقاوم خمشی

قاب های پیش ساخته

قاب های پیش ساخته دارای مزایایی همچون سرعت نصب و کاهش هزینه های داربست و قاب بندی و بهبود کنترل کیفیت در حین ساخت است. مشکلات بالقوه این سیستم در زلزله (که در زلزله 1988 آمریکا به طور غیر مترقبه آشکار شد) مشکل عدم اطمینان از شکل پذیری و یکپارچگی اتصالات قطعات پیش ساخته در این قاب ها می باشد. المان ها باید به صورتی به یکدیگر متصل شوند که در زلزله ها از همدیگر مجزا نگردند. مطالعات وسیع و پیشرفت های بدست آمده در نیوزیلند این صنعت را دارای اطمینان نموده که طراحی و ساخت مناسب (که قطعا در قاب های پیش ساخته آمریکا وجود نداشت) قاب های پیش ساخته را در مقابل خطرات ناشی از زلزله ایمن می نماید.
از این سیستم در ساخت ساختمان های تا 20 طبقه استفاده می شود. این قاب ها در اروپای شرقی و همچنین به طور فزاینده ای در ژاپن در مکان هایی که تمرکز اصلی مطالعات را تشکیل می دهند یافت می شوند. اما بندرت در مناطق لرزه خیز آمریکا مورد استفاده قرار می گیرند. در استفاده از این قاب ها به طور گسترده، ممکن است منتظر مشاهده عملکرد سازه های ساخته شده با این سیستم در کشورهای نیوزیلند و ویلینگتون در زلزله های بزرگی که در آینده ممکن است رخ دهند، باشند.

قاب های بتنی پیش تنیده

پیش تنیدگی جهت ایجاد پیوستگی در قاب های پیش ساخته استفاده می شود و مشاهده می گردد که استفاده از قاب های پیش تنیده جهت مقاوم سازی در زلزله چندان رایج نمی باشد. مشکل بالقوه در پیش تنیدگی تغییر طول نسبی زیاد بتن تحت فشار است که نیازمند تدابیر کافی جهت جلوگیری از شکست ترد بتن می باشد. کابل های پیش تنیده غیر چسبنده در مناطق با نیروی زلزله زیاد توصیه نمی شوند، دلیل این امر امکان شکست انفجاری در قسمت های مهاری تحت بارهای متناوب زلزله است. بنابراین کابل های غیر چسبنده در کف های پیش ساخته در محل هایی که نیروی زلزله ارتباط کمتری با بارهای ثقلی دارد قابل قبول می باشد. 
تیرهای بتنی پیش تنیده با دهانه بزرگ که جزو اجزای مقاوم در زلزله نمی باشند نیاز به توجه ویژه ای دارند. اگر برای لنگر خمشی ناشی از بارهای قائم رو به پایین طرح شوند ممکن است از نیروی قائم رو به بالای ناشی از زلزله آسیب پذیر باشند.
برخی از تغییر جهت های لنگر خمشی باید در نظر گرفته شود بویژه اگر طول دهانه تیر بزرگ باشد. زمین لرزه ممکن است پریود ناشی از نوسان قائم را به حالت تشدید تبدیل کند. مدارک کمی از زلزله های آسیب رسان در مورد عملکرد سازه های بتن پیش تنیده وجود دارد. مثال هایی از شکست ها و یا عدم شکست ها در زلزله وجود دارد ولی نتیجه گیری کلی نمی توان کرد.

بلوک چینی های پرکننده

بلوک چینی های صلب پرکننده در قاب های مقاوم خمشی بیرونی راه حل مناسبی برای مشکل انتقال حرارت و آکوستیک است. بلوک چینی ها موجب افزایش قابل توجه در مقاومت و سختی می گردند ولی موجب کاهش شدید شکل پذیری می شوند. اگر پرکنندگی به صورت یکنواخت نباشد ممکن است موجب بروز مشکلاتی از جمله ایجاد طبقات ضعیف گردد (شکل 7-1).
تجارب ناشی از صدمات زمین لرزه ها بیانگر این مطلب است که در قاب هایی که بلوک های شکننده استفاده شده است دچار مشکلاتی جدی می شوند بویژه تغییر شکل در طبقات ضعیف و افتادن بلوک ها را می توان اشاره نمود. پرکننده های صلب و بلوک های غیر مسلح موجب ایجاد سیستم های بسیار خطرناک و کشنده ای می گردند. تست های آزمایشگاهی نشان دهنده این مطلب است که با طراحی مناسب و استفاده از بلوک های پرکننده مسلح می توان سیستم مقاوم و مطمئنی را تهیه نمود. بنابراین مطمئن ترین روش، جداسازی بلوک ها از قاب می باشد بطوری که بلوک ها در معرض نیروی زلزله قرار نمی گیرند ولی قاب قادر به تامین مقاومت کافی جهت جلوگیری از فروریختگی در طول لرزش های شدید می باشد.

دیوارهای برشی

دیوارهای برشی در نیوزیلند به نسبت زیادی به «دیوارهای سازه ای» مشهور است و رفتار خمشی آنها مهمتر از عملکرد برشی آنها می باشد. مقبول ترین انتظار از این دیوارها تامین مقاومت و سختی کافی با کمترین هزینه است. این دیوارها از تمرکز تنش در نقاط اتصال تیر و ستون جلوگیری می نمایند همچنین استفاده از این سیستم موجب کاهش وابستگی به مهارت مجریان در اتصالات فلزی می گردد. شکل پذیری قابل توجهی در دیوارهای برشی لاغر وجود دارد که موجب می شود مقاومت نهایی در خمش قبل از برش فرا برسد. دیوارهای برش کلفت شکل پذیری کمتری را دارا می باشند. ولی پتانسیل تامین مقاومت زیاد در این دیوارها نیاز به شکل پذیری را کاهش می دهد.
از مسائلی که موجب عدم تمایل به استفاده از این دیوارها می گردد می توان به محدودیت های ایجاد شده در طراحی معماری و نیازهای بهره برداری اشاره نمود و مطلب دوم این است که نیروی جانبی در دیوارهای برشی ساختمان ها متمرکز می شود و این مطلب موجب بروز مشکلاتی از جمله نیروی بالا بری (Uplift) در پی می گردد.
دیوارهای برشی برای ساختمان هایی با ارتفاع متوسط و حدودا تا 20 طبقه مناسب می باشند. در ساختمان های بلندتر ترکیب دیوارهای برشی و قاب های خمش برای تامین پایداری و سختی کافی مناسب تر است. عملکرد ساختمان های با دیوار برشی قابل مقایسه با قاب های خمشی سازه ها می باشد. با وجود اینکه در هر دو نوع سیستم شکست هایی یافت می شود ولی در ساختمان های با دیوار برشی شکست ناگهانی و آنی (Pancake) مشاهده نشده است.

دیوارهای برشی مجزا یا منفرد

در دیوارهای برشی نسبت لاغری (نسبت ارتفاع به عرض صفحه ای که بار بر آن وارد می شود) باید در حدود 7 باشد نسبت های بالاتر ممکن است موجب عدم تامین سختی کافی و عدم اطمینان در مواجهه دیوار با پیچش و احتمال تاثیر پذیری شدید در پدیده P.Δ (P- delta effects) باشد.
نسبت لاغری حدود 2 در واقع انتقال از رفتار حالت لاغر به کوتاه (چاق) می باشد، دیوارهایی با چنین ابعادی اگر شکست نرم مورد نظر باشد نیاز به توجهات ویژه در طراحی دارد. بدون رعایت این توجهات، دیوارهای برشی مایل به شکست ترد در حالتی همچون برش لغزنده و یا کشش قطری می باشند. در دیوارهای برشی لاغر شکست نرم ممکن است ایجاد شود. در دیوارهای کوتاه (چاق) جهت افزایش مقاومت از جزئیات ویژه ای به همراه فولادهای مورب جهت غلبه بر این مشکل استفاده می شود.
در برخی از آیین نامه های ویژه طراحی، محدودیت هایی در نوع ساختمان هایی که مجاز به استفاده از دیوار برشی در مقاومت لرزه ای می باشند وجود دارد. آخرین و موثرترین شیوه طراحی دیوارهای برشی استفاده از شکل U یا L می باشد که در هر دو جهت بارگذاری، محورهای خنثی در دیوار نزدیک قسمت فشاری است (شکل 2-2) این خصوصیت نیاز به فولاد فشاری جهت تامین شکل پذیری لازم را کاهش می دهد در نقاطی که فاصله زیادی تا قسمت تحت فشار دارند محصور کردن بتن جهت تامین کرنش های بزرگ مشکل می باشد.

شکل 2-2- اثر عمق محور خنثی در کرنش بتن در دیوارهای برشی

سیستم های دیوار پیش ساخته با پانل های بزرگ

استفاده از سیستم پانل های بزرگ به طور فزاینده ای در ساخت خانه ها در مناطق لرزه خیز جهت ساخت سریع مخصوصا در منطقه بالکان (Balkan) و Soviet Union گسترش یافته است. با توجه به عملکرد فاجعه آمیز قاب های پیش ساخته در زلزله 1988 آمریکا، خانه های ساخته شده با پانل های بزرگ عملکرد خوبی را در آن زلزله و همچنین زلزله سال 1987 Bucharest Earthquake از خود نشان دادند.
ساخت بصورت پیش ساخته درجا (Tilt-up) نوعی از سیستم پیش ساخته کهب ه طور گسترده در آمریکا و سایر مناطق جهت ساخت ساختمان ها با تعداد طبقات کمتر از 2 رواج یافته است. دیوارهای پانلی به صورت افقی بر روی سایت ساخته می شوند و وقتی که دارای مقاومت کافی می گردند سیستم Tilt بر روی آنها اجرا می شود، اتصال آنها با سقف در زلزله معمولا آسیب پذیر است با تامین مقاومت کافی در این اتصالات این سیستم عملکرد مطمئنی ارائه می نماید.

سیستم قاب- دیوار یا سیستم مضاعف (یا مختلط)

ترکیب قاب های خمشی و دیوارهای برش به نام قاب- دیوار و یا سیستم مضاعف نامیده می شود که این ترکیب در سازه ها بهینه بوده و مقبولیت زیادی در کارهای اجرایی در آمریکا و ژاپن به علت کاهش قسمت های غیر ترکیب در سازه ها بهینه بوده و مقبولیت زیادی در کارهای اجرایی در آمریکا و ژاپن به علت کاهش قسمت های غیر ضروری دارد. یکی از محاسن سیستم قاب- دیوار استفاده از دیوار برشی جهت جلوگیری از ایجاد طبقات ضعیف در قاب های خمشی است و این بدان معنی است که مقاومت مرود نیاز جهت اطمینان از وجود ستون های قوی و تیرهای ضعیف به طور تئوری کاهش می یابد و این مطلب آزادی عمل بیشتری در انتخاب تیرها و سایز ستون ها فراهم می کند و نگرانی کمتری در مورد اثرات مقاومت دال های کف که به تیرها وارد می کنند، وجود دارد. این سیستم در کارهای اجرائی نیوزیلند مجاز می باشد در حالی که توسط UBC91 پیشنهاد نمی گردد. معمولی ترین عملکرد سیستم قاب- دیوار در ساختمان های با ارتفاع متوسط به بالا می باشد در حالی که در قاب های محیطی دیوارهای برشی در هسته مرکزی استفاده می شوند.
در ساختمان های بیش از 50 طبقه که باد موجب ایجاد لرزش می گردد باید کنترل شود و از تیرهای Outrigger (قاب های ویراندل) بین هسته و قاب های پیرامونی جهت افزایش سختی استفاده می شود (شکل 3-2). در ساختمان هایی که نیاز است در مقابل زلزله مقاوم باشند باید توجه کافی به ظرفیت های طراحی و نتایج محتمل استفاده از این تیرها مبذول گردد. برای یک شکل پذیری مناسب باید نخست تسلیم صورت پذیرد و باید اطمینان حاصل نمود که سازه های Outrigger موجب بروز شکست ترد و با کمانش در ستون های قاب های پیرامونی نگردد. یک راه حل محتمل طراحی سازه های Outrigger شکل پذیر است که تسلیم در نیروهای کمتر از نیروهایی که موجب بروز شکست ترد می شوند اتفاق افتد. البته مدارک معتبر تحقیقاتی جهت ارائه عملکرد این راه حل وجود ندارد.

شکل 3-2- تیرهای ویراندل در ساختمان با هسته برشی و قاب پیرامونی

دیوارهای برشی کوپله

دیوارهای برشی کوپله از دو یا تعداد بیشتری دیوار که به وسیله تیرهای افقی (تیرهای طاقی) به هم متصل شده اند تشکیل می شوند. شکل تیرها معمولا از حفره های مورد نیاز در هر طبقه تاثیر می پذیرند، سازه های ساخته شده با این سیستم متشکل از قاب هایی با ستون های بسیار قوی و تیرهای ضعیف می باشند بنابراین در اثر موارد تسلیم شدن از تیرها شروع می گردد. در طرح های مناسب که اغلب شامل آرماتورهای قطری می باشند شکل پذیری عالی توام با سختی خوب حاصل می گردد. همچنین قطعات زیاد کمتری در اتلاف انرژی پلاستیک وجود دارد که بین تعدادی از تیرهای طاقی توزیع می گردد.
با محدود کردن نسبت لاغری در دیوارهای برشی کوپله عملکرد آنها شبیه به دیوارهای برشی تکی بدون سوراخ مشاهده شده است. تعداد کافی تیرهای طاقی توسط آیین نامه بتن نیوزیلند زمانی بیان می شود که قسمتی از مقاومت خمش پایه توام با فشار و یا کشش در دیوارهای برشی حداقل 4/3 لنگر واژگونی باشد. شکل 4-2 هندسه مطلوب رسیدن به این هدف را ارائه می دهد.

شکل 4-2- ابعاد هندسی دیوار برشی کوپله برای رسیدن به 75 درصد مقاومت واژگونی در عملکرد فشار- کشش

دیوارهای برشی کوپله  به طور فزاینده ای در ساختمان های متوسط و بلند در نیوزیلند استفاده می شوند. با اینکه تحقیقات بسیاری در این زمینه صورت گرفته است ولی در سایر نقاط در ساختمان های مقاوم در زلزله کمتر استفاده می شوند. مدارک کمی از نحوه ارتباط محاسبات تئوری و عملکرد واقعی سازه در زلزله واقعی در این سیستم سازه ای وجود دارد.

روش های ویژه جهت بهبود مقاومت لرزه ای 

در 20 سال اخیر سیستم های ویژه ای جهت تامین خصوصیات مقاومت سازه در برابر زلزله ب در نظر گرفتن خصوصیات دینامیکی پیشرفت نموده است که در حالت کلی توسط دو نوع لوازم به نام های سیستم «غیر فعال» و سیستم «فعال» استفاده می شود.
لوازم غیر فعال یا پریود سازه را تغییر داده و یا استهلاک و میرائی را افزایش می دهد و معمولا هر دو این اعمال را توام انجام می دهند که اخیرا کنترل های کاپیوتری که کنترل فعال نامیده می شوند پیشرفت هایی را داشته اند که تغییرات مناسبی را در سازه در طول زلزله ایجاد می نماید. Warburton مجموعه ای از محاسبات ریاضی مقایسه کننده تمامی این روش های کنترل پاسخ زلزله را ارائه نموده است.

جداسازی پایه ها در ساختمان ها

جداسازی پایه ها به این صورت خواهد بود که پایه های ساختمان روی تکیه گاه هایی با سختی جانبی کم قرار می گیرند. در حالت کلی از لایه های طبیعی با مصنوعی لاستیک استفاده می شود که ابعاد آنها در پلان حدودا 600 میلی متر و ضخامت آنها حدود 250-150 میلی متر می باشد و هر کدام از این تکیه گاه ها بصورت تیپ ظفیت بار قائم در حدود 60 تن را دارد و هدف افزایش پریود طبیعی سازه جهت دوری از رزونانس ناشی از لرزش های زلزله می باشد. این موضوع در شکل 5-2 نشان داده شده است.
بنابراین برای ساختمان های متوسط مرتبط با سایت های با خاک سخت مناسب می باشد. پریود 1 ثانیه برای ساختمان ها بالاترین حد برای حداکثر 12 الی 15 طبقه در سازه های با سیستم دیوار برشی و 10 طبقه برای ساختمان های با سیستم قاب خمشی می باشد. این سیستم برای ساختمان های بلندتر مناسب نمی باشد، یکی از علل این موضوع این است که در این ساختمان ها تمایل به دور کردن مناسب پریود آنها از تشدید وجود دارد و علل دیگر ناشی از مسائل عملی است که نیروهای واژگونی بزرگی در اثر فشار بالا بری (Uplift) در تکیه گاه ها ایجاد می شود که ممکن است طراحی آنها مشکل باشد. سایت هایی با خاک های سخت رسوبی با پریود 5/1 ثانیه نیز مناسب نمی باشند زیرا پریود طولانی زلزله که با آنها توام می گردد بیانگر این مطلب است که برای ساختمان پریود کوتاه مورد نیاز است. زمانی که بارهای باد از 10 درصد وزن ساختمان تجاوز نماید مزایای جداسازی لرزه ای به طور قابل ملاحظه کاهش می یابد. گرچه چنین درصدهای بزرگ در ساختمان های بتنی بندرت دیده می شود.

شکل 5-2- اصل جداسازی پایه ها

در اثر جداسازی پایه ها ممکن است نیروهای طراحی در روسازه با ضریب 2 یا 3 کاهش یابند. تنها نکته مهم این است که با حذف کردن شتاب های فرکانسی زیاد  محدود کردن تغییر مکان جانبی طبقات می توان پشتیبانی از المان های غیر سازه ای را بشدت افزایش داد. (شکل 5-2)
اغلب ساکنان در ساختمان هایی که جداسازی پایه ها صورت گرفته است کمتر از لرزش های زلزله ای متوسط مطلع می گردند. این فاکتور در کشور ژاپن که زلزله های با قدرت متوسط در ان طبیعی است با ارزش می باشد. اصلی ترین مشکلی که در جداسازی پایه ها وجود دارد نیاز به تدبیر در مورد تغییر شکل های بزرگ افقی در حد فاصل قسمت بالایی و پایینی تکیه گاه ها در هنگام زلزله های بزرگ می باشد.
سرویس هایی که وارد ساختمان می شوند (لوله ها و ...) و در سطح زمین پایان می یابند ممکن است مجبور باشند جای کافی جهت تغییر شکل 200-100 میلی متر را تعبیه کنند. حلقه های انعطاف پذیر در سرویس ها و جزئیات مناسب در انتهای اجزا امکان غلبه بر این مشکل را در عمل فراهم می آورند.
تکیه گاه های جداکننده و لوازم جذب کننده انرژی معمولا در محلی قرار داده می وشند که در طول عمر مفید سازه از نزدیک سلامت اجزا بررسی گردند که معمولا فضایی به اندازه زانو زدن افراد در محل تکیه گاه ها تعبیه می گردد (شکل 6-2) که بر هزینه جرای جداسازی پایه ها می افزاید.
بررسی و نتیجه گیری اقتصادی از جداسازی پایه ها معمولا مشکل است. بخشی از علل، ناشی از این است که ساختمان ها تنها نمونه اصلی می باشند و مقایسه مناسب ساختمان جداسازی شده و جداسازی نشده مشکل است و بخش دیگر ناشی از این است که نیروهای موجود در قسمت های فوقانی در سیستم های جداسازی شده کمتر از مقدار واقعی داده می شوند. هزینه تکیه گاه ها معمولا 10 درصد هزینه کل سازه است و بخش کوچکی از هزینه کل ساختمان را تشکیل می دهد. تصمیم گیری جهت استفاده از سیستم جداساز معمولا بر پایه بهبود عملکرد مورد انتظار در طول زلزله بویژه لوازم موجود در ساختمان می باشد. در هنگامی که این لوازم دارای ارزش زیادی بوده و یا با زلزله های شدید مواجه می شوند ارزش این بهبود بوضوح آشکار می گردد.
تا این تاریخ در 6 ساختمان در نیوزیلند و 20 ساختمان در آمریکا و 65 ساختمان در ژاپن و 5 ساختمان در اروپا جداسازی پایه ها صورت گرفته است. در نیروگاه هسته ای در UK و فرانسه و آفریقای جنوی نیز جداسازی پایه ها صورت گرفته است. در خواست های زیادی جهت استفاده از سیستم جداکننده در تعداد زیادی از ساختمان های موجود در آمریکا جهت مقاوم سازی در زلزله وجود دارند که این تعداد از سال 1990 نیز به شدت افزایش می یابند.

جداسازی پایه ها یک سیستم در حال رشد می باشد که تحت الشعاع تحقیقات تئوری و مطالعات آزمایشگاهی است. این سیستم عملکرد قابل انتظار را در زلزله های متوسط ارائه کرده است ولی تاکنون در معرض زلزله شدید قرار نگرفته است که عملکرد این سیستم پس از مو��جه شدن با زلزله اصلی و شدید مشخص کننده استفاده از این سیستم در آینده خواهد بود.

شکل 6-2- فضای زانو زدن در ساختمان های جدا شده در پایه ها