✨ مقدمه

جداگر لرزه‌ای هسته سربی یک پاسخ هوشمند و اقتصادی برای کنترل ارتعاشات ناشی از زلزله در سازه‌های شهری است. در حالی‌که بسیاری از ساختمان‌ها صرفاً با اتکا به سیستم‌های مقاوم در برابر بار جانبی (مثل قاب خمشی یا مهاربندی هم‌محور و برون‌محور) طراحی می‌شوند، واقعیت این است که کاهش انرژی لرزه‌ای قبل از انتقال کامل آن به المان‌های اصلی، تفاوت بزرگی در پایداری، ایمنی و هزینه‌های پسازلزله ایجاد می‌کند. این‌جا دقیقاً همان جایی است که جداگر لرزه‌ای هسته سربی وارد می‌شوند؛ قطعاتی که نقش «کمربند ایمنی» سازه را بازی می‌کنند و با مستهلک‌کردن انرژی، پاسخ سازه را کنترل می‌نمایند.

در میان انواع جداگر ها، جداگرهای با هسته سربی به دلیل ساده‌بودن، دوام بالا، تکرارپذیری عملکرد، و هزینه اجرا و نگهداری مناسب، محبوبیت زیادی در پروژه‌های ساختمانی و حتی زیرساختی پیدا کرده‌اند. شما چه کارفرما باشید، چه ناظر، طراح یا مجری، شناخت اصول عملکرد، مزایا و محدودیت‌ها و نیز تمایز آن با سایر سیستم‌های کنترل لرزه‌ای، برای تصمیم‌گیری دقیق و اقتصادی ضروری است.

📚 جداگر لرزه‌ای چیست؟

جداگر لرزه‌ای تجهیزی است که با جذب و اتلاف بخشی از انرژی زلزله، دامنه ارتعاشات سازه را کاهش می‌دهد. نتیجه؟

• جابجایی کمتر طبقات و کاهش دریفت

• نیروهای داخلی کمتر در تیر و ستون

• کاهش آسیب‌های غیرسازه‌ای (پارتیشن‌ها، نما، تجهیزات حساس)

• افزایش احتمال بهره‌برداری پس از زلزله (Operational Continuity)

به زبان ساده، جداگر مثل ضربه‌گیر خودرو است؛ نیروی ضربه را «می‌خورد» تا به بدنه اصلی آسیب کمتری برسد.

🧩 جداگر لرزه‌ای با هسته سربی چیست؟

جداگر با هسته سربی (Lead Core Damper) از یک مغزی سربی شکل‌پذیر استفاده می‌کند که هنگام اعمال چرخه‌های بارگذاری زلزله، وارد تغییرشکل پلاستیک کنترل‌شده می‌شود. این تغییرشکل‌ها انرژی را به صورت حرارت اتلاف می‌کنند و اثر آن به‌طور مستقیم در کوچک‌شدن حلقه‌های پاسخ سازه (کم‌شدن دریفت و شتاب) دیده می‌شود.

دو چیدمان رایج وجود دارد:

مغزی سربی در جداسازهای الاستومری (LRB): در این نوع، یک هسته سربی در مرکز لایه‌های لاستیکی-فولادی قرار می‌گیرد تا علاوه بر تأمین میرایی هیسترزیس، سختی تسلیم اولیه را نیز کنترل کند.

نکته زبانی: در ادبیات پروژه‌ها، گاهی « جداگر هسته سربی» با «جداساز لرزه‌ای سرب-لاستیک (LRB)» خلط می‌شود. جداگرلزوماً الزام به جداسازی تکیه‌گاهی ندارد؛ اما LRB یک تکیه‌گاه جداساز با مغزی سربی است که هم جداسازی و هم میرایی هیسترزیس فراهم می‌کند. در ادامه مقاله، هر دو را تفکیک و مقایسه خواهیم کرد.

🔬 چرا «سرب»؟

سرب به‌عنوان ماده‌ای با تنش تسلیم پایین، شکل‌پذیری بالا و پایداری مناسب چرخه‌ای شناخته می‌شود. وقتی سرب تحت برش تکراری قرار می‌گیرد:

• خیلی زود وارد تسلیم پایدار می‌شود؛

• سطح انرژی اتلافی در هر چرخه بالا است؛

• پاسخ هیسترزیس پایدار و تکرارپذیر به‌دست می‌آید؛

• بازگشت‌پذیری عملکرد برای زلزله‌های با شدت متوسط حفظ می‌شود (در بسیاری از سناریوها پس از رویدادهای کوچک نیاز به تعویض نیست).

این ویژگی‌ها باعث می‌شوند مغزی سربی، گزینه‌ای کم‌هزینه و مؤثر برای ایجاد میرایی افزوده در سازه باشد.

📈 رفتار هیسترزیس به زبان ساده

وقتی شما جداگر هسته سربی را تحت بار رفت‌وبرگشتی قرار می‌دهید، نمودار نیرو–تغییرمکان آن یک حلقه پهن تشکیل می‌دهد که مساحت حلقه نشان‌دهنده انرژی تلف‌شده است. هرچه حلقه پهن‌تر، میرایی بیشتر. این دقیقاً همان چیزی است که طراح می‌خواهد:

• کم شدن پاسخ اوج

• کاهش آسیب تجمعی

• کنترل تغییرمکان نسبی طبقات

🛠️ کجا از جداگر هسته سربی استفاده کنیم؟

• ساختمان‌های میان‌مرتبه و بلندمرتبه (قاب خمشی یا مهاربندی‌شده)

• سازه‌های با کاربری حیاتی (بیمارستان‌ها، مراکز داده، ایستگاه‌های امدادی)

• پل‌ها و سازه‌های زیرساختی (به‌ویژه با رویکرد LRB)

• پروژه‌های بهسازی لرزه‌ای (ارتقاء ساختمان‌های موجود با کمترین مداخله در اسکلت)

🪪 تمایز با LRB

LRB یک جداساز لرزه‌ای است که در تکیه‌گاه نصب می‌شود و با افزایش دوره تناوب سازه و افزودن میرایی، پاسخ لرزه‌ای را کاهش می‌دهد. جداگر هسته سربی (به‌عنوان قطعه مستقل در مهاربند یا اتصال) در مسیر انتقال نیرو عمل می‌کند و با ایجاد تسلیم کنترل‌شده، انرژی را تلف می‌کند.

• اگر هدف کاهش شتاب سازه و حفاظت تجهیزات حساس باشد، LRB جذاب است.

• اگر هدف کاهش دریفت و نیروهای داخلی در اعضای قاب باشد،جداگر های خطی/غیرخطی با مغزی سربی روی بادبند یا لینک‌ها انتخاب به‌جاست.

(در مرحله ۲ یک جدول مقایسه عمیق ارائه می‌کنم.)

🧾 مرور سریع اصطلاحات

این جدول برای کمک به خواننده عمومی طراحی شده و به سادگی در ویرایشگر شما قابل چسباندن است.

🧱 چرا این سیستم مهم است؟

• اثرگذاری بالا در پاسخ واقعی سازه: به‌جای بزرگ‌کردن مقاطع یا افزودن دیوار برشی، با افزودن چند جداگر ، رفتار لرزه‌ای قابل‌سنجش به‌دست می‌آورید.

• صرفه‌جویی اقتصادی: در پروژه‌های بهسازی، این رویکرد اغلب نسبت به تعویض گسترده اعضا یا اضافه‌کردن هسته‌ برشی اقتصادی‌تر است.

• سادگی نگهداری: مغزی‌های سربی در زلزله‌های کوچک معمولاً سالم می‌مانند و بازرسی و تعویض‌شان ساده است.

• انعطاف طراحی: می‌توانید سطح میرایی هدف را با تعداد و ظرفیت جداگر ها تنظیم کنید؛ این یعنی طراحی قابل تنظیم به‌تناسب ریسک، بودجه و کاربری.

• سازگاری با استانداردها: در بسیاری از آیین‌نامه‌ها و راهنماهای معتبر، جداگر های فلزی/سربی به‌عنوان گزینه‌های تأییدشده برای کنترل پاسخ معرفی شده‌اند

⚙️ مکانیزم عملکرد جداگر لرزه‌ای هسته سربی

برای درک دقیق عملکرد جداگر لرزه‌ای هسته سربی، باید به مدل نیرو–جابجایی و رفتار چرخه‌ای آن نگاه کنیم. این جداگر بر اساس تسلیم پلاستیک کنترل‌شده هسته سربی طراحی می‌شود.

هنگامی‌که زلزله رخ می‌دهد، بار جانبی باعث جابجایی نسبی اعضای قاب می‌شود. هسته سربی که درون جداگر قرار گرفته است، به‌سرعت وارد ناحیه تسلیم می‌شود. این تسلیم منجر به تشکیل یک حلقه هیسترزیس پایدار می‌گردد. مساحت این حلقه برابر با مقدار انرژی اتلافی در هر چرخه بارگذاری است.

به‌طور ساده:

• سرب در اثر بار رفت‌وبرگشتی دائماً تغییر شکل می‌دهد.

• هر تغییر شکل انرژی لرزه‌ای را جذب کرده و به گرما تبدیل می‌کند.

• این فرآیند تکراری باعث می‌شود انرژی کمتری به اسکلت اصلی برسد.

🔑 ویژگی اصلی: هسته سربی پس از تسلیم به‌سرعت به پایداری چرخه‌ای می‌رسد و همین موضوع باعث می‌شود که میرایی معادل سیستم در حدود ۲۰ تا ۳۰ درصد افزایش یابد.

🧮 مدل تحلیلی

رفتار جداگر هسته سربی را می‌توان با یک مدل دوخطی (Bilinear) شبیه‌سازی کرد:

• K1: سختی اولیه الاستیک (تا نقطه تسلیم سرب)

• Fy: نیروی تسلیم هسته سربی

• K2: سختی پس از تسلیم (معمولاً نزدیک صفر یا مقدار بسیار کم)

این مدل در نرم‌افزارهای تحلیلی مثل SAP2000، ETABS یا OpenSees قابل پیاده‌سازی است و نتایج نشان می‌دهند که اضافه‌کردن جداگر سربی می‌تواند جابجایی نسبی طبقات را تا ۴۰٪ کاهش دهد.

📌 مزایای جداگر لرزه‌ای هسته سربی

1. میرایی بالا با هزینه کم: در مقایسه با جداگر های ویسکوز یا اصطکاکی، سرب ارزان‌تر و در دسترس‌تر است.

2. پایداری چرخه‌ای: عملکرد تکرارپذیر حتی پس از چندین بار بارگذاری لرزه‌ای.

3. سادگی طراحی و اجرا: نصب آسان در قاب‌ها یا به‌عنوان بخشی از جداساز لرزه‌ای.

4. عدم نیاز به تجهیزات پیچیده: مثل جداگرهای ویسکوز که به مایع و محفظه نیاز دارند.

5. قابلیت بازرسی آسان: پس از زلزله می‌توان مغزی‌ها را بررسی و در صورت نیاز تعویض کرد.

6. کارایی در بهسازی لرزه‌ای: در ساختمان‌های موجود بدون نیاز به تغییرات اساسی قابل نصب است.

7. عمر طولانی: سرب خاصیت خستگی بسیار خوبی دارد و تا سال‌ها قابل استفاده است.

⚠️ معایب و محدودیت‌ها

1. محدودیت زیست‌محیطی: سرب یک فلز سنگین است و اگر به‌درستی مدیریت نشود، می‌تواند آلودگی ایجاد کند.

2. وزن زیاد: استفاده از سرب باعث افزایش وزن موضعی در سیستم می‌شود.

3. حساسیت به دما: عملکرد سرب در دماهای بسیار پایین یا بسیار بالا ممکن است تغییر کند.

4. تعمیرپذیری محدود: در صورت تسلیم شدید، هسته سربی باید تعویض شود.

5. عدم تطابق کامل با زلزله‌های با محتوای فرکانسی خاص: برای زلزله‌هایی با مدت‌زمان طولانی، ممکن است کارایی کاهش یابد.

📌 چک‌لیست انتخاب سیستم میرایی

۱. نوع سازه:

• اگر هدف بهسازی لرزه‌ای ساختمان موجود است →جداگر هسته سربی انتخاب مناسبی است.

• اگر سازه جدید و حیاتی (بیمارستان/پل) است → LRB یا ترکیب LRB + جداگر.

۲. بودجه پروژه:

• محدود → جداگر هسته سربی یا اصطکاکی.

• متوسط/بالا → ویسکوز یا LRB.

۳. هدف طراحی:

• کاهش دریفت و تغییرمکان طبقات →جداگر هسته سربی.

• کاهش شتاب و حفاظت تجهیزات → LRB یا ویسکوز.

۴. محدودیت اجرایی:

• نیاز به نصب سریع و آسان → جداگر هسته سربی.

• امکان اجرای پایه جدید → LRB.

ویدیو آشنایی با سیستم های جداساز لرزه ای و مستهلک کننده انرژی ( جداگر ) – دکتر احمد رضا جعفری

🏗️ کاربردهای جداگر لرزه‌ای هسته سربی در سازه‌ها

جداگر های لرزه‌ای با هسته سربی (Lead Core Damper) به دلیل سادگی، قیمت پایین و بازدهی بالا در پروژه‌های مختلف عمرانی به کار گرفته می‌شوند. مهم‌ترین حوزه‌های کاربرد:

۱. ساختمان‌های بلندمرتبه (H3)

• نصب در مهاربندها یا قاب‌های خمشی

• کاهش دریفت بین‌طبقه‌ای تا ۴۰٪

• جلوگیری از شکست ترد در اتصالات فولادی

۲. پل‌ها و ابنیه فنی (H3)

• نصب در تکیه‌گاه‌ها برای جذب انرژی لرزه‌ای

• کاهش نیروهای وارده بر پایه‌ها و عرشه پل

• مناسب برای پل‌های شهری و ریلی

۳. سدها و سازه‌های خاص (H3)

• به دلیل اهمیت زیاد سدها، استفاده ازجداگر ها در اتصالات جانبی و تجهیزات کنترلی سدها رایج است.

۴. بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود (H3)

• در ساختمان‌های قدیمی می‌توان بدون تغییر اساسی در اسکلت، جداگرهای سربی را به قاب‌ها اضافه کرد.

• هزینه کمتر نسبت به مقاوم‌سازی سنتی با ژاکت بتنی یا فولادی.

🌍 تجربه کشورهای مختلف

🇯🇵 ژاپن

ژاپن به‌عنوان کشوری با بالاترین ریسک زلزله، پیشگام استفاده از جداگرهای سربی بوده است. در برج‌های اداری و مسکونی توکیو، جداگرهای هسته سربی به‌طور گسترده استفاده می‌شوند.

• مثال: برج Shinjuku Mitsui در توکیو مجهز به جداگرهای سربی برای کاهش ارتعاشات لرزه‌ای است.

• نتایج آزمایش‌های E-Defense نشان می‌دهد که این جداگرها دریفت بین‌طبقه‌ای را حدود ۳۵٪ کاهش می‌دهند.

🇳🇿 نیوزیلند

نیوزیلند پس از زلزله کرایست‌چرچ (۲۰۱۱) به‌شدت روی سیستم‌های جداسازی و جداگرها سرمایه‌گذاری کرد.

• در بسیاری از ساختمان‌های جدید ولینگتون، جداگرهای سربی به همراه LRB استفاده می‌شوند.

• این ترکیب هم دوره تناوب سازه را افزایش می‌دهد و هم انرژی را مستهلک می‌کند.

🇮🇷 ایران

در ایران نیز در سال‌های اخیر توجه بیشتری به جداگرها شده است. پروژه‌های شاخص:

• برج میلاد تهران: استفاده از سیستم‌های کنترلی شامل جداگرها

• پل صدر تهران: به‌کارگیری جداگرها در برخی اتصالات

• در ساختمان‌های مسکونی نیز به‌صورت آزمایشی در پروژه‌های بهسازی لرزه‌ای استفاده شده است.

🔧 نکات اجرایی و نصب

۱. محل نصب

• در قاب‌های مهاربندی یا بین تیر و ستون

• در تکیه‌گاه‌های پل

۲. کنترل کیفیت

• آزمایش فشار و جابجایی قبل از نصب

• کنترل جوشکاری و اتصالات فولادی

3. نگهداری پس از زلزله

• بررسی هسته سربی برای تغییر شکل دائمی

• تعویض در صورت تسلیم بیش‌ازحد

4. ملاحظات زیست‌محیطی

• بسته‌بندی مناسب سرب

• بازیافت هسته‌های آسیب‌دیده

📊 مثال عددی (مقایسه قبل و بعد از نصب جداگر)

📌 جمع‌بندی مرحله سوم

• جداگرهای سربی در انواع سازه‌ها (ساختمان، پل، سد) قابل استفاده‌اند.

• ژاپن و نیوزیلند از پیشگامان این فناوری هستند.

• در ایران نیز استفاده از این جداگرها در پروژه‌های مهم آغاز شده است.

• تصاویر و دیاگرام‌ها نقش مهمی در آموزش و درک بهتر عملکرد این سیستم دارند.

• اجرای صحیح و کنترل کیفیت، شرط اصلی بهره‌وری سیستم است.

آیین‌نامه‌ها، آینده فناوری، FAQ و جمع‌بندی نهایی

📚 بررسی آیین‌نامه‌ها و استانداردها

یکی از دلایل توسعه سریع جداگرهای لرزه‌ای هسته سربی (Lead Core Damper) این است که در آیین‌نامه‌های بین‌المللی به رسمیت شناخته شده‌اند.

آیین‌نامه ۲۸۰۰ ایران (H3)

• در ویرایش چهارم آیین‌نامه ۲۸۰۰ به صراحت استفاده از سیستم‌های کنترل لرزه‌ای و جداگرها مجاز دانسته شده است.

• طراحی باید براساس تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی انجام شود.

• کنترل تغییر مکان جانبی و دریفت بین‌طبقه‌ای الزامی است.

FEMA 356 و ASCE 41 (H3)

• این دو آیین‌نامه مرجع اصلی در آمریکا برای طراحی و بهسازی لرزه‌ای با استفاده از جداگرها هستند.

• در آنها ضوابط تست، ضریب کاهش نیرو و معیارهای پذیرش عملکرد آورده شده است.

Eurocode 8 (H3)

• آیین‌نامه اروپایی نیز به استفاده از جداگرها و جداگرها پرداخته و روش محاسبه میرایی معادل را ارائه می‌دهد.

• برای ساختمان‌ها و پل‌ها کاربردی است.

🔮 آینده جداگرهای لرزه‌ای هسته سربی

با توجه به پیشرفت نرم‌افزارهای تحلیل سازه مثل SAP2000، ETABS و OpenSees، مدل‌سازی جداگرها و جداگرهای لرزه‌ای بسیار دقیق‌تر شده است.
ترکیب جداگر سربی با جداگرهای لاستیکی (LRB) و جداگرهای ترکیبی (HIB) می‌تواند نسل جدیدی از سازه‌های مقاوم در برابر زلزله را ایجاد کند.

• LRB (Lead Rubber Bearing): ترکیب لاستیک با هسته سربی → افزایش دوره تناوب + جذب انرژی

• HIB (Hybrid Isolator Bearing): ترکیب چند نوع میرایی (اصطکاکی + سربی + الاستومری) برای عملکرد بهتر

❓ سوالات متداول (FAQ) جداگر لرزه‌ای هسته سربی

۱. آیا جداگر هسته سربی بعد از هر زلزله باید تعویض شود؟
خیر. در زلزله‌های کوچک و متوسط، هسته سربی فقط تغییر شکل محدودی پیدا می‌کند و همچنان قابل‌استفاده است. تنها در صورت تغییر شکل دائمی شدید باید تعویض شود.

۲. تفاوت جداگر هسته سربی با جداگر لرزه‌ای LRB چیست؟
جداگر سربی به‌تنهایی فقط انرژی را جذب می‌کند. اما جداگر LRB علاوه بر جذب انرژی، دوره تناوب سازه را هم افزایش می‌دهد و لرزش به سازه منتقل نمی‌شود.

۳. آیا نصب جداگرهای سربی برای ساختمان‌های قدیمی هم ممکن است؟
بله. در بهسازی لرزه‌ای می‌توان این جداگرها را در قاب‌ها یا مهاربندها نصب کرد بدون اینکه تغییر اساسی در اسکلت داده شود.

۴. هزینه نصب جداگر هسته سربی نسبت به سایر جداگرها چطور است؟
نسبت به جداگر های ویسکوز و اصطکاکی، قیمت پایین‌تری دارد و اجرای ساده‌تری هم دارد.

✍️ جمع‌بندی نهایی جداگر لرزه‌ای هسته سربی

جداگر لرزه‌ای با هسته سربی یکی از مؤثرترین، اقتصادی‌ترین و پرکاربردترین فناوری‌های کنترل لرزه‌ای در دنیا است. این سیستم با یک مکانیزم ساده (تسلیم پلاستیک سرب) می‌تواند بخش بزرگی از انرژی زلزله را جذب کند و خسارت‌های سازه‌ای را کاهش دهد.

• در ساختمان‌ها، پل‌ها و سازه‌های حیاتی کاربرد گسترده دارد.

• توسط آیین‌نامه‌های معتبر بین‌المللی تأیید شده است.

• با ترکیب آن با جداگرهای LRB و HIB می‌توان نسل جدیدی از سازه‌های مقاوم در برابر زلزله ایجاد کرد.

📌 اگر به دنبال یادگیری طراحی و مدلسازی این سیستم‌ها هستید، پیشنهاد می‌کنم پروژه های مرتبط در سایت را هم ببینید :

• [طراحی جداگر هسته سربی (LRB) در SAP2000 و به‌صورت دستی]

• [مدلسازی سازه‌های مقاوم در برابر زلزله با جداگر ترکیبی (HIB)]

• [طراحی سازه با جداگر لرزه‌ای LRB | پروژه مدلسازی و تحلیل تاریخچه زمانی]

 پیشنهاد ما

و برای دریافت سریع منابع جدید، در آموزش های مهندسی عمران عضو شوید.

مطالعه بیشتر