بخشی از مقاله
چکیده
سختی یکی از موضوعات اساسی در طراحی ساختمان ها در برابر زلزله می باشد و ایجاد سختی و مقاومت به منظور کنترل تغییرمکان جانبی و ایجاد شکل پذیري براي افزایش قابلیت جذب انرژي و تحمل تغییرشکل هاي خمیري اهمیت دارند. نوع جدیدي از بادبندها استفاده از آن رو به افزایش می باشد سیستم بادبندي زانویی می باشد. اما متاسفانه اکثر طراحان آشنایی اندکی با نحوه طراحی این سیستم بادبندي دارند. استفاده صحیح از این سیستم بادبندي باعث شکل پذیري بیشتر سازه و کاهش برش پایه زلزله می شود؛ اما در طراحی این بادبندها باید دقت کافی در جهت رعایت کلیه نکات آییننامه اي چه از طرف طراحان و چه از طرف دستگاههاي نظارتی انجام پذیرد بنابراین، در مطالعات مربوط به بادبند هاي مختلط در راستاي عملکرد مطلوب این اعضاي سازه اي، بادبند هاي زانویی معرفی شدند. قاب مهاربندي شده زانویی به عنوان سیستم استهلاك انرژي ترکیبی از شکل پذیري و سختی جانبی مناسب می باشد که در برابر بار هاي جانبی به ویژه زلزله عملکرد مطلوبی به دنبال دارد. در این تحقیق به بررسی عملکرد لرزه اي اعضاي و برش پایه سیستم هاي مختلف فولادي و مقایسه آن با سیستم باربر جانبی مهاربند زانویی پرداخته شده است.
واژگان کلیدي:
سطح عملکرد، مهاربندي زانویی، سختی جانبی، تحلیل استاتیکی غیرخطی. برش پایه
1کارشناس ارشد مهندسیسازه،عمران- عضو باشگاه پژوهشگران ونخبگان دانشگاه آزاد اسلامی واحد زاهدان((hamed3109@gmail.com
2استادیار دانشگاه سیستان و بلوچستان، گروه مهندسی عمران
3مربی دانشگاه آزاد اسلامی واحد سراوان، عضو باشگاه پژوهشگران ونخبگان دانشگاه آزاداسلامی واحد زاهدان
١
.1مقدمه
مهاربندهاي فولادي از جمله سیستم هایی هستند که در برابر نیروهاي جانبی مقاومت می کنند و عملکرد لرزهاي خوبی همچون
جابجایی هاي داخل طبقه کاهش یافته را از خود نشان می دهند (٢٠٠٤ , (Kalkan, Kunnath , (١٩٨٨ .(Khatib et al, سازه هاي
مهارشده جانبی باعث ایجاد سختی جانبی بالا شده و مقدار جابجایی سازه تحت بارهاي لرزه اي را بطور قابل ملاحظه اي کاهش می دهند. با وجود اینکه برخی مهندسان گرایش به استفاده از قابهاي مهاربندي واگرا دارند ولی ساخت و سازهاي عملی با سیر
افزایشی قابل توجهی به سمت استفاده از قابهاي مهاربندي همگرا حرکت میکند(٢٠٠٨ .(Uriz, مهاربندهاي ضربدري با ایجاد
سختی بسیار بالا باعث می شود سازه براي برش پایه بزرگتري طراحی شود ولی با این حال نسبت به قاب هاي خمشی مقرون به
صرفه تر می باشد. این قابها همچنین با ورود به محدوده غیرالاستیک رو به از دست دادن مقاومت فشاري گذاشته و به تمرکز خسارت در طبقات ضعیف می انجامد (١٩٨٨ .(Khatib et al, همچنین کمانش مهاربندها در این سیستم یکی از بزرگترین معایب آنها می باشد. در مقابل این سیستم یک سیستم مهاربندي همگرا با اعضاي زانویی پیشنهاد شده (١٩٨٦ (Ochoa,، که باعث می شود کمانش در مهاربند رخ نداده و قبل از این مرحله عضو زانویی به عنوان یک فیوز عمل کرده و با ایجاد مفصل پلاستیک خمشی
انرژي زلزله یا بار جانبی را مستهلک نماید(١٩٧٨ (Roeder, Popov, ,(٢٠٠٩ .(Naeemi. Bozorg, در سالهاي اخیر استفاده از این
نوع سیستم ها موضوع تحقیق بسیاري از محققین علم مهندسی زلزله قرار گرفته است (Balendra et al, ,(٢٠٠٣ .( Kim. Seo,
(١٩٩٠
.2سیستم هاي مورد ارزیابی
قاب هاي مورد تحلیل شامل قابهاي خمشی، قابهاي ساده با مهاربندي شورن، مهاربندي زانویی، مهاربندي ضربدري با تعداد طبقات
3، 5 و 7 و نیز با تعداد دهانه هاي مساوي شاملي 3 و 5 دهانه 5 متري مورد ارزیابی قرار گرفته اند. ارتفاع طبقات در تمامی مدل ها 3 متر اختیار شده است تنش مجاز مصالح فولادي 2400 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و تنش نهایی برابر 3700 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و مقاومت حد جاري شدن مورد انتظار در این فولاد برابر 2640 کیلوگرم بر سانتی متر مربع و مقاومت نهایی مورد انتظار آن برابر 4070 کیلوگرم بر سانتی متر مربع می باشد. طراحی سازه ها بر مبناي UBC97 (١٩٩٧(Code,انجام شده و بارگذاري ثقلی
بر مبناي مبحث ششم و براي بارگذاري جانبیآییندرنامهطراحی از 2800 استفاده شده است. بار مرده براي تمـام طبقـات 550
kg/m2 و بار زنده در طبقات kg/m2بام 200 و براي 150 kg/m2 در نظر گرفته شده است. عرض بارگیر براي ایـن قـاب هـا 3
متر فرض شده است.
براي ساده سازي از عبارات معادل براي هر مدل سازه استفاده شده است
مدل سه طبقه سه دهانه با مهاربندهاي ضربدري X-brace 3St-3B
مدل سه طبقه سه دهانه با مهاربندهاي زانویی Knee 3 St-3B مدل سه طبقه سه دهانه با مهاربندهاي شورن Chevron 3St-3B
مدل سه طبقه سه دهانه خمشی M 3St-3B
مدل پنج طبقه سه دهانه با مهاربندهاي ضربدري X-brace 5St-3B
مدل پنج طبقه سه دهانه با مهاربندهاي زانویی Knee 5 St-3B مدل پنج طبقه سه دهانه با مهاربندهاي شورن Chevron 5St-3B
مدل هفت طبقه سه دهانه با مهاربندهاي ضربدري X-brace 7St-3B مدل هفت طبقه سه دهانه با مهاربندهاي زانویی Knee-brace 7St-
3B
٢
مدل پنج طبقه سه دهانه با مهاربندهاي زانویی Knee-brace 5St-3B مدل هفت طبقه سه دهانه با مهاربندهاي زانویی Knee 7 St-3B
مدل هفت طبقه سه دهانه با مهاربندهاي شورن Chevron 7St-3B
مدل هاي پنج دهانه با اسامی اختصار همانند مدل هاي سه دهانه تعریف شدند تنها با این تفاوت که پسوند 3B به 5B تبدیل شده
است.
به منظور تحلیل و طراحی اولیه قاب ها از نرم افزار ETABS استفاده شده است و براي ارزیابی لرزه اي با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی از نرم افزار SAP 2000 استفاده شده است. در طراحی مدل ها، اتصالات تیر به ستون به صورت صلب،
اتصالات انتهاي عضو زانویی به تیر و ستون به صورت صلب، اتصال دو انتهاي مهاربند قطري به عضو زانویی و پاي ستون به
صورت مفصلی ونیز اتصال پاي ستون به صورت مفصلی است. لازم به ذکر است که اعضاي زانویی با فرض تسلیم خمشی طراحی
شده اند، بدین منظور باید رابطه ي (1) در تمامی اعضاي زانویی صادق باشد. در این رابطه Lmin حداقل طول عضو زانویی، Mp
ممان پلاستیک مقطع، و Vp برش پلاستک مقطع می باشند. براي محاسبه این دو پارامتر به ترتیب از معادلات (2) و (3) استفاده می شود.
(١)
(٢)
(٣)
در این معادلات Z اساس مقطع پلاستیک، Fy تنش تسلیم فولاد، tw ضخامت جان مقطع، tf ضخامت بالکـلمقطـع، و d ارتفـاع مقطع می باشد.
به عنوان نمونه محاسبات زانویی با مقطع HSS4x4x1/2 در زیر نشان داده شده است.
.3موقعیت مهاربند زانویی
مطابق آزمایشات صورت گرفته در تحقیقات گذشته (١٩٩١ Balendra et al, )، بهترین زاویه قرارگیري عضو زانویی این است که
موازي با مهاربند قطري باشد، لذا در نظر گرفته می شود (شکل .(1 همچنین پیشنهاد می شود که مقدار
٣
اختیار شود. به منظور ساده سازي مدل تمام زانویی ها با طول تقریبی 115 سانتی متر با h = 60 cm و b = 100 cm در نظر گرفته شده اند.
