بخشی از مقاله
بررسی اثر طبقه نرم روي ایمنی لرزه اي سازه هاي بتنی قاب خمشی
چکیده
کاهش سختی در سازه ها یکی از اساسی ترین مسائل نامنظمی در ارتفاع سازه است که رایج ترین نوع آن وجود طبقات نرم در سازه می باشد ،ساختمانهاي داراي طبقه نرم داراي عملکرد ضعیفی در هنگام و بعد از زلزله ها هستند و توجه به تأثیر آن بر رفتار سازه توسط آیین نامه هاي مختلف به مهندسین محاسب تأکید شده است. وجود طبقه نرم گرچه بلحاظ توزیع و استفاده از فضاهاي طبقه مناسب میباشد، ولی از دیدگاه لرزهاي، آسیبپذیري ساختمان و میزان خسارت وارده را بسیار افزایش میدهد بگونه اي که شکست طبقه نرم را به رایجترین نوع خرابی در زلزله تبدیل میکند. این مقاله به تاثیر طبقات نرم و نیز موقعیت این طبقات بر روي ایمنی لرزه اي سازه هاي بتنی می پردازد. بدین منظور تعدادي زلزله تعیین شده با کمک روش آنالیز دینامیکی افزاینده که از جدیدترین روش هاي آنالیز دینامیکی سازه می باشد به قاب هاي مدل شده اعمال می شود تا ظرفیت لرزه اي هر یک از قاب ها به صورت داده هاي عددي بدست آید سپس بر اساس داده هاي بدست آمده و با کمک روش هاي آماري نمودار هاي شکنندگی بر حسب شتاب شبه طیف براي هر یک از سازه ها بدست می آید. نهایتا با استفاده از این نمودارهاي شکنندگی و مقایسه آنها نتایجی حاصل می شود که نشان دهنده تاثیر طبقات نرم و موقعیت این طبقات روي شدت تغییرات در ایمنی لرزه اي قاب هاي بتنی مدل شده می باشد. این مطالعه می تواند درك بهتري براي طراحی سازه هاي بتنی با طبقات نرم و نتیجتا کارایی بهتري براي سازه بتنی ارائه دهد.
واژگان کلیدي: طبقه نرم، آنالیز دینامیکی افزاینده، منحنی شکست ، ایمنی لرزه اي
.1 مقدمه
در سالهاي اخیر محققان علم مهندسی زلزله پس از هر زلزله ي ویرانگر در نقاط مختلف جهان به بررسی نقاط ضعف سازه ها و آیین نامه ها پرداخته اند، تا مشکلات را برطرف نموده و خسارات مالی و جانی وارد به جامعه را کاهش دهند .یکی از این نقاط ضعف وجود طبقه نرم در سازه بوده که در میزان خرابی زلزله هاي مخرب کلیه نقاط جهان سهم عمده اي داشته است، زلزله ها همواره در هنگام وقوع، بدنبال نقاط ضعف ساختمان هستند یعنی اثر آنها برروي این قسمتها می تواند مشکل ساز شود، حذف عنصر مقاوم در برابر بارهاي جانبی و یا افزایش ارتفاع طبقه به جهت تامین ورودي ساختمان و یا پنجره هاي بزرگ و یا در هاي اصلی فضاهاي تجاري، سبب شکل گیري طبقه نرم در طبقه میشود.. سختی برابر است با نیروي مورد نیاز براي ایجاد تغییر مکان واحد و یا عبارت است از شیب منحنی نیرو-تغییر مکان .
این نقاط ضعیف معمولادر اثر تغییرات سریع در سختی، مقاومت و یا شکل پذیري بوجود می آیند. به همین دلیل بررسی رفتار سازه با طبقات نرم تحت تاثیر زمین لرزه هاي متفاوت، می تواند موضوع مناسبی براي تحقیق باشد و بدین منظور آنالیز ایمنی لرزه اي یک ساختمان می تواند معیار مناسبی جهت تعیین آسیب پذیري سازه تحت زلزله هاي احتمالی باشد. اگرچه به طور معمول وجود و تاثیر طبقه نرم در طبقه همکف با حساسیت بیشتري مورد توجه قرار میگیرد ولی وجود این پدیده در طبقات فوقانی نیز در عملکرد سازه تاثیر به سزایی ایفا می نماید. طبقه نرم باید با مقایسه بین طبقه مورد نظر با طبقات مجاور تعیین شود. مطابق ویرایش سوم آیین نامه2800 طبقه نرم طبقه اي است که سختی جانبی آن کمتر از 70 درصد سختی طبقه بالاي آن یا
١
کمتر از 80 در صد متوسط سختی هاي سه طبقه ي روي آن است. ستونهاي طبقه نرم براي استهلاك انرژي، انرژي زیادي را جذب و جابجایی بیشتري را نسبت به سایر طبقات تحمل میکند در نتیجه سختی لازم براي تحمل برش تحمیلی ناشی از زلزله را نداشته و سرانجام در اثر جابجاییهاي رفت و برگشتی ناشی از زلزله، در ابتدا و انتهاي محل اتصال ستونهاي طبقه نرم به طبقه یا طبقه هاي سخت مفصل پلاستیک ایجاد شده که در بعضی مواقع ریزش طبقه و پیچش سازه منجر به ریزش کامل سازه و تشدید خرابی نیز میشود حال سوال این است که سازه اي که بر اساس آیین نامه هاي موجود طراحی شده اند و حداقل سطح عملکرد ایمنی جانبی را تامین می نمایند. با داشتن طبقه نرم چه تغییري در سطح عملکرد آنها به وجود می آورد؟ براي پاسخ به این سوال و بررسی عملکرد واقعی سازه انجام تحلیل غیر خطی سازه اجتناب ناپذیر است. با انجام آنالیز ها بر روي مدل هاي ساخته شده میتوان به تاثیر طبقات نرم و موقعیت این طبقات روي ایمنی لرزه اي سازه ها پی برد. براي تعیین کارایی سازه ها تحت بارهاي لرزه اي، آنالیز دینامیکی افزاینده بر روي قاب هاي مدل شده انجام می گیرد. این روش یک روش جدید براي آنالیز سازه تحت بار لرزه اي است که زلزله را به صورت گام به گام به سازه اعمال می کند و در هر مرحله پاسخ سازه را ثبت می کند. در روش آنالیز دینامیکی افزاینده معمولا ده تا بیست زلزله به سازه اعمال میشود که در این مقاله از پانزده زلزله استفاده شده است. در نهایت با استفاده از نتایج آنالیز هاي دینامیکی افزاینده به مقایسه قاب هاي مدل شده می پردازیم. بدین منظور از نمودار هاي شکست استفاده می کنیم که توانایی ارزیابی احتمال آسیب سازه به موجب زلزله هاي وارد شده را دارد و می تواند این احتمال را بر حسب یکی از شاخصه هاي زلزله بیان کند. . هدف از ایجاد نمودارهاي شکست براي بررسی تاثیر طبقات نرم و موقعیت این طبقات ایمنی لرزه اي سازه می باشد که به این منظور نمودار هاي شکنندگی براي دریفت هاي 2و4 درصد رسم شده و تاثیر پارامتر هاي مختلف بر روي ایمنی لرزه اي بررسی میشود.
.2 قاب هاي مدل شده
براي بررسی موضوع ، یک سري هفت تایی از قاب ها با ایجاد طبقات نرم در طبقات مختلف مطابق اشکال 1 تا 7 در نظر گرفته شده است. تمامی قاب ها بر اساس آیین نامه ٣١٨ACI طراحی شده اند و پاي تمامی ستون ها در طبقه کف به صورت گیردار فرض شده و نیروهاي گرانشی به صورت مشابه و به نسبت دهانه ها به قاب ها اعمال شده اند.
شکل (B) 2 شکل(A) 1
٢
شکل (B1) 3 شکل (A1) 4
شکل (B2) 5 شکل (A2) 6
شکل (B3) 7
٣
.3 زمین لرزه ها
در روش آنالیز دینامیکی افزاینده ده تا بیست زمین لرزه لازم است تا منحنی کلی آنالیز دینامیکی افزاینده با دقت مناسب بدست آید. در این مقاله به منظور دقت کافی از پانزده زمین لرزه استفاده شده است . جدول 1 پارامتر هاي مختلف زلزله ها را نشان می دهد که به صورت کلی می توان گفت فاصله گسل زلزله ها در حدود سی تا شصت کیلومتر و شدت آن در حدود شش ونیم در مقیاس ریشتر می باشد.
جدول 1
.Ground motion records that areconsidered in the analyses.
Focal Magnitude Record station Ground motion No.
distance
(Km)
٠.٤٩ ٦.٦ El Centro Array Borrego ١
٠.٤٦ ٧.٦ El Centro Array Borrego Mtn ٢
٣.٤٩ ٦.٦ Coachella Canal Imperial Valley ٣
٨.٣١ ٤.٧ Iznik Kocaeli, Turkey ٤
٧.٥٥ ٣.٧ Indio Coachella Canal Landers ٥
٦.٣١ ٩.٦ Halls Valley Loma Prieta ٦
٥.٣٢ ٢.٦ Hollister City Hall Morgan Hill ٧
٣.٤٣ ٩.٥ Hemet Fire Station N. Palm Springs ٨
١.٤٨ ٦.٦ Gormon -Oso Plant San Fernando ٩
٦.٣٦ ١.٦ Chihuahua Victoria , Mexico ١٠
٤.٤٧ ٩.٥ Canoga Park Topanga Whittier Narrows ١١
٦.٤٣ ٦.٦ ١٤ Palmdale - Hwy Northridge ١٢
٠.٤٨ ٧.٦ Parkfield - Gold Hill Coalinga ١٣
٣.٢٨ ٧.٦ Calipatria Fire Station Superstitn Hills ١٤
٦.١٧ ٢.٧ Bolu Duzce, Turkey ١٥
.4 آنالیز دینامیکی افزاینده
آنالیز دینامیکی افزاینده یک روش آنالیز مفید براي ارزیابی کارایی ساختمان با استفاده از تعیین ایمنی لرزه اي تحت چندین زمین لرزه متفاوت است که به طور جامع توسط VAMVATSIKOS.D et al.[1] مورد بحث قرار گرفته است. در این روش براي ایجاد هر منحنی یک زمین لرزه به سازه اعمال میشود که نمودارهاي حاصله شتاب شبه طیف رادر مقابل ماکزیمم دریفت داخلی ارائه می کنند ، زلزله ها در هر مرحله با مضربی از شتاب گرانشی به سازه اعمال می شوند و در هر مرحله جواب این آنالیز ، ماکزیمم دریفت داخلی می باشد. در این نمودارها رابطه بین شتاب شبه طیف و ماکزیمم دریفت داخلی تا نقطه تسلیم به صورت خطی می باشد و از این طریق می توان نقطه تسلیم را نیز تعیین کرد. با اعمال پانزده زلزله به سازه هفده نمودار آنالیز دینامیکی افزاینده ساخته میشود که تمامی آنها در یک محور مختصات رسم می شوند و براي رسم نمودار هاي شکست استفاده می شوند. شکل .8-14
شکل (B2) 9 شکل (A1) 8
