بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بررسی رفتار لرزه ای سیستم سازهای قاب خرپایی با چیدمان متناوب
چکیده :
در سالهای اخیر قابهای خرپایی با چیدمان متناوب نبلی جدید از سیستمهای سازه ای را در بیشتر کشورهای دنیا ایجاد کرده اند. این سیتم بارهای ثقلی و جانبی از طریق خرپاها و سازوکار آنها با دیافراگمهای کف تحمل میکند. در این تحقیق سعی شده تا با استفاده از مفاهیم طراحی یر اساس عملکرد و بکار بردن تحلیل های استاتیکی غیر خطی (پوش آور) و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی با توجه به شتابنگاشتهای حاصل از سه زلزله بم، گلباف و زرند رفتار لرزه ای و میزان شکل پذیری سیتم خرپایی با چیدمان تناوبی مورد بررسی قرار گرفته و نقاط قوت وضعف آن در مقایه با سایر سیستمها ارزیابی گردد. و همچنین نقش پارامترهای مختلف مانند نوع خرپا و چیدمان آن در طبقه همکف، تاثیر طول پانلهای با جان باز، تاثیر ارتفاع ساختمان، تاثیر نسبت ارتفاع به عرض و تاثیر نسبت دهانه به ارتفاع سازه، بر میزان شکل پذیری آن تحقیق می شود.
کلمات کلیدی: دیوار خرپایی با چیدمان متناوب، آنالیز استاتیکی غیرخطی، آنالیز دینامیکی، شکل پذیری، ضریب رفتار.
1 – مقدمه:
کاهش خسارات جبران ناپذیر زلزله و نجات جان انسانها همواره یکی از اهداف اصلی محققین و دانشمندان علم مهندسی زلزله و سازه بوده بطوریکه نگرش فعلی علم مهندسی زلزله تاکید زیادی بر شکل پذیری سازه داشته و این عامل را در کنار دو معیار سختی و مقاومت قرار داده است. با توجه به لزوم شکل پذیری سازه در هنگام طراحی نیروهای زلزله به نسبت ضریب رفتار سازه کاهش داده می شوند. با کاهش نیروهای طراحی سازه در محدوده الاستیک تحلیل شده و بدین منظور آیین نامه های طراحی لرزه ای نیروی لرزه ای طراحی خطی ساختمان را از یک طیف خطی که و ابته به پریود طبیعی ساختمان و خاک محل است بدست می آورند و برای رفتار غیر خطی و اتلاف انرژی بر اثر رفتار هیسترزیس میرایی و اثر اضافه مقاومت سازه، نیروی خطی را بوسیله ضریب رفتار به نیروی طراحی تبدیل می کند.
2- سیستم دیوار خرپایی با چیدمان متناوب
سیستم سازه ای دیوار خرپایی با چیدمان تناوبی اولین بار در سال 1960 میلادی توسط محققین دانشگاه MIT
و تحت حمایت شرکت U. S. Steel به دنبال دست یافتن به سیستمی جدید و موثر جهت مهار بندی و ایجاد مقاومت جانبی بیار خوب که بطور همزمان نیز بتواند انعطاف پذیری بالایی در طرح بندی فضاها و برآورده نمودن الزامات معماری داشته باشد ابداع شد که در آن زمان برای سازه های انواع هتلها و مجتمع های مسکونی با ارتفاع متوسط 15 تا 20 طبقه بکار می رفت [1]. در این سیستم اعضا بار بر جانبی در یک جهت که معمولا جهت عرضی ساختمان است، خرپاهایی بزرگ با طولی مساوی با کل عرض ساختمان و ارتفاعی به اندازه بلندی یک طبقه می باشند، که تمامی دهانه بین دو ستون خارجی را پوشش داده و به صورت یک درمیان در طبقات قرار میگیرند. این خرپاها فقط در دو انتهایشان در دو ردیف طولی توسط ستونهای پیرامونی ساختمان نگهداری شده و می توانند به دو صورت ویراندل و جان باز بکار روند. مزیت اصلی سازه ای و کارآیی سیستم، مقاومست آن در برابر بارهای جانبی است که بطور موازی به خرپاها اعمال می شود.(شکل 1). در جهت طولی ساختمان نیز می توان از سایر سیستمها مانند قابهای خمشی، قابهای مهار بندی شده همگرا یا واگرا جهت مقاومت در برابریارهای جانبی استفاده نمود. پاسخ لرزه ای الاستیک و الاستو پلاستیک سیستم STS اولین بار بوسیله گوپتا [2] برپایه خواص مکانیکی اعضا بر روی مدل دو بعدی انجام گرفت.
شکل (1): سیتم خر پای تاوبی
3- روند انجام تحقيق:
در این تحقیق جهت بررسی رفتار سیستم سازه ای دیوار خرپایی با چیدما نه تناوبی و مقایسه آن با سیستمهای
قاب خمشی و بادبندی قابهای سه بعدی 10، 15، 20 و 25 طبقه با پلان مستطیل شکل و مشابه به طول 48 و عرض 21 مترو ارتفاع معادل 3متر برای هر طبقه در نظر گرفته شدند. کلیه شرایط و فرضیات در تمامی مدلها یکسان فرض شده و تنها تفاوت، در سیستم سازه ای جهت عرضی آنها می باشد. به کمک نرم افزار ETABS سازه ها ابتدا با استفاده از تحلیل های استاتیکی و دینامیکی تحلیل و سپس به منظور بررسی رفتار لرزه ای تحت آنالیز استاتیکی غیر خطی قرار گرفتند. تحلیل های دینامیکی به منظور برآورد حداکثر تغییر مکان ها در تعیین ضرایب رفتار سازه ها به روش تاریخچه زمانی با توجه به شتابنگاشتهای متعلق به سه زلزله رویداده در استان کرمان (بم، گلباف و زرند)، انجام گردید. که بعنوان نمونه نتایج حاصل از تحلیل تاریخچه زمانی به منظو و تعیین ماکزیمم جابجایی و تغییر مکان واقعی سازه و همچنین
میزان جابجاییهای نسبی طبقات (شکل 2 ) برای سازه های فوق به صورت زیر می باشد.
با توجه به آیین نامه 2800 بازتاب نهایی سازه ها برابر با حداکثر بازتاب بدست آمده از تحلیل با سه زوج شتاب
نگاشت مورد نظر انتخاب می شود که در ادامه مقادیر حاصل ارائه می شوند (جدول 1):
همچنین بعنوان نمونه محل تشکیل مفاصل پلاستیک (شکل 3 ) ومنحنیهای پاسخ ایده آلسازی شده (شکل 4) به صورت زیر می باشد:
به منظور مقایسه رفتار سه سیستم پاسخ کلی آنها مشترکا در یک نمودار نشان داده می شود(شکل 5).
4- محاسبه ضریب رفتار با توجه به نتایج آنالیزهای دینامیکی و استاتیکی غیرخطی (Push-Over):
ضریب رفتار سازه ها را با توجه به رابطه زیر از مرجع [9] قابل محاسبه می باشد:
مقاومت افزون: خارج قسمت تغییر مکان متناظریا حد تسلیم کلی سازه به هنگام تشکیل مکانیزم خرابی ، به تغییر مکان متناظر با تشکیل اولین لولای خمیری در سازه تعریف می شود.
شگل پذیری: با ایده آل کردن منحنی رفتار کلی سازه، ضریب شکل پذیری به صورت خارج قسمت
تغییر مکان جانبی نبی حداکثر به تغییر مکان نسبی تسلیم تعریف می شود.
ضریب گاهش یر اثر شکل پذیری: برای یک سازه رابطه بین توسط نیو مارک و هال محاسبه شده
به صورت زیر می باشند.
ضریب تنش مجاز: این ضریب بر اساس برخورد آیین نامه های مصالح با تنشهای طراحی تععین میشود و بصورت زیر می باشد که در این تحقیق این ضریب 44/1 در نظر گرفته شده است.
به منظور تعیین ضریب رفتار از روش پوش آور نقاط بدست آمد. همچنین به دلیل مبهم بودن تغییر مکان حداکثر و واقعی سازه از روش آنالیز دینامیکی نیز محاسبه شده و با توجه به روابط ارائه شده مقدار ضریب رفتار هر مدل در دو حالت پوش آور و دینامیکی مقایسه شده و در ستون آخر برای هر مدل میانگیری شده است ۔
ضریب رفتار حاصل برای ساختمانهای سیستم سازه ای مشابه أسيا ارتفاع زمان تناوب متفاوت، مقدار ثابتی
R حاصله برای ارتفاعات متفاوت استفاده کنیم (جدول 3).
