بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق که بر روی سازه های مرتفع مجهز به سیستم کمربند خرپایی انجام گرفته است، مدلهای سه بعدی 20 الی 60 طبقه مجهز به خرپای کمربندی در قابهای پیرامونی آنها مدلسازی شده و بتفکیک نوع زمین و شتاب مبنای طرح، بر اساس ویرایش چهارم آیین نامه 2800 تحلیل و طراحی شده اند. در مرحله بعد بر روی بام هر کدام از مدلها، طبقه فوقانی جداسازی شده ، - Additional Isolated Upper Floor - یا باختصار AIUF ، با استفاده از واحدهای جداگر لرزه ای اضافه میگردد. این سیستم نوعی میراگر جرمی متوازن - TMD - محسوب شده و پس از تنظیم نسبتهای فرکانسها و میرایی طبقه نرم ، سیستمهای سازه ای هیبرید بدست آمده به همراه سیستمهای اولیه، تحت تحلیل استاتیکی رانشی قرار میگیرند. سپس با استفاده از نتایج حاصل از منحنیهای ظرفیت مدلهای سازه ای، مقادیر تغییرمکان هدف برای هر کدام از مدلهای اولیه و سیستم سازه ای هیبرید متناظر آن، بر اساس دستورالعمل FEMA 356/440 محاسبه شده و نتایج مورد بررسی قرار خواهد گرفت.
واژههای کلیدی: طبقه فوقانی جداسازی شده، تغییرمکان هدف، خرپای کمربندی، میراگر جرمی متوازن
مقدمه
مطالعه حاضر بمنظور مطالعه رفتار لرزه ای سازههای مرتفع اسکلت فولادی مجهز به کمربند خرپایی توأم با بکارگیری سیستم جداگر لرزه ای در زیر یک یا دو طبقه فوقانی - ایجاد طبقه نرم - انجام گرفته است. سازه های فولادی مجهز به کمربند خرپایی شامل یک هسته مرکزی متشکل از قاب های مهاربندی شده یا دیوارهای برشی میباشند. هسته مرکزی توسط خرپاهای بازومانند به ستونهای خارجی متصل میشوند - شکل -1 الف - . هنگامی که سازه تحت بار جانبی قرار میگیرد، چرخشهای صفحهای قائم هسته بوسیله بازوها ، از طریق کشش در ستونهای رو به بارگذاری و فشار در ستونهای پشت به جهت بار مهار میشود. - شکل -1ب - . بدلیل عمق موُثر سازهای کمربندهای خرپائی، سختی جانبی افزایش یافته و تغییرمکان جانبی کل سازه بمقدار زیادی کاهش مییابد - شکل-. - 2 بهمین دلیل، روش استفاده از سیستم کمربند خرپایی - Outrigger Bracing - را میتوان یک راه حل اساسی در حل مسئله واژگونی ساختمانهای مرتفع، توسط درگیر کردن کل سازه پیرامون برای تحمل نیروهای جانبی دانست.[1] برای سازههایی در محدوده 30 الی 60 طبقه، این روش حل، یک روش مناسب برای ساخت ساختمان بدون پرداخت هزینه بالایی بلحاظ ارتفاع میباشد. این سیستم روشی پربازده و قابل مقایسه با سیستم لوله در نظر گرفته میشود. ساختمانهای مرتفع اغلب دارای یک، دو و در بعضی موارد نادر، سه خرپای کمربندی میباشند. اکثرأ این خرپاها در طبقات تاسیسات قرار میگیرند تا بلحاظ معماری مشکلی پیش نیاید.
شکل :1 سازه مرتفع مجهز به سیستم کمربند خرپائی
شکل :2 تأثیر بکارگیری کمربند خرپائی بر دیاگرام لنگر و تغییرمکان سازه
این سیستم قادر است حدود 25 الی 30 درصد از تغییرمکان جانبی سازه بکاهد. در این تحقیق بمنظور حصول کاهش بیشتر تغییرمکان ، علاوه بر کمربندهای خرپایی، از سیستم کنترل غیرفعال جرم متوازن - Tuned Mass Damper - با بکارگیری سیستم جداگر لرزه ای در زیر یک یا دو طبقه فوقانی - بسته به ارتفاع سازه - و ایجاد طبقه نرم در بام سازه استفاده شده است. Additional Isolated Upper Floor یا به اختصار AIUF - طبقات اضافی جداسازی شده - ، بمثابه یک میراگر جرمی غیرفعال TMD عمل خواهد نمود. سیستم TMD ابزاری است شامل یک جرم، یک فنر و یک میراگر، که برای کاهش پاسخ سازه به آن نصب میشود و عملکرد آن اساسأ بر مبنای استهلاک انرژی ارتعاشی سازه بصورت حرکت نوسانی جرم میراگر میباشد. بدین ترتیب فرکانسTMDمتناسب با فرکانس ارتعاشی یکی از مُدهای غالب سازه ای و معمولأمُد اول تنظیم میگردد. بنابراین زمانیکه این فرکانس تحریک میشود، حرکت TMD در فازی خارج از حرکت سازه تشدید شده و انرژی از طریق نیروی اینرسی که میراگر به سازه وارد میکند، تلف میشود. در این مقاله تعین مقدار کاهش اضافی تغییرمکان جانبی سازه های مرتفع مجهز به سیستم کمربند خرپایی بواسطه کاربرد TMD مد نظر میباشد . [4]
مبانی تئوری تغییرمکان هدف
با استفاده از روش ضرایب تغییرمکان، تغییرمکان هدف را میتوان با استفاده از رابطه - 1 - بدست آورد:
C0 ضریب تعدیل ارتباط دهنده تغییرمکان طیفی و تغییرمکان بام سازه بوده و مقدار آن از 1/0 الی 1/5 بسته به تعداد طبقات متغیر خواهد بود. C1 ضریب تعدیل ارتباط دهنده تغییرمکان غیرخطی و مقدار محاسبه شده تغییرمکان در پاسخ خطی بوده و مقدار آن هیچگاه نباید کوچکتر از 1/0 اختیار شود.
C2 ضریب تعدیلی است که شکل هیسترزیس را در هنگام پاسخ ماکزیمم مشخص میکند. مقدار عددی آن بستگی به نوع قاب و درجه عملکرد سازه داشته و از 1/0 الی 1/5 متغیر میباشد.
C3 ضریب تعدیل دیگری است که نمایانگر افزایش تغییرمکان تحت اثر P- میباشد. برای سازه هایی که دارای سختی مثبت پس از جاری شدن میباشند، مقدار ضریب فوق را میتوان برابر با 1/0 اختیار کرد.
