بخشی از مقاله
چکیده
یکی از پرکاربردترین سیستمهای سازهای نوین در ساخت سازههای بلند، سیستم سازهای لولهای میباشد که تا کنون در بسیاری از ساختمانهای بلند دنیا مورد استفاده قرار گرفته است. از مزایای این سیستم توجیه اقتصادی آن نسبت به سیستمهای دیگر،عدم نیاز به ابزار و وسایل خاص برای اجرا نسبت به سایر سیستمها و همچنین ایمنی بالای این سیستم در برابر بارهای جانبی میباشد. یکی از مشکلات عمدهی این سیستم، پدیدهی لنگی برشی میباشد که در اثر تغییر مکان قائم ناهمگون ستونهای واقع بر بال سازه به وجود میآید و هر ستون داخلی نسبت به ستون خارجی خود تغییر شکل و تنش کمتری خواهد داشت. در این مقاله سعی شده است تا تأثیر هندسهی پلان سازه بر روی رفتار لرزهای سازه لولهای بلند با استفاده از تحلیل دینامیکی شبه طیفی در برنامهیETABS و درنهایت مقایسهی نمودارهای لنگی برشی و همچنین عدد فاکتور تأخیر برشی در سیستم لولهای با پلانهای متفاوت مورد بررسی قرار بگیرد. بدین منظور 6 سازهی مختلف در غالب 3 پلان متفاوت با شکلهای مربع، مثلث و ششضلعی مورد تحلیل قرار گرفتند. نتایج به دست آمده نشان داد که شکل پلان در سازه، اهمیت بسزایی در رفتار لرزهای سازه دارد، بهطوریکه مقادیر لنگی برشی به ترتیب در پلانهای با شکل مربع، مثلث و ششضلعی کاهش مییابد. سازهی با پلان ششضلعی تقرباًی در تمام طبقات دارای کمترین میزان لنگی برشی بود و سازهی مربع شکل بیشترین میزان لنگی برشی را داشت.
کلمات کلیدی: سازههای لولهای بلند، تأخیر برشی، شکل پلان سازه، رفتار لرزهای
-1 مقدمه
ساخت سازههای بلند بهعنوان یکی از پدیدههای نوظهور عصر جدید از اهمیت بالایی برخوردار است. یافتن سیستمهای بهینه برای این سازهها از منظر اقتصادی و مقاوم از منظر ایمنی، بسیار موردتوجه محققان قرار گرفته است. با ظهور سیستم سازهای لولهای در دههی 60 میلادی انقلابی در صنعت ساخت سازههای بلند ایجاد شد. این سیستم نسبت به سایر سیستمهای متداول دارای صرفهی اقتصادی فراوانی میباشد بهطوریکه مصرف مصالح در آن در مقایسه با سایر سیستمهای سازهای به نصف کاهش پیدا میکند.[1] ویژگی اصلی ساختار سیستمهای لولهای ، ستونهای خارجی با فاصلهی کم از یکدیگر در دورتادور ساختمان هستند که بهوسیلهی تیرهای عمیق به یکدیگر متصل شدهاند. این ویژگی، فرم یک اسکلت فضایی را به سازه خواهد داد که توانایی تحمل نیروی جانبی از همه طرف را دارد. در این سیستمها به دلیل انعطافپذیری تیرهای پیرامونی تغییر شکلهای برشی ایجاد میشود و باعث توزیع غیرخطی تنش در بین ستونهای یک قاب میگردد که همین امر، کاهش بازدهی این سیستم را سبب میشود. درصورتیکه میزان تأخیر برشی - Shear Lag - در این سیستمها به حداقل برسد، میتوان انتظار داشت که سازهی لولهای رفتار یک تیر طره با مقطع صندوقهای را از خود نشان دهد.[2] در ابتداییترین حالت، سیستم لولهای شامل چهار قاب صلب صفحهای عمود بر هم است، که مانند - شکل - 1 تشکیل یک محیط بسته را میدهند. قابهای هر وجه شامل ستونهای محیطی نزدیک به هم میباشند که توسط تیرهای عمیق لبهای، در تراز کفها به یکدیگر متصل میگردند. این قابهای محیطی توسط عمل لولهی طره شده - متشکل از قابهای پیرامونی - ، بدون استفاده از مهاربندهای قطری یا دیوارهای برشی داخلی، قادر به تحمل بارهای جانبی میباشد.[3] در این سازهها برخلاف مجموعههای خمشی صلب، جهت خمشی مقاومت ستونها، در راستای وجه خارجی ساختمان قرار میگیرند بنابراین، برای افزایش اینرسی مقطع ساختمان، بیشترین اعضای باربر در محیط سازه متمرکز میشوند. لذا، در بسیاری از سازههای قاب محیطی، تمامی بارهای جانبی ناشی از باد، فقط به قابهای خارجی داده میشوند . قابهای موازی جهت وزش باد، عمل جان طرهی محیطی و قابهای عمود بر جهت وزش باد، عمل بالهای آن را انجام میدهند. بخشی از بارهای وزنی قائم، توسط قابهای محیطی و بخشی توسط سازهی داخلی نظیر ستونها و یا هستهها تحمل میگردد.
شکل:1 سیستم قاب لولهای
-1-1 پدیدهی لنگی برشی در سازههای لولهای
گرچه سازههای جدارهای به شکل یک جدارهی بستهی قوطی مانند است، ولی رفتاری بسیار پیچیدهتر از رفتار یک قوطی سادهی بدون سوراخ دارد و سختی آن نیز بسیار کمتر است. در یک سازه لوله ای که تیرها و ستونهای محیطی آن بسیار صلب باشند، پانلهای جان و بال بهصورت واحد عمل نموده و در مقابل بارهای افقی، همانند یک تیر طرهای خم خواهند شد . در این صورت تمام ستونهایی که لوله را میسازند تحت کشش یا فشار محوری مستقیم خواهند بود . نهاتاًی توزیع تنش در تمام مقاطع افقی قاب لولهای بهصورت خطی خواهد بود. عملاً با توجه به محدودیتهای فنی و اقتصادی، فرضکاملاً صلب بودن اعضای قاب لولهای، دور از واقعیت بوده و قاب لولهای از حالت ایدهآل درمیآید و همانطوری که بیان شد، به دلیل انعطافپذیری تیرها و ستونهای محیطی، توزیع تنش در مقاطع افقی قاب لولهای بهصورت غیرخطی درمیآید. علاوه بر آن ستونهای محیطی، توأم با کشش و فشار، تحت خمش نیز قرار میگیرند. برای رسیدن به یک قاب لولهای که توجیه اقتصادی نیز داشته باشد، لازم است که اثر پدیدهی تأخیر برش در آن به حداقل برسد.
