بخشی از مقاله
چکیده
در طی سالهای اخیر، استفاده از دیوار برشی فولادی به عنوان یک عضو مقاوم سازهای در ساختمانها استفاده شده است. بهطور کلی یک دیوار برشی فولادی از یک ورق فولادی، دو ستون مرزی و تیرهای افقی تشکیل شده است. این سیستم در کشورهای کانادا، انگلیس، ژاپن و امریکا بسیار مورد استفاده قرار میگیرد و به دلیل داشتن شکل پذیری بالا داری خاصیت اتلاف انرژی بالایی است و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه است.
تاکنون مطالعات زیادی در رابطه با دیوار برشی فولادی سخت نشده انجام شده، اما تحقیقات کمی در رابطه با تأثیر نامنظمی سیستم دیوار برشی فولادی در ارتفاع بر نیروی برش پایه و دریفت بام صورت گرفته شده است، لذا در این تحقیق به منظور بررسی نیروی برش پایه و دریفت بام سیستم مهاربندی ناپیوسته با استفاده از نرمافزار SAP2000 و تحلیل استاتیکی غیر خطی با دو الگوی بار مثلثی و یکنواخت مدلهای 4، 8 و 12 طبقه با سه آرایش نامنظمی بررسی شدند. نتایج نشان داد دریفت بام در مدل منظم 4 و 8 طبقه کمتر از مدلهای نامنظم است و در 12 طبقه دریفت مدل منظم بیشتر از مدلهای نامنظم است. نیروی برش پایه در مدلهای نامنظم کمتر از مدلهای منظم بود.
-1 مقدمه
در خلال سه دهه گذشته، از دیوار برشی فولادی به عنوان یک سیستم مقاوم در برابر بار جانبی که دارای عملکرد لرزهای مناسبی میباشد، در طراحی و تقویت ساختمانهای بسیاری استفاده شده است. دیوار برشی فولادی شامل تعدادی ورق فولادی است که توسط تیرها و ستونها احاطه شده است. به بیان سادهتر این دیوار شبیه یک تیر ورق طره فولادی میباشد که ورق، ستونها و تیرهای آن به ترتیب مشابه جان، بالها و سخت کنندههای آن میباشند .[1] این سیستم در ساختمانهای متوسط تا بلند کاربرد زیادی دارد.
ظرفیت این سیستم میتواند با افزایش ضخامت صفحه و یا گنجاندن سختکننده در صفحه افزایش یابد که مورد اول غیراقتصادی میباشد .[2] هدف از انجام این تحقیق به دست آوردن نیروی برش پایه و دریفت بام مدلهای نامنظم و مقایسه نتایج با مدلهای منظم است، برای این منظور مدلهای 4، 8 و 12 طبقه با چهار دهانه 5 متری با ارتفاع ثابت طبقات 3 متر و 3 تیپ نامنظمی با دو الگوی بار مثلثی و یکنواخت تحت تحلیل استاتیکی غیر خطی مورد بررسی قرار گرفت.
-2پیشینه تحقیق
تحقیق در مورد دیوار برشی فولادی از سال 1931 شروع شد و حدود 1970 تحقیقات گسترده در رابطه با این سیستم شروع شد. یامادا - 1992 - 1 آزمایشهای تناوبی برروی دیوارهای برشی فولادی و مرکب را گزارش نمود. نمونهها تحت اثر بار یکنواخت در جهت قطری خود قرار گرفتند. شکل گسیختگی نیز به شکل شکست کف در قابهای صلب مرزی بود. رفتار نمونههاکاملاً شکل پذیر بوده و میدان کششی نیز در طول قطر شکل گرفت .
الگالی و کیسیز - 1993 - 2 تحقیقاتی را بر روی سه نمونه دیوار برشی فولادی در مقیاس یک چهارم انجام داد. الگالی متوجه شدند که تغییرات زاویه - - از 38 تا 45 درجه اثر کمی بر سختی اولیه و اختلاف 5/1% درصدی روی مقاومت نهایی دارد .[4] یامادا و همکاران - 1996 - نتایج آزمایشهای تناوبی و یکنواخت را بر روی 14 دیوار برشی صفحهای فولادی گزارش نمودند. تمام نمونهها فشردگی را در حلقههای هیستریزیس به دلیل کمانش میدان فشاری از خود نشان دادند
توری و همکاران - 1996 - 3 نیز کاربرد دیوارهای فولادی با تسلیم پایین را در ساختمانهای بلند مرتبه مطالعه نمود .[5] آستانه اصل - 2001 - یک تحقیق جامع در تألیف جزئیات تحلیل و طراحی دیوارهای برشی فولادی انجام داد. هر دو پانل سخت شده و سخت نشده بهوسیله این محقق مورد آزمایش قرار گرفت. او پیشنهاد کرد که ورقهای توپر بهصورت بدون سخت کننده استفاده شود مگر اینکه در جایی نیاز به تعبیه بازشو باشد
توپکایا و کوربن - 2009 - 4 زمان تناوب طبیعی سیستم دیوار برشی فولادی را تحقیق و بررسی کردند. در این تحقیق مشاهده شد که اثر کمانش ورقهای توپر در طول طراحی را میتوان نادیده گرفت. به طور میانگین افزایش 17 درصدی در زمان تناوب طبیعی سیستم در اثر کمانش در این تحقیق مشاهده شد.[7] قلی پور و علی نیا - 2016 - برروی رفتار سازهای چند طبقه با عرض دهانههای متفاوت کار کردند. آنها بر روی الزامات طراحی آیین نامه AISC-341 در مورد محدودیت عرض دهانه تحقیق کردند .
-3مشخصات مدلها، نحوه مدلسازی و صحت سنجی
در این تحقیق روابط طراحی دیوار برشی فولادی و المانهای مرزی دیوار برشی فولادی - تیر و ستون - طبق دیدگاه آییننامه AISC341 آمریکا انجام شد و روند مدلسازی دیوار برشی فولادی در نرم افزار SAP2000 توسط 10 نوارصرفاً کششی دو سر مفصل مدل سازی شد.
قابهایی 4، 8، 12 طبقه با چهار دهانه 5 متری و ارتفاع 3 متر و عرض باربر 3 متر که یک بار به صورت ممتد با دیوار برشی فولادی سخت نشده مهاربندی شدهاند و بار دیگر سه مدل با آرایشهای مختلف دیوار برشی فولادی که به صورت ناپیوستگی درون صفحهای قاب فولادی در ارتفاع مهاربندی شدهاند برای سازه در نظر گرفته شده است، به منظور درک تأثیر ناپیوستگی سیستم دیوار برشی فولادی در ارتفاع ابتدا مدلهای منظم و پیوسته مورد بررسی قرار گرفتند و در مرحله بعد با تغییر مکان دیوار برشی در دهانهها مدلهای متعددی مورد بررسی قرار گرفت.
در این تحقیق سعی شده است که مدلهای نامنظم در ارتفاع که تا حدودی استفاده از آنها منطقی است مورد بررسی قرار گیرد و بر این اساس تعداد مدلهای ناپیوسته و نامنظم محدود شده است. در ادامه مدلهای مورد بررسی 4 طبقه به عنوان نمونه به نمایش گذاشته شده است، نامنظمی مدلهای 8 و 12 طبقه نیز مانند شکل - 1 - میباشد. در مدلهای مورد بررسی منظور از حروف A،B،C به ترتیب مدلهای چهار طبقه، هشت طبقه و دوازده طبقه میباشد. دیوار برشی فولادی توسط نوارهای دو سر مفصل صرفاً کششی با زاویه 40 درجه مدل سازی شدند. ضخامت دیوار برشی فولادی برای طبقات 4، 8 و 12 طبقه به ترتیب 3، 4 و 5 میلی متر است، نوع فولاد قاب خمشی و دیوار برشی فولادی ST37 میباشد.
شکل 1 مدلهای منظم و نامنظم 4 طبقه
بارگذاری ثقلی مدلها براساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان انجام شد. بار مرده طبقات 500 کیلوگرم بر مترمربع و بار زنده طبقات 200 کیلوگرم بر مترمربع در نظر گرفته شد.[9] بارگذاری زلزله براساس آیین نامه طرح ساختمانها در برابر زلزله استاندارد 2800 ویرایش چهارم انجام شد. ساختمان در محلی با خاک نوع سوم و خطر زلزله زیاد ساخته شده است .
برای صحت سنجی، نمونه کار آزمایشگاهی درایور مورد بررسی قرار گرفت. در شکل 2 مشخصات مقاطع به کار رفته و ضخامت دیوار برشی فولادی قابل مشاهده است .
