بخشی از مقاله
چکیده
تحقیقات وسیع انجامشده در مورد ساختمانهای نامتقارن با در نظر گرفتن رفتار خطی بیشتر محدود به ساختمانهای نامتقارن یک طبقه هست، بنابراین نمیتوان با اطمینان نتایج حاصل از این تحقیقات را به ساختمانهای چندطبقه تعمیم داد و از طرفی دیگر مدلهای عددی پیچیده،روشی کاربردی برای تحقیق نمیباشند. ارتعاشات زمین حین وقوع زلزله می تواند به ساختمان و تاسیسات موجود آسیب شدیدی برساند. با مطالعه فهرست ساختمان ها، می توان دریافت بیشتر از نصف ساختمان هایی که در چند دهه اخیر طراحی شده اند، با پیکربندی یکنواخت که اساس طراحی اکثر آیین نامه ای زلزله می باشد، مطابقت ندارد.این مطلب موید این می باشد که سازه های نامتقارن در ارتفاع نسبت به متقارن و منظم در معرض خسارت بیشتری قرار دارند زیرا نامنظمی و عدم تقارن در ارتفاع بر روی توزیع سختی تاثیر داشته و ظرفیت سازه را تغییر خواهد داد. نیروی زلزله موثر بر ساختمان را می توان با استفاده از روش تحلیل استاتیکی معادل و یا روش های دینامیکی محاسبه کرد. در این پژوهش به بررسی دقیق ساختمان ها نامنظم در ارتفاع توسط تحلیل استاتیکی غیرخطی و همچنین دینامیکی غیرخطی پرداخته می شود. در این پژوهش ازسه ساختمان 3، 6 و 10 طبقه، فولادی با سیستم قاب خمشی، از هر کدام 6 تیپ ساختمان نامنظم در ارتفاع انتخاب شده و مورد بررسی قرار گرفته اند. در این پژوهش قاب های نامنظم در ارتفاع را با استفاده از نرم افزار OpenSees و SAP2000تحت تحلیل استاتیکی غیرخطی قرار گرفته اندو نتایجی نظیر برش پایه، جابجایی بام، جابجایی نسبی بین طبقه ای، زمان تناوب و منحنی ظرفیت هر کدام مورد بررسی و مقایسه قرارگرفته اند.
مقدمه
رفتار سازه در برابر زلزله بسیار پیچیده است و مدلسازی و پیشبینی رفتار واقعی سازه بسیار وقت گیر وغیراقتصادی هست. بنابراین دانشمندان آییننامههایی تدوین کردهاند که بتوان به کمک آن نیروهایی که در هنگام زلزله به سازه وارد میگردد با سادهسازی محاسبه نموده و سازه را در برابر زلزله مقاوم نمود. سازههای نامنظم در عمل، درنتیجهی اضطرارهای معماری، اقتصادی و کاری وجود دارد. که به سه دسته کلی نامنظمی در جرم، نامنظمی در سختی و نامنظمی در مقاومت تقسیم میشوند که در اکثر مواقع به علت شرایط معماری و کاربردی سازه، نامنظمیها بهطور همزمان در سازهایجادشده و باعث تشدید اثرات زلزله میشوند. آنچه در زلزلههای گذشته مشاهدهشده است حاکی از آن است که خرابیها در سازههای نامنظم درنتیجه اثرات نامنظمی بوده و همچنین تحقیقات نشان میدهد که تأثیرات نامنظمیهای سختی مقاومت ناچیز بوده و نامنظمی مقاومت بیشترین تأثیر را در بین سه نوع نامنظمی ایفا می کند حالآنکه در ترکیب این نامنظمیهای، نامنظمی سختی مقاومت بیشترین تأثیر را نسبت به تمامی نامنظمیها بر روی رفتار لرزهای این سازهها دارد. ساختمانهای نامتقارن در مقایسه با ساختمانهای متقارن در مقابل زلزله رفتاری با آسیبپذیری بیشتر نشان میدهند. از جهتی همیشه مواردی پیش میآید که مجبور به احداث ساختمانهای نامنظم در پلان و یا در ارتفاع هست که این نامنظمی به عوامل متعددی وابسته می باشد. بهعنوانمثال در پلان ساختمان به علت توزیع نامتقارن عناصر مقاوم یا به دلیل عدم انطباق مرکز جرم و مرکز سختی نامنظمی به وجود میآید. به دلیل آسیبپذیری زیاد این نوع سازهها، رفتار لرزهای و عملکرد این ساختمانها باید مورد ارزیابی قرار گیرد تا در آئیننامهها بتوان بهصورت دستورالعملهای مدون برای مقاصد طراحی مورداستفاده قرار گیرد.
مدلسازی
در مدلسازی مفاصل معمولا از پانل برشی برای شبیه سازی رفتار برشی مفصل استفاده میشود. رفتار برشی مفصلها شامل وقوع ترک در مفصل است که از نوع لقی1 میباشد. با توجه به اینکه در آییننامههای جدید، طراحی سازه به گونهای صورت میگیرد که از شکست دربرش اجتناب شود، شبیه سازی رفتار برشی پانلها در ناحیهای فراتر از تسلیم حائز اهمیت نمیباشد. بنابراین میتوان از رفتار لقی در منحنی استحکام صرفنظر کرد. رفتار عمومی منحنی پاسخ هیسترزیس مصالح و یا حتی عضو سازهای را میتوان در سه نوع منحنی اساسی بررسی نمود. منحنیهای پوش درواقع به نوعی، ساختار رفتاری کلی پاسخ هیسترزیس را تشکیل میدهند . منحنی استحکام این منحنیها در حالت کلی میتوانند ثابت باشند و یا در منحنی رفتاری برگشت بر روی این منحنی میتوان زوال را مدل نمود. - نقطه برگشت به یک منحنی قابل جابجا شدن و یا حتیمقیاس شدن باشد. منحنیهای اتصال که درواقع اتصال بین خمشی متوسط - R=7 - میباشند. کاربری ساختمانها از نوع منحنیهای پوش را در دو جهت مختلف برقرار میکنند. این منحنی مسکونی و بااهمیت متوسط - - I= 1 فرض شده است، همچنین
ممکن است به دلیل مدلسازی رفتارهای مانند لاغر شدگی، نرم ساختمانهای موردمطالعه در منطقه با لرزهخیزی خیلی شدگی یا سخت شدگی دارای چند قسمت باشند. زیاد - - A=0,35 و تیپ خاک از نوع II در نظر گرفتهشدهاند. ارتفاع منحنیهای انتقالی که اتصال بین دو منحنی اتصال را در باربرداری تمامی طبقات بهطور یکسان برابر با 3 متر و طول دهانهها 4,5 متر از میانه مسیر قبل از رسیدن به منحنی پوش و رسیدن به بارگذاری میباشد. بارگذاری ثقلی ساختمانها بر اساس آییننامه بارگذاری در سمت مقابل به عهدهدارند. مبحث ششم و بارگذاری نیروی زلزله بر اساس آییننامه 2800 از ویژگیهای این مدل رفتاری این است که علاوه بر زوال مقاومت و انجامشده است. سختی سیکلی که در طی یک سیکل بارگذاری اتفاق میافتد را نیز سیستم سقفها از نوع صلب2 لحاظ گردیده است، بنابراین تمامی در نظر میگیرد. این رفتار که از آن بهعنوان زوال درون سیکلی یاد نقاط روی یک طبقه با یکدیگر حرکت میکنند و درنتیجه هیچگونه میشود در ناحیهای که شیب خط نمودار بار- تغییر شکل منفی نیرو و تغییر شکل محوری در آنها ایجاد نخواهد شد. در مدلهای است، قابل مشاهده است. شکل - - 2-3، تأثیر زوال سختی و مقاومت مختلف در کلیه طبقات از یک نوع تیپ و ستون استفادهشده است. از سیکلی را نشان میدهد. مدل کردن دیوارهای داخلی صرفنظر شده است البته باید به این
در محدوده تحلیلهای دوبعدی بمنظور شبیه سازی رفتار غیرخطی نکته توجه داشت که اثر دیوارها در بارگذاری لحاظ شده است. بتن از مدل پلاستیسیته متمرکز که مشابه تحقیق صورت گرفته مشخصات مصالح مصرفی و مشخصات بارگذاری به ترتیب در جداول توسط هسلتون [6] میباشد، استفاده شده است. در ارتباط با این شماره - 1 - و شماره - 2 - و - 3 - آمده است. خاک مورداستفاده در روش چند نکته قابلذکر است. - الف - از مدل پلاستیسیته متمرکز شکل - 1 - نشان دادهشده است. پلان سازههای موردمطالعه در بهمنظور شبیهسازی رفتار غیرخطی استفادهشده است. - ب - از شکلهای - 1 - تا شکل - 2 - نشان دادهشده است. کالیبراسیون مدل بهمنظور تعیین مشخصات غیرخطی و مودهای زوال تعیینکننده برای فروریزش جانبی استفاده شده است. در روش بکار گرفته شده توسط هسلتون از اجزا تیر- ستون الاستیک به همراه مفصلهای پلاستیک برای مدلسازی ستونها استفاده شده است. تحقیق صورت گرفته توسط هسلتون و دییرلین در سال 2007 نشان داده است که در تغییر شکلهای کوچک و همچنین در تغییر شکلهایی در حدود فروریزش سازه، این نوع مدلسازی نتایج واقع بینانهتری در مقایسه با مدل فایبر را میدهد.
شکل1 قابهای مورداستفاده نامتقارن در ارتفاع تیپ 4
پیشینه تحلیل بار افزون تحلیل استاتیکی بار افزون بر مبنای تئوریکی مشخص قرار ندارد و بر این اساس استوار است که پاسخ سازه را میتوان با پاسخ سیستمیک درجه آزادی با مشخصههای معادل شده شبیهسازی نمود. این فرض منجر میگردد که پاسخ سازه، تنها وابسته به یک مود تغییر شکلی - شکل مود اول ارتعاش - بوده و شکل آن در طول زمان تحلیل ثابت باقی بماند. البته هرچند هر دو فرض یادشده ممکن است نادرست به نظر برسد، اما تحقیقات گسترده در طول چند دهه اخیر نشان داده است که برای سازههایی که مود اول نوسان بر پاسخ آنها قالب بوده تخمینهای خوب و مناسبی از مقاومت 28 روزه بتن 210 ماکزیمم بازتاب سیستم به کمک این تحلیل به دست میآید.[4]
برای مقایسه تحلیل استاتیکی و دینامیکی در سازههایی با پلان عرضی نامتقارن، تعداد 3 تیپ ساختمان فولادی در ارتفاع مختلف 3، 6 و10 جرم واحد حجم 240 طبقه در نظر گرفتهشدهاند: که تمامی ساختمانها از نوع قاب
جدول 2 مشخصات مصالح مصرفی ساختمان فولادی
بایستی دقت نمود که همواره بین وزن واحد حجم - - w و جرم واحد حجم - M - رابطه زیر برقرار است:
- 1 - ضریب پواسون بتن با استفاده از آزمایش به دست میآید و عددی مابین 0/15 تا0/20 میباشد. در تیرها از مفصل M3 و در ستون ها از مفصل PM2,M3 استفاده شده است.
جدول 3 مشخصات بارگذاری ساختمانهای موردمطالعه
جدول 4مقاطع تیر و ستون های سازه های سه طبقه
جدول 5 مقاطع تیر و ستون های سازه های شش طبقه
نتایج تحلیل و تفسیر
جدول - 6 - مقایسه زمان تناوب در سه مد اول هر دو نرمافزار SAP2000 و OpenSees
جدول - 7 - مقایسه جابجایی نسبی بین طبقهای هر دو نرمافزار SAP2000 و OpenSees
مقایسه جابجایی نسبی بین طبقه ای
جدول - 8 - مقایسه برش پایه و تغییر مکان بام برای هر دو نرمافزار هر دو مقایسه زمان تناوب سه مد اول هر دو نرمافزار
مقایسه برش پایه و تغییر مکان بام برای هر دو نرمافزار
