بخشی از مقاله
مقدمه
یکی از مهمترین دغدغه های فکری مهندسین طراح، تعیین بدترین وضعیتی است که در طول یک زلزله مفروض ممکن است برای سازه ایجاد شود؛ چرا که تحقیقات نشان می دهد که تحت یک زلزله با شدت مفروض، ممکن است با تغییر زاویه تأثیر زلزله بر سازه، عکسالعمل سازه نیز تغییر کندلازم. به ذکر است که غالباً جهت اصلی تأثیر زلزله بر سازه در راستای رومرکز زلزله تا سازه - تصویر کانون زلزله روی زمین - می باشد]ٌ.[ بنابراین احتمال اعمال نیروی زلزله در هر جهت و با هر زاویهای به سازه امکان دارد که بستگی به جهت گیری رومرکز زلزله نسبت به سازه دارد.
Chu - 1972 - •، Amin&Singhروش - Square root of the sum of the squares - SRSS را برای برآیندگیری سه پاسخ فضائی مورد استفاده قرار دادند و کمیسیون ضوابط هستهای آمریکا، در سال آن را به عنوان روش طراحی پیشنهاد نمود. این روش بر اساس این فرض است که عکسالعمل اعضاء در اثر تحریک زلزله در دو جهت متعامد کاملاً از هم مستقل هستند که این فرض در مورد سازههای نا منظم صدق نمیکند. در ضمن روش مذکور تنها زمانی قابل کاربرد است که اصل جمع آثار قوا نیز برقرار باشد. - این روش در سال توسط رزنبلوت به منظور ترکیب مودها و بدست آوردن پاسخ حداکثر مودی به کار گرفته شده بود
· Penzien - 1975 - &Watabeیکی از ابتداییترین تحقیقات را در مورد جهت نیروی زلزله که پایه تحقیقات بعدی میباشد، انجام دادهاند. در این بررسی آمده است که مشخص نمودن محورهای اصلی در یک زلزله بستگی به راستای رومرکز زلزله دارد ولی با توجه به تصادفی بودن طبیعت زلزله این راستا به راحتی قابل تشخیص نبوده و در نتیجه جهت مولفه های زلزله نیز قابل تشخیص نمیباشد.
بر این اساس درآنالیز لرزهای ساختمانها، مولفه اصلی زلزله معمولا از جهتهای اصلی ساختمان به طور جداگانه تعیین میشود. در حقیقت، مولفه عرضی زلزله با اولین مولفه به طور هم زمان وجود دارند. آنها همچنین اهمیت یافتن پاسخ ناشی از سه مولفه تغییر مکانی زلزله را خاطر نشان کردند و خصوصیات حرکت زلزله سه بعدی را مورد مطالعه قرار دادند. آنها نشان دادند که یک جهت اصلی برای حرکت زلزله وجود دارد و حرکاتی عمود بر آن نیز بطور هم زمان اتفاق میافتد. بدین معنا که در هر زلزلهای یک دستگاه مختصات اصلی میتوان فرض کرد که جهت محور بزرگتر آن به سمت رومرکز و افقی است. جهت محور متوسط عمود بر آن و افقی و محور کوچکتر قائم و عمود بر صفحه دو محور قبلی است که مولفههای حرکتی زمین در راستای این سه محور مستقل از هم هستند و بنابراین هر محور دیگریمثلاً - محورهای مبنای سازه - مولفههای وابسته به یکدیگر خواهد داشت
Newmark - 1975 - ،دستورالعمل - max+40% - را پیشنهاد کرد. بدین معنا که بین مولفههای حرکتی، مقدار ماکزیمم اثر زلزله را با اثر مولفه دیگر زلزله جمع میکنیم تا برآیند پاسخها بدست آید. او این روش را بسیار محافظه کارانه تر از روش SRSS دانست و آئین نامههای ASCE 86-4 و ATC-96 نیز آن را به مهندسین محاسب پیشنهاد کردهاند. در ضمن هر دو، استفاده از روش SRSS را نیز مجاز میدانند
Anagnostopoulos - 1981 - • از روش NRLS - مجموع ماکزیمم یک مولفه و SRSS دو مولفه دیگر - برای ترکیب سه مولفه فضائی استفاده کرد.این - روش قبلاً در سال ٌَُّ برای ترکیب مودها به کار گرفته شده بود. - وی مقایسهای بین روشهای مختلف ترکیب فضائی و مودی انجام داد. علاوه بر روشهای SRSS و - max+30% - او به روشهای SUM - مجموع ماکزیمم دو مولفه - و NRLS و میانگینهای آنها همراه با SRSS نیز توجه داشته است. همچنین او ترکیبهای - max+40% - و - max+50% - را بررسی کرده است. او نشان داد که به علت همبستگی بین مولفههای حرکتی زمین، اثرات پاسخ اضافی در اعضای گوشه یک سازه سه بعدی ایجاد میشود. علاوه بر این، خاطر نشان نمود که تمام دستورالعملهای ترکیب فضائی فوق، مولفه های پاسخ ماکزیمم را با هم جمع میکنند تا ماکزیمم برآیند را ایجاد کند، در حالیکه مولفههای ماکزیمم همیشه در یک زمان اتفاق نمیافتند
· Smeby - 1985 - &KiureghianDer نیز با استفاده از نظریه ارتعاشات تصادفی یک رابطه مشخص برای بدست آوردن زاویه بحرانی برای حالت مولفههای انتقالی حرکت زمین با اشکال طیفی یکسان که همبستگی مناسبی بین مولفههای لرزهای داشته باشند را پیشنهاد نمودند. آنها روش خود ×را CQC3× نام نهادند - این روش، حالت کلی روش Complete quadratic combination است که توسط Elordy - 1969 - Rosenblueth×ابداع و بعداً توسط Derkiureghian - 1981 - اصلاح گردید. روش CQC برای ترکیب مولفههای مودی ناشی از زلزله تک مولفهای به کار میرود و روش CQC3 همین روش برای حرکات چند مولفهای است
· Lopez - 2001 - ، Chopra&Hernandez مطالعات در این زمینه را کاملتر کردند و صحت روابط ترکیب چند مولفهای را در مورد ساختمان یک طبقه با پلان متقارن و نامتقارن و دو ساختمان چند طبقه امتحان کردند و به این نتیجه رسیدند که قانون SRSS تا %ٌّ پاسخها را دست پایین برآورد میکند و قوانین دست بالا که این ارقام، اگرچه در مقایسه با خطاهای معمول محاسباتی چندان زیاد نیستند ولی قابل بهبود میباشند
ٍ. فرضیات و مدلسازی
در این مقاله چند سازه فولادی و بتنی با سیستم قاب خمشی با اعمال پیچش تصادفی ناشی از خروج مرکزیت اتفاقی به اندازه ِ درصد بعد ساختمان طبق ضوابط آیین نامه با تعداد طبقات و با استفاده از تحلیل استاتیکی و تاریخچه زمانی مورد مطالعه قرار میگیرد. که نیروی زلزله با تغییر زاویه های درجه بر آن اعمالمیشود سپس ماکزیمم تغییر مکان، برش پایه و نیروهای داخلی المان های هر دو سیستم را با هم مقایسه می گردد. سازهها دارای سه دهانه ِ متری در جهت x و چهار دهانه َ متری در جهت yو ارتفاع تمامی طبقات میباشد
بارگذاری طبقات به منظور طراحی مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ]ُ[، به شرح مقابل میباشد: بار مرده همه طبقات غیر از پشت بام برابر kgf/m² و در طبقه پشت بام برابر kgf/m² میباشد. بار زنده همه طبقات غیر از پشت بام برابر kgf/m²و در طبقه پشت بام برابر kgf/m² میباشد. برای تمامی مدلها A=0.35 - منطقه با خطر زلزله خیزی بسیار زیاد - ، I=1 - ضریب اهمیت ساختمان مسکونی - ، R=6 و نوع خاک III در نظر گرفته شده است. برای انجام طراحی و تحلیل مورد نیاز از نرم افزار SAP2000 استفاده شده است. تحلیلهای انجام شده شامل تحلیل استاتیکی خطی و تحلیل تاریخچه زمانی خطی با استفاده از رکورد زلزله با مشخصات ذکر شده در جدول میباشد.
جدول: مشخصات زلزلههای انتخابی
شکل : پلان سیستم قاب قاب خمشی در دو جهت
بررسی نتایج
بررسی پاسخ جابجایی طبقات
جابجایی طبقات به عنوان یکی از پاسخهای مهم در بررسی رفتار سازهها در این پایان نامه مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به این که در پایان نامه حاضر زاویه بحرانی زلزله مد نظر است، لذا در هر زاویه ورودی مقدار پاسخ ماکزیمم طبقات تحت رکوردهای زلزله برای هر دو راستای X و Y برداشته شده است. سپس مقدار برآیند جابجایی برای هر طبقه بدست آمده است. نتایج پاسخ جابجایی ماکزیمم در هر زاویه ورودی برای طبقات در شکلهای 1 الی 2برای هر دو سازه بتنی و فولادی آمده است.
