بخشی از مقاله
خلاصه
ایده استفاده از دیوار برشی فولادی، بهعنوان یک سیستم مقاوم در برابر بار جانبی در طراحی و تقویت ساختمانها، بیش از سه دهه است که موردتوجه پژوهشگران و طراحان قرارگرفته است. دیوارهای برشی فولادی که به دو صورت جدار نازک و تقویتشده کاربرد دارند یک سیستم ابتکاری برای مقاومت در برابر بارهای جانبی باد و زلزله میباشند و در دهههای اخیر نوع جدار نازک آن موردتوجه محققین قرارگرفته است .
با توجه به عملکرد مطلوب این نوع سیستم باربر جانبی ازجمله سختی بالا، شکلپذیری خوب و توان اتلاف انرژی زیاد میتوان از این سیستم در مقاومسازی سازههای غیر ایمن بهره جست. در این تحقیق ضرایب شکلپذیری و رفتار مدلهای 4، 8 و 12 طبقه با استفاده از نرمافزار SAP2000 و تحلیل استاتیکی غیرخطی با سه الگوی بار مختلف موردبررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که الگوی بار مثلثی کمترین و الگوی بار یکنواخت بیشترین ضرایب رفتار و شکلپذیری را نشان میدهند.
.1 مقدمه
برای مقاومت در برابر بارهای جانبی ناشی از باد و زلزله، تاکنون سیستمهای سازهای مختلفی پیشنهادشده و بکار رفته است، که از آن جمله میتوان به سیستم قاب خمشی، انواع دستگاههای مهاربندی و دیوار برشی بتنی اشاره نمود مهندسین و محققین همیشه در پی یافتن سیستم سازهای ایده آل برای مقاومت در برابر بارهای جانبی باد و زلزله میباشند. یکی از این سیستمها استفاده از دیوار برشی میباشد که برای مقابله با نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمانها، بهویژه در ساختمانهای بلند در سه دهه اخیر مطرح و مورد توجه قرارگرفته است .
تحقیق در مورد دیوار برشی فولادی از سال 1970 میلادی بهصورت گستردهتری شروع شد. بعد از آن مطالعات تحلیلی و آزمایشگاهی فراوانی انجام شد زیرا ثابت شد که دیوارهای برشی فولادی که بهدرستی طراحی شده باشند میتوانند در برابر بارهای جانبی بهخوبی عمل کنند و از نظر اقتصادی نیز مقرونبهصرفه باشند. دیوارهای برشی فولادی، هم بهصورت سخت شده و هم بهصورت سخت نشده در سازههای بلند مورد استفاده قرارگرفتهاند.
در حالت سخت شده با استفاده از سختکنندههای طولی و عرضی از کمانش کلی ورق فولادی جلوگیری میشود. این مدل از دیوار برشی بیشتر مدلسازی نوع فولادی از دیوار برشی بتنی است. اما اساس ایده دیوارهای برشی فولادی نازک که در دو دهه اخیر بهطور جدی مورد توجه قرارگرفته است بهرهگیری از جذب انرژی فراوانی است که در اینگونه دیوارها به هنگام ورود سازه به رفتار غیرخطی صورت میپذیرد .
آئیننامههای مهندسی بهمنظور طراحی سازهها، از روش تحلیل پوش آور برای تخمین رفتار سازه در برابر زلزله استفاده میکنند. این روش بهصورت یک سری تحلیل گامبهگام است. در هر گام از این تحلیل، کاهش سختی اعضا در اثر ایجاد مفاصل پلاستیک در اثر بارگذاری در تحلیل گام بعدی در نظر گرفته میشود. در این روش بار جانبی ناشی از زلزله با یک الگوی بار مشخص بهتدریج و بهصورت فزاینده برسازه اعمال میشود تا جایی که تغییر مکان نقطه کنترل تحت بار جانبی به مقدار مشخصی که تغییر مکان هدف نامیده میشود برسد. بهعبارتدیگر تغییر مکان هدف نمایانگر حداکثر جابهجایی است که سازه در طی زلزله طراحی تجربه میکند.
.2 پیشینه پژوهش
در اوایل دهه ی80 میلادی با آغاز تحقیقات پایه ی محققینی چون Thorburn [ 3] و Timler , Kulak [4]و ارائه ی مدل تحلیل نواری توسط این محققین، استفاده از دیوار برشی های فولادی بدون سخت کننده به سبب مقاومت فراکمانشیقابل توجهِ این سیستم نظر پژوهشگران زیادی را به خود جلب نمود و بر اساس همین تحقیقات پایه آیین نامه های فولاد کانادا و آمریکا ضوابطی را برای تحلیل و طراحی SPSW ارائه نمودند.
با ادامه ی پژوهش ها در سالهای1991و [ 5] Roberts 1992صبوری و قمی[6 ]روش تحلیل و طراحی دیگری را تحت عنوان اندرکنش قاب و ورق فولادی PFIمطرح نمودند. بر اساس روش PFI دو عنصر قاب فولادی و ورق درونی هر کدام به تنهایی ارزیابی و تحلیل می گردد، سپس با استفاده از اصل جمع آثار قوا رفتار کلی سیستم پیش بینی می شود. لازم به توضیح است که در این روش سیستم دیوار برشی فولادی تحت اثر بار برشی قرار دارد که بعدها خرازی با بررسی نیروی خمشی وارده به سیستم در سازه های بلند روش مذکور را توسعه داده و با اصلاح روابط ارائه شده در روش PFI ، روش اندرکنش قاب و ورق اصلاح شده یا M-PFI را ارائه نمود.
در سالBerman , 2003 Bruneau [8]استفاده از روش آنالیز پلاستیک بر روی دیوار برشی فولادی را مطرح نمودند، اگرچه این روش قادر به پیش بینی جابجایی سیستم دیوار برشی فولادی نبود ولی به خوبی ماکزیمم مقاومت برشی سیستم را محاسبه می نمود. پس از آغاز تحقیقات بر روی دیوار برشی های فولادی دارای بازشو توسط صبوری قمی در سال1992 محققین ضرایب کاهشی متعددی را ارئه نمودند که با اعمال آنها در روابط روشهای مدل نواری، PFI و آنالیز پلاستیک، کاهش سختی و ظرفیت باربری ناشی از وجود بازشوها قابل پیش بینی می گردید. از جمله ی این ضرایب کاهشی و اصلاحی می توان به ضرایب پیشنهادی Vian [9]اشاره نمود که تاثیر وجود RBS یا کاهش مقطع تیر، مفاصل پای ستون و وجود بازشوهای دایره ای شکل بر روی ورق فولادی را در روابط روش آنالیز پلاستیک اعمال می نمود. در این مقاله نیز به جهت تشابه نمونه ی آزمایشگاهی مورد تحقیق و نمونه ی مطالعه شده توسط Vian از روابط پیشنهادی این محقق در محاسبات آنالیز پلاستیک استفاده شده است.
.3 مواد و روشها
در این تحقیق یا توجه به اهداف تحقیق، مدلهای 4، 8 و 12 طبقه با 4 دهانه و با ارتفاع طبقات 3 متر و طول دهانه 5 متر مدلسازی و طراحی شدند و با استفاده از آنالیز استاتیکی غیرخطی و تعریف مفاصل غیرخطی طبق نشریه 360 و دانشگاه آلبرتا برای سه الگوی بار مثلثی، یکنواخت و مثلثی- مستطیلی شکلپذیری و ضریب رفتار به دست آمد و روند خرابی مدلها طبق سه الگوی بار بررسی شد. ضخامت دیوار فولادی در مدلهای 4، 8 و 12 طبقه به ترتیب 3 ، 4 و 5 میلیمتر است. مدلهای موردبررسی در شکل.1 مشاهده میگردد که در نرم افزار مSAP17.1.2 ورد تحلیل قرار گرفته اند.
شکل-1 مدلهای موردبررسی
.4 بارگذاری و فرضیههای مدلها:
بارگذاری ثقلی براساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان میباشد. بار مرده طبقات 1400 کیلوگرم بر متر و بار زنده طبقات 500 کیلوگرم بر متر در نظر گرفته شد .[10] بارگذاری زلزله براساس آییننامه طرح ساختمانها در برابر زلزله استاندارد 2800 ویرایش چهارم انجام شد. ساختمان در محلی با خاک نوع دوم و به مشخصات زیر قرار دارد.
Ts 0.5 ، - I=1 که A شتاب مبنای طرح، Ts عددی وابسته به نوع خاک محل و I ضریب اهمیت سازه میباشد .[12] همچنین فرضیات مدل بصورت الف - در دیوار برشی فولادی از ظرفیت فشاری صرفنظر شد. ب - در مدلسازی از فولاد ST37 استفاده شد. ج - زاویه نوارها 40 درجه و تعداد آنها 10 عدد در نظر گرفته شد . د - مدلسازی دیوار برشی فولادی بهصورت دوسویه میباشد.
مدلسازی و طراحی بر اساس آییننامه AISC341 در مرحله خطی توسط نرمافزار ETABS2015 انجام شد. تحلیل غیرخطی - push over - توسط نرمافزار SAP17.1.2 و با سه الگوی بار مثلثی، یکنواخت و مثلثی- مستطیلی مدلها موردبررسی قرار گرفتند.
ضریب شکلپذیری که اغلب بهاختصار شکلپذیری نامیده میشود، از مهمترین پارامترها در خصوص طراحی لرزهای سازهها است. شکلپذیری به بیان ساده قابلیتی از یک سازه یا جزء سازهای است که مطابق آن سیستم میتواند تغییر شکلهای غیر الاستیک از خود نشان دهد، بدون اینکه تغییر شکلها منجر به انهدام سازه یا جزء سازهای گردد. شکلپذیری مربوط به تغییر مکانهای افقی یک سازه است و ارتباط مؤثری در طراحی سازه در برابر زلزله دارد و بهصورت تغییر مکان حداکثر به تغییر مکان نظیر حد جاری شدن تعریف می گردد.
