بخشی از مقاله
تاثیر بادبند فلزی در سازه ھای بتنی
چکیده
برر سی زلز لهھاي گذ شته در ک شور ن شان داده که ب سیاري از ساختمانھاي بتن آرمه در برابر زلزله مقاومت کافی را ندارند.
روشهاي مختلفی براي تقویت سازه بتن آرمه وجود دارد از جمله : دیوار برشی
و بادبند فلزي، ورق پوش کردن،پس تنیدگی و میانقاب ھا.که در بین این روشها
Ç ستفاده از بادب ند ف لزي م تداول تر ا ست و گا ھاٌ قاب خم شی به ھ مراه دیواربرشی وبادبند فلزي به کار میرود.
با افزایش مساحت بادبند مهار نیروي برش توسط قاب کاھش پیدا میکند و بعد از حد مشخصی نقش خاصی در جذب نیروي برشی زلزله ندارد، پس بررسی رفتار سازهھا ضروري است.
رفتار بادبند و قاب در طبقات پایین تقریبا مشابه بوده و جذب برش زلزله توسط ھر یک در طبقات پایین و میانی تقریبا برابر است.
به من ظور برر سی رف تار ترکی بی د یوار بر شی بادب ند ف لزي و ا ثرات م ساحت بادبند بر روي رفتار سازه بتنآرمه و درصد برش جذب شده و تغییر مکان جانبی سازه ، در اینجا ما یک سازه بتن آرمه ده طبقه در ٤ مرحله مورد تحلیل و بررسی قرار میدھیم.
در مرحله اول قاب خمشی تنها، مرحله دوم قاب و دیوار برشی و مرحله سوم قاب به ھمراه دیواربرشی و بادبند فلزي.
استحکام و پایداري ساختمان به اسکلت و سازه آن وابسته است . سازه یا استراکچر ھر بنایی دو وظیفه مهم را بعهده دارد . اولین وظیفه سازه اینست که در شرایط مختلف محیطی ھمچون سرما وگرما و باد و طوفان یا سیل و زلزله بتواند بنحو احسن پایداري و مقاومت داشته و در صورتیکه محل اسکان افراد و یا تجهیزات است بتواند ایمنی جانی و مالی ساکنین خود را تأمین کند. دومین وظیفه سازه اینست که با مفاھیم کاربردي و نیازھاي معماري و زیبایی محیط اطراف ما ھماھنگ بوده و در عین خشونت و استحکام ذاتی خود انعطاف پذیري و ھمسانی داشته باشد.
کلید واژه
بادبند فلزي، ساختمان بتنی،سازه بتنی با بادبند فلزي، سازه بتنی،مهاربند فلزي.
-1 مقدمه B Nazanin 14pt ) پررنگ)
در مرحله اول قاب خمشی تنها، مرحله دوم قاب و دیوار برشی و مرحله سوم قاب به ھمراه دیواربرشی و بادبند فلزي.
براي مطالعه پارامتري ، سازه بتن آرمه که داراي ٥ دھانه ٤ متري در جهـت X و ٤ دھانـه ٣ متـري در جهـت Y میباشـد انتخـاب گردیـده است.کاربري مسکونی، بار مرده کف 650 kg/m2 ، بـار معـادل پارتیشـن 150 kg/m2 و بار زنده طبقات و بام 200 kg/m2 منظـور شـده است.گذاشـتن بادبندھا و دیواربرشی در جهـت X بـر روي محورھـاي ١ و ٥ از لحـاظ مع ماري ا یراد ندارد.محل دیواربر شی و بادب ندھا ن یز در شکل (١) مشخص گردیده است.مقاومت فشـاري بـتن (نمونـه اسـتوانهاي) f''c =2800
kg/cm2
در نظر گرفته شـده اسـت.تنش تسـلیم فولادھـاي اصـلی fy = 3000kg/ cm2 و خاموتهــا fy = 2400 kg/cm2 منظــور شــده اســت.ارتفاع طیقــات ٣ متــر میباشد.سیستم باربر جانبی در جهت X (شرقی – غربی) ،سیسـتم مخـتلط قاب خمشی فضایی ،بادبند و دیواربرشی و در جهت Y (شمالی –جنـوبی) تنها قاب خمشی فضایی میباشد. براي بارگذاري از آیین نامه ٥١٩ و ٢٨٠٠ ایران و براي طراحی اعضاي بتن آرمه ،آیـین نامـه ACI و بـراي اعضاي فولادي از آیین نامه AISC استفاده میشود.
براي محا سبه بار زلز له ،از روش شبه ا ستاتیکی آ یین نا مه ٢٨٠٠ استفاده شده است.
سقفھا صلب فرض شدهاند. نیروي زلزله تنها در جهت X و طبق ترکیب دوم (٨٧.١ (E ٧٥.٠ به سازه اعمال شده است.
آنالیز در چهار مرحله صورت میگیرد. در مرحله اول آنالیز ، قاب سه بعدي تحت اثر بار قائم و ٢٥ درصد
نیروي زلزله قرار میگیرد. در اینجا اعضاي قاب بتوانند افزودن بر بار قائم ، ٢٥ درصد نیروي زلزله را که طبق آیین نامه ٢٨٠٠ ایران توصیه میشود ، تحمل نماید( سازه .( F25 ھمچنین ، در این مرحله قاب بتن آرمه تحت بار قائم و ١٠٠ درصد نیروي زلزله قرار میگیرد( شکل 3 سازه FWI ).ھدف این دو مرحله از آنالیز این است که ابعاد دیوارھا و تیرھا و ستونها به گونهاي تعیین شوند که قاب بتوانند ٢٥درصد نیروي زلزله و دیوارھا ٧٥درصدي نیروي زلزله را تحمل نمایند تا طرح بهینه و اقتصادي باشد.
در مرحله سوم ، قاب به ھمراه دیوار برشی و بادبند ضربدري فلزي تحت اثر بار قائم و ١٠٠ درصد نیروي زلزله آنالیز شده و اثر متقابل دیوار برشی و بادبند فلزي بر روي قاب خمشی بتن آرمه بررسی شده است( شکل ٤ سازه (FWBI
در مرحله چهارم آنالیز ،قاب به ھمراه بادبند ضربدري بدون دیواربرشی تحت اثر بار قائم و ١٠٠ درصد نیروي زلزله واقع شده است و مساحت مورد نیاز بادبند فلزي براي تقویت ساختمان بتن آرمه موجود تعیین گردیده است.(شکل ٥ – سازه . (FBI
٢- حداکثر طول مقاله 25 mm
در سازه F قاب بتنآرمه ، W دیوار برشی وB بادبند فلزي میباشد.
مرحله اول :
بعد از آنالیز سازهھا ،منحنی ھاي تغییر مکان جانبی سازه در طبقات مختلف براي مرحله آنالیز در شکل (٦) نشان داده شده است در مرحله اول قاب سه بعدي تحت اثر بار قائم و ٢٥ درصد نیروي زلزله قرار گرفته است.
ھمانطور که از شکل شماره (٦) دیده میشود ، در سازه F25 قاب در مد برشی تغییر مکان داده است. بیشترین تغییر مکان در
طبقه دھم برابر ٢٣/٦ میلیمتر میباشد. مقادیر تغییر مکان و برش جذب شده توسط قالب براي این منظور محاسبه میشوند تا کمیت بادبند و یا دیوار برشی که باعث میشود قاب فقط ٢٥ درصد نیروي زلزله را تحمل کند، به دست آید. ابعاد ستونها و تیرھا در این مرحله به عنوان ملاك در مراحل بعدي به کار رفته است در این مرحله ھمچنین قاب به تنهایی تحت بار قائم و کل بار زلزله قرار میگیرد ( سازه (F100 .با توجه به شکل ٦ ،قاب بتن آرمه به صورت برشی تغییر شکل داده و تغییر مکان جانبی در طبقه دھم برابر ٩٤ میلیمتر میباشد که حدود چهار برابر با سازه F25 میباشد.
مرحله دوم :
در این مرحله قاب به ھمراه چهار عدد دیوار برشی در حالت ھای مختلف تحت بار قائم و ١٠٠ نیروی زلزله آنالیز شده و موارد زیر مورد بررسی قرار گرفته است.
شکل(٧) اثر ضخامت دیوار برشی بر روی درصد برش جذب شده توسط قاب را نشان می دھد. منظور از درصد برش جذب شده ، نسبت مقدار برشی که توسط ستونهای قاب یا بادبند در ھر طبقه تحمل می شود به کل برش وارده در ھر طبقه می باشد.
در اول سعی شد که جذب نیروی زلزله توسط قابها به اندازه ی ٢٥% باشد.اگر ضخامت دیوارھا بسیار کم منظور شود (در ھمه طبقات ٧ سانت – سازه (FW2 ،اگر چه قاب در طبقه پایین ٢٥% نیروی زلزله را
می برد ولی در بقیه طبقات جذب نیرو توسط قاب زیاد شده و تغییر مکان سازه نیز بسیار زیاد خواھد بود.
برای آنکه تغییر مکان سازه مرحله دوم با تغییر مکان قاب به تنهایی تحت اثر ٢٥% نیروی زلزله (F25) یکی شود، لازم است که ضخامت دیوارھا در پایین ٨٠ سانت و به ترتیب ھر دو طبقه ١٠ سانت کم شود و در طبقه دھم به ٤٠ سانت برسد که این ضخامت ھا اجرایی نیستند(.(FW3در این حالت اگر چه جذب نیرو ی
زلزله توسط قاب در طبقات حدودا ٢٥% است ولی در طبقه اول جذب نیرو توسط قاب حدود ٥% است(شکل٧) .
اگر ضخامت دیوارھا به صورت اجرایی و منطقی در نظر گرفته شوند (FW1) ، یعنی در پایین ضخامت دیوار ٢٠سانت و ھر دو طبقه ٥/٢ سانت برسد ، ھمانطور که از شکل (٧) مشاھده می شود سازه رفتار متعادلی از خود بروز می دھد.از آنجا که این حالت ملاک کار قرار گرفته است به شرح آن میپردازیم.
شکل (٨) اندرکنش قاب و دیواربرشی را در سازه (FW1) نشان می دھد.ھمانطور که در شکل پیداست قاب در پایین حدود ٣/١٣ % و دیوارھای برشی حدود ٧/٨٦ %از نیروی زلزله را جذب می کنند. جذب نیرو توسط قاب در طبقت دوم تا نهم بین ٣٠ تا ٦٥ % متغییر است . به علت اندرکنش قاب و دیوار ، دیوار رفتا خمشی دارد ،در بالا قاب به دیوار کمک می کند و ھمانطور که دیده می شود جذب نیرو توسط دیوار ٤٥- % است.
بدین معناست که نه تنها دیوار زلزله را جذب نمی کند بلکه تولید نیرویی در جهت نیروی زلزله می نماید.
به ھمین دلیل قاب در طبقه ذھم حدود ٥/١٤ درصد نیروی زلزله را جذب می نماید ، که چندان مناسب نیست.برای رفع این مشکل قرار بر این شد که دیوار درطبقات فوقانی قطع ردد.با این تحلیل ھا حالت زیر پدیدار گشت .(FW4)
شکل (٩) نشان می دھد که اگردیوار برشی در سه طبقه بالا قطع شود ( h*h/H = 0.7 ارتفاع طبقات قطع نشده دیوار و H ارتفاع کل ساختمان می باشد.) در ھیچ طبقه ای درصد جذب نیروی زلزله توسط دیوار برشی منفی نخواھد بود و کل زلزله در سه طبقه فوقانی توسط قاب تحمل می شود.اینروش اقتصادی تر می باشد واز لحاظ تغییر مکان نیز فرقچندانی مشاھده نمی شود.
مرحله سوم :
در این مرحله قاب به ھمراه دیوار برشی و بادبند ضربدري فلزي تحت اثر بار قائم و صد در صد نیروي زلزله قرار گرفته است و تاثیر بادبند و سطح آن بر روي رفتار یک ساختمان بتنآرمه که توسط دو عدد دیوار برشی در ھر طبقه تقویت شده است،بررسی میگردد.
در این قسمت به جاي دو عدد دیوار برشیھاي مرحله دوم ، دو عدد بادبند ضربدري در نظر گرفته شده است(شکل ٤) . در این مرحله سعی شده است که با تغییر دادن سطح بادبندھا یک بار تغییر مکان جانبی سازه با تغییر مکان بدست آمده از مرحله دوم و اول برابر گردد و در حالت دیگر جذب نیروي برشی توسط قاب در مرحله سوم و دوم یکسان شود.
نتایج آنالیزھاي متعدد نشان میدھد که اگر براي تمامی مشخصات ، سازه FW1 استفاده شود و تنها براي بادبندھاي ضربدري ،در طبقات اول و دوم از ناودانی ١٦ با مساحت ٤٨ سانتیمتر مربع و در طبقات سوم و چهارم از دو عدد ناودانی ١٤ با مساحت ٤١ cm2 و در طبقات پنجم و ششم از دو عدد ناودانی ١٢ با مساحت ٣٤cm2 و در طبقات ھفتم و ھشتم از دو عدد ناودانی با مساحت ٢٧ cm2
و در طبقات نهم و دھم از دو عدد ناودانی ١٠ با مساحت ٢٧ cm2 استفاده میشود،تغییر مکان مراحل سوم و دوم آنالیز
یکسان میشود ( سازهھاي . (FW1 ,FWB1 شکل (٧) بیانگر این مطلب است.
ھمانطور که از شکل (١٠) دیده میشود حتی اگر مساحت یادبندھا ١٠ برابر شوند ( سازه (FWB4 تغییر مکان سازه در این مرحله نمیتواند با حالت مرحله اول ( ٢٥ درصد نیروي زلزله و قاب تنها ،سازه (F25 برابر شود. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که اگر در یک سازه بتن آرمه تغییر مکان جانبی از حد مجاز تجاوز کند تا مقدار مشخصی مساحت بادبندھا میتواند موثر واقع شود و بعد از آن حد تاثیر چندانی بر روي رفتار سازه نخواھد داشت.ضمناٌ اگر بادبندي مورد استفاده قرار نگیرد ( سازه (FWB2 تغییر مکان جانبی به طور چشمگیري افزایش مییابد.
