بخشی از مقاله
چکیده
افزایش نامعینی در سازه، باعث عملکرد مطمئنتر آن هنگام زلزله شده و به ما اجازه میدهد ضریب رفتار بزرگتری را برای سازه در نظر بگیریم. تحقیقات نشان میدهد اگر برای تحمل نیروی زلزله در یک راستا از سازه، تعداد عناصر مقاوم جانبی کم باشد - درجه نامعینی کافی برای تحمل نیروهای جانبی وجود نداشته باشد - ، توانایی سازه در هنگام زلزله برای رسیدن به عملکرد مطلوب در جذب انرژی و تامین شکلپذیری کاهش می - یابد. به همین منظور در آیین نامههای لرزهای پارامتری به نام ضریب نامعینی سازه تعریف شده که با نشان داده میشود.
بر مبنای ضوابط جدید استاندارد ًًٍَ، در ساختمانهای بیش از َ طبقه نیروی برش پایه در هر یک از امتدادهای اصلی ساختمان باید در ضریب نامعینی مربوط به آن امتداد ضرب شوند، که این ضابطه بسته به نوع طراحی سازه میتواند منجر به افزایش نیاز لرزه ای گردد. در این مطالعه، به اختلاف نتایج مربوط به ضوابط دو ویرایش سوم و چهارم این استاندارد پرداخته شده است. نتایج حاصل بیانگر آن است که در سازههای متعارف َ تا َ طبقه نتایج طراحی توسط دو ویرایش دارای اختلاف قابل ملاحظه و در سازههای بلندتر اختلافی بین طراحی در دو ویرایش مشاهده نخواهد شد.
کلمات کلیدی:ضریب نامعینی، سازههای فولادی مهاربندی، ضریب رفتار، جذب انرژی، اعتماد پذیری
1 -مقدمه
عملکرد ضع یف توام با خراب ی اتصالات ترد در بس یاری از ساختمان - ها،پسازوقوعزلزلههای مخرب ٌُُُ نورث ریج و ٌُُِ کوبه ژاپن باعث شد مفهوم نامعینی در سازههاموردبازنگری قرار گرفته و مورد توجه جد ی محققان قرار گیرد. برای نخستین بار مشکلات مربوط به تعریف، بیان کمی و تخم ین اثر درجه نامع ینی در سازه هاتوسطفروتاوهمکارانشموردبررسی قرار گرفت؛ آنهااین پارامتر را به صورت آماری ارزیابی کردند. انگ و تنگ سیستمهایی با نامعینی صفر را به ا ین صورت که در آنهااحتمالخرابییک عضو معادل احتمال خرابی کل سازه میباشد، تعریف کردند. برترو از مفهوم درجه نامعینی که برابر تعداد مفصلهای پلاستیک بوجود آمده در هنگام فروریزش سازه م یباشد استفاده کرد.
نتایج آنهاحاکی از آن بود که ضریب کاهش نیروی زلزله ناشی از نامعینی مستقل از شکلپذیری و اضافه مقاومت نمیباشد .پس از تحقیقات به عمل آمده توسط دانشمندان مهندس ی زلزله،ضریبنامعینی به عنوان یک پارامتر جداگانه که وابستگی نیروی زلزله را بامیزان نامعینی در سازه بیان میکند؛ به آییننامههای معتبر دنیا اضافه شد. در ایران اولین بار سال ٌََُ در ویرایش چهارم آییننامه طراح ی ساختمان - هادربرابرزلزله،بهاینموضوع پرداخته شد. اهمیت موضوع به ا ین خاطر است سازه به میزان درجه نامعینی قابلیت ایجاد مفصل در خود را دارد.
این مفصلی شدن پروسهای استکهدرآن به مقدار زیادی انرژی زلزله مستهلک میشود . هر سازه بهمیزان درجه نامعینی خود، قبل از اینکه ناپایدار شود، توانایی استهلاک انرژی درخود رادارد. پس اگر دو سازه داشته باشیم که هر دو دارا ی مقاومت جانبی برابر باشند، سازهای که درجه نامع ینی بیشتریدارد، اصطلاحاً قابل اطمینانتر است.در این مقاله به مطالعه و بررسی عملکرد لرزهای ساختمانهای فولاد ی مهاربندی شده با توجه به تعداد دهانه مهاربندی شده و ضریب نامعینی تعریف شده مطابق ضوابط جدید ویرایش چهارم استاندارد ًًٍَ و ارائه راهکارها ی لازم به منظور دستیابی به طراحیهای مناسب پرداخته شده است.
2 -محاسبات و تحلیل سازهها
بارهای ثقلی سازه از جمله بار مرده ، زنده، برف و... در دو سازه مقایسه شده کاملا یکسان در نظر گرفته میشود . بار زلزله با رعا یت ضوابط آ ییننامه طراحی ساختمان در برابر زلزله استاندارد ًًٍَ ویرایش چهارم به کمک روش استاتیکی معادل محاسبه و برا ی نرم افزارتعریف شد ه است. تنها ضر یبنامعینیRho را برای هر سازه در دوحالت ویرایش سوم و چهارم استاندارد در نظر گرفته و نتایج مقایسه خواهند شد. سازههای بررسی شده منظم در ارتفاع و پلان طراحی شده اندتاپارامترهای تاثیرگذار روی نتا یج مقایسه محدود گردند. برای مقایسه بهتر در جدول ٌ خلاصه همه ضرا یب محاسبه شده در این آورده شده است.
3 -طراحی سازهها
برای طراحی سازهها از آخرین ویرایش آییننامه طراحی سازه فولادی آمریکا استفاده و همچنین بهینهترین مقاطع که اجرای آن امکانپذیر است برای برنامه تعریف شد. به منظور مقایسه نتایج طراحی در دوویرایش سوم وچهارماستاندارد ًًٍَ،در تحلیل نامعینی با استفاده از ضریب Rho،وزن فولاد مصرفی بعد از تحلیل و طراحی توسط نرمافزار ایتبس از نتایج طراحیها استخراج و با یافتناختلافوزن و نسبتشان، مقایسهانجامشد . خروجیهای مورد نیاز را به تفکیک از ایتبس بدستآورده و میانگیننسبت - هایوزنیفولادمصرفبرایزمیننوع II و نوع III در جدول - ٍ - و جدول - َ - آورده شده است. در شکل - ٌ - و شکل - ٍ - نمودار تغییرات این نسبت رسم شده است.
4 -مطالعه موردی
به منظور بررسی بیشتر ضر یب نامعینی در سازه هاوعواملمختلفی که ممکن است در ضریب نامعینی تأثیرگذار باشند و یافتن سیستمها و روشها ی بهینه-ای که بتواند اعتمادپذ یری به سازه را افزا یش دهد، تصمیم بر آن شد تا یک سازه َ طبقه در زمین نوع III و در پهنه با خطر نسبی خیلی زیاد به عنوان سازهای پرکاربرد و بحرانی در کشور مورد مطالعه و برآورد کاملترقرارگیرد. در جدول - ُ - به تفکیک سیستمهای مختلف ابتدا ضرا یب زلزله محاسبه شده و بعد از طراح ی و یافتن وزن فولاد، نسبت شانمحاسبهشدهاست. درنهایتیک سیستم بهینه برای کنترلهای بیشتر در ادامه انتخاب گردید برای کنترلهای بیشتر لازم است سیستم بهینه ای -از منظر اقتصادی-که شامل بند ضریب نامعینی در ویرایش جدید باشد را انتخاب نماییم. برای همین سیستم قاب ساختمانی مهاربندی را که اقتصادیترین مقطع را داده و همچنین ممکن شامل بند ضریب نامعینی شود را انتخاب میکنیم.
سوال: روند کاهشی مقاومت جانبی بعد از عملکردنامطلوبمهاربندها به چه صورت است؟
اگر نیروی جانبی زلزله را به صورت یک بار استاتیکی - در یک لحظه خاص - در نظر گرفته شود، هر دهانه مهاربند شامل یک مهاربند است که در کشش عمل کرده و یک مهاربند که مقداری از نیروی زلزله را به صورت فشاری تحمل میکند. در صورتی که بتوانیم نسبت تحمل نیروی جانبی زلزله به صورت استاتیکی را در هر یک از مهاربندهای کشش و فشاری بیابیم، خواهیم توانست نسبت وزنی که هر یک از مهاربندها از نیروی جانبی زلزله تحمل میکنند را در چندین دهانه یافته و محاسبه نموده و ببینیم آیا با حذف یک مهاربند یا اتصال آن، ََ درصد مقاومت جانبی طبقه کاهش می - یابد؟
به عنوان مثال در شکل - َ - فرض نماییم ًْ درصد بار جانبی زلزله توسط مهاربندهای کششی جذب شده و ًَ درصد باقی مانده توسط مهاربند فشاری تحمل میشود. حال اگر یک دهانه مهاربند در هر طرف مرکز جرم داشته باشیم و یکی از مهاربند ها دچار مشکل شوند، َِ درصد مقاومت جانبی از بین میرود، پس با یک دهانه مهاربند حتماً سازه شامل بند درجه نامعینی میشود. در صورتی که سازه دارای دو دهانه مهاربند در هر طرف مرکز جرم باشد و یکی از مهاربندها با مشکل مواجه شود، تقریباً ِ؟ٌْ درصد از مقاومت جانبی طبقه کاسته میشود و سازه شامل بند درجه نامعینی نخواهد شد.
حال آنکه همه این مسائل با وجود نظم کامل سازه و در شرایط ایدهآل بدست آمده است و برای سازه های نامنظم با وجود پیش بینیها باید روشی دقیقتر و همراه با محاسبات کامپیوتری اتخاذ شود]ِ.[یکی دیگر از سازوکارهایی که میتوان برای کنترل تغییرات مقاومت جانبی استفاده نماییم به این صورت است که نسبت تقاضا به ظرفیت را کنترلکنیمتغییرات. این نسبت مشخصاً عکس نسبت مقاومت جانبی باقی مانده در طبقه است که این مقدار در برنامه به صورت دقیق محاسبه خواهد شد6]،.[7 اما چرا؟اگر فرض نماییم تغییرات زمان تناوب اصلی به اندازه ای ناچیز باشد که تقاضای مقاومت جانبی ثابت باقی بماند، در هر صورت ظرفیت مقاومت جانبی به یک نسبت قابل توجهی کاهش پیدا میکند. اگر نسبت
