بخشی از مقاله
چکیده
بهسازی و بهبود عملکرد لرزهای سیستمهای سازهای آسیبپذیر یکی از مهمترین روشها برای کاهش تلفات احتمالی جانی و مالی ناشی از زلزله میباشد. دیوار برشی بتنی در سازه فولادی یکی از سیستمهای مرکب باربر جانبی است که نتایج رضایتبخش مطالعات تحلیلی وکارهای آزمایشگاهی مهر تاییدی بر عملکرد مناسب این سیستم میباشد که رشد روزافزون استفاده از این سیستم سازهای را سبب شده است.در این تحقیق، به معرفی و شناخت سیستم مرکب دیوار برشی بتنی محصور در قاب فولادی پرداخته شده است و با استفاده از نرمافزار اجزاء محدود ABAQUS این نوع سیستم لرزهای تحت نیروهای ثقلی و جانبی برای قرار گیری ستونهای مدفون در دیوار برشی در دو جهت متفاوت، مدلسازی شده است و عملکرد آن و نتایج عددی حاصل از تحلیل، مورد بحث قرار گرفته است.
کلمات کلیدی: دیوار برشی، ستون مدفون، بتن.
.1 مقدمه
اهمیت اثر نیروی جانبی با بالا رفتن ارتفاع ساختمان با سرعت زیادی افزایش می یابد. در ارتفاع معینی تغییر مکان جانبی ساختمان چنان زیاد می شود که ملاحظات سختی کنترل کننده طرح می گردند تا اینکه مقاومت مصالح سازه ای . درجه سختی اساسا بستگی به نوع سیستم سازه دارد . بعلاوه بازده هر سیستم خاصی مستقیما با مقدار مصالح مصرف شده ارتباط دارد.بنابراین از بهینه کردن سازه برای شرایط فضایی معینی باید با حداقل وزن حداکثر سختی حاصل شود.زلزله یکی از بزرگ ترین خطرات طبیعی برای انسان می باشد، نه تنها به لحاظ جانی بلکه از لحاظ خسارت مادی و صدمات اجتماعی، روانی و اقتصادی نیز زلزله ها بطور غیرمستقیم می توانند خساراتی به سازه های مهندسی و تأسیساتوارد آورند که عمدتاً به علت تغییر مکان و جابجایی قسمت هایی از سطح زمین فروریزی و لغزش تپه ها، روانگونگی، امواج دریا و آتش می باشند.
از آنجا که کشور ما روی کمربند لرزه آلپ هیمالیا قرار دارد یکی از فعال ترین مناطق لرزه ای جهان است بطوریکه در هفتاد سال گذشته بطور متوسط 20 زلزله در سال برخی مناطق کشور را لرزاندهو بعضاً تلفات و خسارات عظیمی ببار آورده است. بلحاظ احتمال وقوع قطعی زلزله ها در آینده، دانشگاه ها رسالت تربیت نیروی متخصص جهت مقابله با این پدیده طبیعی را بعهده دارند و هدف اصلی به حداقل رساندن ضایعات مالی و جانی با در نظر گرفتن عوامل اجتماعی، اقتصادی و روانی مسأله می باشد. علم مهندسی زلزله ساختمانها در سال 1950 میلادی همزمان با فعالیتهای گسترده بازسازی پس از پایان جنگ جهانی دوم شروع گردید. تلاشهای اولیه به منظور مقاوم سازی ساختمانها، بر اساس فرضیاتی نه چندان دقیق بر روی واکنش سازه در اثر ارتعاش زمین صورت گرفت که به دلیل کمبود ابزار تحلیل مناسب و سوابق اطلاعات کافی در مورد زلزله، روشهای ناقصی بودند.
در طی دهه 1950 سیستم قاب خمشی شکلپذیر از سیستم قاب خمشی که در آن زمان تنها سیستم مقاوم در ساختمانهای چندین طبقه بتنی و فولادی بود، منشأ گرفت و به دلیل رفتار مناسب این سیستم در برابر زلزله، کاربرد آن تا اواخر دهه 1970 ادامه یافت. در طی این مدت سیستمهای جدیدتر و کارآمدتری نظیر دیوارهای برشی و یا خرپاها برای تحمل فشار جانبی باد در ساختمانهای بلند رایج شدند و تقریباً روش ساخت به صورت قاب تنها در این ساختمانها کنار گذاشته شد.استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی بخصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به جزئیات خاصی دارد که شکلپذیری کافی قاب را تأمین نماید.
در صورتی میتوان از اجرای دقیق این جزئیات مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی بالا باشد، از لحاظ برتری میتوان گفت که دیوار برشی اقتصادیتر از قاب میباشد و این در حالی است که برای سازههای بلند قاب به تنهایی نمیتواند در این زمینه جوابگو باشد.در ساختمانسازی امروزی که تنها 20 درصد کل مخارج مربوط به هزینه در سیستم سازهای و مابقی صرف مخارج کارهای معماری و تأسیسات برقی و مکانیکی میشود، انتخاب یک سیستم سازهای مناسب که امنیت جانی و مالی افراد را دربر داشته باشد از اهمیت ویژهای برخوردار است که یکی از راههای رسیدن به چنین امنیتی استفاده از دیوارهای برشی در سازههای فولادی و بتنی میباشد.
.2 ستونهای فولادی در دیوارهای برشی
معمولاً اجرای ستونهای فولادی در دیوارهای برشی به دو روش زیر انجام میشود..2.1 ستون غیرمدفون در دیوار برشی - شکل - 1در این روش، ستونها خارج از دیوار برشی اجرا میشود که توسط برشگیرها به دیوار برشی اتصال مییابند و یا با ایجاد فاصله توسط مواد تراکمپذیر از دیوار برشی جدا میشوند. در طراحی این دیوارها، باید ستونها برای تحمل لنگر خمشی و نیروی محوری، و مقطع دیوار بتن مسلح برای تحمل نیروی برشی طراحی گردد.
مزیت این دیوارها اجرای ساده آنها میباشد ولی به دلایل زیر در ساختمانهای بلند، استفاده از آن پیشنهاد نمیشود:
-1 از آنجا که ستونهای مجاور دیوار باید نیروی محوری و لنگرخمشی وارد بر مقطع دیوار را تحمل کنند و همچنین برای بارهای ویژه کنترل شوند، لذا مقطع ستونها بزرگ و غیراقتصادی میشوند.
-2 بدلیل نیروی محوری زیاد ناشی از زلزله در ستون، ابعاد صفحه ستون افزایش مییابد.
-3 این نوع دیوار برشی را نمیتوان با نرمافزار طراحی نمود. به سبب اینکه برنامه با فرض خطی بودن کرنش، نیروها را بین دیوار و ستونها به نسبت سختی توزیع مینماید که این فرض صحیح نمیباشد.
.2.2 ستون مدفون در دیوار برشی - شکل - 2
اگر ستون فولادی در دیوار برشی مدفون گردد، میتوان تحلیل را بر اساس مشخصات هندسی مقطع تبدیل یافته انجام داد. بدین معنی که ستون فولادی میتواند معادل آرماتور در دیوار برشی عمل نماید. ستونهای مدفون درون دیوارهای برشی دارای بعد بزرگی نیستند و در اکثر موارد امکان جانمایی آنها درون دیوار برشی با عرض یکنواخت وجود دارد.اگر وجود المان مرزی در دیوار برشی الزامی باشد، ناگزیر به رعایت بعد حداقل 300 میلیمتر در دو گوشه خواهیم بود که به منظور سهولت در اجرا، این بعد در تمام طول دیوار رعایت میگردد و منجر به اجرای دیوار با ضخامت حداقل 30 سانتیمتر یکنواخت در تمام طول دیوار میشود.برای انتقال مناسب برش میان دیوار و ستون فولادی، باید برشگیرهایی روی ستون اجرا گردد.[ 11 ]
.3 تعریف مدلهای مورد بررسی:
1.3. مدل اول که در این تحقیق AW نامیده می شود، دیواربرشی بتنی به عرض8 سانتی متر است که در یک قاب فولادی که تیروستون آن از پروفیل فولادی نوعIPE8 استفاده شده محصور می باشد ستونهای فولادی از سمت جان پروفیل فولادی به دیوار بتنی متصل شده اند. پس از مدل سازی وتحلیل مشخص شدکه ظرفیت باربری مدل AW به میزان 138 درصدنسبت به مدل دیوار برشی بدون قاب فولادی افزایش یافته است.
2.3.BW مدل دوم این تحقیق است که همان دیواربرشی بتنی مورداستفاده در مدلAW دراین مدل نیز استفاده شده پروفیل فولادی مورد استفاده درقاب فولادی همان مشخصات مدلAW را داراست بااین تفاوت که درمدل BW ستونهای فولادی از سمت بال پروفیل فولادی به دیوار بتنی متصل است که پس از انجام مراحل تحلیل مدل، نمودار نیرو-جابجایی نشان دهنده افزایش 168 درصدی ظرفیت باربری مدلSW نسبت به مدل دیواربرشی بتنی بدون قاب فولادی است.
.3.3 نحوه بارگذاری:
همان طور که در نمایش شماتیک نحوه بارگذاری بر روی دیوار برشی در شکل3 مشاهده می شود بارثقلی بر روی دیوار به شکل بار گسترده وبه صورت استاتیکی می باشد. بار جانبی نیز به صورت بار گسترده معادل به روش بار افزون اعمال می شود. شرایط تکیهگاهی بصورت گیردار با قیود در تمامی جهات میباشد.
