بخشی از مقاله
چکیده
ساختمانهاي بلند، ازجمله ساختمانهاي پراهمیتی میباشند که امروزه مورد توجه بسیاري قرار دارند و دلیل آن افزایش چشمگیر جمعیت و افزایش نیاز به فضاي بیشتر جهت کسبوکار و سکونت میباشد. اخراًی فرم سازهاي مهار بازویی یا کمربند خرپایی بهصورت گسترده جهت بهکارگیري در ساختمانهاي بلند موردتوجه قرارگرفته است. با توجه به اینکه با افزایش ارتفاع سازه، اهمیت اثر نیروهاي جانبی بهسرعت افزایش مییابد، لذا بررسی عملکرد این نوع ساختمانها در برابر زلزله حائز اهمیت است.
تحلیل دینامیکی فزاینده یک روش تحلیلی براي محاسبه عملکرد سازه تحت بارهاي لرزهاي است که شامل به دست آوردن رفتار یک مدل سازه اي تحت یک یا چند شتابنگاشت مقیاس شده است. در این تحقیق، دو سازه بلند با سیستم مهار بازویی 40 و 60 طبقه که بر اساس آییننامههاي ایران و ASCE طراحیشدهاند . سپس با استفاده از نرمافزار Perform-3D تحلیل دینامیکی فزاینده بر روي قابهاي موردنظر که تحت اثر هفت شتابنگاشت زلزله قرار دارد، انجام گرفت.
در این تحقیق از شاخص شدت SV - T1,5% - و شاخص خسارت نسبت بیشینه تغییر مکان نسبی بین طبقهاي - θmax - براي ارزیابی نتایج عملکرد سازههاي بلند نزدیک گسل استفاده میشود. نتایج بدست آمده از خلاصه سازي نتایج نشان داد که با افزایش پریود، سازه در مقادیر کمتري از شاخص خسارت به مرحله ناپایداري دینامیکی میرسد.
مقدمه
سیستم با کمربند خرپاي شکل اصلاحشده قابهاي مهاربندي میباشد بهعنوان یک سیستم مؤثر و ابتکاري، سیستم با مهار بازویی متشکل از یک هسته مرکزي با خرپاي بازویی افقی یا شاهتیرها یی است که هسته را به ستونهاي خارجی متصل میکند. علاوه بر آنکه ستونهایی در انتهاي مهارها جايداده شدهاند مرسوم است دیگر ستونهاي پیرامونی را براي کمک به محدود کردن چرخش مهارها با مهاربنديهاي قطري به ارتفاع یک یا دوطبقه به یکدیگر متصل کرد به آن کمربند خرپایی گفته میشود - خیرالدین و آرامش،. - 1391 شکل سیستم مهاربازویی شامل تیرهاي عمیق و سخت یا خرپاهایی است که هسته ساختمان را به ستونهاي بیرونی وصل میکند.. این پیوستگی میتواند موجب کاهش تغییر شکل جانبی براي سازه و کاهش لنگر واژگونی در هسته شود.
سیستم مهار بازویی میتواند تغییر مکان جانبی و لنگر فونداسیون را کاهش دهد بهبیاندیگر استفاده از این سیستم تغییر مکان سازه را نسبت به سیستمهاي قابی صلب و همچنین قاب مهاربندي کاهش میدهد.توسعه روشهاي تحلیلی سادهشده براي سازههاي مهار بازویی از اواسط دههي 70 میلادي آغاز گردید. تارنا که خود مبدع این سیستم بود در سال 1974 محل بهینه قرار گرفتن مهار بازویی را محلی دانست که باعث به وجود آمدن کمترین نوسان تحت اثر باد شود و یک روش ساده آنالیز براي آن بیان نمود
از چندین زلزله مشهور ﻣﺎﻧﻨﺪ زلزله نورثریج1 آمریکا ، کوبه2 ژاپن ، ازمیت ترکیه و چیچی تایوان اطلاعات بسیار ارزشمندي در مورد شناخت خصوصیات و تأثیر زلزلههاي حوزه نزدیک بر روي سازه ها به دست آمد که راه را براي مطالعه بیشتر در مورد زلزلههاي حوزه نزدیک و اثرات آنها باز کرد. یکی از اولین استفادههاي مستند از یک سیستم مهاربازویی در ساختمان تور.د.لا.بورس، در شهر مونترال کانادا بود.
این برج 47 طبقه بتنی در سال 1965 ساخته شد و از ترکیب مهاربازویی همانطور استفاده شد. یک نمونه اخیر استفاده از سیستم مهاربازویی و هسته بتونی در برج م.ان.پی در ونکوور کانادا است. این برج اداري 35 طبقه در منطقه اي کوچک و متراکم از شهر ساختهشده است. از خرپاي فولادي مهاربازویی در طبقه بام استفادهشده است که بهطور مؤثر اجازه طراحی هسته سازه با اندازه کوچکتر را میدهد .
یکی دیگر از نمونههاي قابلتوجه سیستم مهاربازویی، ساختمان ویلشر گرند در شهر لسآنجلس کالیفرنیا است؛ که ترکیبی از هسته بتنی و مهاربازویی فولادي میباشد و در سال 2017 ساختهشده است. این برج 73 طبقه از خرپاهاي مهاربازویی چندطبقه با مهاربندهاي کمانش تاب در طبقات بیست و هشتم، سیام و هفتادم براي نگهداشتن طول دیوار هستهنسبتاً کم به 30 فوت استفاده میکند
براي تحلیل مقدماتی سازه مهار بازویی، راهنماي تقریبی سادهشدهاي توسط اسمیت جهت تحلیل محل
بهینه مهار بازویی ارائهشده است. بیشتر تحقیقات ذکرشده در بالا طبیعت خمشی هستند و صلبیت ستونهاي خارجی را در سرتاسر ارتفاع سازه یکنواخت فرض می کنند. همچنین بار جانبی وارده به سازه را نیز بهصورت یکنواخت به سازه اعمال میکنند اما در همین سال این موارد توسط تحقیقات روتنبرگ و همکارانش تغییر پیدا کرد و تأثیر منفی این فرضیات را بر رفتار صحیح بازوي مهاري گزارش نمود - . - Modarres,1984 کامات دریافت که سختی سیستم با استفاده از مهار کمربند 20 تا 30 درصد افزایش مییابد و جابهجایی بام هنگامیکه مهار کمربندي در بام قرار دارد 37 درصد و هنگامی که در میانه ارتفاع ساختمان قرار میگیرد تا 61 درصد کاهش مییابد
جیانگ بهبود عملکرد لرزهاي ساختمانهاي بلند با سیستم مهاربازویی را با استفاده از جایگزینی مهاربازویی با یک سیستم جدید میرا کننده انرژي - مهاربند کمانش تاب - مهاربازویی بررسی کردند. دراین مطالعه آنها براي بررسی سیستم جدید یک مقایسهاي بین دو ساختمان بلند که یکی داراي مهاربازویی معمولی و دیگر با مهاربازویی میرا کننده انجام دادند. آنها از مدلهاي عددي دو سازه با کمک نرمافزار تجاري Perform-3D براي دریافت پاسخ سازه تحت رکورد زمین لرزه استفاده کردند. نتایج آنها نشان داد که سیستم جدید بهبود قابلتوجهی را در سازه ایجاد
میکند
در تحقیقی دیگر بابیان اینکه اثر جابجایی ماندگار در زلزلههاي نزدیک داراي اهمیت میباشد، مطالعه اي با بررسی این اثر در رفتار لرزهاي ساختمان هاي بلند بتنی تحت زمینلرزه 2011 نیوزیلند انجام دادند. نتایج آنها نشان میدهد که در تغییرات نیازهاي لرزهاي میتواند وابسته نسبت پریود اولیه سازه نسبت به پریود پالس جابجایی باشد - Jamnani et . - al,2013 مازا در مطالعهاي به ارزیابی سازه تحت زلزلهها ي نزدیک گسل با دو اثر فلینگ استپ و جهتپذیري پیشرونده پرداختند.
در این تحقیق آنها قاب ساختمانی 6 و 12 طبقه که براي منطقه لرزهخیزي بالا طراحیشده است را در نظر گرفتند. از
تحلیل دینامیکی افزایشی 7 شتاب نگاشت زلزله را که به 4 سطح از شدت مقیاس شده است در جهات مختلف سازه براي ارزیابی آن استفاده کردند. آنها بیان کردند که توزیع شکلپذیري در ارتفاع سازه بهطور قابلتوجه تحت جهت اثر زلزله حوزه نزدیک قرار ندارد
هوانگ و همکاران در مطالعهاي به بررسی تخریب لرزهاي در سازههاي خیلی بلند با استفاده از تحلیل دینامیکی IDA پرداختند. ساختمانی که بررسی کردند، مرکز ژونگنان با ارتفاع بیش از 700 متر در دستساخت است. زمینلرزه چیچی بهعنوان زلزله استفاده کردند و شتاب ماکزیمم آن را به 5 سطح 0/2، 0/4، 0/8، 1/4 و 2 براي نشان دادن مدلهاي آسیب غیرخطی و شکست مصالح تقسیم کردند. آنها بیان کردند که تحلیل دینامیکی افزایشی ارزیابی جامع و منظمی از رفتار و همچنین مکانیزم تخریب سازهها تحت بارهاي لرزهاي میدهد
مشخصات سازه هاي مدل شده و زمین لرزه هاي حوزه نزدیک
ساختمانهاي موردمطالعه در این پایاننامه، دو ساختمان بلند مرتبه فولادي 40 و 60 طبقه بهصورت سهبعدي، با ارتفاع تیپ طبقات یکسان و برابر 4 متر و پلان متقارن با 8 دهانه 6 متري در نظر گرفتهشده است. سیستم در نظر گرفتهشده براي طراحی این دسته از سازههاي بلند، استفاده از خرپاهاي مهاربازویی و هسته مهاربندي میباشد. مهاربازویی و سیستم کمربند خرپایی با توجه به آنچه در مقدمه بیان شد، براي سازه 40 طبقه در طبقات دهم، بیستم و سیام و براي سازه 60 طبقه در طبقات پانزدهم، سیام و چهل وپنجم واقع شدهاند.
طراحی سازهها با نرمافزار مهندسی - CSI,2016 - ETABS ورژن 16.0.3 و بر اساس روش طراحی دستورالعمل ASCE میباشد. براي طراحی این دسته از سازهها مطابق استاندارد 2800 ایران - استاندارد 1393، - 2800 از روش تحلیل دینامیکی طیفی براي بدست آوردن بارهاي جانبی استفادهشده است. بارگذاري بار باد مطابق آییننامه کانادا و با استفاده از مبحث ششم آییننامه بارگذاري ایران - مبحث ششم مققررات ملی، - 1392 صورت گرفت. در طراحی سازهها هر دو معیار مقاومت و جابهجایی بین طبقاتی لحاظ گردیده است . پارامترهاي بارگذاري ثقلی طبقات شامل بار مرده 540 کیلوگرم بر مترمربع و بار زنده 200 کیلوگرم بر مترمربع و بار دیوارهاي نما پیرامونی 800 کیلوگرم بر مترمربع میباشد.
