بخشی از مقاله
خلاصه
از مسایل اساسی اجرای سازههای بتنی، مشکل معماری و عدم امکان ایجاد نورگیری مناسب میباشد. در اکثر ساختمانهای متعارف از دو دیوار برشی در هرجهت سازه استفاده میشود که با درنظرگیری احتمال خرابی یک دهانه حین زلزله، مرکز سختی ساختمان دچار تغییر شده و کنترل تغییر مکان جانبی مشکل میباشد. در تحقیق حاضر ساختمانهای 7 و 9 طبقه با دیوار برشی بتنی با مقطع مستطیلی و سپری مدل شده است.
با ثابت نگهداشتن طول دیوار برشی در هر دو جهت و افزایش نسبت عرض جان به بال در سپری، تغییر مکان جانبی کاهش یافت. همچنین با حذف یک دیوار برشی در مدل سپری و در مدلی که تمام دهانه قرار دارد، خروج از مرکزیت در حالت دوم برخلاف حالت اول بیش از %5 شده و مقدار دریفت نیز تغییرات زیادی داشته است. تغییرات ارتفاع و میزان میلگردهای مصرفی در مدلها بررسیشده و مشاهدهگردید که با پخش دیوار برشی در پلان، نتایج بهتری بدست خواهد آمد.
1. مقدمه
با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه نظیر باد و زلزله به طرق مختلف مقابله میشود که اثر زلزله بر ساختمانها از سایر اثرات وارد بر آنها کاملا متفاوت میباشد. ویژگی این اثر در این است که نیروهای ناشی از آن به مراتب شدیدتر و پیچیدهتر از سایر نیروهای مؤثر میباشند. عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی ، دیوار برشی و یا ترکیبی از آن دو میباشند. استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم نیاز به جزئیات خاصی دارد که شکلپذیری کافی آن را تأمین نماید. بدین ترتیب سازه در مقابل زلزله عملکرد بهتری خواهد داشت.
این جزئیات از لحاظ اجرایی غلباً دست و پاگیر بوده و در صورتی میتوان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه بسیار بالا باشد. به طور کلی در ساختمانهای متعارف دیوار برشی اقتصادیتر از قاب خمشی میباشد و با تغییر مکانها بهتر مقابله میکند. در حالی که برای سازههای بلند قاب خمشی به تنهایی نمیتواند در این زمینه جوابگو باشد .
یکی از مطمئنترین روشها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح است. از انواع دیوار برشی میتوان به دیوار برشی فولادی، مرکب، با مصالح بنایی و بتن مسلح اشاره کرد. همچنین در شکل 1 انواع مختلف مقاطع دیوار برشی آمده است. وجود ایراداتی نظیر مشکلات معماری به واسطه ایجاد دیوار برشی در کل طول یک دهانه و عدم اطمینان در اجرای دیوارهای با طول زیاد موجب شد تا در این پژوهش به بررسی دیوارهای برشی سپری به جای متمرکزسازی دیوار برشی پرداخته شود. لازم به ذکر است که در این پژوهش از دیوارهای برشی بتن مسلح برای مدلسازی استفاده شده است.
شکل ٌ- مقاطع معمول مورد استفاده در دیوار برشی بٌب
در گذشته استفاده از دیوار های برشی در کشورهای لرزهخیز غالب نبود و به این دلیل بیشتر محققین از قابهای خمشی استفاده میکردند. اما سازههای ساخته شده با دیوار برشی عملکرد بهتری نسبت به سیستم قاب خمشی دارند، همانطور که در سال Fintel 1974 متذکر شده بود .[2] همچنین Wood بطور عینی برای ساختمانی 3 طبقه در اثر زلزلهی 3 مارچ 1985 شیلی این رفتار را مشاهده و بیان کرد .
Shing و همکاران در سال 1990 رفتار غیرالاستیک دیوارهای برشی با مصالح بنایی را زیرنظر گرفتند. آنها با اعمال بار محوری مستقیم روی مدلهای آزمایشگاهی، مکانیزم شکست، شکلپذیری و اتلاف انرژی را مورد بررسی قرار دادند .
وقتی دیوار های برشی به عنوان سیستم مقاوم جانبی استفاده میشوند، سازهها را باید با رفتار شکلپذیر طرح کرد، همان طور کهPaulay در دو مقاله مختلف خود در سالهای 1980 و 1982به این مورد اشاره کرد [5] و .[6] برای رسیدن به این رفتار، طراح می بایست دیوارهای برشی را براساس مقاومت برشی در برابر بارهای جانبی طراحی مینمود. در این موارد این دیوارها میتوانند حالت شکلپذیر خمشی را در برابر زلزلههای شدیدتر از خود نمایش دهند.
سازه های بتن مسلح در مقابل زلزله باید مانع از شکست ترد شوند. اگرچه به طور معمول اثبات شده است که شکل پذیری خمشی غیرالاستیک در مفاصل پلاستیک موجب کاهش مقاومت مورد نیاز سازه در برابر زلزله های شدید میشود، اما باید اطمینان حاصل کرد که مقاومت برشی سازه بیشتر از برش موجود باشد .[7] به این مورد فلسفه طراحی بر اساس ظرفیت گفته میشود .
در سال 2002، Hidalgo و همکاران به بررسی رفتار دیوارهای برشی بتن مسلح در مود شکست برشی پرداختند .[9] همچنین Palermo و Vecchio با استفاده از بارگذاری سیکلی، رفتار دیوارهای برشی را به صورت سهبعدی ارزیابی کردندKim .[10] و Lee در 2003 دیوارهای برشی دارای بازشو را با استفاده از المانهای بزرگ تحلیل نمودند .[11] در ادامه در سال Wang 2010 و همکاران به صورت تئوری و آزمایشگاهی تاثیر جایگذاری بازشوهای مختلف در دیوار برشی بتنی را بررسی کردند. آنها در آزمایشهای خود از دو نمونهی سهطبقه دیوار برشی با بازشوهای بزرگ استفاده نمودند.
Li و همکاران در 2011 روی ظرفیت و شکلپذیری سازهی بتن مسلح با ستونهای Tشکل مطالعه کردند. فاکتورهای مورد بررسی در پژوهش آنها زاویهی بارگذاری، نسبت فشاری نیروی محوری و نسبت فاصله به قطر میلگردهای طولی مورد استفاده در ستونها بود. نتایج حاصل از 1068 حالت مختلف بارگذاری نشان داد که فاکتورهای عنوان شده در رفتار سازه تاثیر زیادی دارند .
Liu و همکاران در سال 2013 از مدل اجزای محدود سهبعدی برای تحلیل رفتار قاب بتن مسلح با ستونهای Tشکل استفاده کردند. آنها بیان کردند که طبق نتایج، طول عضو و نیروی محوری بر تنشهای وارد بر مقطع تاثیر دارد. همچنین با افزایش طول جان مقطع تنش معادل کاهش خواهد یافت.
با اینکه محققان مطالعات زیادی در زمینهی دیوار برشی انجام دادهاند اما از مدل T شکل با توجه به امکان بهبود وضعیت معماری و سازهای بهرهی نبردند. به این ترتیب در مطالعه حاضر به بررسی ستون های برشی با مقطع Tشکل پرداخته شده و ابعاد بهینه مورد استفاده با درنظرگیری نسبت تنش موجود به مجاز و دریفت ساختمان ارزیابی میشود.
2. ضوابط مورد استفاده
در سازههای مدلسازی شده، برای بارگذاری ثقلی و جانبی از مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ویرایش سوم [15] 1392 و استاندارد 2800 - ویرایش چهارم - [16] استفاده شد. طراحی سازه هم بر اساس مبحث نهم مقررات ملی ساختمان ویرایش [17] 1392 انجام شد. با توجه به شباهت ضوابط مبحث نهم و آییننامه بتن آمریکا - ACI - ویرایش 2014، از این آییننامه در نرمافزار ETABS 2015 برای طراحی استفاده شده است.
3. مدلسازی
در تحقیق حاضر به بررسی سیستم دوگانه با دیوار برشی پرداخته میشود. به این ترتیب از یک مدل قاب خمشی بتنی با دیوار برشی که سقف آن تیرچه یونولیت با توزیع شطرنجی است استفاده خواهد شد. کنترل 25 درصد قاب خمشی و تغییر مکان جانبی برای تمامی مدلها انجام شده است. در این پژوهش از دو نوع دیوار برشی معمولی و سپری مطابق شکلهای 2 و 2 استفاده میشود. ضخامت دیوار برشی در تمامی مدلها یکسان درنظر گرفته شده و برای بهینهشدن استفاده از سپری، نسبت عرض به جان آن تغییر داده شده است - مدل 2 و . - 3 این مقایسه برای 7 سقف با مقاطع ثابت انجام شده تا متغیرهای مورد بررسی نسبت تنش موجود به مجاز - - Ratio و تغییر مکان جانبی باشد. همچنین برای افزایش دقت مقایسه، مقدار مجموع طول دیوار برشی در هر راستا مساوی در نظر گرفته میشود.
موضوع مهم حین وقوع زلزله امکان عدم کارکرد مناسب یک دیوار برشی یا حتی تخریب آن به دلایل گوناگون میباشد که این موضوع نیز با درنظر گیری مدلهای 4 و 5 بررسی شده و نتایج آن در قسمت بعدی آمده است. مقایسه بعدی تاثیر تغییر ارتفاع در دیوار برشی عادی و سپری میباشد که در بخش 4 بیان میشود.
شکل ٍ- 7 سقف با دیوار برشی در هر جهت
شکل َ- 7 سقف با دیواربرشی سپری به طول برابر مدل - 1مدل - 2
