بخشی از مقاله
چکیده
سودمندی دیوارهای سازه ای از دیرباز شناخته شده است. وقتی دیوارها در موقعیت درست قرار بگیرند می توانند به عنوان یک سیستم باربر جانبی مناسب عمل کنند. همچنین در طراحی سازه های بتنی در مقابل نیروی زلزله تلاش بر این است که از شکست برشی جلوگیری شود. هدف اصلی این نوشتار نشان دادن این است که با تحلیل دقیق و حساب شده ای از نیروهای برشی وارد بر دیوار سازه ای، می توان از شکست برشی آن جلوگیری کرده و انتظار رفتار شکل پذیر از دیوار سازه ای داشت. بنابراین باید یک برآورد صحیح از حداکثر نیروی برشی که دیوار سازه ای در طول پاسخ لرزه ای شدید با آن مواجه می شود داشته باشیم تا این اطمینان حاصل شود که برش در محدوده خطی باقی خواهد ماند و با تشکیل و توسعه مفاصل خمشی، جذب و اتلاف انرژی صورت پذیرد. برای رسیدن به این هدف از ایده طراحی بر اساس ظرفیت استفاده شده است.
الگوی توزیع بار در روش استاتیکی معادل در آئین نامه ها به صورت تقریبا مثلثی می باشد و برآیند نیروهای اینرسی حدودا در 0/7 ارتفاع از پای دیوار قرار می گیرد. ممکن است افزایش تقاضای برشی در دیوار به علت اثرات دینامیکی پدید آید و در بعضی از حالات پاسخ، جابجایی و شتاب تحت تاثیر مود دوم و سوم ارتعاش قرار گیرد که در نتیجه برآیند نیروها در ارتفاع پایین تری نسبت آنچه در آئین نامه مشخص کرده قرار گیرد. برای تشریح این موضوع دیوارهای سازه ای 6، 9، 12 و 18 طبقه در نرم افزار SAP2000 مدل شده و برای شبیه سازی مفصل پلاستیک در پای دیوار مقطع نرمتری در نظر گرفته شده است. نتایج تحلیلها نشان می دهد که با نرم شدن پای دیوار و افزایش پریود مود اصلی مشارکت مودهای بالاتر در پاسخ سازه افزایش یافته و در نتیجه ارتفاع برآیند نیروی اینرسی جانبی کاهش می یابد. با توجه به این امر برای اطمینان از تشکیل مفصل پلاستیک در پای دیوار باید مقدار برش طراحی با ضریبی افزایش یابد.
واژههای کلیدی: طراحی بر اساس ظرفیت، دیوار سازه ای، تحلیل دینامیکی طیفی، برش پایه، مفصل پلاستیک.
- 1مقدمه
سودمندی دیوارهای سازه ای از دیرباز شناخته شده است. وقتی دیوارها در موقعیت درست قرار بگیرند می توانند به عنوان یک سیستم باربر جانبی مناسب عمل کنند. برای ساختمانهای بتنی بالای 20 طبقه، استفاده از دیوارهای سازه ای اغلب انتخاب می گردد و برای ساختمانهای بتنی بیش از 30 طبقه از نظر اقتصادی و کنترل تغییر مکانها استفاده از آنها امری ضروری محسوب می-شود.به دلیل تحمل بخش بزرگی از نیروی جانبی در ساختمان و نیروی برشی افقی ناشی از آن توسط این عضو از سازه، به آن دیوار برشی نیز اطلاق می شود و این نامگذاری اشتباه باعث ایجاد این برداشت می گردد که نیروی برشی رفتار آنها را کنترل می کند؛ در حالیکه می دانیم در طراحی سازه های بتنی در مقابل نیروی زلزله تلاش بر این است که از شکست برشی - که شکستی ترد است - جلوگیری شود. پس برای دوری از این دلالت ضمنی غیر قابل قبول در مورد رفتار برشی، بهتر است از اصطلاح دیوار سازه ای به جای دیوار برشی استفاده گردد.
اولین ضوابطی که جهت تأمین آنها مورد توجه طراحان قرار می گیرد سختی، مقاومت و شکل پذیری در سازه می باشد، که دیوارهای سازه ای ابزار بهینه ای برای فراهم کردن آنهاست. ساختمانهای مهارشده با دیوار سازه ای سخت تر از قابهای خمشی عمل کرده و در زلزله های با قدرت کم، احتمال وقوع تغییرشکلهای بزرگ را کاهش می دهد و در نتیجه اغلب نیازی نیست که اجزای غیر سازه ای را از سیستم باربر جانبی جدا کنیم. مقاومت لازم برای جلوگیری از صدمات سازه ای تحت زلزله های متوسط نیز با آرماتورگذاری مناسب طولی و عرضی به دست می آید. همچنین در زلزله های بزرگ به شرطی که جزئیات ویژه در آرماتورگذاری رعایت شود پاسخ انعطاف پذیر و قابل اعتمادی از دیوارهای سازه ای قابل دسترس خواهد بود.
در گذشته در نتیجه مشاهده شکست های برشی در دیوار های با جزئیات ضعیف این دیدگاه وجود داشت که دیوار سازه ای شکننده و ترد است و به این دلیل آئین نامه ها ضریب شکل پذیری کمتری برای ساختمانهای با دیوار برشی نسبت به ساختمانهای با سیستم قاب خمشی، در نظر می گرفتند. هدف اصلی این نوشتار نشان دادن این است که با تحلیل درست، دقیق و حساب شده از نیروهای برشی وارد بر دیوار سازه ای می توان از شکست برشی آن جلوگیری کرده و انتظار رفتار شکل پذیر همانند قاب خمشی را از دیوار سازه ای داشت.
- 2ادبیات فنی
برای اطمینان از اینکه برش مانع رفتار شکل پذیر در ساختمان نگردد و اثرات برشی از اتلاف انرژی در طول پاسخ هیستریزیس کم نکند، باید جلوی شکست برشی در دیوار سازه ای گرفته شود؛ بنابراین باید یک تخمین درست از ماکزیمم نیروی برشی که دیوار سازه ای در طول پاسخ لرزه ای شدید با آن مواجه می شود داشته باشیم تا این اطمینان حاصل شود که اتلاف انرژی عمدتا محدود به جاری شدن خمشی در دیوار می باشد. برای رسیدن به این هدف از ایده طراحی بر اساس ظرفیت استفاده شده است.>1@
ممکن است افزایش تقاضای برشی در دیوار به علت اثرات دینامیکی پدید آید. در طول پاسخ مود اول که پاسخ غالب در سازه است، توزیع نیروهای اینرسی طبقات، مشابه شکل - a - 1 - و - b -1 - خواهد بود، که در - b -1 - توزیع نیرو مانند - a - 1 - می باشد با این تفاوت که در ضریب افزایشی o ضرب شده تا لنگر پای دیوار به لنگر پلاستیک برسد. الگوی توزیع بار در این حالات همانند توزیع ارائه شده در روش استاتیکی معادل در آئین نامه ها می باشد و برآیند نیروهای اینرسی تقریبا در 0/7 ارتفاع از پای دیوار قرار می گیرد.
در بعضی از حالات پاسخ، جابجایی و شتاب تحت تاثیر مود دوم و سوم ارتعاش قرار می گیرد که در نتیجه توزیع نیروی اینرسی طبقات مانند شکل - c - 1 - خواهد شد و در این توزیع برآیند نیروها در ارتفاع پایین تری نسبت به حالت اول قرار می گیرد.[1]نمودار - d -1 - نمودار لنگر خمشی را برای حالات مختلف نشان می دهد. اگر دیوار سازه ای از توزیع نیرو مطابق نمودار b به لنگر پلاستیک برسد برش ناشی از این توزیع بُحرانی نیست چون برآیند نیروها در ارتفاع بالاتری قرار می گیرد و بازوی نیرو بلندتر است. در حالیکه در توزیع نیرو حالت c که برآیند نیروها در ارتفاع پایین تر قرار می گیرد و بازوی کوتاهتری دارد،
