بخشی از مقاله
چکیده:
احداث دیوار های برشی چه در ساختمانهای بلند و چه متوسط وحتی در ساختمانهای کوتاه موجب می شود که مقاومت ساختمان بطور قابل توجهی افزایش یابد و در مقایسه با ساختن قابهای خمشی اقتصادی تر خواهد بود و بهترین شیوه برای کنترل خیز جانبی ساختمانها می باشد. امروزه بخوبی می توان از دیوارهای برشی در کنار قابهای خمشی به نحوی استفاده کرد که رفتار مجموعه سازه نرم، مقاوم و شکل پذیر باشد. امروزه به دلیل محدودیت موجود در معماری ساختمان ایجاد بازشو در دیوار برشی امری اجتناب ناپذیر است. وجود این بازشوها رفتار دیوارهای برشی را تحت تاثیر فراوان قرار خواهد داد. به همین دلیل شناخت دقیق رفتار این نوع از دیوار های برشی که به عنوان دیوارهای برشی مزدوج شناخته می شوند و همچنین تیرهای رابط بین دو دیوار ، تحت تاثیر نیروی جانبی امری ضروری به نظر می رسد.
در این تحقیق به منظور بررسی دقیق رفتار سازه های دارای دیوار برشی سه سری سازه با تعداد طبقات 6 ، 9 ، 12 مورد ارزیابی قرار گرفت .ابعاد بازشو در هر مدل تغییر خواهد کرد تا نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک برشی ، خمشی و اندرکنشی نیروی محوری - لنگر خمشی در اعضای مختلف در حین اعمال نیروهای جانبی گوناگون شناخته شود.
واژههای کلیدی: دیوار برشی مزدوج، تیر کوپله، تحلیل استاتیکی غیرخطی، مفاصل پلاستیک، برش پایه مقاوم
مقدمه:
یکی از انواع سیستمهای مقاوم در برابر زلزله سیستم دیوار برشی بتنی است که به دلیل عملکرد مناسب آن در زلزله های گذشته مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. اما برخی محدودیتهای معماری مهندس محاسب را مجبور به تعبیه بازشو در دیوارهای برشی می نماید. خصوصا در سازه های بلند دارای هسته مرکزی بتنی ,پیرامون اتاق آسانسور محل مناسبی برای نصب دیوار برشی و متصل نمودن آنها در جهت عمود بر یکدیگر و ایجاد نمودن دیوار برشی بالدار می باشد اما به منظور تعبیه درب آسانسور ناچار به ایجاد بازشو در یکی از دیوارها می باشیم که این امر بر رفتار دیوار برشی تاثیرگذار خواهد بود.
نسبت ابعاد بازشو و همچنین درصد آرماتور بکار رفته در دیوار از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو می باشند که روشهای نوین طراحی براساس سطح عملکرد ، امکان بررسی رفتارغیرخطی و شکل پذیری چنین سازه ای را بخوبی فراهم آورده است. همانطور که گفته شد یکی از انواع سیستمهای مقاوم در برابر زلزله سیستم دیوار برشی بتنی است که به دلیل عملکرد مناسب آن در زلزله های گذشته مورد توجه مهندسین قرار گرفته است. اما برخی محدودیتهای معماری مهندس محاسب را مجبور به تعبیه بازشو در دیوارهای برشی می نماید. سوالهای پیش رو که در این تحقیق به آنها پاسخ داده خواهد شد عبارت است از:
-1 تاثیر بازشوها بر روی نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک ، میزان برش پایه در تغییر مکان خاص و میزان تغییر مکانی که منجر به رفتار غیر خطی کامل سازه می شود چگونه است؟
-2 با تغییر بازشو در دیوارهای برشی میزان سختی و شکل پذیری سازه به چه صورت تغییر خواهد کرد؟
امروزه به دلیل محدودیت موجود در معماری ساختمان ایجاد بازشو در دیوارهای برشی امری اجتناب ناپذیر است. وجود این بازشوها رفتار دیوارهای برشی را تحت تأثیر فراوان قرار خواهد داد رفتار دیوار برشی با بازشو، به ابعاد و محل قرارگیری بازشوها بستگی دارد . گاه ممکن است این بازشوها به قدری کوچک باشد که در رفتار دیوار تأثیری نداشته باشد و بسته به شرایط ممکن است محل قرارگیری آنها در دیوار نامنظم بوده که ممکن است بیشترین تأثیر را در دیوار برشی داشته باشند. فرضیات این تحقیق به صورت زیر است:
-1 سطوح عملکرد خدمات رسانی بی وقفه ، سطوح عملکرد ایمنی جانی ، سطوح عملکرد آستانه فرو ریزش مقدار مشخصی از دوران و جابجایی را در اجزای سازه ای اصلی و غیر اصلی تحت زلزله ای با دوره بازگشت معین را منجر می گردد
-2 برای مشخص شدن اثر اعمال نیروی برشی و لنگر خمشی به سازه در اعضای تشکیل دهنده آن و در نتیجه اعضا در چه سطح عملکردی قرار خواهند داشت ، مفاصل پلاستیک خمشی و برشی مختلف به اعضای سازه اختصاص داده خواهد شد.
در این تحقیق بنا به ماهیت آن از دو روش تحقیق به صورت تکمیلی استفاده شده است.به طوری که ابتدا با بهره گیری از روش اسنادی گرد آوری اطلاعات اولیه و منابع کتابخانه ای - ارائه مثال های متعدد - سازماندهی شده است و سپس با استفاده از روش استاتیکی غیر خطی برای بررسی تاثیر بازشو بر روی رفتار غیر خطی دیوار برشی استفاده می گردد. مدل سازی در نرم افزار SAP2000 صورت خواهد پذیرفت و دیوارهای برشی و تیرهای کوپله به صورت تیر ستون معادل با نقاط صلب انتهایی مدل خواهند شد.
به منظور شناخت دقیق رفتار سازه در اثر اعمال نیروی جانبی در سازههای با ارتفاع گوناگون تحقیق از سه سری سازه با ارتفاع 18 ، 27 ، 36 با تعداد طبقات به ترتیب 6 ، 9 ، 12 استفاده گردید. در هر یک از این سری سازهها ابعاد بازشو تغییر داده شد و نحوه تأثیر این تغییر ابعاد بر روی پارامترهای مختلف و روند تشکیل مفاصل پلاستیک و سطح عملکرد نهایی ایجاد شده در هر یک از مفاصل بررسی گردید.
-3-2انواع دیوار برشی
دیوارهای برشی را میتوان با توجه به شکل ظاهری و نحوه عملکرد به چند گروه تقسیم کرد :
-1 دیوارهای برشی مزدوج
-2 دیوارهای برشی بالدار
-3 دیوارهای برشی کوتاه.
-4 دیوارهای برشی با المانهای مرزی
-5 دیوارهای برشی طرهای مستطیلی
نحوه مدلسازی در نرمافزار
در حین مدلسازی باید یک مدل ارتجاعی شامل تمام اجزاء و اعضایی که در تعیین جرم، سختی، ظرفیت باربری و پایداری سازه نقش قابل ملاحظهای دارند تهیه شده و تحت بارهای ثقلی قرار داده شود . بطورکلی استفاده از مدلهای سهبعدی برای تحلیل استاتیکی غیرخطی به مدلهای دوبعدی ترجیح داده میشود. اما به دلیل محدودیتهای نرمافزارهای موجود، در این دستورالعمل برای سازههای منظم استفاده از مدلهای دوبعدی مجاز میباشد. به علت اینکه در این تحقیق هدف بررسی تأثیر ابعاد بازشو بر روی مفاصل پلاستیک و پارامترهای دیگر سازه دارای دیوار برشی است از این رو یک سازه منظم دوبعدی در مدلسازی استفاده شده است. این مدلسازی در نرمافزار SAP2000 انجام شده است و با کمک این نرمافزار قدرتمند تحلیل استاتیکی غیرخطی بر روی یک مدل دوبعدی از دیوار برشی بازشودار انجام گرفته است. در حین مدلسازی ابعاد بازشو تغییر داده شده تا روند تشکیل مفاصل پلاستیک خمشی، برشی و اندرکنشی به دقت ارزیابی شود و تأثیر این ابعاد مختلف بازشو بر روی تغییر مکان هدف و برش پایه مورد بررسی قرار گیرد.
-3 ویژگیهای سازهها، مصالح و سختی اعضا
در این تحقیق 3 نوع سازه، با تعداد طبقات 6، 9و 12 که دارای سیستم قاب خمشی بتنی متوسط+ دیوار برشی بتنآرمه متوسط بودند مورد ارزیابی قرار گرفت. در هر 3 نوع سازه ارتفاع هر طبقه 3 متر و عرض دیوار برشی 5 متر بود. در این سازهها ابعاد بازشو در دیوار برشی بهمنظور بررسی تأثیر آن بر روی مفاصل پلاستیک و دیگر ویژگیها تغییر میکرد. در مدلسازی از مقاطع تیر و ستون 40×40 و 50×50 سانتیمتر، و دیوارهای برشی و تیرهای کوپله به عرض متغیر و عرض 25 و 20 سانتیمتر استفاده گردید. از آنجایی مدلسازی با فرض یک سیستم قاب خمشی بتنی متوسط+ دیوار برشی بتنآرمه متوسط انجام شده بر اساس آییننامه 2800 چهارم مقدار ضریب رفتار - R=6 - است. همچنین فرض بر این است ساختمان از لحاظ ضریب اهمیت در گروه 3 قرار دارد در نتیجه مقدار ضریب اهمیت آن 1 است.
با در نظر گرفتن ترکخوردگی برای سختی دیوارها ازصلبیت خمشی - بر اساس جدول مقادیر سختی مؤثر در - FEMA-356 استفاده شده است. برای ستونها فرض شده است که تحت فشار بزرگتر از قرار دارند، بنابراین سختی خمشی آنها برابر در نظر گرفته شده است. تیرهای معمولی و کوپله پیشتنیده نیستند و سختی اولیهای برابر است. سختی برشی برای ستونها، تیرها، تیرهای کوپله و دیوارهای برشی در نظر گرفته شده است.
-معرفی و اختصاص مشخصات مفاصل پلاستیک
در آنالیز استاتیکی غیرخطی باید مشخصات مفاصل پلاستیک به المانهای سازه نسبت داده شوند. برای اختصاص مفاصل خمشی و اندرکنشی به تیرها و ستونها از مشخصات مفاصل پلاستیک بهصورت Auto استفاده شده است.
دیوارهای برشی
مفصل اندرکنشی نیرو محوری-لنگر - PM - در دو انتهای دیوار نزدیک به سقف و کف و مفصلهای برشی در میانه ارتفاع دیوارها تخصیص داده شد. مشخصات مفاصل نیروی محوری-لنگر و مفاصل برشی با توجه به معیارهای پذیرش بیان شده در دستورالعمل بهسازی معرفی شدند.
تیرهای کوپله
مفاصل خمشی به دو انتهای تیرهای کوپله و مفاصل برشی به میانه این تیرها اختصاص داده شد.
