بخشی از مقاله
چکیده
از آنجاییکه در صنعت نوین ساختمان، سرعت و کیفیت دو عامل مهم در انتخاب نحوهی اجرای سازه است، اجرای صنعتی ساختمان بسیار مورد توجه واقع شدهاست. یکی از انتخابهای مهندسان برای اجرای صنعتی، ساختمانهای قاب سبک فولادی - - Lightweight Steel Frame که به LSF موسوم هستند، میباشد.
سازههای LSF از فولاد سرد نورد شده است که استفاده از آن در جهان به سرعت در حال افزایش میباشد. علاوه بر اینکه ترکیب قاب فولادی با سازه LSF باعث کاهش برخی از محدودیتهای اجرای مانند اجرای پله ساختمان میشود، استفاده از سختی جانبی قاب فولادی در جهت بهبود بخشیدن مقاومت لرزهای سازه را نیز امکان پذیر میسازد.
بدین منظور در تحقیق حاضر با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی، پارامترهای مورد نیاز طراحی از جمله ضریب شکلپذیری و ضریب رفتار این سازههای ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته است. بر اساس نتایج این پژوهش، توصیه می شود در بکار گیری سیستم ترکیبی قاب خمشی فولادی و قاب LSF به نحوی سازه ترکیبی طراحی شود که سختی قاب خمشی فولادی در حدود نصف سختی بخش LSF باقی بماند. در چنین شرایطی می توان انتظار داشت سازه ترکیبی حاصل عملکرد خوبی در حوزه مقاومت و ظرفیت و عملکرد قابل قبولی در حوزه شکل پذیری داشته باشد.
- 1 مقدمه
تکنولوژی ساخت سازههای سبک، سالهاست که در کشورهای پیشرفته بهکار گرفته می شود. در این سازهها بهدلیل کاهش قابل توجهی که در وزن ساختمان بوجود میآید به مقدار زیادی از نیروی جانبی حاصل از زلزله بر آنها کاسته شده و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفهترند. استفاده از روشهای سنتی ساخت در کشور زلزله خیزی همانند ایران در واقع پیروی از روشی نادرست در امر ساختمانسازی است که باعث هدر رفتن منابع ملی و وارد آمدن خسارات فراوان جانی و مالی به مردم میگردد.
در سالهای اخیر، رویکرد عمومی در ساختمانسازی به سوی ساخت صنعتی آن سوق پیدا کرده است. دلیل این امر افزایش کیفیت، نظارت و همچنین افزایش سرعت اجرا میباشد. در این میان ساختمانهای فولادی قاب سبک فولادی - - Lightweight Steel Frame که به LSF موسوم است، به عنوان یک تکنولوژی نوین بسیار مورد توجه قرار گرفتهاند. اجزای اصلی این نوع سازهها، از فولاد سرد نورد شده میباشد. از جمله مزایای استفاده از این نوع ساختمانها، سبک بودن، اجرای سریع سازه، عدم قابلیت اشتعال، قابلیت بازیافت و موثر در توسعهی پایدار میباشد. با استقبال بیشتر از سازههای سرد نورد شده و LSF، تحقیقاتی در این زمینه صورت گرفته است.
در تحقیقات انجام شده، معیارهایی برای ضریب رفتار توسط Gad و همکارانش و Al-Kharat و Rogers پیشنهاد شده است1]و. [2 از طرفی آیین نامه NEHRP2003 عدد 4 را برای قاب مهاربندی شده با بادبند تسمه قطری و عدد 6/5 را برای دیوار برشی ارائه کرده است.
در تحقیق انجام شده توسط Tian و Wang مشخص گردید که قاب سبک بدون مهاربند، بار جانبی بسیار کمی را تحمل می کند.[4] از طرفی در آیین نامه طراحی سازه های سرد نورد شده اشاره شده است که سیستمهای LSF قابلیت ترکیب با سازههای دیگر را دارد و نیز در همان آییننامه به ضریب رفتار 4 برای قاب بادبندی با تسمه قطری اشاره شده است.[5] مرکز تحقیقات مسکن و ساختمان در آیین نامهی طراحی و اجرای سازههای فولادی سرد نورد شده، عدد 4 را برای قاب بادبندی با تسمهی قطری و 5/5 را با دیوار برشی تعیین کردهاس
یکی از محدودیتهای ساختمانهای LSF ، اجرای سخت پلهها میباشد. برای حل این مشکل، مشاهده شدهاست که در بسیاری از موارد اتاق پله به صورت اسکلت فلزی از پروفیلهای گرم نورد شده، اجرا میگردد
شکل.1 اجرای اتاق پلهی فولادی در ساختمانهای LSF
این ویژگی باعث میشود بتوان از ظرفیت سختی جانبی قابهای فولادی در سازههای LSF بهره جست و به بیان دیگر از محدودیت موجود به نفع سختی جانبی سازه استفاده کرد و با بهره گیری از سیستم دوگانه - ترکیبی - ، سختی جانبی سازه را افزایش داد. از آنجاییکه در تحقیقات و آییننامههای مختلف در این زمینه دستورالعملی وجود نداشته، لذا در پژوهش حاضر رفتار لرزهای سازههای مذکور در حالت ترکیبی، مورد ارزیابی قرار گرفتهاست. بدین منظور چندین سازه به صورت سه بعدی با مقاطع سرد نورد شده با سختیهای مختلف به کمک نرم افزار SAP2000 مورد تحقیق و بررسی قرار گرفته است و به منظور ارزیابی مّیک نتایج، شکلپذیری و ضریب رفتار سازهها محاسبه شده است.
-2 پارامترهای موثر لرزهای
اصلیترین عامل تاثیرگذار بر ضریب رفتار، ضریب شکلپذیری است. در واقع قابلیت سازه در تحمل تغییر شکلهای الاستیک و پلاستیک بدون اینکه سازه دچار فرو ریزش شود، ضریب شکلپذیری سازه است. با ایدهآل کردن منحنی رفتار سازه به منحنی دو خطی - شکل - 2، مطابق رابطه - - 1 ضریب شکلپذیری به صورت خارج قسمت حداکثر تغییر مکان جانبی نسبی - - max به تغییر مکان جانبی نسبی تسلیم - - y تعریف میشود.
از طرفی سازهها بر اثر وجود شکلپذیری، مقدار قابل توجهی از انرژی زلزله را مستهلک میکنند. میزان استهلاک انرژی، متناسب با ضریب شکل پذیری سازه است. برای تاثیر این پارامتر ضریبی به نام ضریب کاهش شکلپذیری معرفی شده است.
شکل.2 رفتار کلی یک سازه و منحنی ایدهآل آن
در این پژوهش این ضریب با استفاده از روش پیشنهادی نیومارک و هال محاسبه گردیده است. نیومارک و هال پیشنهاد دادند که ضریب کاهش شکلپذیری از رابطه - - 2 بهدست آید.
