بخشی از مقاله
خلاصه
از زمانی که سیستم مهاربندی خارج از مرکز مطرح گردید و محققین به عملکرد مناسب این سیستم در مناطق زلزله خیز به عنوان یک سازه مقاوم در برابر زلزله پی بردند، در بسیاری از آیین نامه های معتبر این سیستم توصیه شده است.با توجه به عملکرد متفاوت مهاربندهای برون محور و اینکه طول ناحیه پیوند بسیار تعیین کننده بوده و خصوصیات سازه ای نظیر ضریب رفتار قاب را تحت تاثیر قرار می دهد، در این تحقیق بر آن شدیم تا با استفاده از آنالیز استاتیکی غیرخطی Push Over، ضریب رفتار سازه با مهاربندی واگرا با طول تیرهای پیوند مختلف را در سازه های میان مرتبه محاسبه کنیم و مشاهده کردیم که تیر پیوند برشی بیشترین مقدار ضریب رفتار را ارائه می دهد.
.1 مقدمه
کشور عزیز ما ایران به علت قرار گرفتن بر روی کمربند زلزله آلپ -هیمالیا از نقاط زلزله خیز جهان می باشد. و به منظور طرح و اجرای صحیح ساختمان ها در مقابل زلزله اولین آئین نامه ایران در سال 1341 تحت عنوان آئین نامه ایمنی ساختمان ها در برابر زلزله تدوین شد که قسمتی از استاندارد شماره 519 موسسه استانداردها می باشد.
همگام با پیشرفت های علمی در زمینه مهندسی زلزله، دومین آئین نامه زلزله ایران در سال 1366 تحت عنوان آئین نامه طرح ساختمان ها در برابر زلزله، استاندارد 2800 ایران از سوی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن منتشر گردید. هم اکنون نیز چهارمین ویرایش آئین نامه زلزله ایران ملاک محاسبات مهندسین ایرانی قرار دارد و با تجدید نظر کلی که بر روی این ویرایش در حال صورتگیری است به زودی سازه ها با توجه به نظر کارفرما و انتظاراتی که از عملکرد ساختمان بعد از زلزله می رود و تا چه حد دچار خرابی شوند و تا چه حد کارایی خود را حفظ کنند طراحی خواهند شد.
تجربه زلزله های اخیر نشان داده است که اهمیت طراحی سازههای مقاوم در برابر بار زلزله کمتر از بارهای ثقلی نیست. از این رو پیش بینی تمهیدات لازم برای ایجاد ساختمان های مقاوم در برابر زلزله در سال های اخیر بیشتر مورد توجه قرار گرفته است. در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله، دو پارامتر مختلف می باید مد نظر قرار گیرد. اول آنکه تحت زلزله-های ضعیف یا متوسط، سازه باید به اندازه کافی سختی داشته باشد تا تغییرمکان جانبی به حداقل برسد و خرابی در اعضای غیرسازهای به وجود نیاید. ثانیاً، پایداری و مقاومت کلی سازه تحت زلزله های شدید حفظ گردد.
.2 معرفی سیستم مهاربند برون محور - EBF -
سیستم مهاربند یکی از سیستم های رایج باربر جانبی می باشد. در حدود سال 1970 در ژاپن اولین بار نام سیستم-های برون محور توسط اشخاصی از قبیل فوجی موتو و همکاران در سال 1972 و تاناباشی و همکاران در سال 1974 با این نام به کار برده شد . در آمریکا اولین بار سیستم مهاربندی برون محور - واگرا - توسط پروفسور پوپوف و همکارانش در سال 1978 در دانشگاه برکلی کالیفرنیا مورد آزمایش واقع شد. پس از آن این سیستم به سرعت مورد توجه طراحان حرفهای قرار گرفت و اولین ساختمان که یک بانک 19 طبقه در سان دیگو کالیفرنیا بود با این سیستم ساخته شد.
فلسفه طراحی سازه های برون محور بر متمرکز کردن تغییرشکل های غیرخطی در تیر پیوند می باشد به طوری که سایر اعضاء دهانه مهاربندی - تیرخارج از پیوند، ستون ها و بادبندها - دارای رفتاری خطی و الاستیک باشند. به عبارت دیگر تیر پیوند مانند یک فیوز در حین زلزله تسلیم می شود و به حالت خمیری می رسد در حالیکه برای دیگر اعضاء مفصل تعریف نمی شود بلکه این اعضاء به عنوان کنترل شونده توسط نیرو تعریف می شوند.
اعضای یک قاب واگرای متداول به صورت زیر می باشد:
1 -تیر پیوند که طول آن را با e و ستون که ارتفاع آن را با h نشان می دهند.
-2تیرهای خارج از پیوند اعضای افقی که بین ستون و تیر پیوند قرار می گیرند.
3 -دهانه مهاربندی شده که عرض آن را با L نشان می دهند.
-4اعضای مهاربند که به صورت مایل بوده و معمولاً فرض می شود اتصال آنها در دو انتها مفصلی است.
ضوابط و جزئیات طراحی این سیستم مهاربندی ابتدا در ویرایش 1988 آیین نامه SEAOC مطرح شد که با تغییرات اندکی در ویرایش آیین نامه NEHRP ضوابط مربوط به سیستم EBF از قسمت ضمیمیه به متن اصلی آیین نامه منتقل شد و آیین نامه AISC نیز در سال 1992 این سیستم را به عنوان یک سیستم مقبول در نواحی زلزلهخیز معرفی نمود.
بادبندهای واگرا از لحاظ شکل هندسی به دو دسته تقسیم می شوند. الف -بادبندهای واگرا با تیر پیوند افقی - - Horizontal-EBF، ب- بادبندهای واگرا با تیر پیوند قائم . - Vertical-EBF - اما ویژگی مشترک هر دو دسته سختی جانبی بسیار خوب در حالت ارتجاعی و شکل پذیری بالا در محدوده عملکرد غیرخطی می باشد. شکل پذیری سیستم مهاربندی واگرا بسیار حساس به موقعیت و اندازه تیر پیوند می باشد اما دلیل اصلی استفاده از این سیستم مهاربندی در کشور ما ملاحظات معماری می باشد و تیر پیوند بلند در ایران رایج است.
ضریب رفتار یکی از مهمترین شاخص های طراحی می باشد و در حقیقت تاثیر شکل پذیری در طراحی ارتجاعی سازه می باشد. ضریب رفتار مهاربند EBF در ویرایش چهارم آیین نامه استاندارد 2800 زلزله برابر 7 می باشد. لذا بسیاری از طراحان بر این باورند که عدد7 برای هر نوع مهاربند واگرا و با هر طول پیوندی باید جوابگو باشد.
با توجه به اینکه سیستم مهاربندی EBF بسیار حساس به طول تیر پیوند و محل قرار گیری آن می باشد باید در انتخاب طول تیر پیوند دقت کرد انتخاب طول تیر پیوند بین 10 تا 60 سانتیمتر می تواند ضریب رفتار آیین نامه را ارضاء کند ولی به علت کوتاه شدن طول لینک صفحات گاست پلیت که اتصال مهاربند را به تیر ممکن می سازند به هم نزدیک می شوند و چون در این حالت مولفه افقی نیروی مهاربند افزایش می یابد، طول جوش صفحات بالا رفته و می بایست طول صفحه را افزایش داد وباعث چسبیدن دو صفحه به هم می شود که در این حالت محل تلاش های تیر پیوند می شوند و تیر پیوند در اصطلاح جای نفس کشیدن ندارد. چون سختی تیر پیوند در جهت دوران بالا رفته و دوران تیر پیوند افت شدیدی می کند دیگر تیر پیوند نمی تواند با دوران های پلاستیک آزادانه، باعث اتلاف انرژی شود. تجربه نشان داده که حداقل فاصله ایدهآل برای صفحات 70 تا 100 سانتی متر است اما بر خلاف این در کشور ما از طول تیر پیوند های بالای 150 سانتی متر بیشتر استفاده می شود.
.3 بررسی مدل مورد مطالعه و نحوه انجام تحلیل
جهت تحلیل از مدل 3 بعدی سازه 4 ،8 و12 طبقه با 3 دهانه 5 متری که دهانه وسط به صورت مهاربندی EBF با طول تیرهای پیوند 0.5، 1، 1.5و 2 متری که توسط برنامه ETABS ویرژن 2015 و با استفاده از آیین نامه UBC97 تحلیل و طراحی با توجه به ضوابط طرح لرزه ای مبحث دهم شده استفاده شده است. و پس از بهینه سازی مقاطع ناشی از طراحی براساس تنش بین 0.8 تا 1 داشتند پس از اعمال مفاصل پلاستیک مناسب تحلیل استاتیکی غیرخطی در نرمافزار SAP ویرژن 16 انجام شد. در این روش بار جانبی ناشی از زلزله، به صورت استاتیکی و به تدریج به صورت فزآینده به سازه اعمال می شود. در این تحقیق نیروهای جانبی به صورت توزیع متناسب با توزیع بار جانبی در روش استاتیکی خطی - روش آیین نامه ای - انجام شد.
با توجه به فلسفه طراحی بادبندهای EBF فقط در طول تیر پیوند و با توجه به نوع مفاصل پلاستیک در تیر پیوند، به ایجاد مفصل پلاستیک برشی، خمشی و برشی-خمشی اقدام کردیم. که مشخصات مفاصل مربوطه با توجه به دستورالعمل بهسازی لرزه ای در جدول1 درج شده است.
