بخشی از مقاله
چکیده
در بین مراحل مختلفی که هنگام طراحی یک ساختمان برای پایداری در برابر زلزله مورد مطالعه قرار می گیرند، مرحلهی اتخاذ تصمیم در مورد تعیین پیکربندی ساختمان از اهمیتی اساسی برخوردار است. یکی از عوامل مهم که تاثیر بسزایی بر عملکرد لرزه ای سازه دارد نامنظمی آن در پلان و ارتفاع می باشد. اغلب ساختمان هایی که دارای پیکربندی نا منظم اند. در مقابل زلزله خسارت بیشتری می بینند. درساختمان های با اشکال نامنظم وپیچیده حتی المقدور باید از تحلیل دینامیکی استفاده نمود.
از طرفی هدف اصلی آئیننامههای لرزهای ارائه ضوابط و دستورالعملهای جامع جهت طراحی مطمئن و مناسب یک سازه است .حرکات زمین در مناطق نزدیک به گسل می تواند تفاوت های قابل توجهی را با مناطق دور از گسل داشته باشد . این در حالی است که آیین نامه 2800 ضوابط خاصی برای مقاومت سازه ها در برابر اینگونه زمین لرزه ها ندارد. در این مقاله به تحلیل دینامیکی غیر خطی سه بعدی ساختمانهای فولادی قاب خمشی با نامنظمی در ارتفاع تحت اثر رکوردهای نزدیک گسل پرداخته می شود.
ابتدا مدلسازی یک ساختمان فولادی منظم 10 طبقه که بعنوان مرجع در نظر گرفته می شود، صورت گرفته و سپس با مدلسازی چندین ساختمان بصورت نامنظم و دارای عقب رفتگی های قایم به بررسی اثر نامنظمی بر رفتار لرزه ای آنها پرداخته می گردد و سپس پاسخ های لرزه ای ساختمان ها اعم از جابجایی نسبی بین طبقه ای و سطح عملکرد مفاصل پلاستیک مورد مقایسه و بررسی قرار می گیرد. نتیجه اینکه در تمامی سازه ها حداکثر جابه جایی نسبی طبقات از مقادیر مجاز در آیین نامه 2800 بیشتر است. با توجه به جابه جایی نسبی بدست آمده از تحلیل سازه ها، عملکرد بهتر سازه 10 طبقه منظم نسبت به دیگر سازه های نامنظم مشهود است.
-1 مقدمه
در بین مراحل مختلفی که هنگام طراحی یک ساختمان برای پایداری در برابر زلزله مورد مطالعه قرار می گیرند، مرحله ی اتخاذ تصمیم در مورد تعیین پیکربندی ساختمان از اهمیتی اساسی برخوردار است. با وجود اینکه ضوابط مربوط به تامین مقاومت در برابر زلزله از طریق سازه ای تحقق می یابد، اما طرح معماری و تصمیماتی که آن را ایجاد می کنند نقش مهمی در تعیین عملکرد ساختمان دارد و می بایست تا حد امکان طرح سازه ای را هرچه موثر تر تهیه کند و در عین حال می بایست سازه تحقق اهداف کارکردی وزیبایی شناختی را امکان پذیر کند.
یکی از عوامل مهم که تاثیر بسزایی بر عملکرد لرزه ای سازه دارد نامنظمی آن در پلان و ارتفاع می باشد. هرچه اشکال ساختمان منظم تر و توزیع جرم ها و سختی ها در سطح افق - پلان - و در ارتفاع ،متقارن تر باشد. مقاومت احتمالی ان در برابر زلزله افزایش خواهد یافت. اغلب ساختمان هایی که دارای پیکربندی نا منظم اند . در مقابل زلزله خسارت بیشتری می بینند.بهترین تلاش ها و مشارکت تمام اجزا اسکلت در جذب و استهلاک نیروهایی است که در اثر زلزله به ساختمان وارد می شود .
درساختمان های با اشکال نامنظم و پیچیده حتی المقدور باید از تحلیل دینامیکی - به خصوص توزیع برش پایه در ارتفاع ساختمان - استفاده نمود. بی نظمی های موجود در یک ساختمان ممکن است در تصویر افقی یا تصویر قائم وجود داشته باشند. هرگاه فاصله ی مرکز جرم و مرکز صلبیت ساختمان در هر طبقه از ده درصد بعد ساختمان تجاوز کند آن ساختمان نامنظم محسوب می گردد. همچنین اگر بین قسمت های مختلف دیافراگم یک طبقه اختلاف سختی قابل ملاحظه ای موجود باشد، توزیع نیروهای زلزله به عناصر مقاوم تغییر نموده و در ساختمان پیچش ایجاد می شود که در توزیع معمولی نیروهای زلزله برای یک ساختمان منظم به حساب آورده نمی شود.
-2 تأثیرات ناشی از زلزله در سازه نامنظم
جدی بودن اثر عقب رفتگی به ابعاد نسبی و اندازه ی مطلق بخشهای مختلف ساختمان بستگی دارد. به علاوه تقارن یا عدم تقارن پلان برج و کف بر ماهیت نیروها تأثیر می گذارد. اگر برج یا کف یا هر دو از لحاظ دینامیکی نامتقارن باشند، آنگاه در سازه نیروهای پیچشی القا خواهد شد و این امر منجر به پیچیدگی تحلیل و رفتار سازه خواهد شد. پیکربندی عقب رفتگی را می توان همانند یک کنج تو رفته ی قائم نیز تصور کرد.
در این حالت می بایست تنشها، کنج را دور بزنند زیرا وجود شکاف ایجاد شده مانع از دنبال کردن مسیر مستقیم تری می شود. از این رو هرچه این شکل پلکانی یا شکاف کوچکتر باشد، مشکل ناشی از آن کمتر خواهد بود. روی هم رفته با تغییر تدریجی برای ایجاد شکاف، می توان از این مشکل جلوگیری کرد. تیری که مقطع آن تغییرات تدریجی داشته باشد دستخوش مسئله ی تمرکز تنش نخواهد شد در صورتی که در مورد تیر شکاف دار چنین گفته ای صادق نیست.
-3 زلزله های نزدیک گسل
زلزله های نزدیک گسل به زلزله هایی اطلاق می شود که فاصله شان از مرکز آزاد شدن انرژی کمتر از یک حد معینی باشد.بعضی محققین این فاصله را 50 کیلومتر می دانند و برخی دیگر از جمله اکی این فاصله را 15 کیلومتردر نظر می گیرند. نگاشت های حاصل از نزدیکگسل عموماً دارای یک پالس شدید و غالب سرعت و تغییر مکان در فرکانس های کوچک هستند و این در حالی است که چنین ویژگی ای در رکوردهای گسل دور دیده نمی شود.
مقایسه تاریخچه زمانی و محتوای فرکانسی نگاشت های متعدد ثبت شده در زمین لرزه های حوزه نزدیک نشان می دهند که ارتعاشات رسیده به نقاط مختلف می توانند وابستگی شدیدی به فاصله از گسل مسبب، موقعیت قرارگیری نسبت به جهت پیشروی گسل و مشخصات پارامترهای چشمه داشته باشند..شتاب نگاشت های حاصله از گسل نزدیک، عموماً دارای مدت زمان موثر کمتری نسبت به نگاشت های دور از گسل هستند و معمولاً از نوع مولفه های فرکانس بالا می باشند.این در حالیست که شتاب نگاشت هایحاصله از گسل دور، عموماً شامل مولفه های فرکانسی پایینی می باشند.تاریخچه مطالعات رفتار لرزه ای سازه های مختلف نشان می دهند در اثر اعمال زلزله ها در فواصل نزدیک و یا دور نسبت به محل گسل که محتوای فرکانسی مختلفی دارند، سازه ها رفتار متفاوتی از خود بروز می دهند.
-4 مشخصات هندسی و سیستم سازهای مدل های مورد بررسی
در این پژوهش در مجموع 8 سازه مورد بررسی قرار گرفته اند. ویژگیها و مشخصات هندسی و مصالح مورد استفاده جهت طراحی سازهها به شرح زیر می باشد:
تعداد طبقات: 3، 5، 8، 10، 12، 15 و 20 طبقه میباشد که به صورت نامنظم در ارتفاع در نظر گرفته شده اند. یک سازه 10 طبقه منظم نیز جهت مقایسه مدل سازی گردیده است.
تعداد دهانه : جهت اعمال نامنظمی جرمی در ارتفاع از تعداد دهانه ها در ارتفاع سازه ها کاسته شده است. به طوری که در طبقات ابتدایی در هر جهت 4 دهانه و در طبقات بالاتر در هر جهت 2 دهانه وجود دارد. بدین ترتیب سازه ها شامل بند نامنظمی در ارتفاع خواهند بود. اطلاعات مربوط به تعداد دهانه ها در طبقات سازه ها در شکل 1 آورده شده است.
ارتفاع آکس تا آکس هر طبقه 320 سانتیمتر و طول دهانه قابها 500 سانتیمتر میباشد.
با توجه به خمشی بودن سیستم سازه ای اتصالات تکیهگاه به زمین و همچنین اتصال تیرها و ستون ها به یکدیگر گیردار درنظر گرفته شده است. ستونها از نوع قوطی می باشد و تیرها در مدل ها از نوع IPE هستند.
شکل : 1 تعداد دهانه ها در ارتفاع سازه ها
