بخشی از مقاله
چکیده:
نیاز انسان به مسکن عمده ترین دلیل پیشرفت صنعت ساختمان می باشد. نتیجه ی این پیشرفت نیز موجب تغییر مداوم در نحوه تولید و مصرف مصالح ساختمانی شده است. یکی از متغیر های مهم مصالح، جنس دیوارها اعم از باربر و غیر باربر می باشد که تغییراتی وسیع و سریع در سه دهه ی گذشته در دنیا و کشور ما داشته است. یکی از سیستم های نوین ساختمانی که امروزه در دنیا متداول شده پانل های پیش ساخته سبک سه بعدی بتنی موسوم به پانل های ساندویچی - - 3D Panel است.
در این پژوهش سعی بر جبران کاستی ها و خلاء های تحقیقاتی موجود در مورد سیستم پانل 3D با اثرات بازشودر قاب خمشی فولادی را داریم.در این تحقیق، ابتدا مدل نرم افزاری یک قاب خمشی فولادی باپانل 3D را تحت شتاب نگاشت های مختلف مورد بررسی قرار می دهیم وسپس نتایج تحلیل با نتایج موجود ومربوط به نمونه های آزمایشگاهی مقایسه وصحت مدل سازی بررسی می گردد.
سپس مدل سازی نمونه هایی ازسیستم ترکیبی با تغییر درنحوه اتصالات میانقاب پانلی وتوزیع میلگردها وهمچنین با اثرات بازشو وبدون بازشوانجام می گردد ودرنهایت رفتارلرزه ای در سیستم مرکب قاب –پانل موردارزیابی قرارمی گیرد و با نتیجه گیری منطقی به جنبه های مجهول بحث پاسخ داده می شود. با ایجاد بازشو در پانل میزان تغییرات زیادی را در جهت جابجایی در جهت مثبت و منفی ایجاد شد.
.1 مقدمه
یکی از سیستم های ساخت و ساز که در سال های اخیر با توجه به مزایای آن - سبک بودن و سهولت اجرا، عایق بودن در مقابل صوت و حرارت - استفاده شده است، سیستم پانل های پیش ساخته 3D است. این سیستم شامل دو لایه شبکه مفتول جوش شده است که در دو سوی یک لایه پلی استایرن قرار داده شده و به وسیله ی برش گیرهایی به یک دیگر متصل می شوند. در مرحله بعد روی این مفتول ها بتن شاتکریتی - از نوع تر - ، پاشیده می شود .
در شکل 1 لایه های مختلف دیوارهای پانلی 3D نشان داده شده است. با توجه به نبودن وجود یک روش جامع و کامل در مدل سازی، تحلیل و طراحی سازه های ساخته شده با پانل، همچنین نبود شناخت کامل رفتار سازه های پانلی، تحقیقات و آزمایش های مختلفی به وسیله ی محققین - در کشور و دنیا - برای بررسی بیشتر این سیستم انجام شده است که این جا به برخی از آن ها اشاره می شود.
رفتار غیرخطی سازه های ترکیبی قاب و پانل 3D در ارتفاع، که باعث ایجاد نامنظمی در سختی طبقه می شود بررسی شده [2 ] و پوشش حدود 57 درصد سطح قاب در طبقه همکف برای ایجاد رفتار مناسب برای سازه و ایجاد سختی برابر با طبقه روی خود، مناسب تشخیص داده شده است. همچنین نتیجه بررسی رفتار لرزه ای قاب فولادی پرشده با پانل برای یک سازه یک طبقه و یک دهانه، استفاده از پانل را در بهبود رفتار قاب و افزایش مقاومت و سختی آن مؤثر دانسته است .
بررسی رفتار لرزه ای ساختمان یک طبقه پانلی روی میز لرزان همراه مطالعات عددی آن انجام شده [4 ] و ضریب رفتار این سیستم براساس مطالعات تأیید شده با آزمایش به دست آمده است. در تحقیق دیگری [5 ] مدل سازی اجزای محدود سیستم تحت بارهای لرزه ای، برای ساختمان واقعی یک طبقه با پانل 3D انجام شده و درباره ی نتایج آنالیز بحث شده است .
در تحقیق دیگری نتایج حاصل از آزمایش ساختمان 4 طبقه مقیاس شده روی میز لرزان بررسی [6 ] صورت گرفته و رفتار هیسترزیس و توزیع نیروها در طبقات برای این سیستم به دست آمده است. امکان استفاده از پانل در مقاوم سازی سازه های فولادی موجود، در تحقیقی [7 ] بررسی و استفاده از این پانل ها برای مقاوم سازی ساختمان های کوتاه تا متوسط، مناسب تشخیص داده شد. همچنین در باره ی تعیین ضریب رفتار سیستم های ترکیبی قاب-پانل و بررسی تأثیر پانل در تغییر مقادیر تنش در مقاطع اصلی سیستم های ترکیبی، تحقیقاتی انجام شده و ضریب رفتار سیستم های ترکیبی از حدود 3 الی 6 ارزیابی شده و مشخص شد که استفاده از پانل تنش اعضای اصلی را کاهش قابل توجهی داده است
در سال2006 توسط Yaw-Jeng Chiou وهمکاران رفتار لرزه ای پانل پیش ساخته در قاب بتنی موردبررسی قرارگرفت . در این تحقیق سه نمونه آزمایشگاهی با تغییر در توزیع آرماتورهای اتصال پانل به قاب به لحاظ عملکرد مناسب به عنوان سیستم باربر جانبی ومیزان انرژی جذب شده وهمچنین حداکثر نیرو وتغییر مکان سیستم ترکیبی مورد بررسی قرار گرفت
در سال 2004 کبیر وهمکاران رفتاردینامیکی غیر خطی ساز های ترکیبی قاب بتنی وپانل 3D در ارتفاع با ایجاد نامنظمی ها در سختی طبقات - که در طبقه همکف از قاب خمشی ودر طبقات بالا از پانل استفاده شده - مورد بررسی قرار گرفت و سطح پوشش یافته قاب در طبقه همکف برای ایجاد رفتار مناسب سازه بررسی شد
در تمام پژوهش های انجام شده، رفتار دینامیکی قاب بتنی همراه با بازشو مورد بررسی و تحلیل قرار گرفت که ظرفیت باربری سیستم و تغییر مکان قاب به طور قابل محسوسی کاهش یافت.بدلیل آنکه مطالعه خیلی کمی بر روی قاب های فلزی انجام شد و امروزه استفاده از قاب های فلزی به وفور یافت می شود در این پژوهش قصد داریم میزان تغییر مکان و ظریت باربری قاب فلزی و 3D پانل همراه با بازشو را مورد بررسی قرار دهیم.
.2صحت سنجی
به منظور اطمینان از نتایج به دست آمده از تحلیل نرم افزار و مدل سازی صورت گرفته، یکی از مدل های که توسط گرامی و همکارانش به صورت عددی بررسی شده است، در نرم افزار Abaqus مدل سازی و آنالیز شده است. سپس نتایج حاصل شده از نمونه آزمایشگاهی با نتایج حاصل شده از نرم افزار Abaqus با هم مقایسه می شوند تا درستی مدل سازی و آنالیز مورد بررسی قرار گیرد.
جهت بررسی رفتار سیستم های ترکیبی قاب و پانل، قابهای دو بعدی 3، 5 و 10 طبقه با 3 دهانه - به طول دهانه مساوی ، 4,5 متر و با عرض بارگیر 5 متر - ، با ارتفاع طبقات معادل 3 متر با استفاده از نرم افزار ETABS2000 مدلسازی و بر اساس آیین نامه AISC-ASD89 طراحی شده اند. برای بارگذاری جانبی مدل ها، استاندارد ACI با فرض خاک نرم و منطقه با خطر نسبی زیاد مورد استفاده قرار گرفته است.
شکل .2 مشخصات مقاطع قاب های سه طبقه - a - ، پنج طبقه - b - و ده طبقه [12 ] - c -
در جدول 1 مقاطع استفاده شده برای طراحی قاب ها تعریف شده است.شماره این مقاطع، روی قاب های شکل 2 نمایش داده شده است.
جدول .1معرفی تیپ تیرها و ستون ها
با استفاده از نتایج طراحی، قاب های فولادی در نرم افزار مدلسازیABAQUS و دهانه های مختلف آن توسط پانل، تقویت می گردد. سپس منظور بررسی اثر پانل های 3D در رفتار قاب های فولادی، این سازه ها بصورت استاتیکی و دینامیکی غیرخطی تحلیل می گردد . در این بخش به بررسی رفتار استاتیکی می پردازیم و نتایج را مقایسه می کنیم.در نمودارهای زیر نتایج در قاب های 3، 5 و 10 طبقه نشان داده شده است
