بخشی از مقاله
چکیده
تجربیات حاصل از زلزله هاي گذشته نشان میدهد که پیچش سازه به عنوان یکی از علل آسیب دیدگی ساختمان ها هنگام وقوع ارتعاشات شدید زمین شناخته شده است. تأثیر پیچش میتواند به وسیله نامنظمی در پلان، مرکز جرم، سختی یا توزیع مقاومت به وجود آید. سازه هاي نامتقارن در مقابل زلزله نسبت به سازه هاي متقارن، قابلیت آسیب پذیري شدیدتري دارند که این مسئله باید در طراحی عناصر مقاوم در نظر گرفته شود. همچنین از مهم ترین اثرات ناشی از زلزله در اینگونه پیکربندي ها میتوان به عدم انطباق مراکز جرم و سختی در تمامیجهت هاي احتمالی برخورد امواج زلزله که منجر به ایجاد پیچش در سازه میگردد، اشاره نمود.
صنایعی و رافضی - 1391 - همبستگی بین پاسخهاي دینامیکی پیچشی و انتقالی ساختمانهاي نامتقارن، باعث افزایش تقاضاي تغییرمکان در لبه نرم و نیاز شکل پذیري در لبه سخت پلان خواهد شد. همچنین با توجه به تغییرات موقعیتهاي مراکز سختی و برش طبقات حین رفتار شدید غیرخطی ساختمان هاي نامتقارن تحت اثر زلزلههاي نیرومند حوزه نزدیک، پیش بینی چگونگی تغییرات پارامترهاي پاسخ لرزه اي بطور قابل توجهی با معیارهاي رفتار الاستیک تفاوت خواهد داشت.پژوهش حاضر شامل نتایج مطالعه رفتار لرزهاي یک ساختمان فولادي 15 طبقه با سیستم ترکیبی قابهاي صلب و مهاربندي شده و داراي نامنظمیدر پلان است.
پارامترهاي پاسخ لرزه اي سازه مطالعاتی بر اساس انجام یک مجموعه گسترده تحلیلهاي تاریخچه زمانی تحت رکوردهاي حوزه دور و نزدیک، مورد ارزیابی قرار گرفته است. بر پایه تحلیل رفتار واقعی سازه، رکوردها در حالت میدان آزاد اعمال گردیدهاند. بدین لحاظ چگونگی تغییرات پارامترهاي پاسخ سازه نامتقارن مطالعاتی از دیدگاه لرزه شناسی مهندسی و با لحاظ نمودن مشخصات دقیق فیزیکی رکوردهاي نیرومند حوزه نزدیک بررسی شده است. اثرات نامتقارنی در مدل مطالعاتی این پژوهش بر پایه تغییر موقعیت هندسی مرکز جرم طبقه بوده و موقعیت انتخابی مرکز جرم در پلان سازه نمایش داده شده است.
مقدمه
یکی از مشکلات به وجود آمده در زلزله براي سازه ها، خسارت بیش ازحد سازه هاي نامنظم میباشد. سازه هاي نامنظم در عمل، در نتیجهاي اضطرارهاي معماري، اقتصادي و کاري به وجود میآیند که به سه دسته کلی نامنظمیدر جرم، نامنظمیدر سختی و نامنظمیدر مقاومت تقسیم میشوند که در اکثر مواقع به علت شرایط معماري و کاربري سازه، نامنظمیها به طور همزمان در سازه ایجادشده و باعث تشدید اثرات زلزله میشوند.مطالعات اصولی درمورد علل وقوع زلزله، بررسی هاي آماري ازآسیب پذیري ساختمان ها درهنگام وقوع زلزله هاي گذشته و پیش بینی شاخص خسارت در آینده میتواند ابعاد تخریب سازه ها و تلفات جانی آن را کاهش دهد. رضوي زاده و اعتمادي - 1390 - تحقیقی بر روي تأثیر شکل هندسی و معماري سازه هاي نامنظم L شکل انجام دادند.
در این مطالعات که بروي چندین سازه ي نامنظم با ارتفاع هاي مختلف با استاندارد2800 انجام دادند. هدف آنها بررسی مقادیر خروجی حاصل از تحلیل هاي استاتیکی معادل و دینامیکی بوده است که بعد از تحلیل نمونهها و مقایسه و بررسی رفتار آن ها در برابر نیروي زلزله نتایج ذیل بدست آمد برخلاف ساختمان هاي منظم که مقادیر پیچش استاتیکی معادل - در امتداد بحرانی - و پیچش دینامیکی بیشینه، در کلیه نمونه هاي با تعداد طبقات متفاوت یکسان بود، در ساختمان هاي نامنظم اینگونه نیست.سرو قد مقدم و همکاران - 1390 - در پژوهشی با عنوان بررسی اثر پیچش در ساختمان هایی نیمه بلند متقارن در پلان نسبت به دو محور تحت اثر تحریک لرزه اي، نشان دادند حرکات پیچشی باعث ایجاد تغییر مکان ها و نیروهاي اضافی در برخی اعضاي سازه اي در ساختمان هاي نامتقارن در مقایسه با ساختمان هاي متقارن متناظر میگردد که اثر پیچش یکی از مهمترین علل آسیب ساختمان ها تحت اثر نیروهاي زلزله بوده است.
کریشنان در سال - Krishnan,S; 2007 - 2007 با طراحی6 قاب خمشی فولادي با پلانهاي منظم و نامنظم و همچنین آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی مدلها تحت رکوردهاي حوزه نزدیک، پارامترهاي لرزهاي سازهها را مورد بررسی قرار داد و تاثیرگذاري مود پیچشی و تسلیم نامتقارن تحت این رکوردها را مشاهده نمود.سئو و همکاران - Seo, et al.,2012 - در سال 2012 با طراحی مجموعهاي از قابهاي خمشی فولادي L شکل نامنظم در پلان، کاربرد سطح پاسخ مدلها - RSMs - توسط شبیهساز مونتکارلو - MCS - را مورد مطالعه قرار داده و تاثیر پارامترهاي مختلف از جمله سال ساخت، خروج از مرکزیت، جهت اعمال زلزله و ارتفاع طبقه اول را بر روي منحنیهاي شکنندگی مورد بررسی قرار دادند.
نتایج تحقیقات آنها نشان داد که پارامترهاي ارتفاع طبقه و سال ساخت بیشترین تاثیر را بر آسیبپذیري مدلها در سطوح عملکردي مختلف دارد و بیان نمودند که تنوع هندسی نامنظمی، جهت زلزله و سال ساخت باید در ارزیابی شکنندگی لرزهاي قابهاي نامنظم مورد توجه قرار گیرد.در تحقیق حاضربه بررسی پارامترهاي عملکرد لرزه اي سیستم نامتقارن ترکیبی قاب هاي صلب خمشی و مهاربندي شده در ساختمانهاي میان مرتبه فولادي تحت اثر انتقال مرکز جرم سازه و اعمال رکورد هاي حوزه نزدیک و دور پرداخته شده است. بیشتر این رکوردها حاوي مشخصات جنبش نیرومند زمین از جمله پالس هاي پر انرژي و بلند مدت سرعت در تاریخچه زمانی سرعت میباشند.سازه قاب محیطی بر طبق استاندارد 2800 ویرایش سوم طراحی شده وتوسط نرم افزار PERFORM-3D ver.4.0.3 مورد تحلیل و ارزیابی قرار گرفته است.
ساختار موضوعی وطرحمسئله
با توجه به پیشرفت صنعت ساختمان و مقتضیات محل اجراي پروژه و سبک معماري مدرن نیاز به پلان هاي نامتقارن بوجود آمد و همچنین تأثیر متفاوت نیروهاي زلزله برسازه هایی با پلان نامتقارن طراحان را وادار به بررسی اینگونه سازه ها نموده است، از این سو در این پژوهش لازم بر این مهم دانسته شده که به بررسی پارامترهاي عملکرد لرزه اي سیستم نامتقارن ترکیبی قاب هاي صلب خمشی و مهاربندي شده در ساختمان هاي میان مرتبه فولادي پرداخته شود. با بررسی سازه هاي نامنظم در برابر زلزله ما این امکان به وجود خواهدآمدکه بتوان بهترین و بهینه ترین طرح را انتخاب کرد. وجود نامنظمیدر سازه در رفتار لرزهاي آن پیچیدگی هاي خاصی را اعمال میکند که تحلیل را دچار مشکل میسازد.
به عنوان مثال اثرات مودهاي بالاتر به خصوص مودهاي پیچشی در رفتار لرزه اي سازه گاهی بیشتر از مودهاي ابتدایی میباشد به همین دلیل ساختمان هاي نامنظم نیاز به شکل پذیري و مقاومت ویژه اي دارند و براي تحلیل آن ها نیاز به روش هایی است تا بتوان این نیازمندي ها و پیچیدگی ها را در نظر گرفت. درهرحال باید توجه داشت نوع و مقدار بی نظمیدر به وجود آوردن میزان خسارت بسیار مؤثرند. ازجمله این نامنظمیها، نامنظمیدر پلان هست که اگر از حدومرز تعیین شده در آیین نامه بیشتر باشد میتواند موج خسارت هاي زیادي در سازه گردد. نامنظمیپیچشی نیز از این نوع نامنظمیهست که در آن مرکز جرم و مرکز سختی از هم فاصله دارند؛ بنابراین براي تحلیل و طراحی ساختمانهاي نامنظم در پلان بایستی به دنبال روشی بود که بتواند تصویر مناسبی از رفتار سازه وعملکرد واقعی تر آن در مقابل زلزله را نشان دهد.
طرحومدلسازيسازهمطالعاتی
قاب ساختمان 15 طبقه مورد مطالعه، قاب محیطی خمشی با نامنظمیدر پلان است. این سازه بر طبق استاندارد2800 ویرایش سوم و مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان با ضریب رفتار - R=7 - طرح شده است. در شکل - 1 - نماي جانبی قاب وپلان سازه نشان داده شده است.در سیستم قاب محیطی خمشی تیرهاي بیرونی با اتصال صلب به هم متصل شده اندوتیرهاي داخلی با اتصال مفصلی به تیرهاي اطراف خود متصل هستند. در جداول 1تا4 مشخصات مقاطع به کار رفته درتیرها وستون هاوبادبندها مشخص شده است.بار مرده تمامیطبقات برابر 500 kg/m2و نیز بار زنده طبقات اول تا 14 برابر 200 kg/m2 و طبقه پانزدهم برابر 150 kg/m2در نظر گرفته شده است. جدول 5حاوي اطلاعات پریود متناظر با سه مود اول ارتعاش سازه به همراه ضرایب درصد مشارکت جرمیمربوطه و همچنین ضریب زلزله - C - میباشد.
