بخشی از مقاله
خلاصه
بررسی زلزلههای مخرب به وقوع پیوسته، مؤید این نکته است که باوجود توصیه تمام استانداردهای لرزهای مبنی بر استفاده از پلان متقارن و منظم، به دلیل وجود محدودیتهای معماری و ابعاد زمین در نقاط مختلف شهری همچنان از پلانهای نامنظم استفاده میشود. قابهای مهاربندیشده یکی از انواع سازههایی است که کاربرد روزافزونی در مهندسی عمران دارد.
در طراحی لرزهای سازههای فولادی، برای مقاومت در برابر بارهای جانبی معمولاً، از سیستم مهاربندی فولادی استفاده میشود. در چنین قابهایی امکان قرارگیری مهاربندها در مکانهای متعددی وجود دارد. در این مقاله توسط آنالیز و مقایسه 48 سازه فولادی 5 طبقه، تلاش میشود بهترین موقعیت مهاربند فولادی در پلانهای نامنظم L شکل بهگونهای تعیین گردد که کمترین تغییر مکان ، تغییر مکان نسبی طبقات ، نیروی بالارانش و بیشترین مقاومت پیچشی به وجود آید.
نتایج نشان میدهند که در یک سازه فلزی با پلان نامنظم L شکل که دارای قاب ساده و مهاربند فولادی است چنانچه در محدوده داخل رفتگی L شکل مهاربند قرار نگیرد و در دهانههای دیگر هر چه مهاربندها به هم دوخته تر شوند و در نقاطی دورتر از مرکز سختی قرار گیرند وضعیت مطلوبتر خواهد شد. همچنین ستونهایی که در محل تقاطع دو جهت مهاربندی قرار میگیرند بدترین وضعیت به لحاظ نیروی فشاری را خواهند داشت.
.1 مقدمه
پلان ساختمان باید تا حد امکان به شکل ساده و متقارن در دو امتداد عمود بر هم و بدون پیشآمدگی و پسرفتگی زیاد باشد .این ملاحظه از این حقیقت ناشی میشود که هر چه تقارن ساختمان بیشتر شود، لطمات و خسارات ناشی از پیچش و تمرکز تنش در آن کاهش خواهد یافت. هرچند تأمین یک سیستم مناسب برای انتقال مطمئن نیروی زلزله به شالوده و نهاتاًی به زمین از وظایف مهندس سازه است. لیکن نقش طرح معماری و محدودیتهایی که بر انتخاب سازه مقاوم در برابر زلزله ایجاد میکند انکارناپذیر است
بهطورکلی برآیند نیروهای ناشی از زلزله به دلیل ماهیت دینامیکی خود در مرکز جرم سازهخصوصاً، کفها است. برای توزیع این نیروها نسبت به سختی عناصر مقاوم، در کفهای صلب لازم است برآیند نیروها در مرکز سختی طبقه در نظر گرفته شود. انتقال نیروی زلزله از مرکز جرم به مرکز سختی همراه با لنگر پیچشی برابر حاصلضرب نیروی زلزله در فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی طبقه است. بنابراین هرچه فاصله بین مرکز سختی و مرکز جرم کمتر باشد، میزان لنگر پیچشی کاهش خواهد یافت
در سازههای نامنظم در پلان به دلیل وجود فاصله زیاد بین مرکز جرم و مرکز سختی بهترین روش برای کاهش لنگر پیچشی و افزایش مقاومت پیچشی سازه، جابجایی عناصر مقاوم جانبی است. بهگونهای که فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی کاهش یافته و مقاومت پیچشی سازه نیز افزایش یابد.
بهمنظور تعیین آرایش مناسب مهاربندی فولادی در پلانهای نامنظم L شکل و اثرات جابجایی عناصر مقاوم جانبی بر روی رفتار سازه فولادی و مقاومت پیچشی، نیروی بالارانش، تغییر مکان جانبی طبقات، تغییر مکان نسبی طبقات و یافتن بحرانیترین ستون به لحاظ نیروی فشاری، در این تحقیق 48 سازه فولادی 5 طبقه دارای قاب ساده و مهاربند فولادی همگرا ضربدری موردمطالعه قرارگرفته است.
.2 فرضها و مشخصات سازههای آنالیز شده
برای مطالعه پارامتری، یک ساختمان 5 طبقه فولادی که دارای 8 دهانه 5 متری در جهت X و 8 دهانه 5 متری در جهت Y است مطابق شکل - 1 - انتخاب گردید. نوع سقف کامپوزیت و تیر ریزی بهصورت شطرنجی است. کاربری ساختمان مسکونی و بار مرده کف 350 کیلوگرم بر مترمربع، بار معادل پارتیشن 150 کیلوگرم بر مترمربع و بار زنده طبقات و بام 200 کیلوگرم بر مترمربع منظور شده است. تنش تسلیم فولاد 2400 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع منظور شده است. ارتفاع طبقات ساختمان 3/60 متر است.
سیستم باربر جانبی در دو جهت X و Y قاب ساده با مهاربند همگرا ضربدری - ضریب رفتار - 7 است. بارگذاری سازهها بر پایه مبحث ششم [3] مقررات ملی ایران و استاندارد 2800 ویرایش سوم و طراحی سازهها با استفاده از مبحث دهم مقررات ملی ایران [4] بر اساس روش تنش مجاز انجامشده است.
شکل - 1 پلان ساختمان 5 طبقه فولادی
برای محاسبه بار زلزله، از روش شبه استاتیکی استاندارد 2800 استفادهشده است. ابتدا کل برش پایه محاسبه و سپس به نسبت وزن در طبقات پخش شده است. با توجه به مدل سهبعدی سازه، نیروی زلزله در مرکز جرم هر طبقه اثر دادهشده است. سقفها صلب فرض شدهاند.
در تعیین مقدار نیروی برش پایه فرض شده که سازه در پهنه با خطر نسبی زیاد، شتاب مبنای طرح 0/3، قرار دارد و ساختگاه از نوع - Ts=0.5 , T0=0.1 , S=1.5 - II است.
با توجه به آنکه ساختمان L شکل موردمطالعه نامنظم در پلان است طبق استاندارد 2800 باید ترکیب صد در صد نیروی زلزله هر امتداد با 30 درصد نیروی زلزله در امتداد عمود بر آن در نظر گرفته شود و به دلیل آنکه ساختمان 5 طبقه و با ارتفاع 18 متر از تراز پایه است نیازی به در نظر گرفتن پیچش تصادفی نبوده و میتوان از تحلیل استاتیکی استفاده نمود. ترکیبات بارگذاری مورداستفاده در این تحقیق مطابق روابط زیر است :
آنالیز استاتیکی و طراحی سازهها با استفاده از نرمافزار [5] Etabs 2000 V9.7.0 بهصورت سهبعدی انجامشده و در طراحی از آییننامه [6] UBC97-ASD و ضوابط ویژه آییننامه ایران - مبحث دهم - استفادهشده است.
برای آنکه نتایج باهم قابلمقایسه باشد، مقاطع المانها - تیر، ستون و مهاربند - برای کلیه سازهها یکسان - مطابق با بحرانیترین مدل - است و برای کلیه سازهها در هر جهت 6 عدد مهاربند لحاظ شده است.
.3 چیدمان مهاربندها و نامگذاری مدلهای مورداستفاده
در قابهای مهاربندیشده امکان قرارگیری مهاربندها در مکانهای متعددی وجود دارد. طراح بایستی قبل از تصمیمگیری، تمامی حالتهای ممکن برای قرارگیری مهاربندها در مکانهای مختلف را موردتوجه و بررسی قرار دهد. محل بهینه مهاربندهاغالباً به روش آزمونوخطا تعیین میشود.
بیشترین مقاومت پیچشی - لنگر مقاوم پیچشی - در ساختمان زمانی به وجود میآید که عناصر مقاوم جانبی در دورترین نقاط، نسبت به مرکز سختی قرار گرفته باشند. در این تحقیق محلهای ممکن برای قرارگیری مهاربند پیرامون پلان مطابق شکل - - 2 است.
شکل 2 -محلهای محتمل برای مهاربند در پیرامون پلان
