بخشی از مقاله
خلاصه
برای طراحی سازههای مقاوم در برابر زلزله و مقاومسازی ساختمانهای موجود، ایدههای مختلفی بیان و تحقیقات گستردهای در اینمورد انجام شده است. یکی از این سیستمهای مقاوم، دیوار برشی بتنی میباشد که در این مقاله به بررسی در مورد جانمایی آن در سازههای بتنی پرداخته شده است. در این مورد نکاتی همچون تأثیر دیوار برشی بر پیچش، تغییرمکان جانبی، صلبیت سقف و نیروی بالارانش2 مورد بحث و بررسی که در هر مورد حالتهای بهینه برای رسیدن به هدف موردنظر، مطالعه شده است. همچنین موقعیت بهینه دیوارهای برشی در پلانهای مربع، مستطیل، L شکل و مثلثی شکل مورد مطالعه قرار گرفته است.
نتایج نشان میدهد که در سازههای با پلان L شکل برای جانمایی دیوار برشی، در محدوده داخل رفتگی، دیوار برشی قرار نگیرد، هرچه دیوارهای برشی به هم متصل شوند و در نقاطی دورتر از مرکز جرم قرار گیرند وضعیت مطلوبتری خواهند داشت، ستونهایی که در محل تقاطع دو جهت دیوار برشی قرار میگیرند، بدترین وضعیت به لحاظ نیروی فشاری دارند و برای مقاومت پیچشی بهتر، مناسبتر است که دیوارهای بیشتری در پیرامون سازه قرار گیرند. در صورتیکه تمامی دیوارها در یک امتداد و محور قرار گیرند مقاومت پیچشی سیستم صفر بوده و سازه در برابر پیچش و بارهای جانبی ناپایدار میگردد.
همچنین در مورد ساختمانهای مثلثی شکل در پلان در صورتیکه امتداد دیوارهای برشی همدیگر را در یک نقطه قطع کنند سیستم ناموازی بوجود آمده و علاوه بر ایجاد نامنظمی، باعث میشود مقاومت پیچشی سازه صفر گردد. همچنین مشاهده میشود پیوسته کردن دیوارها باعث کاهش تغییرمکان جانبی سازه تا 38 درصد می گردد.در آخر نیز از یک الگوریتم بهینهیابی موسوم به الگوریتم ژنتیک برای یافتن بهینهترین حالت چیدمان دیوارهای برشی بتنی در سازه های فولادی استفاده شده است که از تلفیق نرمافزار SAP2000 و کدنویسی به روش الگوریتم ژنتیک استفاده شده است.
کلمات کلیدی: ساختمانهای بتنآرمه، دیوار برشی، موقعیت بهینه، پلان L شکل، سیستم مقاوم جانبی، پلان مثلثی شکل.
1.مقدمه
یکی از عوامل موثر در بهبود رفتار و عملکرد سازهها در معرض زلزله، نحوه قرارگیری سیستم مقاوم جانبی در مکان های مناسب و ملاحظات معماری از قبیل شکل پلان ساختمان میباشد. قرار گیری صحیح دیوارهای برشی در پلان و تعیین تعداد آن ها، یکی از مراحل مهم طراحی ساختمان های بتن آرمه است.در دیوارهای تک، ممکن است جابجایی محوری، انتقالی و پیچشی رخ دهد. میزان مقاومت یک دیوار در برابر ممان واژگونی، نیروی برشی و پیچشی به شکل هندسی و موقعیت آن در پلان سازه مربوط می شود. در حالی که ایجاد یک آرایش پایدار از دیوارها در مقابل بارهای باد نسبتاً آسان است، ولی درمورد نیروهای زلزله تعیین موقعیت مناسب دیوارهای برشی مشکل میباشد.
علت این امر این است که در مورد نیروهای باد، واکنش الاستیک از سازه انتظار میرود؛ در حالی که در طی زلزله های بزرگ، تغییر شکل های غیر ارتجاعی رخ میدهد و رفتار شکل پذیر دیوار تأثیر زیادی بر عملکرد لرزهای سازه دارد.جانمایی و قرارگیری دیوار برشی در پلان بسته به شرایط سازه، تعیین می شود و نمیتوان یک نسخه واحد برای تمام سازهها پیچید. بهتر است دیوارها در پلان توزیع شوند. تحقیقات گذشته نشان میدهد فاصله مطلوب دو دیوار برشی، حدودا 24 متر است. ولی توصیه می شود این فاصله از 15 متر تجاوز نکند.قرارگیری دیوارها در پلان تابع عوامل متعددی بوده و تأثیر بسیار زیادی بر روی پیچش، صلبیت سقف، تغییر مکان جانبی و نیروی بالا رانش دارد. در زیر به طور جداگانه تاثیر هر یک از عوامل چهارگانه فوق را به همراه مثال های متعدد بررسی مینمائیم:
2.تاثیر جانمایی دیوار برشی در پلان بر روی پیچش
پارامترهای مهمی که در رفتار پیچشی سازه ها در اثر زلزله تاثیر می گذارد:
·لنگرهای پیچشی ·تغییر مکانهای دورانی اضافی در اثر عدم تقارن در دیافراگمهای ساختمان ·توزیع نامتقارن جرم در دیافراگم های ساختمان در اعضای باربر جانبی
·عدم توزیع یکنواخت سختی
·عدم توزیع یکنواخت مقاومت ·مقاومت پیچشی سازه
عوامل فوق سبب میشود تا نقطه اثر برآیند نیروها ناشی از زمین لرزه با نقطه اثر برآیند نیروهای اعضای باربر جانبی یکی نبوده و در صورتی که مرکز سختی بر روی مرکز جرم منطبق نباشد و ساختمان دارای دیافراگم های صلب یا نیمه صلب باشد لنگرهای پیچشی در این دیافراگم ها ایجاد گردد.اگر حاصل ضرب نیرویی که دیوارها متحمل می شوند در فاصله بین آنها را مقاومت پیچشی بنامیم، در سازههایی که تمامی دیوارها در یک امتداد قرار دارند - شکل - - - 1 و یا امتداد دیوارها، همدیگر را در یک نقطه قطع میکنند، مقاومت پیچشی سیستم صفر می باشد - اشکال -2الف، ب و ج - .برای بررسی مقاومت پیچشی سیستمهای متشکل از دیوارهای برشی، به شکل - - 2 توجه کنید. اغلب دیوارهای برشی دارای مقطع جدار نازک باز با سختی پیچشی کم هستند، بنابراین معمولاً از مقاومت پیچشی دیوارهای تکی صرف نظر می شود - مقاطع لوله ای استثناء هستند - .
اشکال -2 - الف، ب و ج - در برابر پیچش ناپایدار هستند، چون امتداد دیوارها همدیگر را در یک نقطه قطع میکنند. اما اشکال -2 - د، ه ، و - در برابر پیچش پایدارند و دارای مقاومت پیچشی بالایی میباشند. برای افزایش مقاومت پیچشی سازه، باید دیوارهای برشی در پیرامون و با فاصله بیشتر قرار گیرند.در پلان شکل - -3 الف - ، همه دیوارهای برشی در یک راستا قرار دارند و هیچ فاصله ای بین دیوارها در جهت عمود بر راستای اعمال نیروی زلزله نمیباشد، بنابراین مقاومت پیچشی وجود ندارد. در صورتی که فاصله بین مرکز جرم و سختی حداکثر بوده و لنگر پیچشی ناشی از زلزله به مقدار T= V . eij به سازه وارد میشود. این باعث میگردد که ساختمان در زلزله آسیب شدیدی ببیند. در قسمت ب شکل - - 3، با توجه به آنکه دیوارها در پیرامون و متقارن نسبت به مرکز جرم و با فاصله L از همدیگر قرار دارند لنگر پیچشی مقاوم Tr = F .L بوده که در برابر پیچش وارده ناشی از زلزله در اثر عدم تقارن بارگذاری و پیچش های تصادفی مقاومت میکند.
طی تحقیقات انجام شده توسط نگارنده، برای پلان L شکل در یک سازه پنج طبقه شکل - - 4، دوازده حالت زیر برای تعیین موقعیت بهینه دیوار برشی مورد بررسی قرار گرفت.
