بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، ساختمانهای کوتاه مرتبه، ساختمانهای4و 8 طبقه و ساختمانهای بلند مرتبه، ساختمانهای16و 30 طبقه که همه ساختمانها فولادی و با سیستم لرزهبر مهاربندی همگرای ضربدری - - X هستند، تعریف شدهاند که با نسبت تنشهای مختلف برای ستون و بادبند، بر اساس ضوابط آییننامههای رایج در ایران، تحت یک تحلیل رانشی استاتیکی قرار گرفته و طراحی میشوند، پس از طرح سازه با نسبت تنشهای مختلف، ساختمانهای انتخابی توسط یک تحلیل استاتیکی غیرخطی - Pushover Analysis - تحت اثر بارهای آییننامهای قرار گرفته و ضریب رفتار، ضریب ظرفیت جانبی نهایی و ضریب کاهش شکلپذیری سازهها بدست آمده و از نتایج حاصله، قضاوت مناسبی در مورد رفتار سازهها، ارائه شده است.
واژه های کلیدی: ضریب رفتار، ضریب شکلپذیری، ضریب ظرفیت جانبی نهایی ، مهاربندی همگرا، نسبت تنش
.1 مقدمه
از زمانی که محققین به خاصیت جذب انرژی زلزله در اثر تغییرشکل غیرارتجاعی پی بردهاند، همواره در این فکر بودهند تا روشی آسان و در عین حال دقیق برای در نظرگیری آن در تحلیل و طراحی سازهها ارائه کنند. برای این منظور، شناخت دقیق نیازهای لرزهاییک سازه جهت مقابله با نیروهای زلزله ضروری است. اساسیترین نیاز هر سازه مقاومت است که برای جلوگیری از ناپایداری زود هنگام سازه مورد نیاز است. سختی دومین نیاز سازه در برابر اثرات زلزله است. سختی عامل کنترل کننده تخریب در اجزاء غیر سازهای میباشد. هر چه سختییک سازه بیشتر باشد احتمال آسیب و تخریب اجزاء غیرسازهای آن مانند تیغهبندیها، نازک کاریها، تاسیسات برقی و مکانیکی کمتر خواهد بود. شکلپذیری سومین نیاز سازهها در برابر زلزلههای شدید است و وجود کافی آن مانع از تخریب سازهای اجزاء و یا انهدام سازهها خواهد شد. سه عامل مقاومت، سختی و شکلپذیری به عنوان نیازهای لرزهای-غیرارتجاعی سازهها در برابر زلزلههای شدید شناخته میشوند. عامل سختی معمولاً مستقل از دو عامل دیگر تعریف میگردد ولی نیازهای مقاومت و شکلپذیری کاملاً به هم وابسته هستند و افزایش وجود هر کدام از آنها سبب کاهش نیاز به دیگری برای مقابله با یک زلزله خاص خواهد شد. در آنالیزهای پوش آور نکته اصلی بدست آوردن تغییرمکان هدف است که در ادامه توضیحاتی در این رابطه داده شده است.
روش طیف ظرفیت، ظرفیت سازه را با نیازهای طیفهای پاسخ زلزله به صورت گرافیکی مقایسه میکند. این روند، ارزیابی بصری از چگونگی عملکرد سازه در هنگام زلزله را فراهم میآورد. ظرفیت سازه با نمودار تغییرمکان- نیرو که در نظر میگیرد تسلیم متوالی المانهای سازهای هنگامی که سازه بطور جانبی در محدوده فراتر از حد الاستیک خطی تغییرمکان مییابد، بیان میشود. این نمودار به منحنی پوشآور نیز مرسوم است. نمودار تغییرمکان- نیرو در شکل - 1 - برحسب تغییرمکان جانبی بام و برش پایه ساختمان محاسبه میشود. جهت مقایسه نمودار ظرفیت با طیفهای پاسخ نیاز تغییرمکان جانبی بام و برش پایه ساختمان با استفاده از مشخصات دینامیکی به مختصات طیفی شکل - 2 - تبدیل میشود. این روش اجازه میدهد اثرات مودهای بالاتر نیز در نظر گرفته شود. نیازهای زلزله با طیفهای پاسخ نمایش داده میشود. در این روش از طیفهای با میرایی بالا جهت در نظرگیری رفتار هیسترتیک غیرخطی سازه استفاده میشود. جهت ارائه بهتر روش طیفهاینیاز در فرمت تغییرمکان-شتاب - Sa-Sd - بیان میشود. یک نمونه از طیف نیاز در شکل - 3 - نشان داده شده استBase Shear, V - kips - .[1-5]
.2 روشهای تعیین تغییرمکان هدف - - Target Displacement
تغییرمکان هدف به عنوان تخمینی از تغییرمکان نقطه عملکرد سازه است که تحت زلزله طرح تجربه میکند. اصولاً روشهای مختلف پوشآور متداول در تعیین تغییرمکان هدف با هم تفاوت دارند. روشهای مختلفی جهت تخمین تغییرمکان هدف در تحلیل پوشآور متداول وجود دارد که در اینجا به دو مورد اشاره میکنیم. همانطور که پیش از این ذکر شد، تغییرمکان هدف به عنوان تخمینی از تغییرمکان کلی سازه که انتظار میرود در یک زلزلهی طرح تجربه شود، تلقی میگردد. تعریف متعارف تغییرمکان هدف، تغییر مکان بام در مرکز جرم سازه می باشد. هدف از تحلیل پوشآور به ندرت پیشبینی نیازها براییک زمین لرزهی خاص میباشد. تحلیل پوشآور بیشتر به عنوان ابزاری برای ارزیابی طراحی به کار گرفته میشود . بدین منظور، دادههای لرزهای به جای رکوردهای زلزلهای خاص معمولاً توسط یک طیف پاسخ الاستیک هموار شده، ارائه میشوند، از این رو، تغییرمکان غیرالاستیک تقاضا نمیتواند بهطور مستقیم محاسبه شود، اما لازم است که توسط داده های طیفی و اطلاعات کمکی که اختلافات بین تغییرمکانهای تقاضای الاستیک و غیرالاستیک را در نظر میگیرند، استنتاج شوند. راه حل منحصری برای رسیدن به این منظور وجود ندارد.[1-3]
.2.1 روش طیف ظرفیت - - CSM
شکل -1 منحنی ظرفیت
شکل -2 طیف ظرفیت
منحنی ظرفیت
منحنی ظرفیت به وسیله آنالیز پوشآور با بارهای وزنی واقعی ترکیب شده با یک مجموعه از نیروهای جانبی و با ایجاد نمودار برش پایه در مقابل تغییرمکان بدست میآید. الگوی بارگذاری مختلفی میتوان برای انجام آنالیز پوشآور در نظر گرفت، مثل الگوی بار جانبی متناسب با آییننامههای استاندارد، با الگوی بار جانبی متناسب با شکل مود اول و توزیع نیروهای بهنگام شونده برای ساختمانهای بلند میتوان اثرات مودهای بالاتر را نیز در نظر گرفت. تقریب منطقی از حد الاستیک و حد غیرالاستیک یک ایده کلی از چگونگی پاسخ ساختمان به نیازهای زلزله را خواهد داد. آنالیز پوشآور باید تا بزرگترین تغییرمکان ممکن ادامه یابد تا تخریب کلی سیستم رخ دهد.[1-5]
مشخصات دینامیکی
تبدیل منحنی ظرفیت به طیف ظرفیت با دانستن مشخصات دینامیکی سازه بر حسب پریود - T - مود شکل {φx} و جرم - - mx امکان پذیر است. سیستم یک درجه آزادی برای بیان مود ارتعاش انتقالی استفاده میشود. این سیستم داراییک جرم موثر برابربا αM که α نسبت جرم موثر و M جرم کلی سازه است. این سیستم همچنین دارای ضریب مشارکت بام PFφR است که نسبت تغییرمکان بام به تغییرمکان جرم Sd سیستم یک درجه آزادی را میدهد. این مقدار میتواند به صورت زیر نوشته شود:
