بخشی از مقاله
چکیده
جاذب هاي انرژي و استفاده از آنها براي جذب انرژي وارد شده توسط حرکت زمین به سازه می تواند تا حد زیادي از حساسیت سازه در مقابل حرکات زمین بکاهد. فناوري بکارگیري میراگرها یکی از قدرتمندترین روش هایی است که با تامین ظرفیت بالاي جذب انرژي میتواند در مقاومسازي سازه در مقابل زلزله کاربرد داشته باشد.
در این مطالعه ابتدا ساختمان بتنی مسلح با تعداد طبقات 5، 8 و 11 با پلان منظم طبق ضوابط ویرایش سوم آیین نامه زلزله ایران طراحی شده است.سپس به منظور کاهش پاسخ، هریک از ساختمان ها به دو قسمت هسته و پوسته در سه شکل تقسیم شده و سپس هسته و پوسته توسط سیستم هاي اتلاف انرژي انفعالی در تراز طبقات به هم وصل شده و براي تحلیل از برنامه استفاده شده که قابلیت مدلسازي سه بعدي و در نظر گیري همزمان مولفه ها را داراست و سازه را تحت تاثیر تاریخچه زمانی چند شتاب نگاشت قرار داده و نتایج با هم مقایسه شده است.بهترین نتایج زمانی حاصل می شود که پوسته حدود سه برابر هسته باشد.
مقدمه
برخورد ساختمان هاي مجاور که از همدیگر به خوبی جدا نشده اند، به دلیل مدهاي نوسانی و زمان تناوب متفاوت رخ میدهد. نیروهاي برخورد تابعی از جرم طبقات هستند.در طی زمین لرزه، ساختمان ها به خاطر جرم زیادشان، با نیروهاي زیاد به هم برخورد میکنند. برخورد سازهاي خطري جدي است و باید در زمان طراحی و ساخت مورد بررسی قرار گیرند.
رفتار مودال متفاوت دو ساختمان مجاور باعث انواع برخورد متفاوت می شود. این امر برخورد را پیچیده تر می کند. در تحلیل دینامیکی سازه ها، ساختمان ها با تشکیل جرم هاي متمرکز در ترازهاي طبقه مدلسازي شده است. مدل هاي برخورد سیستم هاي یک درجه آزادي - ًقخح - و چند درجه آزادي - ًقخق - در شکل - - 1 آورده شده است. تراز بالاترین طبقه ساختمان هاي مجاور همیشه یکسان نیست. بنابراین، ممکن است برخوردها در ترازهاي متفاوت اتفاق بیفتند
شکل - : - 1 مدل برخورد ساختمان هاي مجاور در ترازهاي طبقه[Dogan and Gunaydin,2009]
- a - قبل از برخورد - SDOF - ، - b - مورد برخورد - SDOF - ، - c - قبل از برخورد - MDOF - ، - - d مورد برخورد - MDOF -
طراحی ساختمان ها در برابر زلزله هاي قوي بر این اساس است که ساختمان بتواند با شکل پذیري خود انرژي زلزله را جذب و مستهلک نماید. شکل پذیري در مهندسی سازه تغییرشکل غیرالاستیک مواد در ناحیه مورد انتظار است اگرچه در ساختمان هاي شکلپذیر تغییرشکلهاي بزرگ غیرالاستیک ایجاد می گردد که ممکن است پس از زلزله ، ساختمان مورد نظر تخریب و بازسازي شود که هزینه زیادي خواهد داشت و هدف این است که ساختمان را به سمت ساختمان تعمیرپذیر هدایت کرد.
در سال هاي اخیر با توسعه وسایل موثر در استهلاك انرژي لرزه اي القاء شده در سازه اهمیت بیشتري داده شده است که پاسخ سازه را در نهایت الاستیک نگه دارد. مقدار انرژي سازه به چندین عامل بستگی دارد که برخی از آنها با مشخصات حرکت زمین مانند خصوصیات دامنه، محتواي فرکانس ها، دوام زلزله و... خصوصیات سازه مثل خواص دینامیکی سازه مانند پریود طبیعی و میرائی و خواص مقاومت و... مرتبط می باشد.نتیجه استفاده از مستهلک کننده انرژي بعلت افزایش میرایی، کاهش دامنه نوسان سازه و به دنبال آن کاهش پاسخ لرزه اي آن می باشد.
سیستم هاي جدید حفاظت سازه اي را می توان به سه گروه تقسیم کرد: .1جداساز لرزه اي .2 کنترل فعال .3 کنترل انفعالی سیستم جداساز لرزه اي عموماً در شالوده سازه نصب می شود . با استفاده از قابلیت جذب انرژي و نرمی آن، سیستم هاي جداساز بخشی از انرژي ورودي زمین لرزه را منعکس و بخش دیگر را قبل از اینکه به سازه منتقل شود جذب می نماید. اثر نهایی، افزایش پریود سازه و در نتیجه کاهش تقاضاي اتلاف انرژي بر روي سیستم سازه اي است که باعث پایداري بیشترآن می شود
سیستم هاي کنترل فعال برپایه اطلاعات پاسخ بدست آمده از سازه و انرژي خارجی وارد شده به سازه استوار می باشد که باعث تولید نیروي مناسب براي کاهش پاسخ ناخوشایند سازه می شود. این وسایل شامل جرم فعال، تاندون فعال می باشند. شتاب زمین و پاسخ سیستم اعم از جابجائی و سرعت و شتاب در محل مشخصی هر لحظه تعیین گشته و نیروي کنترل به سازه توسط محرك هایی اعمال می گردد. یک سیستم کنترل فعال قادر می باشد مشخصات دینامیکی سازه را تغییر دهد
مفهوم کنترل انفعالی، اضافه کردن وسایل استهلاك انرژي به سازه می باشد. در واقع وسایلی که براي به کار افتادن نیاز به انرژي خارجی ندارند، وسایل کنترل انفعالی نامیده می شوند . این سیستم ها از این نظر که با قطع منبع انرژي که در هنگام زلزله محتمل هستند به کار خود ادامه می دهند، قابل اطمینان تر هستند. این وسایل هزینه نگهداري پائینی دارند. البته اکثر وسایل کنترل انفعالی بعد از مرحله اي مانند لغزش اصطکاك، تسلیم شدن فلز، تغییرشکل در اجسام یا مایعات ویسکوالاستیک به کار می افتند و به همین خاطر می توان آنها را طوري طراحی کرد که بعد از سطح مشخصی به کار افتاده و در نیروهاي جانبی کم فعالیت نکنند.
استفاده از وسایل کنترلی انفعالی هم در بهسازي سازهها و هم در طراحی اولیه سیستم هاي سازه اي موثر هستند، به عنوان مثال سازه به یک سختی اضافی نیاز دارد تا پاسخ دینامیکی سازه را جذب و انرژي لرزش را با تغییر فرکانس اولیه کاهش داده و به سازه در جلوگیري از تشدید کمک کند، این وسایل می تواند جایگزین این سختی اضافی شوند.
تاکنون در خصوص تقسیم اسکلت ساختمان به دو بخش هسته و پوسته به منظور کاهش پاسخ لرزهاي تحقیقاتی صورت نگرفته است و از این نظر موضوع فوق جدید میباشد.در ادامه به معرفی مشخصات ساختمان مورد نظر پرداخته شده است.
مشخصات سازههاي مورد بررسی
مدل هایی که در این مطالعه مورد ارزیابی قرار گرفته اند شامل ساختمان هاي قاب خمشی بتنی متوسط 8 دهانه 5، 8 و 11 طبقه میباشند. در این ساختمان ها، ارتفاع طبقات 3.5 متر و طول دهانه ها 5 متر لحاظ شده است. محل سازه ها خاك تیپ 2 با خطرنسبی زیاد و نوع کاربري ساختمان ها از نوع بیمارستان و با اهمیت خیلی زیاد فرض شده است. همچنین اتصال ستون به پی گیردار است. سیستم سقف تمامی مدلها از نوع تیرچه بلوك می باشد. در نتیجه سقف ها صلب بوده و لذا تمامی نقاط روي یک طبقه با یکدیگر حرکت می کنند و هیچگونه نیرو و تغییر شکلی در آنها ایجاد نخواهد شدحساختمان هاي موردنظر به صورت منظم در پلان می باشند.
سیستم باربر جانبی در جهت x و y به صورت قاب خمشی بتنی متوسط با ضریب رفتار 7 می باشد. در بررسی مدل ها، پاسخ ها در جهت محور x مورد بررسی قرار گرفته و اثر همزمانی مولفههاي زلزله مورد بررسی قرار می گیرد.پس از مشخص شدن نمونه هاي مورد بررسی، اولین قدم بارگذاري ثقلی براساس آیین نامه 519 و مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و بارگذاري جانبی براي نیروهاي زلزله مطابق روش استاتیکی و آیین نامه 2800 ویرایش سوم انجام شده است. بار مرده و زنده طبقات به ترتیب 650 و 300 کیلوگرم بر مترمربع بوده است.
طراحی مدل ها با استفاده از آیین نامه سازه هاي بتنی - مبحث نهم مقررات ملی - انجام شده است. به منظور اعمال نیروي شلاقی در ساختمان هاي 8 و 11 طبقه از آیین نامه خکهBس استفاده شده است.به منظور طراحی ساختمان ها در جهت اطمینان از تحلیل استاتیکی معادل در ح1ABغ و براي تجزیه و تحلیل بررسی میزان تاثیر میراگر از تحلیل دینامیکی غیرخطی تحت زلزله کوبه، نورتریج و طبس در نرم افزار خص عطپسطکب استفاده شده است. زلزله کوبه مطابق شکل - - 2 به بیشینه شتاب منطقه یعنی ؟0.3 مقیاس شده و سپس به سازه اعمال شده است.
شکل - : - 2 تاریخچه زمانی شتاب، سرعت و تغییرمکان زلزله کوبه در جهت طولی و عرضی
ساختمان ها در چهار حالت ساده، ساده بهینه - با اصلاح مقادیر تیر ها و ستون ها - ،با دیوار برشی بهینه نسبی و با دیوار برشی قوي طراحی شده و تحلیل براي سه حالت 4، 16 و 36 چشمه اي نشان داده شده در شکل - - 3 صورت گرفته است. در حالت ساده ساختمان به طور یکپارچه طراحی شده است، در ساده بهینه هسته ساختمان به صورت مجزا طراحی شده است که در نتیجه آن مقاطع در هسته ساختمان بهینه شدهاند. حالت دیوار برشی بهینه نسبی با موقعیت قرارگیري دیوارهاي برشی در شکل - - 4 طراحی شده است و دیوار برشی قوي سازهاي با مقاطع اولیه طراحی شده در حالت ساده و دیوارهاي برشی است.
شکل - : - 3 سازه در حالت 4، 16و 36 چشمه اي
شکل - : - 4 موقعیت قرارگیري دیوارهاي برشی در حالات مختلف 4، 16و 36 چشمه اي
