بخشی از مقاله
خلاصه
مشاهدات حاصل از زمین لرزه های شدید نشان می دهد که بروز فروریزش در ساختمانها از آثار محتمل طی این رویدادها است و مطالعه عملکرد ساختمانها در این سطح عملکرد ضرورت غیر قابل انکار می باشد . در اغلب مطالعات بر روی فروریزش ساختمانهای قاب خمشی توجه کمتری بر حالات نامنظم در پلان صورت گرفته است. با توجه به اهمیت آثار نامنظمی در رفتار سازه ها در این مطالعه ساختمانهایی با توزیع نامتقارن سختی مورد توجه قرار دارد.
در مدلهای ساختمانی قاب خمشی ویژه بتنی با خروج از مرکزیت صفر، 10، 20 و 25 درصد، حاشیه ایمنی تحت زلزله های شدید توسط مدلهای سه بعدی و با رفتار خمیری متمرکز در اعضا با نرم افزار OpenSees بررسی شده است. تاثیر رفتارهای پیچشی نرم و سخت پیچشی در این مطالعه با تعریف دو معیار نسبت بسامدی همبسته و ناهمبسته بر حاشیه ایمنی مدلها مورد سنجش قرار می گیرد . بر اساس نتایج حاصل، حاشیه نسبی فروریزش با افزایش نامنظمی در ساختمانهای سخت پیچشی کاهش می یابد. در مقابل برای ساختمانهای نرم پیچشی بیشتر شدن خروج از مرکزیت تاثیر نامطلوبی بر ظرفیت فروریزش مدلهای مورد مطالعه نشان نمی دهد. نتایج نشان می دهد که نسبت بسامدی ناهمبسته روند تغییرات حاشیه ایمنی را به نحو صحیح تری نمایش می دهد.
.1 مقدمه
با توجه به آثار زلزله های شدید، موضوع فروریزش 1 ساختمانها اهمیت قابل توجهی در پهنه هایی با خطر لرزه ای بالا دارد. بر همین اساس مطالعه حاضر به بررسی عملکرد فروریزش ساختمانهای بتنی تمرکز یافته است. منظور از فروریزش ساختمان نوعی از آن است که به فروریزش کلی2 موسوم است. این فروریزش اغلب با تغییر مکانهای نسبی بین طبقه ای بزرگی همراه است که در آن ساختمان قادر به حفظ پایداری خود در برابر بارهای ثقلی نیست.
اغلب مطالعات موجود در زمینه فروریزش ساختمانهای بتنی [2- 1]، بر روی حالات منظم در پلان صورت گرفته و از این رو اکثر مدلهای مورد استفاده دو بعدی است. این مطالعات نشان دادند که احتمال فروریزش ساختمانهایی با سیستم قاب خمشی شکل پذیر، میتواند از 3 تا 20 درصد متغیر باشد .[1] نتایج این گونه مطالعات 5-4] و[2 منجر به چارچوب احتمالی مشخصی برای ارزیابی عملکرد فروریزش ساختمانها شد. این چارچوب در قالب نشریه [5] FEMA-P695 در حال حاضر مرجعی برای روش انجام تحقیق در زمینه عملکرد مذکور است. گستردگی بررسی های موجود در حوزه ساختمانهای نامنظم در پلان کار طبقه بندی آنها را دشوار می سازد.
با این حال در برخی مطالعات دسته بندی هایی برای آنها لحاظ شده است .[7- 6] در نگاهی کلی مهمترین پژوهش ها در حوزه ساختمانهای نامنظم در پلان بر روی کنترل عملکرد پیچشی نامطلوب [10-8]، اصلاح یا بررسی کفایت ضوابط پیچشی آیین نامه ها [12-11] و روش های تحلیل استاتیکی غیر خطی [14-13] انجام شده است. اغلب این مطالعات با روشهای تعیّنی به بررسی رفتار ساختمانهای پیچشی پرداخته اند.
با این حال در سالهای اخیر برخی از محققان [17-15] تلاشهایی را برای بررسی فروریزش ساختمانهای نامنظم در پلان با استفاده از روشهای احتمالاتی و با تاکید بر توزیع نامتقارن جرم انجام داده اند. نتایج نشان می دهد که ضوابط آیین نامه لرزه ای ایران - استاندارد [18] - 2800 ، برای ساختمانهایی با برون محوری زیاد غیر محافظه کارانه است .[15] همچنین روند تغییرات حاشیه ایمنی ساختمانها در برابر فروریزش تابعی از شدت رفتار پیچشی در آنها است [17] به طوریکه در مورد ساختمانهایی با نامنظمی پیچشی خیلی زیاد رعایت ضابطه پیچش تصادفی برای بهبود عملکرد فروریزش پر اهمیت می باشد .[16]
با توجه به لزوم بررسی انواع حالتهای نامنظمی در عملکرد مورد نظر، در این مطالعه از ساختمانهایی با توزیع نامتقارن سختی در پلان استفاده می شود. میزان نامنظمی توسط دو پارامتر خروج از مرکزیت و نسبت بسامدی قابل تغییر است. هدف، بررسی تاثیر میزان نامنظمی در عملکرد فروریزش ساختمانهای قاب خمشی بتنی ویژه است. بررسی در چارچوب کلی مطرح شده در [5] FEMA-P965 خواهد بود.
.2 مدلهای ساختمانی
شکل 1، نمایی کلی از پلان ساختمان های مورد مطالعه را نشان می دهد. e بر روی شکل نشان دهنده میزان خروج از مرکزیت ساختمان و b فاصله دو قاب انتهایی در آن است. ساختمانهای مفروض در 5 طبقه بعنوان نماینده اکثر ساختمانهایی با ارتفاع متوسط، انتخاب شده است. این ساختمانها شامل سه عضو باربر جانبی قاب خمشی ویژه هستند که در پلانی به ابعاد 30 متر در 60 متر در یکی از امتدادها قرار دارند. انتقال بارهای ثقلی در این ساختمانها توسط قابهای ساده ساختمانی صورت می گیرد که برای ساده شدن تصویر، نشان داده نمی شود.
دهانه قاب های خمشی 5 متر و ارتفاع طبقات آنها 3/5 متر در نظر گرفته شده است. جرم ساختمانها به صورت یکنواخت در طبقات توزیع شده است، به طوریکه مرکز جرم در وسط پلان قرار دارد. طراحی مدلها توسط نرم افزار ETABS انجام می شود. ساختمانها بر اساس آیین نامه های بارگذاری لرزه ای - استاندارد 2800، ویرایش [18] - 4 و [19] ACI 318-14 برای خاک تیپ 3 طراحی گردیده است. در این طراحی، مقاومت فشاری بتن 25 MPa و تنش تسلیم آرماتورهای فولادی طولی 400 MPa و برای آرماتورهای عرضی تنش تسلیم 300 MPa در نظر گرفته شده است.
همچنین مقدار بار مرده و زنده طبقات به ترتیب 5/5 kN/m2 و 2/0 kN/m2 فرض شده است. ضریب برش پایه طراحی مدلها مساوی با 0/128 است. این ضریب برای زمان تناوب اصلی طراحی 0/65 ثانیه تعیین شده است. در محاسبه این زمان تناوب اثرات ترک خوردگی بتن در اعضا مطابق توصیه بند -3 3-3 استاندارد2800 و برای کنترل تغییر مکان نسبی طرح مطابق بند 5-3 عمل می شود. شکل 2، مشخصات طراحی مدل ساختمانی را برای حالت منظم نشان می دهد. در این شکل b و h به ترتیب عرض و ارتفاع مقطع، s فاصله خاموتها، و ρʹ به ترتیب نسبت آرماتورهای کششی و فشاری در تیر، ρtotal نیز مقادیر نسبت آرماتور طولی کل در ستون و ρsh نسبت آرماتور برشی در تیرها و ستون ها است.
میزان نامنظمی مدلهای ساختمانی تابعی از خروج از مرکزیت و نسبت بسامدی فرض می شود . خروج از مرکزیت مدلها با تغییر در توزیع سختی در پلان ایجاد می شود. برای این منظور مقدار سختی قاب در یکی از لبه ها افزایش و در لبه مقابل کاهش داده می شود. این تغییر به گونه ای اعمال میشود که مرکز صلبیت ساختمانها به اندازه 5، 10، 20 و 25 درصد فاصله دو قاب انتهایی از مرکز جرم فاصله بگیرد.
