بخشی از مقاله
چکیده:
امروزه به دلیل محدودیت موجود در معماری ساختمان ایجاد بازشو در دیوارهای برشی امری اجتناب ناپذیر است. وجود این بازشوها رفتار دیوارهای برشی را تحت تأثیر فراوان قرار خواهد داد. به همین دلیل شناخت دقیق رفتار این نوع از دیوارهای برشی که به عنوان دیوارهای برشی مزدوج شناخته میشوند و همچنین تیرهای رابط بین دو دیوار، تحت تأثیر نیروی جانبی امری ضروری به نظر میرسد. رفتار دیوارهای برشی مزدوج تحت نیروی جانبی را میتوان با استفاده از روشهای خطی و غیرخطی بررسی نمود.
یکی از روشهای غیرخطی که از دقت قابل قبولی برای ارزیابی رفتار این نوع از دیوارهای برشی برخوردار است روش استاتیکی غیرخطی - آنالیز پوشآور - است. در این روش پس از انتخاب یک نقطه در تراز بام به عنوان نقطه کنترلی سازه تحت اثر توزیع نیروی جانبی قرار میگیرد. سپس با تغییر مکان این نقطه کنترلی نمودار برش پایه در مقابل جابجایی کل سازه رسم میگردد. نمودار دو خطی معادل برای این منحنی به دست آمده رسم میشود و با استفاده از نتایج حاصل از بررسی آن میزان تغییر مکان هدف محاسبه میگردد.
در این تحقیق به منظور بررسی دقیق رفتار سازههای دارای دیوار برشی سه سری سازه با تعداد طبقات 6، 9و 18 مورد ارزیابی قرار گرفت. ابعاد بازشو در هر مدل تغییر خواهد کرد تا نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک برشی، خمشی و اندرکنشی نیروی محوری-لنگر خمشی در اعضای مختلف در حین اعمال نیروهای جانبی گوناگون شناخته شود. همچنین مشخص می گردد هر یک از اعضا در تغییر مکان هدف و ناحیه غیر خطی در کدام سطح عملکرد قرار دارند. میزان برش پایه مقاوم، سختی مؤثر سازه و تغییر مکان هدف در هر یک از مدلسازیهای صورت گرفته به دقت مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه:
دیوارهای برشی دارای بازشو به عنوان یکی از اعضای اصلی مقاوم در برابر زلزله در ساختمانهای بتنی مطرح هستند، لذا چگونگی عملکرد و رفتار واقعی این دیوارها مورد توجه مهندسان و طراحان است. از طرفی به دلیل پیچیدگیهای تحلیل غیر خطی دینامیکی - که مبین رفتار واقعی سازه ها در مواجهه با زلزله است و در مقابل سادگی تحلیلهای خطی، سبب شده تا طراحان با استفاده از روشهای خطی موجود، تحلیل و طراحی سازه ها را انجام دهند.
سختی موجود در دیوارهای برشی منجر به جذب انرژی توسط این عضو در حین اعمال نیروی جانبی ناشی از زلزله و باد میگردد. این جذب انرژی موجب کاهش میزان نیروی وارده به دیگر اعضای سازه از قبیل تیرها و ستونها میشود و در نتیجه میزان خسارت وارده به اعضای سازهای و غیر سازهای کاهش مییابد. از طرفی این عضو از سازهی بتنی قادر است پس از ایجاد ترکهای زیاد، نیروی ثقلی حاصل از وزن ساختمان را تحمل نماید. به همین دلایل استفاده از دیوارهای برشی در ساختمانهای بتنی گسترش یافته است.
امروزه به دلیل محدودیت موجود در معماری ساختمان ایجاد بازشو در دیوارهای برشی امری اجتناب ناپذیر است. وجود این بازشوها رفتار دیوارهای برشی را تحت تأثیر فراوان قرار خواهد داد. به همین دلیل شناخت دقیق رفتار این نوع از دیوارهای برشی که به عنوان دیوارهای برشی مزدوج شناخته میشوند و همچنین تیرهای رابط بین دو دیوار، تحت تأثیر نیروی جانبی امری ضروری به نظر میرسد. بنابراین استفاده از ضریب رفتار در آیین نامه ها برای در نظر گرفتن رفتار غیر خطی سازه در تحلیل خطی آنها ضروری به نظر می رسد.
-2-2مزایای دیوارهای برشی :
· افزایش چشمگیر سختی ساختمان و کاهش اثرات ثانویه - - P-
· کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیرسازه ای
· اثر قابل توجه در ایجاد آرامش خیال و امنیت روانی ساکنین ساختمانهای بلندمرتبه
· توانایی تحمل بارهای ثقلی حتی پس از پذیرش ترکهای زیاد در زلزله
· رفتار لرزه ای مطمئن تر سازه های دارای دیوار برشی نسبت به قاب خمشی
· محل تشکیل مفصل پلاستیک
· وجود میانقابها
· امکان جانمایی دیوار در فضاهای محدود - مانند هسته آسانسور - و فضاهای نامتعارف - مانند اطراف راه پله های گرد -
· افزایش چشمگیر سختی ساختمان به نحوی که بر اثرات ثانویه نقش موثری دارد . این مزیت خود به خود موجب افزایش درجه ایمنی در مقابل شکست یا ریزش ساختمان می شود .
· کاهش قابل ملاحظه خسارت به عناصر غیرسازه ای که در اکثر موارد هزینه آنها کمتر از هزینه اعضای سازه ای نیست.
· اثر قابل توجه در ایجاد آرامش خیال و تأمین امنیت روانی ساکنین ساختمانهای بلند مرتبه در هنگام وقوع زلزله .
· دیوارهای برشی قادرند حتی پس از پذیرش ترکهای زیاد، بارهای ثقلی که برای آنها هم طراحی شده اند تحمل کنند. این پدیده را بطور کامل نمیتوان از ستونها انتظار داشت.
-3-2انواع دیوار برشی
دیوارهای برشی را میتوان با توجه به شکل ظاهری و نحوه عملکرد به چند گروه تقسیم کرد:
-1 دیوارهای برشی مزدوج
-2 دیوارهای برشی بالدار
-3 دیوارهای برشی کوتاه.
-4 دیوارهای برشی با المانهای مرزی
-5 دیوارهای برشی طرهای مستطیلی
-روش استاتیکی غیرخطی
در این روش، بار جانبی ناشی از زلزله، استاتیکی و به تدریج بهصورت فزاینده به سازه اعمال میشود تا آنجا که تغییر مکان در یک نقطه ی خاص - نقطهی کنترل - تحت اثر بار جانبی، به مقدار مشخصی - تغییر مکان هدف - برسد و یا سازه فروریزد.[10] با افزایش جابجایی جانبی، نیروهای موجود در اعضای سازه نیز افزایش مییابند تا حدی که در بعضی از نقاط سازه نیروهای موجود از مقدار نیروهای حد تسلیم فراتر روند و مفاصل پلاستیک در سازه ایجاد شوند.
تغییرشکلها و نیروهای داخلی حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی با توجه به سطح عملکردی که برای سازه انتخاب شده است نباید از حد مجاز - معیارهای پذیرش - فراتر رود. نقطه کنترلی در این تحقیق در تراز بام انتخاب شده است. روند انجام این فرایند بدین گونه است که سازه مورد نظر تحلیل غیرخطی - پوش آور - میشود تا منحنی ظرفیت سازه به دست آید. در این منحنی برای سطح عملکردی مورد نظر تا یک حد معین تغییر مکان جانبی، منحنی نیرو-جابجایی هیچ کدام از اعضای سازه نباید در محدوده تغییر مکانهای مجاز برای سطح عملکرد مورد نظر قرار گیرند. در شکل - 6-3 - روند تشکیل مفاصل پلاستیک در هنگام تحلیل پوشآور برای اعضای سازه نشان داده شده است. در ادامه نحوه محاسبه تغییر مکان هدف و معیارهای پذیرش اعضا شرح داده خواهد شد.
نحوه مدلسازی در نرم افزار
در حین مدلسازی باید یک مدل ارتجاعی شامل تمام اجزاء و اعضایی که در تعیین جرم، سختی، ظرفیت باربری و پایداری سازه نقش قابل ملاحظهای دارند تهیه شده و تحت بارهای ثقلی قرار داده شود. بطورکلی استفاده از مدلهای سهبعدی برای تحلیل استاتیکی غیرخطی به مدلهای دوبعدی ترجیح داده می شود. اما به دلیل محدودیت های نرم افزارهای موجود، در این دستورالعمل برای سازههای منظم استفاده از مدل های دوبعدی مجاز میباشد.[27] به علت اینکه در این تحقیق هدف بررسی تأثیر ابعاد بازشو بر روی مفاصل پلاستیک و پارامترهای دیگر سازه دارای دیوار برشی است از این رو یک سازه منظم دوبعدی در مدلسازی استفاده شده است.
