بخشی از مقاله
چکیده
امروزه روش رایج طراحی لرزه ای سازه ها در آیین نامه ها براساس روش استاتیکی معادل و تعیین برش پایه طراحی با استفاده از طیف خطی می باشد. برای تعیین برش پایه از ضریبی به نام ضریب زلزله استفاده می شود.
در این مقاله ابتدا روش های محاسبه و عوامل تاثیر گذار بر ضریب رفتار بررسی می شود. سپس تعدادی سازه فولادی با سیستم های باربر جانبی قاب خمشی و مهاربندی هم محور با تعداد طبقات 3 و 7 و 10، نامنظم در پلان مورد ارزیابی قرار می گیرد. با انجام یک تحلیل استاتیکی غیرخطی پوش آور تحت اثر بارهای جانبی، شکل پذیری و ضرایب اضافه مقاومت آن ها در زوایای مختلف با توجه به محدود نمودن شکل پذیری محلی در المان های سازه - بر اساس دریفت حداکثر - و نهایتا ضرایب رفتار - با توجه به مقادیر بدست آمده از تحلیل - محاسبه می شود.
فرض می شود که ضرایب رفتار زاویه ای از یک قاعده مستطیلی پیروی می کنند بطوریکه مقادیر ضریب رفتار زاویه ای با طول پاره خطی که از مبدا با زاویه مورد نظر در مستطیلی که اضلاع آن ضریب رفتار جهت اصلی سازه می باشند برابر است. سپس مقادیر ضریب رفتار زاویه ای بدست آمده از این قاعده با مقادیر بدست آمده از تحلیل استاتیکی غیرخطی مقایسه می گردد. با توجه به نتایج نیز مشاهده می شود که ضرایب رفتار زاویه ای بدست آمده از این نوع تحلیل در مقایسه با مقادیر آن از قاعده مستطیلی، کمی دست بالاتر بوده و از این قاعده به خوبی پیروی می کند و همچنین سازه در این زوایا نسبت به جهات اصلی رفتار بهتری از خود نشان می دهد.
-1 مقدمه
مطابق استاندارد 2800 ویرایش 4 - بند - 3-1- 4 برای سازه های نامنظم در پلان نیروی زلزله باید با زاویه مناسبی که حتی المقدور بیشترین اثر را ایجاد می کند - زاویه بحرانی - ، انتخاب شود و یا می توان صددرصد نیروی زلزله هر امتداد را با 30 درصد نیروی زلزله در امتداد عمود برآن را ترکیب کرد. در این موارد منظور کردن برون مرکزی اتفاقی در امتدادی که 30 درصد نیرو اعمال می شود الزامی نیست.[2] مطابق این بند برای اعمال نیروی جانبی در زوایای مختلف احتیاج به ضریب زلزله زاویه ای است که در استاندارد 2800 اشاره ای به آن و نحوه محاسبه اش نشده است.
بدین منظور ابتدا 3 مدل ساختمان نامنظم در پلان ساخته شده سپس ساختمان های مورد مطالعه علاوه بر جهات اصلی، در 3 زاویه 30 و 45 و60 درجه مورد بررسی قرار می گیرند تا مشخص شود نیروی زلزله - ضریب زلزله - در کدام حالت بحرانی تر می باشد ؟ قاعدتا برای اعمال نیروی زلزله در زاویه بحرانی - زاویه مناسب - نیاز به ضریب رفتار و ضریب بازتاب در زاویه بحرانی و است که راجع به این موضوعات و نحوه محاسبات آن نیز در استاندارد 2800 ویرایش 4 صحبتی نشده است.
ضریب رفتار در برگیرنده عوامل مختلفی از قبیل شکلپذیری، درجه نامعینی و اضافه مقاومت موجود در سازه و ... می باشد. بعد از بررسی روش های محاسبه ضریب رفتار مقادیر این ضریب در جهات و زوایای مورد نظر بدست می آید و با توجه به این مقادیر و بررسی زمان تناوب زاویه ای، ضرایب زلزله برای جهات و زوایای مورد نظر محاسبه و مقایسه می شود
-2 .پیشینه ضریب زلزله - C -
دستورالعمل طراحی ساختمان ها در برابر زلزله نخستین بار به همت دفتر فنی سازمان برنامه و بودجه در سال 1343 برای طرحهای عمرانی تهیه شد و سپس در سال 1344 از طرف موسسه استاندارد و تحقیقات صنعتی کشور بصورت بخشی از استاندارد شماره 519 - بارگذاری ساختمان ها - تدوین و برای استفاده در کلیه طرح های ساختمانی ابلاغ گردید و برای اولین بار استفاده از ضریب زلزله برای محاسبه نیروی زلزله در این استاندارد پیشنهاد گردید. در آبان ماه 1359 آیین نامه ای تحت عنوان »ضوابط تعیین نیروی حاصل از زلزله« از طرف انجمن ایرانی مهندسان محاسب ساختمان منتشر شد و تا سال 1366 که استاندارد 2800 منتشر گردید مورد استفاده مهندسان سازه قرار داشت. ضریب زلزله - C - در این آیین نامه بر اساس ضوابط زیر تعیین می شد :
الف- برای ساختمانهای تا 3 طبقه و یا کوتاه تر ار 10 متر - 1 - C = 0.09
ب- برای سایر ساختمان ها - 2 - C = 0.05/T
استاندارد 2800 در سال 1366 از طرف مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن منتشر شد. ویرایش دوم این استاندارد، در جلسه هیئت وزیران مورخ 14/9/1378 به تصویب رسید. در ویرایش سوم آیین نامه علاوه بر لحاظ کردن مطالب جدید و تغییرات لازم در مباحث مختلف که به منظور رفع ابهامات و تناقضات متن آیین نامه صورت گرفته بود، سیر منطقی مباحث در فصل بندی آیین نامه نیز مورد توجه قرار گرفت. ویرایش سوم آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، در جلسه هیئت وزیران مورخ 25/3/1384 به تصویب رسید. برنامه بازنگری متن آیین نامه برای تدوین ویرایش چهارم آن از سال 1388 آغاز گردید. ویرایش چهارم آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله، در مورخ 23/6/1393 کمیته دائمی بازنگری آیین نامه مذکور و نیز کمیته ملی استاندارد مربوط به آن مورد تایید قرار گرفته است. ضریب زلزله در استاندارد 2800 ویرایش 4 بصورت زیر می باشد
-3 ضریب زلزله در آیین نامه های دنیا
ضریب زلزله - C - در آیین نامه زلزله ایران - استاندارد 2800 ویرایش - 4 مطابق رابطه 3، بدست می آید . همانطور که مشاهده می شود این ضریب به نسبت شتاب مبنای طرح A، ضریب بازتاب B، ضریب اهمیت I و ضریب رفتار ساختمان RU بستگی دارد. در اکثر آیین نامه های دنیا روش یافتن ضریب رفتار مشابه می باشد. تفاوت آیین نامه ها در تعیین محدوده مجاز برای یافتن پارامترهای تشکیل دهنده این ضریب است. در آیین نامه آمریکا [4] - ASCE -7 - این ضریب به صورت Cs نمایش داده می شود که به شتاب طیفی SDS، ضریب اهمیت Ie، ضریب رفتار R و زمان تناوب T وابسته می باشد.
-4 ضریب رفتار در آیین نامه های دنیا
این ضریب کاهش در آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله ایران - استاندارد 2800 ویرایش - 4، ضریب رفتار نامگذاری شده است و آن را با - RU - نمایش میدهند.[2] ضریب کاهش درآییننامههای دیگر مانند آییننامهها و مقررات آمریکایی نظیر آییننامه ساختمانی متحدالشکل [4] IBC.2015، [5]ASCE7-10، مقررات FEMA273 با نام ضریب اصلاح پاسخ - R - [6]، درآیین نامه ساختمانی ملی کانادا [7] NBCC.1995، به عنوان ضریب اصلاح نیرو، در مقررات [8] SEAOC.1988، با نام ضریب عملکرد سیستم - RW - ، در آییننامه اروپایی [9] Euro code 2003 به نام ضریب رفتار - q - ، در استاندارد بارگذاری نیوزلند [10] NZS.2002، به عنوان شکلپذیری تغییرمکانی - - و ضریب عملکرد سازهای . - SP -
-5 روش مورد نظر در محاسبه ضریب رفتار
روش های متفاوتی برای محاسبه ضریب رفتار معرفی شده است. روش مورد نظر در این پژوهش بر اساس [11]ATC-19 می باشد. در این دستورالعمل رابطه معرفی شده برای محاسبه ضریب رفتار - حالت نهایی - به قرار زیر است:
- 4 - × R = R .RS.RR
در رابطه فوق ضریب R ضریب شکل پذیری وابسته به تغییر مکان به منظور نمودن ظرفیت شکل پذیری سازه در محدوده غیرخطی می باشد. RS ضریب - اضافه - مقاومت وابسته به پریود سازه بوده که برای لحاظ کردن مقاومت افزون سازه در مقایسه با مقاومت طرح است.
RR ضریب مربوط به نامعینی سازه برای لحاظ کردن قابلیت اعتماد سیستم لرزه بر با توجه به تعداد قابهای مقاوم در هر راستا از ساختمان می باشد که این ضریب چنانچه شرایط حداقلی مانند آنچه در جدول 1 ذکر گردیده رعایت شده باشد 1 و در غیر اینصور مقادیر کمتر از 1 دارد. در این روش اگر 4 قاب لرزه ای عمودی را معیار مناسبی برای نامعینی در نظر گرفته شود، مواردی که کمتر از 4 قاب عمودی دارند بایستی نیروهای طراحی بزرگتری داشته باشند . از جدول 1 می توان برای مشاهده مقدار نامعینی در سازه های با قابهای لرزه ای مقاوم کمتر استفاده نمود.
