بخشی از مقاله
چکیده
طراحی بر اساس عملکرد سازه ها موضوعی است که در سال های اخیر مورد توجه قرار گرفته است. در این روش طراحی، سازه طوری طراحی می شود که تحت سطح خاصی از حرکت زمین، عملکرد سازه در محدوده های مطلوب باقی بماند و از آنجایی که در این روش عملکرد غیرخطی اجزای سازه مورد بررسی قرار میگیرد، میتوان بهنگام وقوع یک زمین لرزه مشخص رفتار واقعی تری از سازه ها نسبت به قبل به دست آورد.
روش طراحی لرزه ای رایج سازه ها، طراحی براساس روش نیرو میباشد. فرضیات طراحی براساس روش نیرو، مانند سختی اولیه و ضریب کاهش نیرو باعث میشود زمانی که سازه رفتار غیرخطی دارد، برش پایه و نیروهای طراحی انطباق دقیق و صحیحی با رفتار واقعی سازه نداشته باشند. مزیتهای روش طراحی براساس عملکرد شامل : دید دادن به طراح درباره رفتار واقعی سازه بر اثر زمین لرزه، ارضاء نسبت تغییرمکان نسبی مجاز طبقات، کنترل بیشتر بر رفتار و عملکرد سازه در زمان وقوع زلزله و نیز استفاده از ظرفیت خمیری اجزای سازه در عملکرد میباشد .
روش طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان یکی از روش های طراحی بر اساس عملکرد بوده و مبنای آن براساس فرض تئوری سازه یک درجه آزادی جایگزین است و در این روش طراح میتواند با مهندسی معکوس بر محدودیت های ذاتی روش نیرو چیره شود. هدف این پژوهش، طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان سه سازه کوتاه و میان و بلند طبقه با پنج قاب پنج متری که در قاب میانی از دیوار برشی فولادی سخت نشده استفاده شده است. در این مطالعه قاب ها با دیوار برشی فولادی با ارتفاع 3 متر به روش طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان مورد طراحی قرار گرفته و برای ارزیابی روش طراحی، تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی بر روی مدل ها انجام شده است.
در پایان این تحقیق نیز عملکرد لرزه ای این نوع سازه ها تحت هر دو تحلیل با هم مقایسه شده است. نتایج به این صورت به دست آمد که تحلیل استاتیکی غیر خطی و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی برای یک سازه مشخص، برش پایه و تغییرمکان مرکز پشت بام و توزیع تغییرمکان در ارتفاع یکسانی را حاصل نمی شوند، بنابراین می توان بیان کرد که طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد برای سازه هایی که سیستم دیوار برشی فولادی دارند با ضوابط موجود مناسب نمی باشد.[1]
-1مقدمه :
روش مقاومت معمولترین روش طراحی لرزهای است که تاکنون بکار رفته است. این روش بر مبنای تامین یک حداقل مقاومت جانبی برای سازه در برابر بارهای لرزهای است. بارهای لرزهای همراه یک روش تحلیل مانند بار استاتیکی معادل یا روش جمع آثار مودها بکار میروند. وقتی که نیروهای لرزهای داخلی محاسبه شد و با سایر بارها نظیر بارهای ثقلی ترکیب شدند، ابعاد اجزاء سازهای بوسیله روش طراحی تنش های مجاز یا روش طراحی مقاومت نهایی تعیین میشود. در روش طراحی تنش های مجاز اعضا طوری طراحی میشوند که تنش بوجود آمده درآنها از تنش مجاز مصالح کمتر باشد.
در روش مقاومت نهایی محتمل ترین بار وارد بر المان تعیین میشود. سپس مقطع بحرانی که برای یک مقاومت حدی اسمی کاهش یافته طراحی شده است، نباید از بارهای ضریب دار بیشتر باشد. مهندسی زلزله به دلایل مختلفی تحت تغییرات اساسی قرارگرفته است . ارتقاء دانش درباره وقوع زلزله ، حرکت زمین و مشخصات پاسخ سازه ، همچنین نتایج به دست آمده از زلزله های اخیر آمریکا و ژاپن که خسارت مالی کثیری را دربر داشت در این تغییرات نقش مهمی را ایفا نموده است . از مهمترین دلایل آن است که در روشهای طراحی آییننامههای فعلی به صورت کافی و منطقی به موارد ذیل پرداخته نشده است:
1 منظور طراح برای توضیح منطقی قوانینی که از آنها جهت تصمیم گیری استفاده کرده است .
2 خواسته مالک ساختمان جهت قضاوت درباره هزینهها و فواید مقاوم سازی در برابر زلزله .
3 نیازهای جامعه ،جهت اتخاذ تصمیمات آگاهانه براساس تقاضای لرزهای تصادفی اعمالی توسط تکانهای زمین و ظرفیتهای لرزهای نامشخص ساختمانهای موجود و جدید. [2].
-2مدل مورد بررسی:
طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان سه سازه کوتاه و میان و بلند طبقه با پنج قاب پنج متری که در قاب میانی از دیوار برشی فولادی سخت نشده استفاده شده است. در این مطالعه قاب ها با دیوار برشی فولادی با ارتفاع 3 متر به روش طراحی مستقیم مبتنی بر تغییرمکان مورد طراحی قرار گرفته و برای ارزیابی روش طراحی، تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی بر روی مدل ها انجام شده است.
در پایان این تحقیق نیز عملکرد لرزهای این نوع سازها تحت هر دو تحلیل با هم مقایسه شده است. نتایج به این صورت به دست آمد که تحلیل استاتیکی غیرخطی و تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی برای یک سازه مشخص، برش پایه و تغییرمکان مرکز پشت بام و توزیع تغییرمکان در ارتفاع یکسانی را حاصل نمیشوند، بنابراین میتوان بیان کرد که طراحی لرزهای بر اساس عملکرد برای سازه هایی که سیستم دیوار برشی فولادی دارند با ضوابط موجود مناسب نمیباشد. از نرم افزار SAP2000-VER16جهت مدل سازی و تحلیل استفاده شده است.
به منظور بدست آوردن میزان کارایی روش طراحی مستقیم بر روی دیوار برشی سخت نشده سه سازه کوتاه و میان وبلند طبقه با پنج دهانه با دیوار برشی فولادی سخت نشده، هر کدام از سازهها یک قاب را مورد تحلیلهای تاریخچهی زمانی غیرخطی IDA قرار میگیرد و به روش طراحی مستقیم براساس تغییرمکان برای محدوده ی تغییرمکان نسبی مشخص، طراحی میکنیم و نتایج حاصل از این تحلیلها با فرضیات طراحی مقایسه میشوند. در این تحقیق برای مدل سازی و تحلیل تاریخچه زمانی از نرم افزار SAP2000 استفاده میشود. در نرم افزار دیوار برشی فولادی را به صورت المانهای Shell و مدل ساده شده نواری مدل میکنیم.[5]
:-3 دیوار برشی فولادی:
دیوار برشی فولادی سامانهای است که از ورقهای فولادی، ستونهای حایل و تیرهایی که در تراز هر طبقه وجود دارند تشکیل شده است. رفتار دیوارهای برشی فولادی را میتوان با عملکرد تیر ورقها شبیه سازی کرد. ستونهای قاب با دیوار برشی مانند بالهای تیر ورق، تیرهای آن مشابه با تقویت کنندههای میانی تیر ورق و ورق فولادی به مثابه جان تیر ورق میباشند. اجزای مختلف سیستم دیوار برشی فولادی به شرح زیر توسط مراجع مربوطه نام گذاری میشوند. شکل - 1 -
-1ورق فولادی عمودی که به تیرها و ستونهای سیستم باربر جانبی متصل است، ورق جان نامیده میشود.
-2ستونها در سیستم دیوار برشی فولادی یه اعضای مرزی قائم VBE مرسوم هستند.
-3تیرها در این سیستم به عنوان اعضای مرزی افقی HBE قلمداد میشوند13@و.>2
فلسفه طراحی دیوار برشی فولادی تا دهه - 1980 - مبتنی بر جلوگیری از کمانش برشی با استفاده از ورقهای ضخیم یا استفاده از سخت کنندهها بود. اما به دلیل هزینه و وقت زیادی که صرف جوشکاری برای اتصال سخت کنندهها به دیوار میشد، مطالعات و آزمایشات متعددی در آمریکا و ژاپن بر روی دیوارهای برشی بدون سخت کننده صورت گرفت. اساس ایده استفاده از دیوارهای برشی فولادی بدون سخت کننده بهره گیری از میدان کششی قطری است که پس از کمانش ورق فولادی در آن ایجاد میگردد.[11]
:1-3 آزمایشات بر روی دیوارهای برشی فولادی :
نتایج آزمایشات انجام گرفته بر روی دیوارهای برشی فولادی تحت بارهای چرخهای نشانگر سختی زیاد، مقاومت کافی ، شکل پذیری مناسب و اصطکاک زیاد انرژی حاصل از زلزله در این سیستم باربر جانبی است. از دیوارهای برشی فولادی علاوه بر سازههای احداث در بهسازی لرزهای سازههای موجود نیز استفاده میشود. اصولا اتصال تیر به ستون در دیوارهای برشی فولادی میتوانند به صورت مفصلی و یا خمشی اجرا شوند.
