بخشی از مقاله
چکیده
روش متداول تخمین برش پایه در آییننامههای لرزهای مبتنی بر طیف پاسخ شتاب×است. همچنین عملکرد مورد انتظار از سازه نقش مستقیم در تعیین برش پایه ندارد و کنترل تغییر مکان به عنوان شاخصی از عملکرد و خرابی سازه در انتهای روند طراحی کنترل میشود. این نقطه ضعف در سازههای طراحی شده بر مبنای نیرو موجب شده است که در سالهای اخیر به روشهای طراحی مبتنی بر عملکرد، توجه ویژهای شود. روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد - PBPD - از جمله روشهایی است که در آن ضمن در نظر گرفتن عملکرد مورد انتظار برای محاسبه برش پایه پیشنهاد وقوع یک مکانیزم غیرخطی برای تخمین نیروهای داخلی انجام میشود. در نهایت توقع این است که با بکارگیری روش مذکور عملکرد مورد انتظار به نحو مناسبتری تأمین گردد.
در این مقاله ضمن تشریح PBPD، نتایج طراحی روش مبتنی بر نیرو - FBD - با روش PBPD مقایسه میشود. طراحی بر اساس روشهای مذکور برای چهار قاب خمشی فولادی ویژه 4، 8، 12 و 16 طبقه، انجام گرفته و با استفاده از تحلیل استاتیکی غیرخطی کنترل و نتایج آن مقایسه گردیده است. مقایسه تغییر مکانهای حاصل از اثر بارهای ثقلی و جانبی در تحلیل پوشاور و پاسخ غیرخطی قابهای طراحی شده با دو روش مذکور، نشاندهندهی این است که روش PBPD به عملکرد مورد نظر خود نسبت به روش FBD نزدیکتر است. علت این نتایج را میتوان معیارهای عملکردی کلیدی از پیش انتخاب شده دانست که از همان ابتدا در روند طراحی بر مبنای عملکرد حضور دارند.
-1 مقدمه
روش کنونی طراحی سازهها، روش مبتنی بر نیرو است که شامل تخمین نیروهای ثقلی و جانبی، توزیع آنها در ارتفاع ساختمان و تعیین نیروی مقاومت مورد نیاز اجزای سازه است. ازجمله کاستیهای این روش میتوان به استفاده از تک پارامتر مقاومت برای بیان رفتار اجزای سازهای در محدودهی غیرارتجاعی اشاره کرد. هر چند ضریب رفتار برای منظور نمودن رفتار غیرخطی است اما تعریف آن همیشه یکسان و مورد توافق همگانی نیست - ملکی, . - 1379
روشهای متعدد طراحی برپایه مفاهیم مختلف، برای استفاده از طراحی بر مبنای عملکرد وجود دارد که از مهمترین آنها میتوان به روش ضرایب تغییرمکان - FEMA-356, 2000 - ، روش طیف ظرفیت - ATC-40 - ، روش - Fajfar, 2000 - N2، روش مستقیم بر مبنای تغییر مکان - Xue, 2001 - - DBD - و همچنین روش طراحی پلاستیک بر مبنای عملکرد که یک روش طراحی مستقیم است و به هیچ ارزیابی پس از طراحی اولیه نیاز ندارد - Chao & Goel, 2006a - اشاره کرد.
پیشبینی پاسخ غیرخطی و محاسبه عملکرد لرزهای سازه یک موضوع بسیار مهم در طراحی پلاستیک بر مبنای عملکرد است . - Lee, Chao, Cheong, & Kim, 2005 - زیرا معیارهای عملکردی کلیدی از همان ابتدای طراحی مشخص میشوند. دو حالت حدی عملکردی یعنی مکانیزم تسلیم و تغییر مکان نسبی هدف را انتخاب و نیروی برش پایه را برای یک سطح خطر معلوم تعیین میشود. همچنین لازم به ذکر است که روش طراحی بر مبنای عملکرد را می توان روشی با اهدف عملکردی چندگانه - multiple - performance objectives دانست . - Ghorbarah, 2001 -
اهداف اصلی این تحقیق عبارتند از بررسی اصول روش PBPD و مقایسهی نتایج طراحی روش PBPD با .FBD جهت انجام اهداف فوق ابتدا مفاهیم پایه طراحی پلاستیک بر مبنای عملکرد عنوان گردیده و بعد از آن چهار قاب خمشی فولادی ویژه ُ، َ، ٌٍ و ٌّ طبقه انتخاب و به روش PBPD طراحی گردید و سپس به کمک نرم افزار ETABS، به صورت FBD طراحی شد که در هر دو روش از آییننامههای - AISC- 360 , 2010 - و - ASCE -7 , 2010 - استفاده شده است. در مرحلهی بعد نتایج طراحی با دو روش مذکور را بررسی کرده و در انتها ضمن مقایسه پاسخها با استفاده از تحلیل پوشاور ، نتایج آورده شده است.
-2 مفاهیم پایه در طراحی پلاستیک بر مبنای عملکرد
مراحل طراحی پلاستیک برمبنای عملکرد به این ترتیب خواهد بود که ابتدا هدف عملکرد مورد نظر، یعنی مشخص نمودن سطح عملکرد - تغییر مکان نسبی هدف - برای یک سطح خطر معلوم، تعیین میشود . درPBPD دوهدف عملکرد ایمنی جانی برای سطح خطر متوسط - احتمال وقوع ًٌ درصد در 50 سال - و سطح عملکرد آستانهی فروریزش برای سطح خطر زیاد - احتمال وقوع ٍ درصد در 50 سال - مورد بررسی قرار میگیرد . - Ghorbarah, 2001 - بعد از آن پریود اصلی ساختمان و شتاب طیفی طرح با استفاده از آییننامه - ASCE -7 , 2010 - تعیین میشود. در مرحلهی بعد برشپایه با معادل قرار دادن کار مورد نیاز برای هل دادن سازه به صورت یکنواخت تا رسیدن به تغییر مکان نسبی هدف با انرژی مورد نیاز برای رسیدن یک سیستم یک درجه آزادی الاستوپلاستیک معادل به همان حالت به دست میآید - Housner, 1960 - و در ارتفاع ساختمان توزیع می شود ,Chao , Goel -
. - Lee, 2007 بعد از آن نوبت به انتخاب سیستم سازهای و تعیین مکانیزیم تسلیم مطلوب میرسد. مثلا در قابهای خمشی، مفاصل پلاستیک باید تنها در دو انتهای تیر و پای ستون طبقه اول تشکیل شود. همچنین برای سایر سیستمهای سازهای تغییر شکلهای پلاستیک باید در تیرهای پیوند در قابهای EBF ، بادبندها در قابهای CBF و قطعات ویژه در قابهای STMF رخ دهد. در آخر طراحی اعضای تسلیم شونده - DYM - یعنی اعضایی که باید در آنها مفصل پلاستیک تشکیل شود و اعضای غیر تسلیم شونده - non-DYM - یعنی اعضایی که میبایست الاستیک باقی بمانند انجام میشود - Leelataviwat, Goel, & .Stojadinovic, 1999 -
-3 معرفی مدلهای مورد مطالعه
مدلهای مورد مطالعه به صورت قابهای خمشی ویژه با اتصالات شکافدار جان - SW - از نوع اسکلت فولادی با تنش تسلیم ًًٍُ کیلوگرم بر سانتیمتر مربع با اتصالات خمشی دارای 4، 8، 12 و 16 طبقه میباشند. ارتفاع طبقات 3,2 متر و قابها دارای 3 دهانه در امتداد x که هر کدام به طول 4,5 متر است - شکل. - 1
