بخشی از مقاله
چکیده:
در این پژوهش قصد بر آن است که عملکرد لرزه ای اسکلت قاب خمشی محیطی با دهانه های بزرگ در برابر بارهای جانبی به منظور ارزیابی تغییرات پارامترهای پاسخ لرزه ای بررسی شود. همچنین یک گروه از رکوردهای حوزه نزدیک گسل با در نظر گرفتن خصوصیات و اثرات نیرومند جهتداری پیشرونده، پسرونده، خنثی و نیز یک گروه رکوردهای حوزه دور برای انجام تحلیلهای دینامیکی غیرخطی انتخاب شدند.
مهمترین ویژگیهای رکوردهای حوزه نزدیک انتخابی، حضور پالس های ترکیبی پردامنه و پر انرژی سرعت می باشد که آنها را از رکوردهای حوزه دور متمایز می نماید. گروه یک شامل رکورد اصلی دو زلزله رخ داده در ایران به ترتیب؛ طبس 1978 و بم 2003 میلادی؛ به همراه پنج رکورد از زلزله امپریال ولی 1979 است. گروه دوم شامل پنج رکورد حوزه دور؛ ثبت شده در ایستگاه های با فاصله بیش از 20 کیلومتر از گسل سن اندریاس در حوزه امپریال ولی میباشد. سازه مطالعاتی دارای آرایش 20 طبقه بوده و با اسکلت مقاوم قاب خمشی محیطی طراحی شده است.
پلان سازه دارای چهار دهانه بزرگ در جهت X پلان و سه دهانه بزرگ در جهت Y می باشد. طول دهانه ها در هر دو جهت 7,32 متر است. پارامترهای پاسخ لرزه ای بر اساس انجام تحلیل های تاریخچه زمانی غیرخطی تحت رکوردهای مقیاس شده، محاسبه و استخراج شده اند. ارزیابی نتایج تحلیلی با تاکید اساسی بر روی تغییرات پارامترهای دریفت، پوش بیشینه سرعت نسبی و شتاب مطلق طبقات و نیز نحوه تشکیل مفاصل پلاستیک می باشد.
نتایج حاصله نشان می دهد که تاثیرات پالس های پر دامنه بر پارامتر دریفت دینامیکی سازه با دهانه های بزرگ مشهود است. بیشترین میزان دریفت در ترازهای میانی اسکلت مقاوم سازه مشاهده گردید. روند تشکیل مفاصل پلاستیک در حوزه میانی و فوقانی اسکلت مقاوم سازه دارای شدت بیشتری است. همچنین نمود پاسخ ها از حدود عملکردی ایمنی جانی فراتر رفته و در محدوده فرو ریزش قرار گرفته است.
-1 مقدمه
امروزه استفاده از سازه های بلند مرتبه به دلایلی همچون افزایش چشمگیر جمعیت کلان شهرها و همچنین استفاده بهینه از فضای شهری امری ضروری جلوه می کند. در این راستا مهندسان سازه همواره به دنبال یافتن راه هایی برای بهینه تر کردن طرح های خویش به لحاظ اقتصادی هستند. آخرین مشاهدات مهندسی از خرابی های سازه ای در زلزله های اخیر نشان دهنده عدم قطعیت هایی در خصوص حوزه نزدیک گسل می باشد. با گذشت زمان و پیشرفت علم مهندسی سازه و همین طور ارتقا ضوابط طراحی سازه های بلند مرتبه، تمایل به برپایی چنین سازه های افزایش یافته است.
بهر حال همچنان انتخاب یک سیستم سازه ای که توانایی ایجاد کارایی بهینه برای سازه و محدودیتهای معماری را داشته باشد، از اهمیت ویژه برخوردار بوده است. با توجه به رویکرد آیین نامه های طراحی به سمت سازه هایی با شکل پذیری بیشتر نسبت به گذشته، سیستم هایی که توانایی اغنا کردن این شروط را داشته باشند، مورد توجه طراحان قرار گرفته است. اسکلت قاب خمشی ترکیبی محیطی، یک سیستم کارآمد برای ساختمان های بلند مرتبه می باشد 1]و.[2
در این نوع سیستم سازه ای علاوه بر چهار قاب خمشی صفحه ای که در پیرامون پلان سازه قرار دارد، از قاب های صلب داخلی نیز استفاده شده است. باید توجه داشت که نسبت ارتفاع به عرض، ابعاد پلان، فاصله بین ستون ها و ابعاد ستون ها و شاه تیر ها بطور مستقیم بر کارایی قاب خمشی ترکیبی محیطی تاثیر گذار است. عملکرد سازه مانند رفتار خمشی یک کنسول بزرگ توخالی است.
در ساده ترین حالت لوله مانند یک طره سوراخ دار عمل می کند و به بارهای جانبی به صورت ترکیبی از مودهای خمشی و برشی پاسخ می دهد. حضور قاب های صلب داخلی سبب توزیع به نسبت یکنواخت برآیندهای تنش برشی و بویژه تنش محوری در المان های پیرامونی تیر و ستون این ساختار سازه ای می شود .[3] نمود برآیندهای فوق تحت اثرات رکوردهای نیرومند زلزله، بسیار پیچیده تر از حالت بارگذاری های ساده استاتیکی است.
ویژگی های جنبش های نیرومند زمین در حوزه نزدیک گسل، همراه با نمود اثرات جهت داری، وجود پالس های بزرگ سرعت و اسپایک های پر انرژی شتاب، روند شدید و کوتاه مدت آزاد شدن انرژی جنبشی، وجود باند فرکانسی پر انرژی کمتر از 10 هرتز - 10 Hz - ، موضوعات بسیار مهم در محاسبه برآیندهای دینامیکی المان های اسکلت مقاوم و سپس حصول یک طراح لرزه ای جامع است. نکته اصلی کاربرد رکوردهای انتخابی در این پژوهش، در برداشتن خصوصیات جهت داری، پالس های پردامنه سرعت و اسپایک های پرانرژی شتاب می باشد .[4]
نکته مهم دیگر نیز توجه به تاثیرات بزرگ مولفه قائم زلزله بر پاسخ های لرزه ای سازه های با دهانه های بزرگ است. رکوردهای انتخابی در این پژوهش نیز بصورت سه مولفه ای بر سازه مطالعاتی وارد شده اند. مدل سازه ای مورد بررسی در این مقاله، یک اسکلت مقاوم 20 طبقه با سیستم قاب خمشی ترکیبی محیطی است. دهانههای بزرگ با طول 7,32 متر دراسکلت مقاوم وجود دارند. روند بارگذاری و طراحی سازه مطالعاتی بر پایه ضوابط و توصیه های آیین نامه 2800 و مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان صورت گرفته است .[5-7]
-2 معرفی مدل، تحلیل و طراحی سازه
سازه مورد مطالعه در این پژوهش، دارای اسکلت فولادی 20 طبقه همراه با سیستم سازه ای قاب خمشی ترکیبی محیطی می باشد. پلان سازه منظم مستطیلی شکل است - شکل . - 1 آرایش دهانه های بزرگ با طول 7,32 متر مشخص است. قاب های پیرامونی به صورت خمشی می باشند. قاب های واقع در راستای محورهای B و D به صورت ساده با اتصالات مفصل مدل شده اند. ساختگاه دارای خاک نوع دو می باشد و منطقه پروژه در پهنه بندی با خطر لرزه خیزی بسیار زیاد واقع شده است. ارتفاع طبقه اول 5,49 متر و بقیه طبقات به صورت تیپ 3,65 متر می باشد.
محاسبات بارگذاری های ثقلی و جانبی مدل مطالعاتی بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و ویرایش چهارم آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله - استاندارد - 2800 صورت گرفته است. بار مرده برای تمام طبقات برابر با 500 kg/m2 و نیز بار زنده در طبقات 200 kg/m2 و همچنین برای بام، 150kg/m2 در نظر گرفته شده است. مقاطع اعضا و اتصالات براساس استاندارد ملی ایران - مبحث دهم مقررات ملی ساختمان - طراحی گردید.
معیارهایی همچون دریفت و رعایت اصل ستون قوی - تیر ضعیف1 مد نظر قرار گرفت. میرایی به صورت کلاسیک متناسب با سختی و جرم لحاظ شد و مقدار ضریب میرایی 5 درصد در نظر گرفته شد. جدول مقاطع و نوع پروفیل های اعضای سازه ای در جداول 1 و 2 نشان داده شده است. آرایش پریودهای متناظر با چهار گروه مودهای ارتعاشی سازه مطالعاتی در جدول 3 مشهود می باشد. بدیهی است که بدلیل بیشتر بودن پریود مودهای انتقالی نسبت به مود های پیچشی، سازه با معیار پیچشی سخت 2رفتار می کند.
