بخشی از مقاله
چکیده
جداگرهای لرزه ای با افزایش پریود سازه، باعث کاهش شتاب و جابه جایی نسبی کف طبقات میشوند. یکی از چالشهای پیش رو هنگام طراحی جداگرهای لرزه ای، سازه های نرم و بلند مرتبه میباشد. در این مقاله، رفتار لرزه ای چهار قاب خمشی فولادی پنج طبقه، با ثابت نگه داشتن ارتفاع و تغییر ابعاد پلان بررسی شده است. با استفاده از هفت رکورد زلزله در حوزه دور و انتخاب روش تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، متوسط پاسخ سازه های جداسازی شده با یکدیگر مقایسه شده اند.
نتایج نشان میدهد با افزایش نسبت ارتفاع به بعد سازه جداسازی شده، مساحت زیر نمودار نیرو-تغییرمکان جداگرها کاهش مییابد که این نشان از کاهش انرژی مستهلک شده و کاهش سرعت میرایی جداگرها میباشد. پارامترهای لرزه ای سازه ی متوسط مرتبه از جمله جابه جایی نسبی و نیز پاسخ های نیرویی، مقدار کمتری نسبت به باقی سازه های جداسازی شده دارد که این موضوع باعث میشود این سازه جداسازی شده آسیب کمتری نسبت به سازه های دیگر متحمل شود. علت اصلی این موضوع میتواند کمتر بودن پریود سازه متوسط مرتبه نسبت به سازه بلند و بسیار بلند مرتبه و وزن کمتر آن نسبت به سازه کوتاه مرتبه باشد.
-1 مقدمه
روش طراحی متداول سیستم های سازه ای، از طریق رفتار کشسان و یا خمیری اعضای سازه صورت میگیرد. اتلاف انرژی به این صورت علاوه بر غیر اقتصادی بودن، مستلزم تغییرشکل نسبی زیاد و افزایش خسارت در اعضای غیر سازه ای میباشد. جداگر لرزه ای از جمله روش های نوین طراحی است که با افزایش زمان تناوب اصلی سازه و کاهش شتاب طیفی برای مود اول - مود غالب - ، همزمان قادر به کاهش جابه جایی نسبی و شتاب وارد به طبقات میباشد. با استفاده از این تکنولوژی، ساختمان پس از زلزله به سرویس دهی خود ادامه میدهد.
در این روش روسازه ساختمان به طریقی از پی ساختمان جدا میشود که اثرات نیروی زلزله به روسازه کاهش یابد و با اتلاف انرژی، پاسخ لرزه ای بهینه برای سازه فراهم نماید. جداگر لرزه ای به دلیل داشتن لایه انعطاف پذیر، انرژی ورودی زلزله را تا حد قابل قبولی کاهش میدهد و پاسخ لرزه ای بهینه ای را برای سازه فراهم میآورد. این سیستم کنترل سازه با افزایش پریود سازه باعث میشود روسازه حرکتی صلب گونه داشته باشد. برای تعیین کارآیی سیستم جداساز لرزه ای میتوان از فرض سازه صلب بهره برد. در نتیجه افزایش نسبت پریود موثر جداساز به پریود مود اول سازه با پایه گیردار، میزان کارآیی این سیستم در کاهش پاسخ سازه را تعیین میکند.
-2 تئوری و پیشینه تحقیق
تحقیقات گذشته در خصوص رفتار دینامیکی سیستم های جداساز لرزه ای کارآیی این نوع سیستم را در کاهش نیروی زلزله القایی بر سازه های صلب و کوتاه مرتبه به اثبات رسانده است. از دیدگاه طراحی سازه ای، برخی نسبت ارتفاع به بعد سازه را ملاک مناسبی جهت طبقه بندی ساختمان بلند شناخته و نسبت های ارتفاع به بعد 1.5، را به ترتیب مربوط به سازه بسیار بلند، بلند، متوسط و کوتاه مرتبه میدانند. هدف اصلی در این تحقیق بررسی اثر تغییر ابعاد پلان ساختمان جداسازی شده با ارتفاع ثابت و مقایسه کارایی جداگرها تحت زلزله های دور از گسل میباشد.
-3 روش انجام تحلیل
-3-1 معرفی مدل تحلیلی
مدل های سازه ای 5 طبقه مورد بررسی، در دو جهت X و Y قاب خمشی فولادی با شکل پذیری متوسط میباشند. ارتفاع تمامی طبقات 3/2 متر و ابعاد پلان های سازه های کوتاه، متوسط، بلند و بسیار بلند مرتبه به ترتیب برابر 3/3 4/4، 5/5 1/1، 10/10 2/2، 15/15 3/3 می باشد.
برای طراحی سازه مبنا - پایه گیردار - ، پایه تمام ستون ها گیردار فرض میشود و در مورد سازه های جداسازی شده باید درجات آزادی پایه های تمام ستون ها برداشته شده و طبقه ای صلب بر روی سیستم جداساز در نظر گرفته شود. بارگذاری دقیق در طراحی، هم حاشیه ایمنی طرح را ارضا مینماید و هم موجب اقتصادی تر شدن طرح میگردد. برای سازه حاضر بر اساس مبحث ششم از سازمان مقررات ملی ساختمان مقدار بار مرده سقف طبقات همراه با بار فرضی تیغه kg 750، بار زنده سقف طبقات kg 200، بار مرده سقف بام 550 و بار زنده سقف بام 150 در نظر گرفته شده است. برای محاسبه جرم طبقات از بار مرده طبقات به
علاوه %20 بار زنده آن استفاده شده است. این جرم برای انجام آنالیز دینامیکی سازه ها مورد نیاز میباشد. بارگذاری جانبی زلزله مطابق آیین نامه طراحی ساختمان های ایران در برابر زلزله - استاندارد - 2800 ویرایش سوم انجام گرفته است.
خاک مربوط به محل احداث سازه ها خاک نوع - T 0=0/5Sec - II، منطقه با خطرپذیری بسیار زیاد - A=0/35 - ، نوع کاربری آن مسکونی با درجه اهمیت متوسط - I=1 - و قاب خمشی معمولی در دو جهت اصلی - R=7 - در نظر گرفته شده است. طراحی سازه به روش تنش مجاز ASD و بر مبنای آیین نامه UBC97 صورت گرفته است. سازه ها در نرم افزار SAP2000 مدل و طراحی شده اند. طراحی به گونه ای صورت گرفته است که نسبت تنش ها در مقاطع بین 0/7 و 1/1 بوده و همچنین دیریفت طبقات بر اساس ضوابط آیین نامه 2800 رعایت شود.
-3-2 مشخصات و پارامترهای لرزه ای جداگرهای لرزه ای
جهت طراحی جداگرهای لرزه ای از آیین نامه UBC97 استفاده شده است. با ضرب جرم هر طبقه در تعداد کل طبقات به علاوه جرم طبقه صلب و جرم تمامی جداگرهای - جرم هر جداگر0/01 تن - واقع بر روی جداسازهای لرزه ای جرم کل سازه W حاصل می-شود. در زیر هر ستون یک جداساز لرزه ای لاستیکی با هسته ی سربی - LRB - قرارگرفته است. با فرض زمان تناوب موثر ساختمان جداسازی شده در تغییر مکان طرح TD برابر 2/5 ثانیه برای هر جداگر، سختی جانبی موثر در تغییر مکان طرح Keff مطابق رابطه - 1 - بدست میآید.
میرایی بحرانی جداگرها
برابر %15 و نسبت سختی پس از تسلیم به سختی پیش از تسلیم - Kd - برابر 0/1 فرض شده اند. همچنین از رابطه - 2 - مقدار سختی اولیه جداساز Ku محاسبه میشود. در این رابطه نیروی تسلیم جداساز Fy و محاسبه تغییر مکان تسلیم جداساز Dy است. همچنین با توجه به رابطه - 3 - میرایی موثر جداگرهای لرزه ای Ceff قابل محاسبه است. پارامتر های طراحی جداگرهای لرزه ای جهت وارد کردن به نرم افزار Sap2000 مطابق جدول 1 میباشد.
جدول -1 مشخصات جداگرهای لرزه ای لاستیکی با هسته سربی - LRB -
مشخصات ذکر شده برای هر جداگر در هر دوجهت X و Y یکسان میباشند. همان گونه که در جدول 2 مشاهده میشود استفاده از جداگرهای لرزه ای پریود موثر مود اول هر دو سازه ی با روسازه صلب و نرم را در مقایسه با پایه گیردار به طور قابل ملاحظه ای افزایش داده اند.
جدول -2 پریود سازه های مبنا و جداشده
-3-3 شتاب نگاشت های حوزه دور از گسل
به منظور انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی، از لینک دسترسی دانشگاه پیربرکلی آمریکا peer Berkeley هفت شتاب نگاشت حوزه دور از گسل 20 - تا 60 کیلومتر از محل گسل - استفاده شده که در جدول 3 مشاهده میگردد. مقادیر طیف پاسخ شتاب با میرایی %5 هر زوج شتاب نگاشت با روش آماری جذر مجموع مربعات SRSS، با یکدیگر ترکیب شده و یک طیف پاسخ شتاب ترکیبی واحد برای هر زوج ساخته میشود. مطابق آیین نامه ASCE هر زوج شتاب نگاشت چنان مقیاس شده که برای هر پریود - در محدوده 0/2Tتا - 1/5T، مقدار متوسط طیف جذر مجموع مربعات مربوط به تمام زوج مولفه ها، اختلافی بیش %10 با نمودار 1/4 AB نداشته باشد.
