بخشی از مقاله
چکیده
براي مقابله با نیروي زلزله انتخاب سیستم مناسب جزء مهمترین عملیات طراحی سازه می باشد. به دلیل استفاده زیاد از مهاربند شورون در ساختمان هاي در حال ساخت ایران و همچنین وجود گسلهاي فراوان در ایران بررسی این سیستم در برابر زلزله هاي نزدیک گسل امري مهم تلقی میشود. براي بررسی این سیستم، سه قاب 5، 10 و 15 طبقه ابتدا در نرم افزار Etabs طراحی استاتیکی خطی شده اند و سپس در نرم افزار Perform3D تحت 7 شتاب نگاشت حوزه نزدیک کاپه، نورتریج، امپریال، لوماپریتا، لندرز، چی چی و طبس ، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی شدهاند.
بر پایه تحلیل غیرخطی، مقدار جذب انرژي و جابهجایی بام مدلها بررسی شدهاند و نتایج بحث شدهاند. نتایج بیانگر آن است که استفاده از بادبند شورون در قاب 10 طبقه در زلزله نزدیک گسل با جهت پذیري پیشرونده با جابه جایی ماندگار بالا و در قاب 15 طبقه در زلزله نزدیک گسل با جهت پذیري پیشرونده در هر حالت توصیه نمیشود و در بقیه حالتها قابل استفاده است.
-1 مقدمه
سیستم هاي مهاربندي هم مرکز، از متداول ترین سیستم هاي باربر جانبی هستند .سیستم هاي مهاربندي هم مرکز که یک نوع آنها سیستم مهاربندي شورون است، از مفیدترین سیستم ها براي کنترل تغییر مکان ایجادشده در برابر بارهاي جانبی هستند . به علت پیکربندي خرپاگونه، صلبیت جانبی این سیستم ها بسیار زیاد است؛ به طوري که یک سیستم قاب فولادي با بادبندي هم مرکز از نوع شورون در مقایسه با سیستم قاب خمشی می تواند تا ده برابر سخت تر باشد .این سیستم ها در مسیر تکمیل سیستم هاي سازه اي فولادي جهت مقابله با نیروهاي باد ابداع گردیده اند.
معمولاً با افزایش تعداد طبقات و ارتفاع ساختمان و زمانی که استفاده از قاب خمشی به دلیل سختی کمتر غیراقتصادي می شود، جایگزین مناسب براي آن، سیستم هاي فولادي با بادبندي هم مرکز خواهند بود .مسایل اقتصادي، طرح و روش اجراي آسان تر و بهتر، سیستم هاي فولادي با بادبندي هم مرکز را یک انتخاب عالی براي طراحان قرار داده است .سیستم هاي مهاربندي همگرا از نظر هندسه، مهاربندي اشکال مختلفی می توانند داشته باشند ولی مسلماً مشخصه اصلی همگی این سیستم ها باید ورود به ناحیه غیرخطی و جذب انرژي زلزله از این طریق باشد.
-2 انواع سیستم مهاربندي
در سیستم مهاربندي هم محور، بادبندها از محل تقاطع تیر و ستون عبور مینمایند و در بعضی از فرمهاي این نوع مهاربندي، محور دو بادبند در یک نقطه مشترك بر روي تیر با هم تلاقی میکنند. این سیستم داراي سختی جانبی بسیار بالایی بوده و به این علت که نیروهاي جانبی توسط اعضاء به صورت محوري منتقل میشوند، سیستمی اقتصادي هستند. مهاربندي هم محور علی رغم سختی بالا و مناسب و نیز سهولت طراحی و اجرا داراي اشکالاتی هم است. مهمترینِ این اشکالات از لحاظ معماري ایجاد محدودیت براي اجراي دربها و پنجرهها و از نظر سازهاي کمانش بادبندها است.
کمانش بادبندها منجر به شکل پذیري کم و ظرفیت کم اتلاف انرژي میشود. در قاب بادبندي شده برون محور به جاي برخورد بادبند به محل اتصال تیر و ستون یا تقاطع محورهاي دو بادبند در یک نقطه، با ایجاد یک انحراف، بادبند به تیر متصل میشود. قسمتی از تیر که بین تیر و ستون یا بین دو بادبند قرار میگیرد، تیر پیوند نامیده میشود و به صورت یک فیوز شکل پذیر عمل مینماید.
در این سیستم تیر پیوند از وارد شدن نیروي بیش از حد به بادبندها و کمانش آن جلوگیري میکند. تیر پیوند با تغییر شکلهاي پلاستیک در مود خمشی یا برشی، مقدار زیادي از انرژي وارد شده را مستهلک مینماید. سختی مناسب خاصیت عمده سیستم بادبندي هم محور است. شکل پذیري بالا نیز ویژگی عمده قاب خمشی است. در واقع میتوان گفت که سیستم بادبندي برون محور ترکیب کننده این دو ویژگی مهم است.
-1-2 مهاربند هم مرکز
مشخصه عمده این سیستم آن است که محورهاي خنثی در اعضاي مختلف در یک نقطه مشترك تلاقی میکنند. یکی از مهمترین خواص مهاربندي هم مرکز سختی بالاي آن است. به همین دلیل معمولاً با افزایش تعداد طبقات و ارتفاع ساختمان و وقتی که استفاده از سایر سیستمها غیر اقتصادي میشود این مهاربندي به میدان میĤید.
مهاربندهاي هم مرکز ضربدري علی رغم سختی بسیار بالا و خوبشان و علاوه بر آن سهولت طراحی و اجرا دو اشکال اساسی دارند یکی محدودیتهاي معماري در مورد در و پنجره و دیگري شکل پذیري و ظرفیت جذب انرژي بسیار کم، که عمدتاً به دلیل کمانش کلی یا موضعی عضو فشاري مهاربند و تا حدي ضعف اتصالات مفصلی حاصل میشود. مشکل اول یعنی محدودیتهاي معماري مهاربند ضربدري را بعضی از طراحان با فرمهاي دیگر این نوع مهاربندي از جمله مهاربندي - Z یک طرفه - ، مهاربنديV ، مهاربندي شورون، مهاربندي K برطرف کردهاند.
اما نکته حائز اهمیت این است که فرمهاي متفاوت با فرم ضربدري الزاماتی خاصی را نیز در طراحی ایجاد میکند. که در صورت عدم توجه به آن مهاربند و به تبع آن سازه اصلی دچار مسائلی خواهند شد. در مهاربندي ضربدري معمولاً از اثرات بار ثقلی بر اعضاي قطري صرف نظر میشود اما در فرمهاي V و K مهارها، تکیه گاه تیري که به آن وصل شده اند خواهند بود و طبعاً باید اثرات بارهاي ثقلی را براي آنها در نظر گرفت. در بادبندهاي V و 8 اگر یکی از اعضا در فشار، کمانش کند، در تیر کف، خیزهاي قائم بزرگی در نقطه اتصال مهاري به آن رخ میدهد. که نهایتاً موجب گسیختگی تیر میشود.
بنابراین طراحی تیر باید به گونهاي باشد که بتواند نیروهاي بزرگ ناشی از مهاري را هم تحمل کند. عملاً در بادبندهاي K و لوزي به علت تغییر مکان وسط ستون لنگرهاي اضافی در ستون حتی در ناحیه الاستیک ایجاد میشود که ممکن است موجب خرابی شود. بادبند Z - یک طرفه - را فقط باید موقعی به کار برد که در همان محور در دهانه دیگري بادبند طرف دیگر موجود باشد.
مگر آنکه عدم کمانش عضو قطري قابل اطمینان باشد. در ارتباط با مشکل دوم یعنی شکل پذیري و با توجه به منحنی هیسترزیس نمونه این نوع مهاربند، مشاهده میشود که حلقه هاي هیسترزیس بسیار ناپایدار و نامنظم است و مخصوصاً تحت بارهاي متناوب دیده میشود. که بعد از چند سیکل بر اثر کمانش اعضاي فشاري سیستم مهاربندي حتی تا 50٪ مقاومت خود را از دست میدهد. به دلیل ضعف در جذب انرژي و شکل پذیري است که در مناطق زلزله خیز شدید استفاده از این مهاربند به شکل گسترده پیشنهاد نمیشود. در مورد مهاربند هم مرکز براي یک طراحی بهینه، مفصلهاي خمیري ابتدا باید در اعضاي قطري ایجاد شوند نه در تیر یا ستون.
-3 زلزله نزدیک گسل
پیشرفتهاي تکنیکی در زمینه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله در 50 سال گذشته همچون پیشرفت کامپیوترها، توسعه روشهاي عددي براي تحلیل خطی و غیرخطی سازهها، بهبود یافتن کیفیت، کمیت و پردازش نگاشتهاي زلزلهها، درك و بهکارگیري تغییرشکلهاي مجاز غیرارتجاعی در سازهها، تغییر در جزئیات نیاز شکلپذیري و مقاومت جهت جلوگیري از شکستهاي ترد، بهکارگیري روشهاي احتمالاتی و... سبب ارتقاء علوم مهندسی و درك پارامترهاي موثر در پایداري سازهها شده است، بهطوریکه محققین شاهد اثرات متفاوت زلزلههاي نزدیکگسل با زلزلههاي دور از گسل بودهاند.
