بخشی از مقاله
چکیده
از مهمترین نتایج تغییر شکل ناشی از جابجایی نسبی بین طبقات متوالی، بروز آسیبهای سازهای و غیر سازهای میباشد. بسیاری از مطالعات پی شین بیانگر این ا ست که پارامتر مذکور جهت ن شان دادن همب ستگی و ارتباط میان م شخ صات پا سخ سازه و خطر لرزهای، کارآمد ا ست. سیستم قاب محیطی، یکی از راههای محدود کردن جابجایی طبقات در سازههای بلند میباشد. این سیستم موجب شباهت رفتار سازه به یک لوله تو خالی شده که در نتیجه، یک افزایش چشمگیر در سختی جانبی بوجود میآید.
در این تحقیق؛ مدلهای مطالعاتی قاب خمشی بصورت سازه های 20 طبقه بوده که در پلان و ارتفاع منظم می باشند. طرح اسکلت مقاوم مطابق با ضوابط طرح لرزهای موجود در ویرایش چهارم آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله - استاندارد - 2800 و مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان است. طراحی مبتنی بر عملکرد، نیازمند درک کلی از پاسخ سازه به انواع مختلف حرکت زمین در سطوح مختلف است.
روشهای طراحی باید توجه ویژه به ویژگیهای حرکات زمین به خ صوص در حوزه نزدیک گ سل دا شته با شند. رکوردهای حوزه نزدیک بو سیله نمود تغییر مکانهای ضربه ای ناگهانی زمین در مدت زمان کوتاه و انرژی بالا در بازه ابتدایی تاریخچه زمانی شناخته میشوند. این پژوهش بر پایه ارزیابی نتایج تحلیلهای دینامیکی غیرخطی، به بررسی روند تغییرات پاسخ لرزهای اسکلتهای ترکیبی مقاوم تحت طیف طرح ویژه ساختگاه، مطابق با با ضوابط طرح لرزه ای موجود در ویرایش چهارم استاندارد 2800 میپردازد.
موضوعات و نکات ارزیابی شده در این پژوهش، شامل پارامترهای پاسخ تغییر مکان جانبی و دریفت سازه و نیز تاثیر آرایش اسکلت های صلب داخلی در دامنه تغییرات پارامترهای مذکور میباشد. بر پایه ارزیابی نتایج این پژوهش، بیشترین میزان دریفت در یک سوم میانی سازه میباشد. همچنین بیشینه پارامترهای پاسخ تغییر مکان و دریفت سازه با تبدیل ساختار اسکلت از قاب خمشی محیطی به دسته شده، به ترتیب دچار کاهش و افزایش نسبی گردیده است.
-1 مقدمه
یکی از مهمترین مسایل در طراحی مهندسی ایجاد تعادل بین توانایی مقاومت سازه در برابر رکوردهای نیرومند جابجایی زمین و تقاضای لرزهای می باشد - اژدری فر، . - 1394 ظرفیت سازه در طراحی باید بگونهای باشد که حالت فروریزش در برابر نیروهای زلزله پیش نیاید. مفاهیم طراحی بر مبنای عملکرد نیازمند شناخت و درک کلی سطوح مختلف عملکردی و همچنین رفتار و پاسخ سازهها به زمین لرزههای مختلف میباشد.
پارامترهای مرتبط با زمین لرزههای حوزه نزدیک مورد توجه در برخی آیین نامهها، به دلیل عدم توجه ویژه به ویژگیهای فرکانسی زمین لرزههای حوزه نزدیک، چندان تاثیرگذار نمیباشند . - Alavi,2000 - در این راستا "هادسون" پیشنهاد نمود که بررسی دامنه پیک، مدت زمان لرزش های قوی و ویژگیهای فرکانسی میتواند جهت پی بردن به خواص فیزیکی رکوردها، مفید باشد . - Sucuoglu;1995 -
تجزیه و تحلیل الاستیک برآوردی خوب از ظرفیت سازه ارائه میدهد، لیکن قادر به پیشبینی مکانیسم فروپاشی و باز توزیع نیروها در مفاصل پلاستیک المانهای سازه نمیباشد. تحلیل غیرخطی تصویری از رفتار سازه را زمانی که از ظرفیت الاستیک آن تجاوز گردد، ارائه مینماید. از روشهای دقیق جهت تعیین تقاضای لرزهای سازهها در برابر یک زلزله مشخص، تحلیل دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی میباشد . - Tarta,2012 - همچنین از ویژگیهای مهم که در تاریخچه زمانی رکوردهای نیرومند حوزه نزدیک دیده میشود، وجود پالسهای بلند مدت در تاریخچه زمانی سرعت زمین است.
نمایش این حرکات پالس گونه بویژه در زمین لرزههای با جهت داری پیشرونده، زمانی که سرعت موج شکست و موج برشی به یکدیگر نزدیکند، قابل انتظار است . - Alavi,2000 ; Alavi,2004 - این ساختار موجگونه، انرژی جنب شی ب سیار زیادی را در یک بازه زمانی به ن سبت کوتاه به سی ستم سازهای ساختمان وارد مینماید. بدین لحاظ ساختار ساختمان باید بتواند این انرژی جنبشی را در چندین سیکل مستهلک نماید.
مطالعات ن شان میدهند که نتیجه بارز چنین رفتار لرزهای، پدیدار شدن و گ سترش سریع مفا صل غیر خطی در سی ستم باربر جانبی سازه و وارد شدن ویژگیهای رفتار اعضای اصلی سازه به حوزه غیرخطی خواهد بود - مشکوه الدینی،. - Alavi,2004; 1390 به بیان دیگر پالسهای بلند مدت شتاب که منجر به پالسهای بزرگ سرعت میگردند، موجب ایجاد پاسخهای سازهای قابل توجه شده و پتانسیل خرابی سازه را افزایش میدهد.
تغییر مکان جانبی و دریفت، از فاکتورهای مهم در بررسی پاسخ سازههای بلند مرتبه میباشد . - Stafford,2006 - مهمترین نمود تغییر شکل ناشی از جابجایی نسبی بین طبقات متوالی سازه، آسیبهای سازهای و غیر سازهای میباشد. بسیاری از مطالعات پیشین بیانگر این موضوع است که بهترین پارامتر جهت نشان دادن همبستگی بین پارامترهای پاسخ سازهای و خطر لرزهای میباشد.
سیستم قاب محیطی یکی از راههای محدود کردن جابجایی طبقات سازههای بلند در طول زمین لرزههای قوی میباشد - Anderson,1975;Miranda,2006 - موضوعات و نکات ارزیابی شده در این پژوهش شامل پارامترهای پاسخ تغییر مکان جانبی و دریفت و تاثیر آرایش اسکلتهای صلب داخلی در دامنه تغییرات پارامترهای مذکور میباشد. ساختار سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی در ساختمانهای مورد مطالعه، از نوع قاب محیطی خمشی و دسته شده میباشد.
سیستم های قاب محیطی به لحاظ اسکلت مقاوم سازه ای، دارای شکل پذیری و پایداری دینامیکی قابل توجه میباشند. قابلیت دیگر این سیستم، بالا بودن مشخصه سختی و مقاومت است. اسکلت مقاوم قاب محیطی خمشی در ساختمان های میان مرتبه و بلند کاربرد دارد. همچنین می توان از این سیستم مقاوم در جایگزینی با اسکلت های قاب مهاربندی شده و یا دیوار برشی، استفاده نمود - خلیلی،1395؛ ابوطالبی،1395؛. - Halis,2007
-2 سازههای مطالعاتی قاب محیطی و ملاحظات طراحی
در این پژوهش؛ مدلهای مطالعاتی قاب محیطی خمشی بصورت سازه 20 طبقه میباشند. پلانها منظم و دارای 6 دهانه به طول 6 متر در هر دو جهت x و y است. همچنین مدلها در ارتفاع نیز منظم و ارتفاع آنها از تراز همکف تا تراز بام، 70 متر است. جزییات پلان و نما در شکل 1 نشان داده شده است. منطقه پروژه در پهنه بندی با خطر نسبی خیلی زیاد و خاک ساختگاه از نوع تیپ 2 فرض گردیده است.
طرح اسکلت مقاوم مطابق با ضوابط طرح لرزهای موجود در ویرایش چهارم آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله - استاندارد - 2800 و مباحث ششم و دهم مقررات ملی ساختمان است. در طراحی مقاطع اعضای سازه معیار رعایت اصل ستون قوی - تیر ضعیف و همچنین محدودیت جانبی نسبی لرزهای طبقات در نظر گرفته شده است - مقررات ملی ساختمان، . - 1392
ضریب رفتار برای سازههای مورد مطالعه با قابلیت شکل پذیری متوسط برابر 5 لحاظ شده و بارگذاری سازهها بر پایه مبحث ششم مقررات ملی ساختمان صورت گرفته است - استاندارد 2008، . - 1392 بار مرده و زنده اعمالی برای تمام طبقات به ترتیب 0,5 ⁄ 2 و 0,2 ⁄ 2 بوده و دیافراگم سقف با سختی بی نهایت درون صفحهای نسبت به عناصر قائم باربر جانبی در نظر گرفته میشود.
پریود طبیعی برای هر دو مدل T=1,94 ثانیه و پریود مود اول تا سوم مدلها و نسبت مود پیچشی به مود انتقالی در جدول 1 آورده شده است. بر پایه اطلاعات ذکر شده در این جدول، ملاحظه میشود که بدلیل بیشتر بودن مود انقالی نسبت به اولین مود پیچشی، سازه ها به صورت مقاوم و سخت در برابر پیچش در هر دو جهت عمل میکنند.
-3 رکوردهای سه مولفهای انتخابی
پارامترهای متعددی در میزان پتانسیل خرابی حرکات لرزهای زمین تاثیرگذار است. برخی از این پارامترها به صورت مستقیم به خصوصیات تحریک زمین و برخی دیگر به تعامل سیستم با این تحریکها وابسته است. همچنین آنکه از عوامل مهم در تعیین میزان آسیب سازه بوسیله زلزله، قدرت زمین لرزه و عملکرد لرزهای سازهها میباشد.
همچنین بیشینه شتاب و سرعت، نسبت سرعت به شتاب و بازه زمانی زمین لرزههای نیرومند با این مطلب دارای ارتباط تنگاتنگی میباشد. بررسی مجموعه عوامل ذکر شده در کنار یکدیگر، نیازمند نگرشی ویژه به خصوصیات رکوردهای زلزله بخصوص در حوزه نزدیک گسل و پاسخ سازه به این رکوردها میباشد.
پدیدار شدن ویژگیهای غیر خطی در رفتار دینامیکی ساختمانهای واقع شده در حوزه نزدیک گسل، تحت اثر ارتعاشات نیرومند زمین، امری قابل انتظار است. زمین لرزههای حوزه نزدیک در مقایسه با دیگر انواع زمین لرزهها، موجب ایجاد نیازهای لرزهای بزرگتری در سازه میگردند. یکی از مشخصههای رکوردهای حوزه نزدیک وجود حداقل یک اوج مشخص در طیف سرعت زمین است.
رکوردهای حوزه نزدیک با جهت داری پیشرونده در جهت عمود بر گسل توسط یک پالس بزرگ قابل تشخیص میباشند. دامنه زمانی این پالسها به طور معمول از 1 ثانیه بیشتر بوده و در حدود پریود اصلی ساختمان میباشد - مشکوه الدینی،1390؛ . - Alavi,2000; Alavi,2004 در شکل 2 نمودار شتاب و سرعت رکوردهای سه مولفهای انتخابی در راستای هر سه مولفه، نشان داده شده است.
