بخشی از مقاله
چکیده
سیستم سازهاي فولادي شبکههاي مورب یک سیستم تحمل بار و مقاومت جانبی براي سازههاي مرتفع است، که تقریبا بررسی نشده است. یک دلیل احتمالی براي این امر در مناطق زلزله خیز نبود راهنماییها و نمونهها میباشد که طراحی و تحلیل این سازهها را توضیح دهد. در این مقاله یک ساختمان 72 طبقه به عنوان مثال استفاده میشود که براي آن طراحی و تحلیل سیستم شبکهي مورب انجام میگردد.
براي کاهش جابجاییهاي بزرگ و برش پایه که این سازهها ممکن است در صورت وقوع زلزله تجربه کنند دو راه حل طراحی جدید متشکل از یک یا دو واحد استهلاك جرم میزان شدهی 1 - ق - 1 بررسی میشوند. در اولین راه حل یک 1 - ق - 1 در بالاي چهار طبقهي ساختمان قرار میگیرد و براي کاهش توزیع حالت عمدهي لرزش ساختمان در جهتهاي عمودي تنظیم میشود.
در راه حل دوم، یک سیستم 1 - ق - 1 دوگانه در میانه ساختمان اضافه میشود که در آن یک واحد 1 - ق - 1 براي دوران دوم سازه تنظیم میگردد. سیستم مستهلک کننده جرم به سازه با استفاده از مجزا کنندههاي پاندول اصطکاکی متصل هستند که با توجه به توانشان براي تحمل تغییر شکلهاي برزگ انتخاب میشوند. مطالعات پارامتریک براي فهم تاثیر پارامترهاي مختلف طراحی مستهلک کنندهي جرم براي بهبود عملکرد لرزه اي ساختمانها انجام شدهاند. بهبود عملکرد لرزهاي بر حسب کاهش نسبت دریفت داخل طبقه، نیروهاي برش پایه و همچنین شتاب مطلق کف ارزیابی میشوند. نتایج نشان میدهند که سیستم تکی 1 - ق - 1 میتواند به شدت اوج واکنش پایه و پوششهاي دریفت داخل طبقاتی را به شدت کاهش دهد.
-1 مقدمه
اولین ساختمانهاي بلند در اواخر قرن 19 در آمریکا ساخته شدند. تعریف مشخصی از ساختمان بلند نیست اما اغلب ساختمانهاي با 14 طبقه یا بیشتر، ساختمان بلند در نظر گرفته میشوند. در حال حاضر، ساختمانهاي بلند بسیاري در سراسر دنیا وجود دارند. چندین سیستم سازهاي هم براي تشخیص رویاي ساخت ساختمانهاي بلندتر توسعه یافتهاند. سیستم سازهاي شبکهي مورب فولادي خارجی با بتن تقویت شدهي داخلی هم یکی از آنها است. سازهي شبکه مورب نام خود را از ستونهاي مورب میگیرد که از خرپاهاي مثلثی تشکیل میشود.
خرپاهاي مورب با حلقههاي افقی متصل میشوند که براي کف و ستونهاي محدود شده با کمانش بوجود میآورند. اعضاي مورب بار گرانشی و بار جانبی را حمل میکنند معمولا فولاد در این سازهها استفاده میشود. تفاوت اصلی بین خرپاهاي قاب فولادي با حایل خارجی این است که در سازههاي مورب تقریبا تمام ستونها حذف میشوند. معمولا هستهي بتنی تقویت شده داخلی از دیوار تشکیل شده است ونه تنها براي تحمل بار جانبی بلکه براي ایجاد ارتباط عمودي و انتقال افراد - آسانسور، پله - ، گرما، تهویه و تهویه ي هوا، لوله کشی، برق و سیستم هاي حفاظت طراحی میشود.
براي طراحی سازههاي مورب در مناطق زلزله خیز استفاده میشود که عبارتند از سیستمهاي مستهلک کنندهي جرم تنظیم شدهي تکی یا دوبله. ساختمان بررسی شده در اینجا براي شهر مشهد طراحی میشود. بنابراین زمین لرزههاي پوستهاي کم عمق و هم لرزههاي صفحهاي در تحلیل استفاده میشوند. لرزههاي پوستهاي کم عمق معمولا در گسلهاي بین قارهاي رخ میدهد، در حالی که حرکتهاي صفحهاي در گسلهاي بین قارها اتفاق میافتند. طبق تحقیق قبلی، اوج جابجایی با استفاده از هر دو نوع لرزه تقریبا یکسان هستند، اما لرزه صفحهاي، غیرالاستیک بیشتري را نشان میدهد که بیان میکنند سازههاي لرزیده شده با ان حرکات طولانی مدت باید به دقت طراحی شوند تا از عمر کوتاه جلوگیري شود.
-2 راه حلهاي بهبود عملکرد لرزيهاي سازههاي فولادي شبکهي مورب دو سیستم اصلی براي بهبود عملکرد لرزهاي سازههاي فولادي شبکهي مورب پیشنهاد شدهاند، که عبارتند از ایزوله کردن پایه یا مستهلک کنندههاي ویسکوز. در اولین مورد آروپ یک سازهي مورب را پیشنهاد داد که با سیستم ایزولهي کردن پایه ترکیب میشود و به عنوان روشی براي کاهش پتانسیل آسیب زلزله استفاده میشود. در این راه حل یک ساختمان 20 طبقه در سال 2006 در سونی سیتی کامل شد.
راه حل ایزوله سازي موثر بود زیرا دوران پایهي ایزوله شده تغییر کرده بود و نیروهاي جانبی لرزهاي به شدت کاهش یافته بودند. ایزوله سازي معمولا %5 هزینهي ساخت را افزایش میدهد حتی پس از درنظر گرفتن کاهش مواد ساختمانی در روبناها. هزینهي اضافی ناشی از طبقهي است که باید بین ساختمان و فونداسیون براي پشتیبانی از ایزولتورهاي پایه ساخته شود.
به علاوه، طراحی سرویسها و آسانسور که از درون ایزوله عبور میکنند نیاز به طراحی دقیق به دلیل ایجاد امکان حرکت جانبی بین فونداسیون و سازهي ایزوله شده دارد. در راه حل دوم لاگو یک سیستم ایزوله سازي توزیع شدهي عمودي را پیشنهاد داد. در این راه حل، ساختار خارجی شبکهي مورب از جرم لرزهاي اصلی ساختمان داخلی ارتفاع سازه جدا شد. این ایزوله سازي توزیع شده با نصب مستهلک کنندههاي ویسکوالاستیک بین میان پردهیهاي کف و حلقههاي افقی سازهي مورب انجام شد.
لاگو نشان داد که این سیستم پتانسیل کاهش خسارت به نماي معماري را دارد. اگرچه این دو روش خاص هستند و مزیتهایی براي کاهش لرزه دارند اما براي سازههاي بلند مناسب نیستند. سیستم ایزوله سازي پایه تنها براي سازههاي سخت کاربرد دارد زیرا دوران سازههاي پایهي جدا شده معمولا 2تا3 ثانیه است. سازههاي بلند دورههاي نزدیک به 5 ثاینه دارند و در نتیجه سیستم ایزولهي پایه موثر نیست. طبق چنین دلایلی لاگو همچنین بیان کرد که سیستم ایزوله سازي توزیع شدهي افقی براي سازههاي بلند مناسب نیست.
-3 مستهلک کنندههاي با جرم تنظیم شده و کاربردها
مستهلک کنندههاي با جرم تنظیم شده توسط بسیاري از دانشمندان بررسی شدهاند. 1 - ق - 1 ها در سازه ها براي بهبود عملکرد آنها با فراهم کردن نیروهاي عمل متقابلی نصب میشوند که واکنش لرزش سازه اصلی را کم میکنند.
