بخشی از مقاله
خلاصه
سیستم مهاربند خارج از مرکز EBF به دلیل داشتن سختی مناسب و نیز شکلپذیری و قابلیت جذب انرژی بالا و قابلیت ایجاد بازشو در نمای معماری سازه میتوانند جایگزین مناسبی برای سیستم مهاربند ضربدری هم مرکز CBF باشند. در این تحقیق عملکرد لرزای سیستم مهاربندی خارج از مرکز EBF در ساختمانهای فلزی بلندمرتبه تحت زلزلههای حوزه دور و نزدیک گسل مورد بررسی قرار گرفته است.
برای این منظور دو نوع ساختمان های فولادی با سیستم دو گانه قاب خمشی مهار بندی شده واگرا با تعداد طبقات 15 و 20 طبقه در نظر شده است و بعد از طراحی در نرم افزار ETABS2015 تحت تحریک مولفههای افقی سه شتابنگاشت حوزه دور و سه شتابنگاشت حوزه نزدیک قرار گرفته است و با تحلیل تغییرمکانهای نسبی و نمودار هیسترزیس سازه، قابلیت جذب انرژی و عملکرد لرزهای ساختمان با وجود این نوع مهاربندها مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج به دست آمده نشان دهنده قابلیت جذب انرژی مطلوب سیستم سازه ای EBF در ساختمانهای بلند مرتبه حوزه نزدیک گسل می باشد .
1. مقدمه
خسارتهای بسیار شدید وارد شده به زیرساخت ها و سازه های شهری در زلزلههای اخیرکه ساختگاه در مجاورت گسل لرزه خیز بوده است، توجه مهندسین زلزله و لرزه شناسان را به این زمین لرزه ها جلب نموده است تا حدی که امروزه تحقیق و پژوهش در مورد این رکوردها که رکوردهای نزدیک گسل نامیده می شود بسیار رو به رشد است و به دلیل خسارتهای شدید وارده به ساختگاه در مجاورت گسل پارامتربندی، توصیف مشخصات و بررسی ویژگیهای رکوردهای نزدیک گسل مورد توجه قرار گرفته است. اختلاف اصلی رکوردهای نزدیک گسل با رکوردهای دور از گسل در وجود بخش با فرکانس پایین یا اصطلاحا پالس در این رکوردها می باشد که به دو دلیل اثرات جهتپذیری و جابجایی های ماندگار می باشد.
علاوه بر این توسعه شهرنشینی و گرایش جوامع بشری به زندگی در ساختمانهای مرتفع سبب می شود که این ساختمان ها به لحاظ اهمیت در رده ساختمانهای با اهمیت زیاد قرار گرفته و کنترل عملکرد آن در برابر بارهای غیرعادی ناشی از زلزله مورد توجه بسیاری از محققان قرار گیرد. این مساله به خصوص در ساختمانهایی که در حوزه نزدیک گسل احداث میشوند باید با دقت خاصی مورد ارزیابی قرار گیرد. اسکلت فولادی با سیستم-های مقاوم در برابر بارهای جانبی یکی از پیشنهادات اجرایی آیین نامههای طراحی ساختمانهابی بلند در مناطق لرزهخیز میباشد که در صورت اجرای صحیح علاوه بر بالا بودن سرعت اجرا و کاهش خطاهای اجرایی میتواند عملکرد مطلوبی را در این نوع سازهها سبب شود.
در این میان سیستم مهاربندی واگرا EBF به دلیل داشتن مزایایی از قبیل امکان تعبیه بازشو و سختی و شکلپذیری بالا میتواند جایگزین مناسبی نسبت به سیستم مهاربندی همگرا CBF باشد. با تأکید روز افزون بر افزایش شکلپذیری و قابلیت اتلاف انرژی ساختمانها در مناطق لرزهخیز در سه دهه اخیر دستورالعمل طراحی برای یک نوع جدید از قابهای مهاربندی شده تحت عنوان قابهای هم مرکز ویژه توسعه یافته است
موسوی عملکرد سازههای بلند مرتبه با سیستم مرکب قاب خمشی فولادی و دیوار برشی بتنی را تحت اثر زلزله حوزه نزدیک گسل بررسی نمود و با یک تحلیل غیر خطی دینامیکی پارامترهای مختلف رفتاری و عملکردی این سازه ها را در انواع تحریکات دینامیکی بررسی کرد.[5] اصغری رفتار دیوار برشی فولادی با ورق نازک با اتصال تیر به ستون صلب در حوزه نزدیک گسل را بررسی نمود وی سازه را تحت چهار نگاشت دور و نزدیک گسل که به شتاب 0.35g مقیاس شده اند مورد بررسی قرار دادند.[6] محققان متعددی در خصوص تحلیل سازههای بلند بتنی و فلزی با سیستمهای مهاربندی مختلف تحت زلزلههای حوزه دور و نزدیک مطالعه نمودند که به عنوان نمونه میتوان به مراجع[7 ] الی [12 ] اشاره نمود.
.2 انواع قابهای مهاربندی شده
مهاربندهای فولادی اعضای سختکنندهی سازه در برابر نیروهای جانبی همانند باد یا نیروی زلزله میباشند. امروزه استفاده از مهاربند به دلیل اجرای سریع نسبت به دیوار برشی عمومیت خاصی پیدا کردهاند. با مهاربندگذاری در تعدادی از قابهای ساختمان در هر امتداد و با کمک عملکرد دیافراگم صلب کف سازه، می توان آن راستا را مهارشده در نظر گرفت. سیستمهای مهاربندی به دو نوع همگرا یا هممحور - CBF - و واگرا یا برون-محور - EBF - تقسیم بندی میشوند. نمونههایی از مهاربندهای واگرا در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل -1 نمونههایی از قابهای با مهاربند خارج از مرکز واگرا
در مهاربندی همگرا برخلاف نوع واگرا امتداد اعضا شامل تیر، ستون و مهاربند همگرا از یک نقطه عبور میکنند. رفتار مهاربندهای هم محور، صلب ولی رفتار مهاربندهای غیر هممحور انعطافپذیر است. همچنین در سیستم مهاربندی واگرا برخلاف سیستم مهاربندی همگرا، یک و یا هر دو انتهای مهاربند مطابق شکل2 به تیرها متصل می شوند و عضو اصلی و شکل پذیر در این قابها، تیر پیوند است که رفتار شکل پذیر آن با طول - e - کنترل و هدایت می شود. تیر پیوند با رفتار شکل پذیر و پایدار خود به عنوان فیوز به گونهای طراحی می شود تا انرژی القایی ناشی از زلزله را در سازه جذب و مستهلک نماید. البته از آنجایی که تیر پیوند بخشی از سیستم سقف نیز به حساب می آید ، بازسازی آن پس از یک زلزله شدید، پرهزینه و حتی غیرممکن خواهد بود. ضمن اینکه تیرها در این سیستم برای جلوگیری از لهیدگی نیازمند سخت کنندههای متعدد در جان خود هستند که این مسئله نیازمند صرف هزینه، وقت و نظارت عالی در نحوه اجرا میباشد.
شکل -2 نمونه ای از قاب های مهاربندی شده واگرا
سختی الاستیک قابهای مهاربندی شده واگرا به طول تیر پیوند - e - بستگی دارد. در شکل3 تغییرات سختی نسبی بر حسب طول تیر پیوند به طول دهانه تیر - e/h - برای دو نمونه از قابهای مهاربندی واگرا و برای نسبتهای مختلف ارتفاع ستون به تیر - h/L - نشان داده شده است.
شکل -3 تغییرات سختی دو نمونه قاب با مهاربندی واگرا نسبت به طول تیر پیوند
.3 طراحی سازههای مورد مطالعه
در این تحقیق به منظور تعیین رفتار سازه بلند مجهز به مهاربند برون محور، دو مدل 15و 20 طبقه فولادی متقارن به عنوان نمونه طراحی شده است.
