whatsapp call admin

مقاله مطالعه رفتار لرزه ای انواع سیستم های مقاوم سازه ای در ساختمان های بلند مرتبه بتن آرمه

word قابل ویرایش
10 صفحه
دسته : اطلاعیه ها
12700 تومان
127,000 ریال – خرید و دانلود

مطالعه رفتار لرزه ای انواع سیستم های مقاوم سازه ای در ساختمان های بلند مرتبه بتن آرمه

خلاصه

در دهه های گذشته سیستم های سازه ای مورد استفاده در ساختمان های بلند شامل سیستم هایی همچون قاب صلب، قاب مهاربندی شده، دیوارهای برشی و یا ترکیبی از این سیستم ها بوده است. اما امروزه سیستم های نوینی همچون سیستم های لوله ای، کمربندهای خرپایی و شبکه قطری تحولی در ساختمان های بلند هم از نظر معماری و هم از نظر سازه ای به وجود آورده است. در این مقاله علاوه بر معرفی اجمالی سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند مرتبه بتنی، رفتار لرزه ای آن ها در یک ساختمان ۲۰ طبقه با نسبت ابعادی (نسبت ارتفاع به عرض) ۲/۵ مورد بررسی قرار می گیرد. ابعاد پلان تمامی سازه ها ۳۰ متر۳۰ متر می باشد. سازه ها به صورت سه بعدی مدلسازی شده و نیروهای لرزه ای بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ زلزله ایران، ویرایش سوم، اعمال شده اند. هدف از طرح این مقاله بررسی رفتار لرزه ای انواع سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند مرتبه بتنی و مقایسه ویژگی هایی از سازه همانند تغییرمکان جانبی طبقات، درصد جذب برش و نحوه عملکرد هسته داخلی و سیستم سازه ای پیرامونی می باشد. نتایج تحقیقات نشان می دهد، سیستم های لوله ای و شبکه قطری برای تأمین مقاومت جانبی و دست یافتن به سختی لازم، در ساختمان های بلند مرتبه مؤثرتر می باشند. از طرفی در این سیستم ها، دیوارهای برشی هسته مرکزی در طبقات فوقانی برش منفی زیادی ایجاد می نماید که برای از بین بردن برش منفی، باید دیوارهای برشی اطراف هسته مرکزی در آن طبقات قطع گردند.

۱٫ مقدمه

از نظر سازه ای، ساختمانی را بلند می گویند که ارتفاع آن باعث شود که در طراحی آن شرایط ویژه لحاظ شود و یا سازهای را که پریود آن از ۰/۷ ثانیه بیشتر باشد؛ سازه بلند میگویند. برخی هم نسبت ارتفاع به بعد سازه را ملاک این طبقهبندی دانسته و نسبت های ارتفاع به بعد ۱/۵π، π، π/۲ و π/۳ را به ترتیب مربوط به سازه بسیار بلند، بلند، متوسط و کوتاه میدانند .[۱] در این مقاله علاوه بر معرفی آخرین طبقه بندی سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند بتنی، تأثیر استفاده از این سیستم های سازه ای در ساختمان های بلند بررسی شده است. هدف از طرح این مقاله بررسی رفتار لرزه ای سیستم های مقاوم سازه ای در ساختمان های بلند مرتبه بتنی و مقایسه ویژگی هایی از سازه همانند تغییرمکان جانبی طبقات، درصد جذب برش و نحوه عملکرد هسته داخلی و سیستم سازه ای پیرامونی می باشد. به طور کلی یک فرم سازه ای کامل برای مهار کردن تأثیرات خمش، برش و نوسانات زیاد سیستمی است که پیوستگی عمودی داشته باشد و در دورترین بخش از مرکز هندسی ساختمان قرارگیرد. در سیستم های نوین سازه ای نیز با قراردادن المان های سازه ای در پیرامون ساختمان، کارایی سیستم سازه ای افزایش یافته است. در بخش های ذیل رفتار لرزه ای این گونه سیستم های بررسی می گردد.

۲٫ طبقه بندی سیستم های سازه ای در ساختمان های بلند مرتبه بتنی

قبل از مطالعه رفتار لرزه ای انواع سیستم های سازه ای در ساختمان های بلند مرتبه، شرحی مختصر از سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند مرتبه؛ ذکر می گردد:

.۱-۲ قاب صلب: ساختار قاب صلب شامل ستون ها و شاه تیرهایی است که به وسیله اتصالات خمشی به یکدیگر متصل شده اند. به کارگیری این سیستم در ساختمان ها ی بتنی رایج تر اس زیرا در این سیستم اتصال بین تیرها و ستون ها بایستی گیردار (صلب) باشد که اجرای این نوع اتصال در ساختمان های بتنی ساده تر است. البته به کارگ یری قاب صلب در سازه های بتنی معایبی از جمله قال ب بندی پرهزینه و سرعت پایین اجرا را دارد .[۲]

.۲-۲ سیستم دیوار برشی : سیستم دیوارهای برشی در مقایسه با قاب صلب، بسیا ر سخت تر می باشند و به همین جهت انتظار می رود که در اثر زلزله تحت نیروهای جانبی بزرگت ری قرارگیرند. در مقابل، تغییرمکان جانبی ساختمان ها با دیوار برشی به مراتب کمتر از قاب های صلب خواهد ب ود .[۳]

.۳-۲ سیستم ترکیبی قا ب خمشی و دیوار برشی: در این سیستم مقاومت در برابر بارگذاری افقی توسط ترکیبی از دیوارهای برشی و قاب های صلب فرآهم می گردد. دی وارهای برشی اغل پیرامون آسانسو و هسته های خدماتی قرار می گیرند؛ در حالی که قاب ها با تیرهای نسًبتا عمیق در اطراف ساختمان قرار دارند. در سیستم قاب خم شی، تغییرشکل های جانبی به صورت برشی می باشند در حالتی که در سیستم مختلط قاب و دیوار برشی، تغییرشکل های جانبی ترکیبی از تغییرشکل های برشی و خمشی هستند. حالت کلا سیک بر هم کنش بین یک دیوار برشی منشوری و یک قاب خمشی و ترکیب مد برشی و خمشی ، در شکل ۱ نشان داده شده است ۲] و .[۳

.۴-۲ سیستم سازه ای با مهار بازویی (ک مربندهای خرپایی): ساختمانهای مرکب از قاب و دیوار برشی، برای ساختمانهای بیش از ۴۰ طبقه بازدهی مناسبی ندارند؛ زیرا برای این که مهارندی به قدر کافی سخت و قوی باشد، مقادیر زیادی م صالح لازم می گردد. بازده یا کارآیی سازه را می توان با استفاده از مهارهای بازویی افقی که قاب را به هسته می بندد تا حدود ۳۰ در صد افزایش داد. در این سیستم مهارها با ستون های پیرامو نی، هنگامی که در معرض بارهای جانبی قرار می گیرند در برابر چرخش هسته مقاومت می کنند و سبب می شود تا تغییر شکل های جانبی و ممان ها از حالتی که هسته آزادانه حرکت می کنند؛ کوچکتر باشد. این مهارهای بازویی در ساختمان های بتن آرمه از دیوار های بتنی عمیق و در ساختمان ها ی فولادی از مهاربندهای قطری ساخته می شوند ۱] و [۴ (شکل .(۲ با این حال انتخاب دیگر، استفاده از شاه تیرهای ماهیچه ای۱ (شاه تیرهایی که عمق آنها در قسمت میانی دهانه کاهش می یابد) در هر طبقه می باش د (شکل .(۳

.۵-۲ سیستم های سازه ای لوله ای: این سیستم ها شکل ت کامل یافته سازه های قابی معمولی م باشد. این سیستم گسترشی منطقی از قاب مقاوم خمشی ا ت که در نتیجه آن سختی تیرها و تون ها به طور بر جسته ای به وسیله کاهش ابعاد دهانه آزاد و افزایش عمق عضو، افزایش داده می شود.

بارزترین مشخصه این سیست م استفاده از ستون های پیرامونی با فواصل نزدیک بوده که این اعضا، با تیرهای عمیق به یکدیگر متصل می گردند؛ بنابراین کل ساختمان به عنوان یک طره قائم بسیار بزرگ در برابر ممان واژگونی مقاومت م ی کند. معمولاً فاصله ستون های خار جی برای ساختمان های لوله ای ۲ تا ۳ متر می باشد و عمق تیرهای محیطی بین ۰/۶ تا ۱/۳ متر تغییر می کند. نمونه ای از این نوع سیستم سازه ای در شکل ۴ نشان داده شد ه است ۲] و .[۱۸ به طور کلی سیستم ها ی لوله ای در چهار دسته، طبقه بندی می گردند :[۲]

۱٫ سیستم لوله قابی (قاب محیطی):۲ در این سیستم لوله ای دیوارهای خارجی ساختمان از شبکه ای از تیرها و ستون های نزدیک به هم تشکیل می شوند که با اتصالات صلب به یکدیگر متصل می باشند ۱] و .[۲
۲٫ سیستم لوله مها ربندی شده:۱ یک سیستم لوله مهاربندی شده کارآیی لوله قابی را با افزایش دادن پتانسیل آن برای استفاده در ساختمان های بلند تر ارتقاء م ی دهد و اجازه می دهد فاصله ستون ها بیشتر باشد. این اثر با اضافه نمودن مهاربندهای قطری بر روی وجوه لوله حاصل می شود. در ساختمان های بتن آرمه ا پرنمودن بخش هایی از نمای خارج ی ساختمان از بتن آرمه، مهاربندهای قطری ایجاد می گردد (شکل .(۵

۳٫ سیستم لوله در للوله:۲ در این حالت لوله خارجی با ه سته های برشی داخل به شکل لوله در لوله ترکیب می شود. به بیانی دیگر آرایش هسته داخلی با هسته خارجی، باعث سختی بیشتر شده و امک ان ساخت ساختمان ها با ارتفاع بیشتر را به وجود می آو رد.

۴٫ سیستم لوله دسته بندی شده:۳ در این حالت سازه را می توان به صورت یک گروه قاب محیطی که با پانل های مشترک داخل ی به یکدیگر متصل شده اند، در نظر گرفت. قا ب های در جهت باد، برش های ناشی از بار باد و قاب های بال بیشتر لنگرهای ناشی از بار باد را تحمل می کنند. در این فرم سازه ای فاصله ستون ها بیشتر و عم ق تیرهای کناری کمتر است .[۳]

شکل .۲ سیستم سازه ای مهار بازویی با مهار ایی در دو طرف هسته [۲] شکل .۳ استفاده از شاه تیرهای ماهیچه ای به عنوان مهار بازویی [۲]

شکل .۴ سیستم سازه ای لوله ای ۲] و [۳ شکل .۵ نمای مهاربندهای قطری بتنی [۳]

.۶-۲ شبکه قطری: در این سیستم، ستون های به کار رفته در سازه های لوله ای حذف شده و تنها از مهاربندهایی در پیرامون ساختمان استفاده می شود. نمونه ای از این نوع سیستم در سازه ها ی بلند مرتبه بتنی در شکل ۶ مشاهده می گردد. این سیستم سازه ای به دلیل قرارگیری در پیرامون سازه، عملکرد معماری مناسبی دارد و موجب تغییرا ت اساسی در معیار زیبایی شناختی گردیده است. همچنین استفاده از اعضای قطری، مقاومت برشی مورد نیاز را تأمین می کند. توزیع بار در محل گره ا ضای قطری نیز در شکل ۶ آمده است ۲] و .[۳

۳٫ مشخصات و خ صوصیات سازه ها

در این مقاله با مطالعه سازه بتنی ۲۰ طبقه با ارتفاع ۷۶ متر با پلانی با ابعاد ۳۰ متر۳۰  متر، رفتار لرزه ا ی انواع سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند بتنی بررسی می گردد. مطابق شکل ۷، سازه مورد مطالعه در پلان دارای سه دهانه ۱۰ متری در جهت طولی و سه دهانه ۱۰ متری در ج هت عرضی می باشد. همچنین هسته مرک زی به ابعاد ۱۰ متر۱۰  متر منظور شده است. پلان ساخ تمان شرایط یک ساختمان منظم در پلان و ارتفاع را دارا می باشد و دیگر شرایط مندرج در آیین نامه ۲۸۰۰ را نیز رضا می نماید .[۵] ارتفاع طبقات در این سازه ها ۳/۸ متر است. همچنین ن سبت ابعادی ساختمان مورد نظر (نسبت ارتفاع به عرض) برابر با ۲/۵ می باشد. پارامترهای انتخابی جهت مطالعه رفتار لرزه ای عبارتند از: تغییرمکان جانبی طبقه، دریفت هر طبقه، درصد جذب بر ش ناشی از نیروی زلزله بین هسته مرکزی دارای دیوار برشی بتنی و سیستم سازه ای پیرامونی.

سیستم سقف طبقات در این سازه ها از نوع دال تخت به ض خامت ۲۵ تا ۳۵ سانتی متر است. مقاومت تسلیم فولاد Fy=2400 Kg/cm 2 و مقاومت فشاری بتن Fc= 250 Kg/cm2 در نظر گرفته شده است. برای بارگذاری ثقلی سازه بر اساس مبح ث ششم مقرارت ملی ساختمان، با د ر نظر گرفتن
۱٫ کاربری مسکونی، بار زنده طبقات برابر با ۲۰۰ کیلوگرم بر مترمربع و بار مرده برابر با ۵۰۰ کیلوگرم بر مترمربع اعمال شده است .[۶] توزیع نیروی جانبی
۲٫ در ارتفاع ساختمان بر اساس استاندارد ۲۸۰۰ زلزله ایران (ویرایش سوم)، انجام گرفته است .[۵] همچنین فرض شده اس ت، سازه در محل با خطر نسبی
۳٫ زلزله خیزی زیاد (A =0.35g) قرار دارند؛ خاک محل از نوع (II بوده و ضریب اهمیت سازه I=1 می باشد. در این مقاله اثر بارگذاری باد بر سازه
۴٫ مورد مطالعه بررسی نشده ا ست. سازه ها با اس فاده از نرم افزار SAP200 به صورت سه بعدی مدلسازی شده اند . [۷] پس از بارگذاری ، قاب ها بر
۵٫ اساس آیین نامه ACI 318-99 و با برنامه SAP2000 طراحی و با مبحث نهم مقرارت ملی ساختمان (طرح و اجرای ساختمان های بتنی) ک نترل شدند.
۶٫ در این تحقیق اثر استفاده از انواع سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان ها ی بلند بتنی با در نظ ر گرفتن شش مدل بررسی شده اس ت. مدل های
۷٫ استفاده شده به شرح زیر می باشند: سیستم تماماً بتن ی با قاب های خمشی پیرامونی بتنی و هسته مرکزی با دی وارهای برشی بتنی (Model 1)

۸٫ سیستم دوگانه تماماً بتنی با لوله قابی پیرامونی بتنی و هسته مرکزی با دیوارهای برشی بتنی (Model 2)

۹٫ سیستم دوگانه تماماً بتنی با لوله مهاربندی شده پیراموی بتنی و هسته مرکزی با دیوارهای ب شی بتنی (Model 3)

۱۰٫ سیستم دوگانه تماماً بتنی با شبکه قطری پیرامونی بتنی و هسته مرکزی با دیوارهای برشی بتنی (Model 4)

.۵ سیستم تماماً بتن ی با قاب های خمشی پیرامونی بتنی و هسته مرکزی با دی وارهای برشی بتنی با افزودن کمربندهای خرپایی (Mo del 5)
.۶ سیستم دوگانه تماماً بتنی با لوله قابی پیرامونی بتنی و هسته مرکزی با دیوارهای برشی بتنی با افزودن کمربندهای خرپایی (Mo del 6)
جه ت مقایسه سازه ها سعی شده است تا مشخصات هندسی ، نحوه بارگذاری، خصوصیات لرزه ای، سیستم باربری جانبی و قائم، نوع خاک منطقه و … در تمامی سازه ها تا حد امکان یکسان باشد. در بخش های بعد نتایج آنالیز سازه ها مورد بررسی قرار می گیرند. در مدل اول به منظور مقایسه سیستم های پیشین با سیستم های نوین سازه ای از قاب های خمشی و دیوار برشی بتنی در پیرامون هسته مرکزی استفاده شده است که ضخامت دیوارها از ۱۰ سانتی متر تا ۲۵ سانتی متر متغیر می باشد (شکل -۸الف). در مدل ۲ از سیستم لوله قابی که یک ی از مؤثرترین سیستم های مقاوم جانبی در سازه های بلند در پیرامون سازه ا ستفاده شده است. اصله ستون ها در این مدل ۲ متر می باشد (شکل -۸ب). در مدل سوم در پیرامون سازه از لو له مهاربندی شده استفاده شده است. آراایش بادبند های قطری مدل سوم در شکل -۸ج نشان داده شده است. در مدل چهارم نیز در پیرامون سازه از سیستم شبکه قطری استفاده شده است که در شکل -۸د م اهده می گردد. مدل پنجم مشابه مدل اول می باشد با این تفاوت که از مهارهای بازویی و کمربندهای خرپایی ب نی در اطراف سازه استفاده گردیده است (شکل -۸و). همچنین مدل ششم مشابه با مدل دوم است که علاوه بر لوله قابی در پیرامون سازه از کمربندهای خرپایی بتنی استتفاده شده است (شکل -۸ه).

این فقط قسمتی از متن مقاله است . جهت دریافت کل متن مقاله ، لطفا آن را خریداری نمایید
word قابل ویرایش - قیمت 12700 تومان در 10 صفحه
127,000 ریال – خرید و دانلود
سایر مقالات موجود در این موضوع
دیدگاه خود را مطرح فرمایید . وظیفه ماست که به سوالات شما پاسخ دهیم

پاسخ دیدگاه شما ایمیل خواهد شد