بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
پارامترهاي لرزهاي بادبندهاي دروازهاي به روش طيف ظرفِيت
چکيده :
يکي از روش هاي مقاوم سازي ساختمان در مقابل بارهاي جانبي استفاده از سيستم بادبندي مي باشد. شکل هاي متداول بادبندهاي همگرا مشکلات زيادي در تامين فضاهاي بازشوهاي ساختمان به وجود مي آورد. معماران براي تامين فضاي کافي بازشوها ، در ساختمان و برطرف کردن مشکل موجود دست به ابداع نوع جديدي از بادبندها زده اند.که مشابه بادبندهاي ٧ يا ٨ مي باشد، با اين تفاوت که به جهت تامين فضا بازشوها ديگر اعضاي آن مستقيم نيستند و از نقطه اي با شيبهاي مختلف به هم متصل و در انتهاي ديگر به محل اتصال تير به ستون وصل مي شوند.با توجه به عدم وجود ضوابط مدون براي طراحي لرزه اي اين سيستم مهاربندي ، براي بررسي رفتارآنها از روش طيف ظرفيت استفاده مي شود. در اين روش حداکثر پاسخ را با در نظرگرفتن ظرفيت سازه و نياز سازه بر مبنا شتاب و تغيير مکان برآورد مي کند. اين روش در مقايسه با روش تحليل ديناميکي غير خطي يک روش ساده و عملي مي باشد، هم اکنون محققين زيادي در حال مطالعه و بررسي اين روش براي بهبودنتايج و تکميل آن مي باشند. در اين مقاله ضمن تشريح روش فوق نحوه استفاده از آن براي محاسبه پارامترهاي لرزه اي ارائه شده است ، باروش ذکر شده چندين نمونه مورد ارزيابي قرارگرفته وپارامترهاي لرزه اي آنها محاسبه شد که نتايج رضايت بخشي حاصل شد .
کليد واژه : بادبند دروازه اي ، طيف ظرفيت ، مهاربند،پارامترهاي لرزه اي
١ - مقدمه
براي بررسي رفتار دقيق سازهها تحت نيرويي زلزله ،انجام تحليل هاي غير خطي ضروري مي باشد. رفتار سازه ها بعد از محدوده ارتجاعي معمولا به صورت کلاسيک توسط روشهاي تحليل ديناميکي غير خطي بررسي مي گرد د.در ين روش از چند شتاب نگاشت مربوط به زلزله هاي گذشته استفاده مي شود.
رفتار واقعي سازه، با پذيرش برخي فرضيات مورد ارزيابي قرار مي گيرد. تحليل سازه ها با يک يا چند شتاب نگاشت خاص با توجه به شرايط منحصر بفرد هر منطقه مخصوصا از لحاظ ژئوتکنيکي براي قضاوت در مورد رفتار سازه ها کافي به نظر نمي رسد. گذشته از آن روش تحليل ديناميکي غير خطي بيشتر يک روش پژوهشي و تحقيقاتي مي باشد واستفاده از آن در دفاتر مهندسي امکان پذير نمي باشد.براساس اين ضرورت موسسه هاي تحقيقاتي با ارائه سلسله گزارش هايي به معرفي روش طيف ظرفيت بر مبناي تحليل استاتيکي غير خطي پرداختند. با اين روش مي توان با بر آورد ظرفيت نهايي و نياز لرزه اي سازه ، تغييرمکان و برش پايه سازه را در نقطه عملکرد(نقطه اي که بيانگر وضعيت نهايي سازه تحت اثر يک طيف زلزله خاص مي باشد) را محاسبه کرد. با داشتن مختصات نقطه عملکردطراح مي تواند طراحي دقيق تر ارائه دهد. و اجزاي مختلف سازه ، اعم از سازه اي و غير سازه اي را به گونه طراحي کند که توانايي تحمل تغييرمکان متناظر نقطه مزبور را داشته باشند. در اين مقاله ضمن تشريح مختصر روش طيف ظرفيت و نحوه محاسبه نقطه عملکردسازه آن پرداخته مي شود.
٢- سيستم بادبند دروازه اي
استفاده از سيستم مهاربندي واگرا پس از زلزله ١٩٨٩ لوما پرتيا در سانفرانسيسکو به سرعت گسترش يافت اما به علت هزينه نسبتا بالاي اجراي اين سيستم بادبندي و همچنين محدوديت در اجراي تير پيوند و نحوه عملکرد آن، استفاده از اين سيستم داراي محدوديتهايي مي باشد. و به تبع آن مهندسان تمايل بيشتري براي استفاده از مهاربندهاي همگرا از خود نشان مي دهند. در استفاده از مهاربنديهاي همگرا مشکلات معماري عديده اي وجود دارد. جهت رفع اين مشکلات، معماران دست به ابداع سيستم مهاربندي جديدي بنام مهاربند دروازه اي زده اند، که نمونه اي از آن در شکل ١-١ نشان داده شده است .
بادبندهاي دروازه اي به لحاظ تامين فضاي بازتر معماري بر بادبند هاي محوري ارجحيت دارد، ولي سختي آن کمتروامکان بيشتري به کمانش خارج از صفحه مي دهد.پ يداري اين قاب ها در صفحه قاب ، مشابه ديگر مهاربندهاي محوري قابل بررسي است . در اغلب قابهاي مهاربندي کشور،اتصالات اعضاي قاب به يکديگر و همچنين اتصال اعضاي مهاري به قاب ، مفصلي در نظر گرفته مي شود.در قابهاي با مهاربندي دروازه اي نيز اتصال اعضاي قاب و اعضاي مهاري به گوشه هاي قاب مفصلي فرض مي گردد.اتصال اعضاي مهاري به يکديگر را نيز مي توان از نظر چرخش اعضاي در داخل صفحه قاب مفصلي فرض کرد، ولي مفصلي بودن آن براي حرکت عمود بر صفحه قاب باعث ناپايداري هندسي قاب خواهد شد.بنابراين در نقطه تقاطع سه عضو مهاري ،لازم است تا اتصال داراي صلبيت خمشي کافي براي تغيير شکل خارج از صفحه باشد{١}.
مو قعيت اتصال اعضاي مهاري به يکديگر (گره مياني ) فضاي بازشوي قاب را تعيين مي کند.هر چه گره مياني به سمت گوشه حرکي کند سختي قاب در برابر بارهاي جانبي کاهش مي يابد.نکته جالب در مورد اين بادبند دروازه اي آن است که در اثر اعمال بار جانبي به سمت راست ،هر سه عضو مهاربندي سمت چپ به همراه ستون سمت راست در کشش ،و هر سه عضو مهاربندي سمت راست به همراه ستون سمت چپ در فشار قرار مي گيرند.
.
٣- روش طيف ظرفيت
روش طيف ظرفيت بر مبناي تحليل استاتيکي غيرخطي استوار است . در اين روش تحليل به صورت مرحله به مرحله انجام مي شود.ودر هر گام مقدار از نيرو ويا تغييرمکان نهايي بر روي سازه اعمال مي شود. و در مقاطع مختلف ، مقادير تغييرشکل کنترل مي شوند و پس از مراجعه به منحني نيرو – تغييرمکان عضو يا دياگرام تنش – کرنش مصالح مقادير سختي اصلاح شده و مرحله بعدي تحليل براساس ماتريس سختي جديد انجام مي شود. بدين ترتيب يک منحني نيرو – تغييرمکان براي هر يک از نقاط سازه حاصل شده که معمولا براي يک سازه ساختماني منحني برش پايه - تغييرمکان بام ملاک عمل قرار مي گيرد.اين تحليل مرحله اي تا رسيدن يک يا چند مقطع از سازه به حد انهدام مي تواند ادامه يابد. در روش طيف ظرفيت به اين منحني ، منحني ظرفيت سازه اي گفته مي شود. در شکل ٢ نمونه اي از منحني نيرو – تغييرمکان ايده نشان داده شده است .
در مرحله بعدي منحني نياز لرزه اي سازه با توجه به وضعيت غير ارتجاعي سازه تهيه مي شود. در آيين نامه هاي فعلي منحني نياز الاستيک سازه ها ارائه شده است ،در حاليکه در ناحيه غير ارتجاعي به علت افزيش ميرايي سازه که ناشي از ميرايي هسيترتيک مي باشد، نياز لرزه اي سازه کاهش مي يابد.اين کاهش در نياز لرزه اي يا به عبارتي نيروهاي زلزله در آيين نامه فعلي به صورت ضريب رفتار پيش بيني شده است .در روش طيف ظرفيت ،متناظر با هر مرحله اي که در بارگذاري براي محاسبه منحني ظرفيت مد نظر قرار می گیرد نقيرراوهماي ي زگليزرله ممقشداخص ميراميي ي شسوازده٢با} رو هاي خاص م اسب.ه شده و با داشتن اين ميرايي مقدار کاه
٤- تبديل منحني ظرفيت به طيف ظرفيت
منحني ظرفيت به صورت برش پايه در برابر جابه جايي بام رسم مي گردد. طيف ظرفيت در حقيقت بيان کننده منحني ظرفيت سازه به صورت طيف پاسخ شتاب- جابه جايي (ADRS) است که به صورت -Sa Sd رسم مي گردد. براي هر نقطه با مختصات ( V,roff ∆)روي منحني ظرفيت ، با استفاده از روابط زير، نقطه متناظر با مختصات (Sa-Sd) روي طيف ، به دست مي آيد.
W: بار مرده ساختمان به علاوه قسمتي از بار زنده مورد نظر مي باشد (V ضريب برش پايه است ).
W
مقدار شکل مد اول در تراز بام
به ترتيب ضريب جرم مدي و ضريب مشارکت مدي براي اولين مد طبيعي سازه مي باشند. اين ضرايب به صورت زير محاسبه مي گردند:
