لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

لطفا برای مشاهده چکیده به متن کامل (PDF) مراجعه فرمایید.

در این مقاله، ساختمان های فولادی قاب خمشی معمولی طراحی شده با استاندارد 2800 زلزله ایران بر اساس دستورالعمل بهسازی لرزه ای، ارزیابی و عملکرد لرزه ای آنها در حوزه رفتارهای خطی و غیرخطی بررسی می گردد. بدین منظور ابتدا نمونه های متعارفی از ساختمان طبق استاندارد 2800 طراحی شده و سپس قاب بحرانی آنها بر اساس دستورالعمل بهسازی لرزه ای، تحت بهسازی مبنا و با روش های استاتیکی غیرخطی، دینامیکی خطی طیفی و تاریخچه زمانی کنترل می شود. مطابق نتایج این تحقیق، عملکرد خمشی کلیه اعضا در تمامی ساختمان ها کنترل شونده توسط تغییر شکل بوده و با روش دینامیکی خطی تاریخچه زمانی برمبنای شتاب نگاشت زلزله های رخ داده در ایران (از جمله بم) نیازی به بهسازی ندارند. ساختمان های کوتاه برشی در حوزه رفتار غیرخطی عملکرد بسیار مناسبی دارند در حالیکه ساختمان های خمشی (6 و 8 طبقه) با روش استاتیکی غیرخطی و تمامی ساختمان ها با روش دینامیکی طیفی می بایستی بهسازی شوند.

عموما تخریب پیشرونده در اثر حوادث پیش بینی نشده تصادفی، با تخریب یکی از اعضای اصلی ساختمان مانند ستون یا دیوار باربر، شروع می شود و با ایجاد بار افزون در اعضا و اتصالات متصل به عضو تخریب شده باعث گسترش تخریب در کل سازه می شود. در این تحقیق، سناریوهای مختلف حذف تک ستون (5 مورد) و حذف جفت ستون (6 مورد) در سازه های 4، 8 و 12 طبقه دارای قاب خمشی فولادی در نرم افزار OpenSeesبررسی شد. مدل سازی ها به صورت ماکرو و سه بعدی انجام شده است. اثرات غیرخطی مصالح و هندسه در مدل ها در نظر گرفته شده است. هم چنین اثرات قایم سقف کامپوزیت به صورت فنرهای دوخطی در محل گره های اتصال تیر به ستون در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد، سازه ها در مقابل تخریب پیشرونده آسیب پذیر هستند. با کاهش تعداد طبقات سازه، آسیب ایجادشده در سازه بیشتر است، به طوری که جابجایی های ایجادشده در حذف تک ستون گوشه (سناریوی 1) به ترتیب برای سازه های 4، 8 و 12 طبقه برابر با 70 و 56 و 51 میلی متر است. حذف جفت ستون نسبت به حذف-تک ستون به شدت آسیب های ایجادشده در سازه را افزایش می دهد. به طوری که در سازه 8 طبقه جابجایی های حداکثر حذف جفت ستون گوشه (سناریوی 11) نسبت به حذف تک ستون گوشه (سناریوی 1) برابر با 7/3 است. هم چنین لحاظ اثر سقف کامپوزیت در سناریوهای حذف تک ستون و جفت ستون، جابجایی های قایم را به ترتیب 40 و 60 درصد می تواند کاهش دهد. در پایان، جهت تیرچه ها در سقف کامپوزیت می تواند در کاهش جابجایی های قایم موثر باشد.

آنالیز و طراحی سازه ها صرفا بر اساس رفتار ارتجاعی اعضاء و عدم توجه به رفتار خمیری و ظرفیت تار خمیری سازه ها در تحمل نیروهای جانبی منجر به طراحی غیراقتصادی می شود. تقریبا تمامی آیین نامه های معتبر دنیا یک ضریب ویژه موسوم به ضریب رفتار ساختمان که جهت کاهش نیروهای زلزله محاسبه شده، در نظر گرفته و طراح را مجاز به آنالیز الاستیک سازه تحت نیروهای کاهش یافته و طراحی بر اساس نتایج آن می نماید. مقادیر این ضریب درآیین نامه های زلزله، اصولا بر اساس مشاهدات عملکرد سیستم های ساختمانی مختلف در زلزله های قوی گذشته و بر مبنای قضاوت مهندسی می باشد. بر این اساس پژوهشگران زیادی نگرانی خود را از بابت فقدان وجود ضرایب رفتار معقول و مبتنی بر مطالعات تحقیقاتی و پشتوانه محاسباتی در آیین نامه های زلزله بیان داشته و بر اصلاح این ضرایب بر اساس مطالعات علمی، تاکید ورزیده اند. با بررسی نتایج حاصل از تحلیل دینامیکی بر روی سازه های مورد مطالعه در دو حالت با ضریب رفتار 6 و رفتار 7 مشخص شد افزایش ضریب رفتار سوای از تعداد طبقات و ارتفاع سازه می تواند نقش بسیار مهمی در کاهش قابل ملاحظه ای پاسخ لرزه ای در سازه های مورد مطالعه داشته باشد. ضریب رفتار در ساختمان، تاثیر بسزایی در تغییر مکان افقی سازه ندارند. چراکه در ساختمان های یک و چهار طبقه، طبق آیین نامه 2800 ویرایش 4، اثر پیچش لحاظ نمی شود، و به این علت، ضریب رفتار مختلف در ساختمان های یک و چهار طبقه، تاثیر چندانی در نیروی زلزله ندارد.

قاب های خمشی فولادی هرچند شکل پذیری خوبی دارند ولی از لحاظ سختی و کنترل جابه جایی ها دارای محدودیت هستند. اخیراً سیستمی تحت عنوان قاب خمشی با مهارزانویی معرفی شده است که با اضافه کردن عضو های زانویی به قاب خمشی معمولی در محاذات اتصالات خمشی به عنوان فیوز سازه ای، رفتار لرزه ای قاب خمشی اولیه بهبود می یابد. در تحقیق حاضر، رفتار لرزه ای قاب های خمشی فولادی معمولی با مهار زانویی برای سه قاب دوبعدی 3، 6 و 10 طبقه با تعداد دهانه های مختلف، بااستفاده از تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی و تحلیل استاتیکی غیرخطی بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که مقادیر ضریب اضافه مقاومت و به تبع آن ضریب رفتار این قبیل قاب ها به میزان قابل توجهی بیش از مقادیر مربوطه در قاب خمشی است. همچنین، ملاحظه گردید که نیاز نیروی محوری ستون های قابهای زانویی مورد بررسی-جز در طبقات آخر-کمتر از میزان پیشنهادی آییننامه برای قابهای خمشی است.

در سال های اخیر آنالیز های دینامیکی به عنوان یک ابزار مناسب در حوزه کار های مهندسی زلزله، مورد توجه قرار گرفته است. از طرف دیگر تعداد آنالیزهای مورد نیاز چه در حوزه تحقیق و چه در حوزه طراحی رشد روزافزونی یافته است. به طوری که در بعضی از حوزه های تحقیق با رویکرد احتمالاتی، تاب آوری یا بهینه سازی نیاز به آنالیزهای بسیار حجیم دینامیکی غیرخطی می باشد. بدیهی است انجام چنین حجمی از تحلیل ها دارای هزینه محاسباتی بسیار بالایی بوده و به زمان تحلیل زیادی نیاز دارد. یکی از راهکارهای موثر برای رفع این مشکل، استفاده از مدل های ساده شده ای است که با دقت مناسب و قابل قبول در مقایسه با مدل دارای جزئیات، زمان فرآیند تحلیل را به میزان قابل توجهی کاهش می دهند. در این تحقیق به منظور تعیین نسبت مرز فروپاشی سازه ها، سه مدل با تعداد طبقات 12،8و 20 طبقه درنظرگرفته شده است. با انجام تحلیل دینامیکی فزاینده بر روی مدل با جزئیات و مدل قاب جایگزین، شتاب فروریزش آن ها و نسبت مرزفروپاشی آن ها محاسبه شده است. نتایج نشان می دهد مدل قاب جایگزین با میزان خطای 3 درصد، نسبت مرز فروپاشی را نشان می دهد، و همچنین زمان انجام آنالیز را نیز به طور متوسط 5/2 کاهش می دهد.