چکیده
بادبندهای واگرا دارای قابلیت بسیار خوب جذب انرژی و نیز شکل پذیری و سختی مناسبی هستند و در عین حال استفاده از آنها در سازه ها با ظرافت های ویژ های همراه است بطوریکه عدم طراحی مناسب و اجرای نکاتی خاص اعتبار سیستم را براحتی مخدوش می کند. متأسفانه در کشورمان طراحی و اجرای ای نگونه سیستمها بر مبنای ضوابط خاص صورت نم یگیرد و در نتیجه مقاوم سازی بسیاری از این سا زه ها را در پی خواهد داشت. محور اصلی این مقاله شناسایی نقاط ضعف سازه های موجود با سیستم مهاربندی واگرا در درگیری با زلزلة طرح و ارائة پیشنهاداتی در چگونگی بازسازی تا سطح نیاز لرز های می باشد. در این کار پژوهشی نمون ههایی از سازه های متداول با سیستم یاد شده انتخاب و با مدلسازی به روش تحلیل غیرخطی، بر مبنای روش عملکردی مورد مطالعه قرار گرفته است. انواع ضعفهای محتمل سازه ای شناسایی و راهکارهای رفع نقیص ههای موجود ارائه گردیده است بطوریکه سیستم بتواند از خود رفتار لرز های مناسبی را نشان دهد.
کلید واژه ها: سیستم های واگرا، روش طیف ظرفیت، سطوح عملکرد، نقطة عملکرد، مقاوم سازی لرز های
مقدمه
بادبندهای واگرا در صورت طراحی و اجرای صحیح دارای قابلیت بسیار خوب جذب انرژی و نیز شکل پذیریو سختی مناسب در درگیری با زلزل ه های قوی هستند و در تمامی آیین نامه های معتبرخارجی به عنوان یکی ازسیتمهای مناسب لرزه ای شناخته شده اند. در این گونه سیستم های سازه ای محل اتصال اعضای مهاربند بطور عمد در محل تلاقی تیر و ستون قرار نمی گیرند و قسمتی از تیر که بین محل اتصال بادبند و محل اتص ال تیر به ستون، یا بیننقاط اتصال دو بادبند قرار دارد تیر پیوند نامیده م یشود. مهمترین مزیت قاب های واگرا در طراحی سازه های مقاوم در برا برزلزله ترکیب سختی مناسب، قابلیت شکل پذیری بالا و توانایی جذب و استهلاک انرژی ناشی از زلزله هایقوی با تشکیل گستردة مفص لهای پلاستیک می باشد[ 1].
تعاریف:
باد بندهای هم محور: در سیستم بادبندی هم محور طراحی تیرها در دهانه های بادبندی همانند دیگر تیرهای معمولی وتحت بارهای ثقلی انجام می پذیرد و در ترکیب بار زلزله نیروی قابل توجهی در این تیرها ایجاد نمیشود ؛ اما در سیستم برون محور علاوه بر برش و لنگرهای بارهای ثقلی ، در ترکیب بار زلزله ودر اثر نیروهای محوری ایجاد شده در بادبندها یک سری لنگر و برش اضافی در این تیرها ایجاد می شود و باعث بحرانی شدن ترکیب بار زلزله برای طراحی این تیرها می شود . معمولاً محل بحرانی در این تیرها محل اتصال بادبند به تیر می باشد و در این محل عموماً احتیاج به ورق تقویتی بال بالا وپایین می باشد.
طراحی تیرچه ارتباطی :یکی از مهمترین و حساسترین مسایل در سیستم برون محور ، طراحی تیرچه ارتباطی می باشد ؛ مساله ای که اکثر طراحان به راحتی از کنار آن میگذرند. برخی از مسایلی که در طراحی تیرچه ارتباطی باید به آن توجه نمود ، به شرح زیر می باشد:
1- مطابق آیین نامه(( تیرچه ارتباطی باید تمامی شرایط مقطع فشرده را دارا باشد.)) به این ترتیب در صورت عدم استفاده از مقاطع نورد شده و استفاده از مقاطع ساخته شده (تیرورق) باید محدودیتهای مقطع فشرده در آن رعایت شود و مخصوصاً اتصال بال و جان تیرورق (حداقل در قسمت تیرچه ارتباطی) باید با جوش پیوسته (ونه جوش منقطع) انجام گیرد. ضمن آنکه باید توجه داشت که جوش اتصال بال به جان باید در برابر تنشهای برشی موجود کفایت لارم را داشته باشند.(این مساله در تیرچه های ارتباطی کوتاه که معمولاً به صورت برشی عمل نموده و داراری برشهای زیادی هستند بسیار حساستر میباشد.)
3- مطابق آیین ئامه ((جان قطعه رابط باید از یک ورق تک بدون هرگونه ورق مضاعف کننده تشکیل یابد و هیچگونه بازشویی نباید در جان قطعه رابط تعبیه شود.)) به این ترتیب همانطور که مشخص است استفاده از مقاطع دوبل (به علت وجود بیش از یک جان ) و مقاطع زنبوری (به علت وجود سوراخ در جان ) برای قطعه رابط از نظر آیین نامه یک امر کاملاً مردود می باشد؛ امری که متاسفانه بسیار معمول می باشد. گاهی دیده شده است که برخی طراحان برای قطعه رابط از مقطع زنبوری استفاده نموده و تمامی سوراخها را در قسمت تیرچه ارتباطی به وسیله ورق تقویتی جان می پوشانند، که این مساله نیز به این دلیل که ورق تقویتی جان به نوعی یک ورق مضاعف کننده می باشد، از نظر آیین نامه مردود میباشد. پیشنهاد میشود که در صورت عدم جوابگویی مقاطع نورد شده تک برای این تیرها، طراحان از مقطع I شکل و به صورت تیرورق و با جوش پیوسته جان وبال در قسمت قطعه رابط استفاده نمایند و به هیچ وجه از مقاطع دوبل وزنبوری استفاده ننمایند.
4- مطابق آیین نامه ((در انتهای قطعه رابط که عضو قطری به آن متصل است، باید سخت کننده جان در تمام ارتفاع ، در دو طرف قرار داده شود.)) یکی از شایعترین ایرادات در طراحی قطعه رابط همین مساله میباشد ، که طراحان باید به این مساله توجه بیشتری نمایند. این مساله به غیر از سخت کننده های میانی قطعه رابط میباشد که لزوم قرارگیری یا عدم قرارگیری آنها باید توسط طراحان مورد بررسی قرار گیرد.
طراحی عضو قطری (بادبند):طراحی عضو قطری در این سیستم مشابه سیستم هم محور میباشد با این تفاوت که طبق آیین نامه ((هر بادبند باید دارای مقاومت فشاری 1.5 برابر نیروی محوری نظیر مقاومت خمشی قطعه رابط باشد.)) با توجه به اینکه در حالت طراحی معمولی مقاومت فشاری بادبند و مقاومت خمشی قطعه رابط به همدیگر نزدیک میباشند ، رعایت این بند باعث بالا رفتن سطح مقطع بادبند تا حدود 50 درصد نسبت به طراحی حالت معمولی در این سیستم میشود؛ ضمن آنکه باید توجه داشت که در این سیستم به دلیل آنکه معمولاً زاویه بادبندها با افق نسبت به سیستم هم محور بیشتر می باشد ، نسبت به سیستم هم محور نیروی محوری بیشتری در بادبندها ایجاد می شود.
شکل پذیری بالای قاب های واگرا را می توان ناشی از دو عامل زیر دانست:الف- در هنگام وقوع زلزله های قوی تغییر شکل غیر ارتجاعی محدود به تیر پیوند می شود و ضرورتا این تیرطوری طراحی می شود که بتواند تغییر شکل های بزرگ غیر ارتجاعی لازم را بدون افت مقاومت تحمل کند.
ب- مهاربندی ها طوری طراحی می شوند که تا رسیدن به شکل پذیری لازم و تغییرشکلهای دو انتهای تیر پیوند،کمانش نکنند.
2- روش طیف ظرفیت سیستم های سازه ای را می توان به طرق مختلف از لحاظ توان لرزه ای ارزیابی نمود. یکی از روشهایی که اخیراً متداول گردیده, ”روش عملکردی“ یا ارزیابی بر اساس عملکرد ساز هها می باشد. روش طیف ظرفیت از جمله 2وارد گردیده است. این روش یک ]ATC- روشهای ارزیابی عملکرد می باشد که در سال 1996 در آیین نامة 40 شیوة استاتیکی غیرخطی است که منحنی بار جابجایی (منحنی ظرفیت) کل سازه را به صورت گرافیکی ارائه نموده و با یافتن طیف ظرفیت، آنرا با طیف پاسخ نیاز زلزله مقایسه م یکند. این روش ابزار بسیار مفیدی برای ارزیابی ساختمانهای موجود و شیو ههای تقویت ارائه میدهد. نمایش گرافیکی طیف ظرفیت، تصویر واضحی از چگونگیپاسخ سازه در برابر تحریکات زمین لرزه فراهم نموده و چگونگی تأثیرگذاری شیو ه های مختلف تقویت را بر روی پاسخ لرز های ساختمانها نشان می دهد. در این روش برای تخمین حداکثر جابجایی سازه تحت طیف زلزلة طرح، ازنقطه تلاقی طیف ظرفیت و طیف نیاز سازه استفاده می شود.
برای تخمین میرایی مؤثر و بدست آوردن طیف نیاز کاهش یافته، در ابتدا یک نقطة عملکرد آزمایشی حدس زده می شود، اگر طیف پاسخ نیاز کاهش یافته ای پیدا شود واقعی سازه خواهد (Performance Point) که طیف ظرفیت را در آن نقطه قطع کند، نقطه مزبور، نقطة عملکرد بود، در غیر اینصورت روند سعی و خطا تکرار می گردد. با یافتن میرایی مؤثر و با استفاده از روابطی که توسط نیومارک و هال ارائه شده است[ 3]، ضرایب کاهش طیفی تخمین زده می شود. جزئیات بیشتر این روش وغیرخطی، (Push Over) محدودیتهای آن در مرجع [ 1] آورده شده است. با استفاده از روش پو ش آور قسمتهای ضعیف سازه ای نمایان می شود و سطوح عملکرد سازه ای برای هر سطح نیاز لرزه ای قابل برآورد است. این روش برای ارزیابی لرز های سازه های موجود، برای طرح مقدماتی مقاوم سازی و نیز طراحی براساس عملکرد قابل استفاده است.
3- کاربرد روش طیف ظرفیت در مقاو مسازی سازه ها
کاربرد روش طیف ظرفیت برای ارزیابی و مقاو مسازی لرزه ای ساز هها به صورت شماتیک در شکل ( 1) نشانداده شده است. همانطور که در شکل مشخص است، بعد از تعیین منحنی های نیاز و ظرفیت میتوان به نقطة عملکردسازه دست یافت. منحنی نیاز به میرایی مؤثر و درنتیجه به سطح رفتار غیرخطی__ بادبندهای برون محور (EBF) و برخی ایرادات در طراحی این بادبندها
:نوع جدیدی از بادبندها که به تازگی استفاده از آن رو به افزایش می باشد سیستم بادبندی خارج از محور (EBF) میباشد. اما متاسفانه اکثر طراحان آشنایی اندکی با نحوه طراحی این سیستم بادبندی دارند.و اکثرا” به این سیستم به چشم یک بادبند پرده ای و در جهت تطبیق با نقشه معماری (به طور مثال در محل در و پنجره )نگاه میشود ؛ به همین جهت به نظر می رسد لازم باشد که در این زمینه بحث بیشتری انجام گیرد.
-معرفی:در طرح و محاسبه شکلهای مشبک و خرپاها تاکید بر این نکته هست که تلاشهای به وجود آمده همه به صورت نیروهای محوری باشند و امتداد محور اعضای جمع شده در یک گره تا حد امکان در یک نقطه تلاقی نماید تا از به وجود آمدن لنگرهای خمشی جلوگیری شود. تحقیقات سالهای اخیر در طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله نشان داده که با طرح مهاربندی خارج از مرکز، در سازه های فولادی می توان مزایایی در تامین شکلپذیری سازه و اطمینان بر رفتار آن در زلزله به دست آورد. چنانچه در شکل (1) دیده می شود مهاربندی خارج از محور به این ترتیب به عمل می آید که طراح به میل خود مقداری خروج از مرکز (e) را در مهاربندیهای نوع 7 و8 (و یا انوا ع دیگر) تعبیه می کند ، به طوری که لنگر خمشی و نیروی برشی در طول کوتاهی از تیر (یعنیe) که به نام تیرچه ارتباطی (Link beam) نامیده می شود به وجود آید. تیرچه ارتباطی ممکن است در اثر لنگر خمشی به جاری شدن برسد؛ در این صورت ارتباط را خمشی(Moment link) میگویند ویا اینکه اگر طول (e) خیلی کوتاه باشد جاری شدن در برش اتفاق افتد که در این صورت ارتباط را برشی(Shear link) می نامند. به این ترتیب می توان با کنترل شکلپذیریی تیرچه ارتباطی، شکلپذیری قابل اطمینانی برای کل سازه ، درزلزله به دست آورد. مطابق آیین نامه 2800 ضریب شکلپذیری برای این سیستم سازه ای R=7 میباشد، که در مقایسه با سیستم هم محور R=6)) حدود 15 درصد شکلپذیرتر میباشد ، که همین مساله باعث کاهش برش پایه زلزله به همین میزان می شود.
شامل 27 صفحه word
دانلود تحقیق بادبندهای واگرا
