لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 18
بررسی مکانیابی دیوار برشی در پلان بر پایه تحلیلهای ارتجایی استاتیکی و دینامیکی
رامین تقی نژاد (1) : کارشناس ارشد مهندسی سازه،
پست الکترونیکی ramin_taghinezhad@yahoo.com ، تلفن: 09126392170
چکیده یکی از عوامل موثر در بهبود رفتار سازهها طرز قرارگیری سیستم مقاوم جانبی در مکانهای مناسب میباشد. این امر به نحو موثری در پایداری و اندرکنش قاب خمشی و سیستم باربر جانبی که عموما مهاربندیها و دیوارهای برشی هستند تاثیرگذار میباشد. بمنظور تعیین محل مناسب دیوارهای برشی در این مقاله یک ساختمان 23 طبقه با و بدون دیوار برشی تحت آنالیز استاتیکی معادل، دینامیکی طیفی و دینامیکی تاریخچه زمانی قرار گرفته است. سپس با جابجایی دیوار برشی در پلان، برش جذب شده در هر طبقه، تغییر مکانها، دورانها و دیگر پارامترهای مهم سازهای نسبت به یکدیگر تحت تحلیلهای مختلف استاتیکی معادل و دینامیکی سنجیده شده است. با بررسی نتایج بیان شده مناسبترین مکان برای دیوار برشی روی پلان ساختمان تعیین شده و در انتها نتایج حاصل از دو آنالیز دینامیکی طیفی و استاتیکی معادل نیز با یکدیگر مقایسه گردیدهاند.
واژههای کلیدی دیوار برشی، مکان یابی،تحلیل استاتیکی، تحلیل دینامیکی طیفی، تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی،
The Best Location of Shear Wall in Plan Based on Elastic Static and Dynamic Analysis
R. Taghinezhad
Abstract One of the efficient factors in improvement the behavior of frame-wall structures is the position of the shear wall in the plan. The location of wall effects on the interaction of wall and frame, also the stability of the braced structures. To distinguish the suitable position of shear wall, in this research a 23 stories building with and without shear wall due to static, response spectrum and time history dynamic analysis has been considered. Also in this consideration, shear wall has been located in the different places on the plan. Then, some of the most important factors, like deflections of stories, drift, rotation of each level and shear force that is absorbed by the wall, were investigated due to various types of static and dynamic analysis. Considering the results of above mentioned analysis the best position of shear wall has been determined, at the end, the results of static and response spectrum analysis are compared with each other.
Key Words The Best Location, Shear Wall, Static Analysis, Response Spectrum Analysis, Time History Dynamic Analysis,
مقدمه
یکی از عوامل موثر در رفتار لرزهای سیستمهای ساختمانی، علاوه بر نوع سیستم مقاوم جانبی، طرز قرارگیری آن در پلان ساختمان میباشد. این امر به نحو موثری در رفتار سیستم و نحوه توزیع نیروهای جانبی در بین اجزای سازهای موثر میباشد. در این مقاله سعی شده است با جابجایی دیوار برشی در هر یک از سازهها بعضی از مهمترین پارامترها مورد بررسی قرار گیرند. همچنین بخاطر اینکه نتایج برداشت شده تنها ناشی از یک تحلیل خاص نبوده و بتوان به نتایج قابل استنادتری دست یافت سازههای مورد بررسی تحت آنالیزهای استاتیکی معادل، دینامیکی طیفی و زمانی قرار گرفته است. جهت بررسی تاثیر محل دیوار برشی در رفتار سازه، دو سازه 23 طبقه که یکی دارای پلان منظم و دیگری دارای پلان با شکستگی میباشد در نظر گرفته شده است. سازههای مورد نظر تحت سه نوع آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی، دینامیکی طیفی و استاتیکی معادل قرار گرفته و نتایج حاصل از آنالیزهای دینامیکی بر اساس روش CQC ]1[ برای 69 مد سازههای 23 طبقه مورد نظر با یکدیگر ترکیب شدهاند. آنالیز دینامیکی طیفی (Response-Spectrum) بر اساس طیف طرح استاندارد معرفی شده در آیین نامه2800 و آنالیز دینامیکی تاریخچه زمانی (Time-History) تحت زلزله السنترو، بوسیله نرم افزار ETABS انجام گرفته است ]2[. سپس برش پایه در آنالیزهای دینامیکی، برحسب برش بدست آمده از آنالیز استاتیکی معادل مطابق ضوابط آیین نامه 2800 همپایه گردیده است ]3[. بعنوان مثال برای سازه خمشی بدون دیوار برشی که با 25% نیروی جانبی مورد نظر تحت تجزیه و تحلیل قرار گرفته، ضریب برش پایه برای تحلیل طیفی بعد از دو سیکل برابر 637/0 بدست میآید.
برای طراحی سازه مورد نظر بار مرده و زنده وارد بر سازه به ترتیب 1000و300 کیلوگرم بر سانتی متر مربع انتخاب شد. همچنین مقاومت فشاری بتن و فولاد به ترتیب 280 و 4000 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع فرض گردید. سپس قاب خمشی مورد نظر بر اساس آیین نامه ACIبه گونه ای طراحی شد که قاب به تنهایی قادر به تحمل 25% نیروهای جانبی باشد. در نهایت مقاطع نهایی اجزای سازه بصورت زیر بدست آمد.
ستونها :
طبقات 1-6 : 70*70
طبقات 7-12 : 60*60
طبقات 13-18 : 50*50
طبقات 19-23 : 40*40
برای تیرها مقاطع 35*40 انتخاب گشت.
همانطوریکه ذکر شد، سه نوع تحلیل جهت بررسی نتایج انتخاب شده تا نتایج تنها بر گرفته از یک آنالیز خاص نباشد و با مقایسه نتایج حاصله از هر سه نوع تحلیل بتوان به نتایج قابل استنادتری دست یافت. همچنین نیروها و تغییرمکانهای حاصله در تحلیلهای دینامیکی با روش CQC با یکدیگر ترکیب شدهاند تا اثر اندرکنش مدها بطور کامل بصورت سه بعدی در نظر گرفته شود. در این روش مدهای نزدیک بهم با استفاده از مقدار میرایی فرض شده با یکدیگر ترکیب می‌شوند و هرچه مقدار میرایی مدی بیشتر شود مقدار اندرکنش مدها با یکدیگر نیز افزایش می یابد ]4[. در ابتدا سازه قاب خمشی تحت 25% نیروی جانبی تحلیل گردیده و سپس با توجه به ارتفاع آن که شامل 23 طبقه سه متری میباشد تحت ضوابط مربوط به قاب خمشی بتنی متوسط بعلاوه دیوارهای برشی بتنی متوسط طراحی گردیده است ]5[.
دو پلان جهت بررسی نتایج در نظر گرفته شده است، یکی پلان نوع b که سازه ای منظم و بدون بریدگی است و دیگری نوع s، که در آن یکی از دهانههای گوشه حذف شده است، هر دو پلان مذکور از 6 دهانه 4 متری در راستای x و 5 دهانه 3 متری در راستای y تشکیل شده است. توجه شود که سازه نوع s نیز طبق ضوابط آیین نامه جزو سازه های منظم می باشد. این نوع سازه از آن جهت مورد بررسی قرار گرفته که بتوان اثرات پیچش را نیز در پارامترهای مورد بررسی مد نظر قرار داد. در هر دو پلان با جایگذاری دیوارهای برشی یکسان در مکانهای مختلف مطابق شکل 1 سازههای متعدد تولید و مورد آنالیز قرار گرفتهاند.
در قسمت اول تحقیق، دیوارهای برشی در راستای طولی پلان شامل 2 دهانه می باشند که به صورت متقارن نسبت به مرکز سازه جاگذاری شدهاند. بنابراین در مجموع برای هر نوع سازه 3 تیپ حالت قرارگیری دیوار برشی با توجه به جابجائی آنها در امتداد عرضی پلان در نظر گرفته شده است (شکل 1). در جهت عرضی تنها 6 دهانه (3 حالت) در نظر گرفته شده است. زیرا که در اکثر کارهای عملی مهندسی، طراحان معمولا تنها سه انتخاب برای جاگذاری دیوارهای برشی را مد نظر قرار میدهند، که اکثرا این انتخابها به میانه، کناره های سازه و حدفاصل بین این دو محدود می شود.
پس از اتمام این مرحله از تحقیق یعنی تعیین محل بهینه دیوار برشی در راستای عرضی، دیوارهای برشی حالت بهینه در قسمت قبل را که شامل دو دهانه می باشد، در راستای طولی نیز جابجا شد تا اثر پخش دیوارها در این راستا نیز بر روی پارامترهای مورد بررسی سنجیده شود. در آخرین قسمت این تحقیق نیز نتایج حاصل از دو تحلیل دینامیکی طیفی و استاتیکی معادل با یکدیگر مقایسه شده است.
شکل 1 تیپهای مختلف سازههای b و s با تغییر محل دیوار برشی در پلان
بررسی تغییرمکان عرضی دیوار برشی
برای بررسی تغییر مکان جانبی هر دو سازة نوع b و s در هر سه حالت مختلف قرارگیری دیوار برشی مطابق شکل 1 و همچنین در حالت بدون دیوار برشی (b0 و s0) با تمامی روشها (استاتیکی، دینامیکی طیفی و تاریخچه زمانی) در راستای دیوارهای برشی مورد تحلیل قرار گرفته است. نتیجه این که سازههای تیپ 2 دارای کمترین تغییرمکان جانبی نسبت به سازههای نوع 1 و 3 و نیز بدون دیوار برشی نشان میدهد. یعنی حالتی که دیوار برشی بین مرکز صلبیت و پیرامون سازه قرار گرفته است سازه دارای تغییرمکان جانبی کمتری است که به تبع آن ستونها در قابهای خمشی نیروی کمتری را تحمل میکنند. از دلایل کاهش تغییر مکان جانبی در سازههای تیپ 2 قرارگیری دیوار برشی در قسمت میانی پلان و درگیر بودن دیوار با قابهای بیشتر میباشد.
در مقایسه بین سازههای تیپ 1 و 3 در حالت استاتیکی و طیفی سازه تیپ 3 دارای تغییرمکانهای بیشتری نسبت به تیپ 1 است. البته در سازه نوع s جابجاییها در حالتهای مختلف تفاوت بیشتری با یکدیگر دارند که نشان دهنده این است که وجود شکستگی در پلان موقعیت قرارگیری دیوار برشی را حساستر میکند. همچنین نتایج گرفته شده از آنالیز تاریخچه زمانی نیز تائیدی بر نتایج گرفته شده از دو آنالیز دیگر می باشد. در این تحقیق تغییر مکان نسبی طبقات نیز مورد بررسی قرار گرفت که نتایج آن مشابه نتایج حاصل از تغییر مکان مطلق طبقات بود. همچنین با توجه به اینکه در اکثر موارد نتایج برداشت شده از سازه های نوع sوb بسیار به یکدیگر نزدیک میباشد تنها نمودارهای مربوط به سازه نوع b در اشکال 2 تا 4 آورده شده است.
چرخش در تراز طبقات
در این مرحله از تحقیق تنها سازه نوع s که دارای شکستگی در پلان میباشد مورد بررسی قرار گرفته است. همانطوری که انتظار میرفت از نتایج حاصل شده از آنالیز استاتیکی در شکل 5 ملاحظه میشود که با دور شدن دیوارهای برشی از مرکز صلبیت و بزرگ شدن بازوهای لنگر مقاوم که همان نیروهای ایجاد شده در دیوار برشی میباشند چرخشهای ایجاد شده در مرکز جرم هر طبقه کاهش مییابد.
شکل2 جابجایی جانبی در تراز طبقات با آنالیز استاتیکی معادل برای سازههای تیپ b
تحقیق درباره بررسی مکانیابی دیوار برشی در پلان بر پایه تحلیلهای ارتجایی 14 ص