مقاله طرح های بهسازی لرزه ای برای سازه های خرپای یک در میان

طرح های بهسازی لرزه ای برای سازه های خرپای یک در میان

چکیده:

در این مطالعه به دنبال اجرای سیستم لرزه ای خرپاهای یک در میان STS با سازه ها و یا بدون پانل ها مورد بررسی قرار می گیرد.رابطه نیروی جابجایی و شکنندگی لرزه ای از نوع عمومی STS است که از ساختارهای مجهز می باشد که دارای ستون،تیرهای عمودی و کمان پایانی و کمان مهار (BRB) می باشد. نتایج تجزیه و تحلیل نشان می دهد که عملکرد لرزه ای  STS با پانل ها می تواند تا حد زیادی با نصب ستون های داخلی افزایش یابد. استفاده از پایان مهاربندی و تیرهای عمودی معلوم شد که تاحدودی در افزایش قدرت موثر بوده  وانعطاف پذیری و کاهش جابجایی باقیمانده را دارد. شبیه به این نتایج در ساختارهای STSبدون پانل نیز بدست آمد که در آن قسمت های مورب جایگزین BRB طراحی شده بودند.

کلمات کلیدی:سیستم خرپای یک در میان،عملکرد لرزه ای،تجزیه و تحلیل شکست،شکل پذیری،نیروی بیش از توان

1-مقدمه

سیستم خرپای یک در میان STSمتشکل از یک سری از ستون های بیرونی در دو ردیف عرضی بوده و در یک الگوی متناوب در مجاور خطوط ستون قرار دارد. سیستم برای استفاده در ساختمان های مسکونی مانند آپارتمان ها،خوابگاه ها و هتل ها شناخته شده است. به عنوان چهره بیرونی ستون ها در ساختمان،طول آن باید بزرگ  ایجاد شود. در مقایسه با ساختمان های مسکونی با بتن مسلح،طرح های ساختمان با تقسیم بندی بسیاری از فضاهای کوچک به دیواره های برشی عمودی همراه است .و در ساختمان های مسکونی با خرپای یک در میان،این در سطوح متناوب قرار گرفته و انعطاف پذیری فضایی را افزایش داده و اقتصادی تر نیز می باشد. در خرپاهای یک در میان میزان تیرها و همچنین پارتیشن بندی،عملکرد ارتفاع را می توان به حداقل رساند و مزیت قابل توجهی در شرایط اقتصادی را ارائه نمود. مزایای دیگر شامل حداقل انحراف و سفتی بالا در ساختار می باشد. وزن کاهش یافته و در نتیجه بارهای لرزه ای کاهش می یابد و صرفه جویی در هزینه ها در کارهای پایه ای به طور قابل توجهی دیده می شود. گزارش شده است که هزینه های هرساختمان در واحد سطح در تبدیل به STSنسبتا پایین می باشد. کین و همکارانش تحلیل استاتیکی غیرخطی را از سیستم خرپای یک در میان جهت شناسایی حالات شکست بارهای لرزه ای را انجام داده اند. ژو و همکارانش انجام یک سری از تجزیه و تحلیل های عددی و تجربی را در رفتار لرزه ای خرپای یک در میان انجام دادند و به بررسی تاثیر پارامترهای معمول پرداخته اند. چن و ژان تحقیقات تجربی را به منظور مطالعه نحوه شکست و ظرفیت های مشترک از فولادها را در سیستم خرپای یک در میان را بررسی کردند. سیستم خرپای یک در میان با موفقیت بسیاری در ساختمان ها در مقیاس های بزرگ به کار گرفته شده است . بهره وری و اقتصادی بودن آنها گزارش شده است. به منظور تسهیل در استفاده از STS،موسسه آمریکایی ساخت و ساز فلزی(AISC) راهنمای طراحی شمتاره 14 را منتشر نموده است که مربوط به سیستم اتصال سیستم خرپاهای یک در میان بوده و در آن توصیه شده است که نمونه ها برای طراحی سازه ارائه شوند. با این حال،به عنوان یکی از اساسی ترین مشکلات مانند زمین لرزه،نیروی مقاوم در برابر آن در بسیاری از کدهای طراحی در نظر گرفته نمی شود که نشان می دهد تحقیقات بیشتر هنوز هم برای این سیستم به عنوان یک استاندارد پذیرفته شده برای ساختارهای با بار لرزه ای لازم است. نیروی مقاوم در برابر سیستم به عنوان پایه ذکر شده زمین لرزه نمی باشد و نیروی مقاوم در برابر سیستم باید تحلیلی مجاز بوده وداده ها از آزمون ها برای نشان دادن مقاومت در برابر نیروی جانبی و ظرفیت اتلاف انرژی ارائه شود. در این مفهوم ارزشمند است که توجه داشته باشید که در حال حاضر خرپاهای ویژه شباهتی با STSدر ترکیب ساختاری و شکست با هم دارند. که این با توجه به تحقیقات گسترده در عملکرد لرزه ای سیستم می باشد. در این مطالعه ساختمان های 6 و12 و18 طبقه با ساختار خرپای یک در میان و با پانل ها به نام سازه های نوع A و یک ساختار 12 طبقه بدون پانل با نام ساختار نوع B طراحی شده بودند و رفتار لرزه ای خود را از طریق تجزیه و تحلیل غیرخطی ارائه داده اند. تجزیه وتحلیل شکنندگی با استفاده از 44 زمین لرزه براورد شد که احتمال رسیدن به حد تعیین شده برای یک شدت زلزله واقعی را داشته است. براساس نتایج تجزیه و تحلیل،تقویت طرح های لرزه ای در اثرات انها استخراج شده و افزایش ظرفیت بار مقاوم در برابر بار جانبی مورد بررسی قرار گرفته است.

2-طراحی و تجزیه و تحلیل سازه مدلسازی شده

در این مطالعه در مجموع از تجزیه و تحلیل 10 ساختار STSکه در کد طراحی ارائه شده طراحی شده اند، استفاده شده اند که شامل ساختمان 6 و12 و18 طبقه بوده و ساختارهای STSبا 2 متر و 2.5متر و 3متر با پانل ها در وسط خرپاهای یک در میان از نوع آن استفاده شده است و برای مقایسه یک ساختمان 12 طبقه با ساختار STSبدون پانل با نام نوع B انجام شده است. در ساختمان نوع B فرض شده است که راهرو خارج از ساختار و در جهت طولی قرار دارد که با پین هایی به ساختار اصلی متصل شده و در تجزیه وتحلیل مدلنادیده گرفته شده است. شکل 1 تصویر طرح ساختاری از مدل نوع A را با پانل و نمای جانبی از ساختار 6 طبقه را در تجزی و تحلیل مدل در شکل 2 نشان می دهد. ارتفاع ساختمان 12 طبقه از نوع B بدون پانل نیز در این شکل دیده می شود. خرپای یک در میان در امتداد جهت عرضی واقع شده و قاب خمشی در امتداد طولی قرار داده شده است. در اولین ساختمان بدون خرپا فضای باز بزرگی دیده می شود که در آن قسمت های مورب در دهانه نصب شده است که در امتداد جهت عرضی به پایان می رسد و براساس راهنمای طراحی AISC طراحی شده است. ستون های خارجی در چنین محور مسیری موازی با جهت طولی ساز ارائه شده است که براساس راهنمای طراحی می باشد. ارتفاع ساختمان های معمولی 3.75 متر و ارتفاع طبقه اول 4 متر است. ططراحی بارها برای سازها های مدل براساس استاندارد ASCE7-10 مشخص شده و طراحی ساختاری براساس انجام بارگذاری وطراحی عامل مقاومت LRFD با استاندارد AISC360-10 بوده است. مقدار بار از دست رفته 5 کیلونیوتون بر متر بوده و بار زنده ان 2 کیلونیوتون بر مترمربع می باشد. در امتداد جهت عرضی که در ان خرپاهای یک در میان قرار دارد،اصلاح عامل با مقدار 3 در نظر گرفته شده است که در محاسبه طراحی به کار گرفته شده که به طور کلی در سازه اعمال شده و به عنوان یکی از سیستم های بار مقاوم در برابر زمین لرزه تعریف نشده است. در امتداد جهت طولی،که در آن بار سیستم مقاوم در برابر زمین لرزه است،قاب خمشی عادی بوده و عامل اصلاح پاسخ 3.5 را نشان می دهد. طراحی پارامترهای شتاب برایدوره های کوتاه STSبوده و در یک ثانیه و 0.5 و 0.2 به ترتیب می باشد و دوره تناوب طولانی با ضرایب F_i و F_v با مقادیر 1.36 و 2.28 به ترتیب می باشد. پارامترهای طراحی در طراحی لرزه ای برای C_MAX و D_MINبراساس استاندارد ASC7-10 می باشد. طبقات براساس پارامتر D در نظر گرفته شده است.