چگونگی انجام آنالیز 25 درصدی نیروی جانبی زلزله توسط قاب های خمشی در سیستم دوگانه (مختلط)
1– سیستم قاب مختلط (دوگانه)-Dual System
یکی از سیستم های سازه ای برای مقابله با نیروهای جانبی سیستم قاب مختلط می باشدکه ترکیبی از قاب های خمشی و دیوار برشی و یا مهاربندی است که شکل پذیری و درجه نامعینی مناسبی را دارا بوده و شاید استفاده از آن در اسکلت های بتنی با تعداد طبقات بیش از 8 طبقه به منظور کاهش ابعاد تیر و ستون اجتناب پذیر باشد.
قاب خمشی بدون دیوار برشی و یا مهاربندی دارای تغییر مکان نسبی (drift)زیادی بوده که در اکثر مواقع کنترل کننده می باشد و برای کاهش آن باید از ابعاد بزرگتری برای تیر و ستون (نه به خاطر مقاومت) استفاده نمود. بنابراین سیستم قاب خمشی تنها با توجه به شکل پذیری خوب در مقابل بارهای جانبی دارای سختی کم و تغییر شکل زیادی می باشد که برای حل این معضل استفاده از دیوار برشی و یا مهاربندی منطقی و اقتصادی است و شاید اغراق نباشد که گفته شود در صورت وجود دیوار و یا مهاربند مناسب کنترل تغییر مکان نسبی خود به خود انجام می گیرد.
بنابراین به کار بردن توام قاب خمشی با یک سیستم باربر جانبی دیگر (دیوار برشی، مهاربند) سختی ساختمان را افزایش می دهد. از طرفی تغییر شکل کل سیستم ناشی از تغییرشکل توام قاب خمشی و دیوار برشی و یا مهاربند خواهد بود. توجه شود که در قاب خمشی تغییرشکل برشی غالب است در حالی که در سیستم دیواربرشی و یا مهاربند تغییرشکل خمشی حاکم می باشد. بنابراین یک سیستم ترکیبی از قاب خمشی و دیوار برشی یا مهاربند تغییر شکلی بین این دو رفتار خواهد داشت. در نتیجه در قسمت پایین ساختمان،دیوار برشی یا مهاربند سهم بیشتری از نیروی برش پایه را تحمل خواهد کرد ولی این سهم دیوار برشی یا مهاربند از برش ،در طبقه های بالاتر به تدریج کاهش می یابد در حقیقت در قسمت های بالای ساختمان ممکن است جهت نیروی برشی که توسط دیوار یا مهاربند تحمل می شود برعکس شده و بدین ترتیب نیروی برشی منتقل شده به قاب از کل برش طبقه بیشتر شود .
2– اندرکنش دیوار برشی و قاب
مزیت بالقوه یک سازه دارای دیوار برشی و قاب صلب به طور همزمان، به قدرت برهم کنش و تعادل افقی این دو سیستم بستگی دارد که تابع سختی نسبی دیوارها و قاب ها و ارتفاع سازه می باشد. در ساختمان های بلند تر و قاب های سخت تر، این بر هم کنش بیشتر است. هنگامی که قاب و دیوار برشی با هم در تحمل نیروهای جانبی همکاری می کنند دیوار در بالا دارای تغییر مکان بیشتری نسبت به قاب می باشد و برای همین قاب در بالا مانع از آن است که دیوار تغییر مکان زیادی بدهد و بالعکس در پایین، دیوار با اعمال نیرو به قاب از تغییر شکل زیاد جلوگیری می کند. این امر باعث می شود که در طبقات پایین اکثر نیروی برشی توسط دیوار تحمل شود و در طبقات بالا نیروی برشی بیشتری توسط قاب گرفته شود. به طور کلی قاب در مد برشی تغییر شکل می دهد، در حالی که دیوار برشی بر خلاف اسمش در مد خمشی تغییر شکل می دهد. به بیانی دیگر، قاب تمایل دارد تغییر مکان جانبی در دیوار برشی را در بالای ساختمان کاهش دهد در حالی که دیوار برشی در نزدیکی پایه ساختمان، قاب را نگه می دارد.
همانطور که قبلا گفته شد، اگر مدهای تغییر مکان دیوارهای برشی و قاب های خمشی شبیه هم بودند بارهای جانبی کم و بیش بین دو سیستم براساس سختی شان توزیع می شدند با این حال به طور کلی هر دو سیستم با شکل های خاص خودشان تغییر شکل می یابند. تعامل بین این دو، به ویژه در سطوح بالاتر ساختمان، منجر به توزیع بار جانبی به شیوه ای کاملاً متفاوت می شود. تغییر مکان جانبی یک دیوار برشی ممکن است مشابه با ستون طره ای باشد. در قسمت پایین ساختمان، دیوار برشی نسبتاً سخت است بنابراین تغییر مکان کف تا کف کمتر از نصف مقادیر تغییر مکان در نزدیکی راس ساختمان است. در طبقات فوقانی تغییر مکان ها نسبتاً سریع افزایش می یابند که عمدتاً به خاطر اثر تجمعی چرخش دیوار می باشد. سوی دیگر قاب های خمشی عمدتاً در مد برشی تغییر شکل می دهند. تغییر مکان های نسبی طبقه، اصولاً به شدت برش به کار رفته در تراز هر طبقه بستگی دارند .اگرچه تغییر مکان های قاب خمشی در مقایسه با دیوار برشی، در نزدیکی پایه ساختمان بزرگ تر و نزدیک به راس آن کوچک تر هستند. اما تغییر مکان های کف تا کف می توانند در سرتاسر ارتفاع تقریباً یکسان باشند.
هنگامی که دو سیستم دیوارهای برشی و قاب های خمشی، به وسیله دیافراگم های کف صلب به هم متصل می شوند، نیروی برشی غیر یکنواختی بین این دو سیستم گسترش می یابد که معمولاً بر هم کنش حاصل منجر به سیستم سازه ای به صرفه تری می گردد.
3- ضریب رفتار و ارتفاع مجاز سیستم دوگانه
در آیین نامه 2800 ویرایش چهارم ضریب رفتار و ارتفاع مجاز سیستم های مختلف دوگانه در بند “ت” جدول 3-4 آورده شده است .
همانطور که مشاهده می کنیم این نوع سیستم های سازه ای دارای ضریب رفتار بالا که نشان دهنده شکل پذیری خوب و برای ساختمان های با ارتفاع نسبتا بلند مناسب می باشند داده شده است.
زمان تناوب اصلی این سیستم 0.625 برابر زمان تناوب اصلی قاب خمشی تنها می باشدکه نشان دهنده سختی بیشتر آن است که باعث کاهش تغییر شکل جانبی این سیستم می گردد. تغییر شکل های زیاد می تواند باعث ترک خوردن در دیوارهای جداکننده و پنجره ها گردد و یا حتی برای ساکنین ساختمان واکنش های روانی ناگواری را به وجود آورد.
4-توزیع نیروهای جانبی زلزله در طبقات
4–1– روش معادل استاتیکی: در ویرایش چهارم آیین نامه 2800 توزیع نیروی زلزله در طبقات با فرمول ذیل ارایه شده است.
همانطور که از روابط بالا پیداست هر چه پریود سازه بیشتر باشد(سازه نرم تر باشد) ضریب k افزایش یافته و نیروهای توزیع شده در طبقات بالاتر بزرگتر می گردند و هر چه پریود سازه کمتر باشد(سازه سخت باشد مثل سیستم دوگانه) ضریب k کوچکتر شده و نیروهای توزیع شده در طبقات پایینی بزرگتر می گردند.
مثال: یک ساختمان 5 طبقه با وزن های زیر:
2-4-روش آنالیز طیفی:در این روش توزیع نیروهای جانبی درطبقات به تغییر شکل سازه در طبقات مرتبط می باشد بنابراین توزیع آن یک رابطه هندسی نیست و به همین دلیل توزیع نیروهای جانبی زلزله در طبقات در روش دینامیکی به مراتب بهتر و صحیح تر از روش معادل استاتیکی می باشد و همان نتیجه را می توان گرفت که هر چه سازه نرم تر (پریود طبیعی بیشتر) باشد نیروها بیشتر به سمت طبقات بالاتر توزیع می شوندو هر چه سازه سخت تر باشد نیروهای طبقات ناشی از زلزله به سمت طبقات پایین سوق پیدا می کنند.
5– سهم نیرو های برشی زلزله در طبقات برای قاب و دیوار
همانطور که در سطرهای قبل بیان شد سهم نیروهای برشی زلزله در سیستم دوگانه در طبقات پایین بیشتر به دیوار می رسد و در طبقات بالا به قاب یعنی اینکه در طبقات بالاتر قاب ها خیلی بیشتر از 25 درصد نیروی جانبی را تحمل می کنند و اگر چنین باشد دیگر نیازی به کنترل 25 درصد نیروی زلزله برای این طبقات نیست.
6-چرا باید کنترل 52 درصد را انجام داد؟
تمام مطالب گفته شده تا کنون در مورد علت به کارگیری سیستم دوگانه و چگونگی توزیع نیروها وسختی آن ها بود اما برای اینکه به اصل مطلب یعنی چگونگی انجام آنالیز 25 درصد بپردازیم باید به سوال فوق جواب داده شود. شاید با جواب به پرسش ذکر شده راه حل اصلی این کار به دست آید.
بنابراین یک بار دیگر سوال را مطرح می کنیم. چرا باید در یک سیستم دوگانه که دیوار و یا مهاربند و قاب خمشی به نسبت سختی های خود در مقابل نیروی جانبی زلزله مقاومت می کنند هر کدام نیز به تنهایی باید دارای مقاومت حداقلی باشند(قاب 25 درصد و دیوار 50 درصد) در مدارک فنی و محافل مهندسی جوابهای ذیل به این موضوع داده می شود:
6–1– در هنگام زلزله در شوک اول وقتی که نیروی زلزله زیاد می باشد احتمالا دیوارهای برشی منهدم شده و بعد در شوک های بعدی زلزله که نیروهای کمتری وارد سازه می شوند قاب ها باید به تنهایی در مقابل آن مقاومت کنند بنابراین قاب های خمشی باید مقاومت حداقلی( 25 درصد) را دارا باشند . در جلد اول کتاب طرح و محاسبات ایستایی استاد مگردچیان به صورت ذیل در صفحه 214 آمده است:
اولاً- دستگاه های مقاومی که مقاومت جانبی را فقط با دیوارهای برشی تامین می نمایند (سیستم ناپیوسته) به علت صلبیت زیاد در تکان زلزله نیروهای بزرگتری به آن ها وارد می گردد. بنابراین باید ضریب زلزله را برای آن ها بزرگتر در نظر گرفت. این دستگاه های مقاوم (که خود اغلب از مصالح ترد و خشکه( Brittle مانند مصالح بنایی و بتن تشکیل می گردند). در صورتی که در شوک حداکثر اول به گسیختگی برسند بعد از آن مقاومتی برای ساختمان، در شوک های دوم بعدی باقی نخواهد ماند (کمی طاقت و عدم اطمینان) در اینصورت خوبست ساختمان های از این نوع را از نظر حداکثر ارتفاع یا تعداد طبقات محدود نمود.
ثانیاً- سیستم های مختلط، به علت وجود اسکلت فلزی، نیروهای کمتری از سیستم قبلی تحمل می نمایند و از نظر طاقت نیز بعضاً عیوب سیستم ناپیوسته را دارند. بنابراین خوبست در این سیستم ها، اسکلت مقاوم به تنهایی قادر به تحمل کسری از نیروی کلی زلزله باشد. این کسر معمولا یک چهارم یا یک سوم نیروی کلی است، و البته به این ترتیب اگر در شوک قوی اول، دیوارهای برشی بگسلند، برای پس تکان های درجه دوم بعدی مقاومت دستگاه به کلی از بین نرفته است و می توان امیدوار بود که خرابی در این نوع ساختمان فاجعه آفرین نخواهد گردید.
2-6– در آنالیز غیر الاستیک (غیر خطی) اثبات شده است که وقتی سازه به تغییر شکل های غیرخطی(پلاستیک) می رسد قاب ها سهم بیشتری از نیروهای جانبی را تحمل می کنند(در مواقعی تا 50 درصد) به همین دلیل قاب ها باید به تنهایی و مستقلاً( Independent) حداقل 25 درصد نیروی زلزله را متحمل شوند.
3-6–در صورتی که قاب ها مقاومت ناچیزی در مقابل بارهای جانبی ناشی از زلزله را دارا باشند سیستم دوگانه محسوب نشده و سیستم قاب ساختمانی ساده می گردد که در این حالت نمی توان برای آن شکل پذیری بالاتری در نظر گرفت و یا به زبان ساده از R بزرگتری نمی توان و نباید استفاده نمود.
7-روش آنالیز کنترل 25درصد
تمام جواب های داده شده به آن پرسش در مورد انجام این عمل(مقاومت حداقلی برای قاب های خمشی) اتفاق نظر دارند اما اختلاف نظر از اینجا شروع می شود که چگونه باید این آنالیز انجام گیرد.
در مورد مهاربندی همه متفق القول میباشند که در فایل 25 درصد مهاربند باید حذف گردد اما در مورد سیستم دوگانه با دیواربرشی دو نظر وجود دارد:
الف-حذف دیوار برشی در مدل جدید وتحلیل سازه با 25 درصد نیروی زلزله.
ب-انجام آنالیز مدل اولیه با کاهش سختی دیوار بطوریکه قابهای خمشی 25 درصد نیروی جانبی زلزله راتحمل کنند. در این حا لت وزن دیوار در مدل در نظر گرفته می شود .
7–1-حذف دیوار برشی
استدلال این گروه به بندهای آیین نامه 2800 می باشد که:
1- ویرایش دوم 2800 بند 1-7-4-ب
مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط مجموعه ای از دیوارهای برشی یا قاب های مهاربندی شده همراه با مجموعه قاب های خمشی صورت می گیرد. سهم برشگیری هر یک از دو مجموعه باربر جانبی با توجه به سختی جانبی و اندرکنش آن دو در تمام طبقات تعیین می شود. در هر حالت هر یک از دو مجموعه باید بتواند حداقل 25 درصد برش پایه ساختمان را مستقلاً تحمل نمایند.
2- ویرایش سوم 2800 بند1-9-4-پ
قاب های خمشی مستقلاً قادرند حداقل 25 درصد از نیروی جانبی وارد به ساختمان را تحمل کنند.
3- ویرایش چهارم 2800 بند 1-8-4-ب
قاب های خمشی باید مستقلاً قادر به تحمل حداقل 25 درصد نیروهای جانبی در تراز پایه و دیوارهای برشی یا قاب مهاربندی شده باید مستقلاً قادر به تحمل حداقل 50 درصد نیروی جانبی در تراز پایه باشند.
مقاومت در برابر بارهای جانبی توسط مجموعه ای از دیوارهای برشی یا قاب های مهاربندی شده همراه با مجموعه قاب های خمشی صورت می گیرد. سهم برش گیری هر یک از دو سیستم بار بر جانبی با توجه به سختی جانبی و اندرکنش آن دو در تمام طبقات تعیین می شود در هر حالت هر یک از دو مجموعه باید بتوانند حداقل درصدی از برش پایه ساختمان را مستقلاً تحمل نمایند.
در تمام موارد فوق لغت مستقلا به کار برده می شود که معنی آن قاب خمشی به تنهایی نه در ترکیب با دیوار برشی می باشد.
ایرادی که به این روش گرفته می شود عبارتست از:
1- اگر در انتهای دیوار برشی ستون نباشد(اگر هم ستون وجود داشته باشد هنگام حذف دیوار برشی باید حذف شود چون جزیی از دیوار برشی می باشد) با حذف دیوار برشی تیرهای متصل به دیوار تکیه گاه خود را از دست می دهند مخصوصا دیوارهای هسته مرکزی دور آسانسور یا پله وسط ساختمان اگر حذف شود سازه از نظر باربری ثقلی مسئله دار می شود.
2- با حذف دیوار برشی وزن آن ها نیز از مدل حذف می شود.
3- معمولا تیری درون دیوار برشی مدل نمی شود بنابراین با حذف دیوار سقف ها تکیه گاه خود را از دست می دهند.
2-7– انجام آنالیز با کاهش سختی و دیوار برشی
کاهش سختی با روش های ذیل می تواند انجام گیرد :
الف-فقط کاهش سختی برشی دیوار F12 تا اینکه قاب حداقل 25 درصد نیروی جانبی زلزله را تحمل کند .در این حالت کل نیروی زلزله باید به مدل اعمال شود.
ب- سختی بسیار ناچیز برای F12 (عدد صفر باعث ناپایداری وERROR می شود)در این حالت 25درصد نیروی زلزله باید به مدل اعمال شود.
ج- سختی بسیار ناچیز برای تمامی(m11,m12,m22,f11.f12.f22).در این حالت 25درصد نیروی زلزله باید به مدل اعمال شود.
د- مدول الاستیسیته بتن دیوار را یک عدد کوچک نزدیک به صفر می دهیم در این حالت باید 25 درصد نیروی زلزله به مدل اعمال شود.در این حالت باید 25 درصد نیروی زلزله به مدل اعمال شود.
در تمامی موارد فوق وزن دیوار در مدل 25درصد اعمال شده است و دیوار حذف نگردیده است.
طرفداران این طرز فکر این عقیده را دارند که در هنگام زلزله و حتی وقتی که دیوار گسیخته(FAIL) می شود قاب های خمشی باید به عنوان یک سیستم ثانویه در مقابل نیروهای زلزله مقاومت داشته باشند در این حالت دیوار در این مدل باید وجود داشته باشد.
ایرادی که به کل روش کاهش سختی دیوار گرفته می شود عبارتند از:
1- هنوز هم دیوارو قاب با هم در مقابل نیروی جانبی زلزله مقاومت می کنند.هر چند سختی دیوار کاهش داده می شود(صفر نیست) چون دادن عدد صفر به سختی های دیوار باعث خطاهای محاسباتی در آنالیز سازه می شود.
بنابراین جمله قاب خمشی به صورت مستقل و یا به تنهایی در این روش وجود ندارد.
با کاهش سختی f22 و f11 مقاومت محوری دیوار به شدت کاهش می یابد و وزن دیوار و سهمیه باربری آنها به ستون ها منتقل شده و در بعضی موارد طراحی ابعاد بزرگی را برای ستون طلب می کند.
کاهش سختی برای دیوار باید به ستون های انتهای دیوار نیز اعمال شود(چون ستون سرکله جزئی از دیوار است)که در این صورت سازه از نظر باربری ثقلی ناپایدار می شود.
اگر f22 و f11 کاهش داده نشود و سختی برشی f12 نیز صفر داده شود دیوار در مقابله با نیروی جانبی مشارکت خواهد داشت.
همچنین برای آنکه در این مدل سهم قاب های خمشی بدست آید باید نیروی برشی ستونها غیر از ستونهای انتهایی دیوار با هر روشی(مثل section cuts) محاسبه شوند.
در هر دو روش ذکرشده (حذف دیوار و یا کاهش سختی دیوار) باید به موارد ذیل نیز پاسخ داده شود:
- چگونگی توزیع نیروی زلزله 25 درصد در طبقات؟
- آیا کنترل drift در فایل جدید باید انجام گیرد؟
- آیا آنالیز بر اساس زلزله 100/30 نیز باید انجام گردد؟
- آیا زلزله قائم باید در فایل جدید در نظر گرفته شود؟
جواب سوال های فوق بعد از مطالبی که در NEHRP و SEAOC آورده شده است آسانتر داده می شود.
8– تاریخچه
اولین کتاب منتشر شده بوسیله مهندسان سازه کالیفرنیا در سال 1960 مزیت بالقوه ای را دروجود قاب خمشی برشمرد که بعنوان “خط دوم مقاومت” در صورت ترک خوردن دیوارها،پاسخ سازه را محدود و ایمنی سازه را تامین می کند.
در سال 1967 مهندسان سازه سان فرانسیسکو و کمیته زلزله هنری، سیستم دوگانه را این گونه معرفی کردند که سیستم دوگانه شامل یک سیستم اولیه برای سختی و یک سیستم پشتیبان برای مقاومت در برابر زلزله است یعنی یک سیستم اولیه برای بارهای سرویس و یک سیستم ثانویه و یا پشتیبان برای شکل پذیری. این نگرش به سیستم دوگانه بعد از مشاهدات ساختمان های بازمانده با طبقات مختلف در زلزله سان فرانسیسکو با سیستم دوگانه و یا ساختمان های با قاب خمشی با دیوار پرکننده که رفتاری نزدیک به سیستم دوگانه دارند، به وجود آمد.
ساختمان های زیادی با سیستم دوگانه در کالیفرنیا از سال 1950 ساخته شد اما استفاده از این سیستم رواج پیدا نکرد بیشترین استفاده از این سیستم در ساختمان های با ارتفاع متوسط و بلند مرتبه با ارتفاع بیش از 160فوت (50متر) است که با آیین نامه پیشین UBC طراحی شد که طراح ملزم به استفاده از قاب خمشی ویژه برای این ساختمان ها بود و از یک دیوار و یا قاب مهاربندی شده برای کاهش تغییر مکان سازه استفاده می شد. و یا در ساختمان های کوتاه مرتبه برای افزایش شکل پذیری و یا عملکرد بهتر ساختمان با توجه به درجه اهمیت آن از سیستم دوگانه استفاده می شد.
ورود سیستم دوگانه به آیین نامه اولین بار در سال 1959 در کتاب سیاک و در سال 1961 وارد آیین نامه UBC گردید:
ساختمان هایی با سیستم مهاربندی و قاب خمشی که فرض می گردد قاب خمشی به طور مستقل می تواند 25 درصد نیروی جانبی زلزله را تحمل کند. و سیستم مهاربندی نیز تمام نیروی زلزله را تحمل می کند.
پارامتر K برای این سیستم ها برابر 0.8 می شود ، معادل ضریب رفتار R برابر 7. دیوار برشی و یا قاب مهاربندی شده برای 100 در صد نیروی زلزله طرح می شود و قاب خمشی به صورت مستقل برای 25 درصد نیروی زلزله طرح می گردد. این سیستم ها فرض می شد که به اندازه قاب خمشی تنها که صد در صد نیروهای زلزله را می گیرد ( که در این حالت قاب خمشی میتوانست R درحدود 8.5 و K برابر 0.67 رابکار گیرد) کارآمد نیستند.
نیروی 25 درصد با قضاوت مهندسی انتخاب شد. در سال 1986 تعاریف UBC تغییر نمود:
ساختمان های با سیستم دوگانه که شامل قاب خمشی همراه با دیوار برشی و یا مهاربندی هستند باید طبق مقررات زیر طرح گردند:
1- قاب و دیوار باید با توجه به اندرکنشی که دارند مقاومت کافی در برابر کل نیروی زلزله را داشته باشند.
2- دیوار یا مهاربند باید به طور مستقل در برابر 100 درصد نیروی جانبی مقاومت نماید.
3- قاب خمشی نیز باید حداقل در برابر 25 درصد نیروی جانبی مقاومت کند.
در 1988 مقررات در مقابل سیستم دوگانه اندکی بهتر شد و دیگر نیازی نبود دیوار یا مهاربند برای کل نیروی زلزله طرح گردند.
مقررات به شکل زیر تغییر یافت:
- قاب خمشی باید در مقابل بارهای ثقلی مقاومت کند.
- قاب خمشی فولادی یا بتنی باید در برابر 25 درصد برش پایه طرح شود.
- سیستم دوگانه باید با توجه به اندرکنش قاب و دیوار و متناسب با سختی نسبی آنها در مقابل کل نیروی جانبی مقاومت کند.
این تغییر در الزام طراحی نیروهای سیستم اولیه از 100 درصد به تنها بخشی از آن و بر اساس سختی نسبی در سال 1988 مدون و در کد 06-ATC 3 نیز اعمال شد .
همچنین ضریب R در سال 1988 برای سیستم دوگانه با قاب خمشی ویژه افزایش یافت تا با قاب خمشی ویژه تنها مطابقت داشته باشد مقدار Rw برای سیستم دو گانه با دیوار برشی و یا مهاربند EBF مقدار 12 شد و مقدار ضریب رفتار برای قاب خمشی با مهاربند هم محور به 11 تغییر یافت.
بنابراین ضریب R افزایش یافت در حالیکه مقاومت مورد نیاز سیستم دوگانه کاهش می یابداین تناقض در آیین نامه قبل و جدید باعث شد محافظه کاری در طراحی از بین رود و روش جدید برای طراحی ایجاد شود به کمک برنامه های کامپیوتری در خصوص آنالیز مدل کامل سازه، طراحی دیوارها یا مهاربندها با اندرکنش واقعی ممکن گردید و دیگر نیازی به قانون 100 درصدی نیست .ولی باید توجه شود که آنالیز الاستیک همچنان نتایج کاملا واقعی به ما نمی دهد. وقتی کل سازه به صورت غیر الاستیک عمل می نماید.در سال 2000 در NEHRP آمد که سیستم های دوگانه یک سیستم افزونگی مقاومت در برابر نیروهای جانبی بدلیل وجود قاب داردو قاب یک پشتیبان برای سازه است. که موجب شکل پذیری بیشتر سازه می شود و ضریب اطمینان آن را افزایش می دهد.
این طرز تفکر زمانی که دیوار برای 100 درصد نیروی زلزله طرح می گردید درست است اما اکنون که قاب و دیوار هر کدام به میزان سختی خود و با توجه به اندرکنش دیوار و قاب توزیع نیرو دارند ،سیستم قاب رادیگر نمیتوان بعنوان سیستم پشتیبان سیستم اصلی شمرد ولی این کمیته پیشنهاد این که دیوار یا مهاربند برای کل نیروی زلزله طرح شود را مطرح نکرد ولی با تکامل کدها سختی مورد نیازسیستم دوگانه بطور قابل ملاحظه ای کاهش یافت.
در 1988 UBC زمینه سازی برای مقررات کنونی را در آیین نامه های ASCE و CBC وارد نمود و از آن سال مقررات و آیین نامه به ما اجازه استفاده از سیستم های دوگانه بیشتری را دادند. در آیین نام های 1988 و قبل از آن قاب خمشی بایستی با شکل پذیری زیاد طراحی می گردید که به آن امروزه قاب خمشی ویژه می گوییم.
به منظور درک درست ومشخص و لحاظ نمودن شرایط مناطق با خطر کم زلزله، مدلها و استانداردهای ملی مختلفی جهت توصیف پارامترهای زمین لرزه ای جهت سیستم های تست نشده شکل گرفته اند .
که برخی از این سیستم ها رفتاری شبیه به سیستم دوگانه ندارند.
ضوابط سیستم های دوگانه در ASCE و CBS مانند هم می باشند اما با کلمات متفاوت .
در ASCE آمده:
برای یک سیستم دوگانه قاب خمشی باید 25 درصد نیروی زلزله را تحمل کند. و کل نیروی زلزله توسط سیستم دوگانه با توجه به اندرکنش بین قاب و سیستم مهاربندی تحمل می گردد.
CBC:
1- قاب خمشی باید نیروی ثقلی را تحمل کند.
2- کل نیروی برشی توسط قاب و دیوار با هم گرفته می شود و قاب باید به طور مستقل 25 درصد نیروی زلزله را بگیرد.
3- توزیع نیروی جانبی بین دو سیستم براساس سختی و اندرکنش آن ها انجام می گیرد.
تعریف CBC در مورد الزام قاب خمشی کامل واضح تر است. اگرچه باور این است که مقررات ASCE نیز به همین نکته اشاره دارد.
قاب خمشی باید بتواند به طور کامل نیروهای ثقلی را نیز تحمل کند و همزمان (پس از برداشته شدن سیستم اصلی) برای 25 درصد نیروی زلزله طراحی گردد. این قانون برای مطابقت ساختمان های دوگانه بلند سان فرانسیسکو که از زلزله 1906 جان سالم به در برده است وارد آیین نامه شده است.
همیشه استفاده از المان های مانند تیر و یا مانند ستون در دیوار مناسب نیست زیرا این المان ها الگوی قرار گیری آرماتورها را در دیوار عوض کرده و موجب تغییر شکل پذیری دیوار می شوند. ستون های سرکله مانند یک المان مرزی عمل می کنند و کمتر مانند ستون می باشند. همینطور قاب های مهاربندی شده و وجود مهاربند بر اتصال تیر به ستون تاثیر می گذارد. بنابراین بهتر است مقررات از نظر فیزیکی المان های سیستم اولیه و ثانویه را از هم جدا کنند. در کل نیاز است اثرات مهارکنندگی که دیوار روی سیستم اولیه دارد باقی بماند، امری که در آیین نامه های کنونی وجود ندارد. مع الوصف سازه هایی که قاب ثانویه از سیستم دیوار مجاور کمی انحراف دارد ،سازه پر کننده بشمار نمی آیند و بمثابه سیستم دوگانه معتبر شناخته می شوند.
طراحی قاب خمشی: طراحی قاب خمشی ثانویه براساس ماکزیمم دو نیرو از دو آنالیز انجام می گردد ابتدا آنالیز سیستم دوگانه برای کل نیروی زلزله برای بدست آوردن نیرو در سیستم اولیه و ثانویه که قاب به میزان سختی خود نیروها را متحمل می شود و سپس طراحی قاب خمشی و سیستم بار ثقلی برای 25 درصدی نیروی زلزله با در نظر گرفتن بارهای ثقلی و نیروهای جانبی بدون المانهای سیستم اولیه (دیوار برشی و مهاربندی)
توزیع بار جانبی برای قاب خمشی نیاز به تفسیر آیین نامه دارد.طبق UBC یا CBC توزیع بار در قاب به تنهایی همانند توزیع بار برای سیستم دوگانه است واز ضریب رفتار و پریود همان سیستم دوگانه استفاده میشود.طبق 05-ASCE7 طراحی نیروی 25% بایستی بر اساس توزیع نیروی عمودی و محاسبه پارامتر K برای کل سازه بدست می آید.
ضابطه طراحی سیستم قاب خمشی برای 25 درصد نیروی زلزله ضابطه ای برای حداقل مقاومت مورد نیاز قاب خمشی می باشد و دیگر نیازی به کنترل تغییر شکل جانبی نمی باشد حتی اگر تغییر مکان قاب از سیستم دوگانه بیشتر شود.
آیین نامه ها برای طراحی قاب خمشی (شامل) قوانینی چون ترکیب بار ویژه، تاثیرات پیچش (برروی قاب خمشی بصورت سیستم مستقل و مقتضیات شکل پذیری اتصالات می باشد)که باید برای طراحی قاب خمشی به عنوان سیستم ثانویه به کار رود .کمیته زلزله اعلام می کند که هیچ قانون و طراحی اضافی برای طراحی قاب خمشی تنها به عنوان سیستم(مستقل) وجود ندارد .
بعلاوه اگر ستون هایی به عنوان المان مرزی در دیوار وجود دارد آن ها باید باید برای نیروهای واژگونی دیوار طرح شوند.
اگر برای طراحی سیستم دوگانه از آنالیز دینامیکی استفاده نمودید دیگر نیازی نیست از آنالیز دینامیکی برای طراحی قاب تنها استفاده کنید و از 25 درصد نیروی جانبی به صورت بار استاتیکی برابر با 25 درصد نیروی برشی سیستم دوگانه با همان ضریب K برای طراحی قاب استفاده می شود.
انواع سیستم های دو گانه: در جدول ASCE انواع سیستم دو گانه با قاب خمشی ویژه( 13 ) و متوسط (8تا) معرفی شده که براساس مقررات NEHRP سال 2003 است در CBC نیز (15) نوع شامل( 6) سیستم دوگانه با قاب خمشی ویژه (3) تا با قاب خمشی متوسط) ، (5) تا با قاب خمشی معمولی و یک سیستم قاب خمشی به همراه دیوارهای بنایی نیز معرفی شده است. در ASCE ضریب رفتار از 8 تا 3 متغیر است و در CBC ضریب رفتار از 8.5 تا 4.2 متغیر می باشد.
جدول 1 به طور خلاصه انواع مختلف سیستم های دوگانه را نشان می دهد خط تیره نشان می دهد که این سیستم در آیین نامه نیامده است .NP نشان می دهد که این سیستم برای منطقه با خطر زلزله 3 یا 4 در CBC و یا مناطق لرزه خیزی دسته D از ASCE قابل استفاده نیست.
جدول 1 تفاوت زیاد بین منابع را نشان می دهد. برخی از سیستم هایی که ASCE اجازه استفاده در مناطق با لرزه خیزی بالا را نمی دهد در CBC وجود ندارند. و همچنین سیستم های کامپوزیت در CBC نیامده است اگرچه می تواند شکل پذیری مناسبی (جهت استفاده در کالیفرنیا) داشته باشند .CBC بر عکس آیین نامه ASCE فرقی بین سیستم های معمولی و ویژه دیوار نگذاشته است.همچنین تعاریف و الزامات قاب خمشی ویژه و معمولی فولادی در دو سند متفاوت می باشد.
بعضی از سیستم های دوگانه دارای R برابر یا کمتر از سیستم های دیوار برشی یا مهاربندی شده دارند به نظر می رسد مزیتی در استفاده از آن ها نیست چون استفاده از این سیستم های دو گانه در شرایط زلزله و مناطق لرزه خیزی بالا مناسب نیست.
برخی از سیستم هایی که در سال 2005 به 05-ASCE اضافه شده اند گرچه مشابه سیستم دوگانه می باشند ولی بعنوان سیستم دوگانه دسته بندی نمی گردند. ضریب شکل پذیری بالاتر برای سیستم دوگانه با مهاربند خروج از محور و مهاربند هایی که جلوی کمانش آن ها گرفته شده ولی باید اتصالات تیر به ستون برای ترکیب با نیروهای مهاربندی طراحی شوند. ضابطه اضافی برای طراحی تیر و ستون وجود ندارد .کمیته لرزه ای پیشنهاد می کنند که اتصال تیر به ستون باید ضابطه اتصال در قاب خمشی را ارضا کند و اگر اندرکنشی با مهاربندها دارد آن ر ا نیز باید در نظر گرفت.
یک سیستم سازه ای دیگر(مشابه سیستم دوگانه که در 05-ASCE7 آمده است) سیستم دیوار برشی معمولی با قاب معمولی بتن آرمه است که شکل پذیری پایینی دارد و در مناطق با خطر زلزله بالا مجاز به استفاده از آن نیستیم و شکل پذیری پایین دارد.
برای ارتفاع سیستم دو گانه محدودیت وجود دارد. این محدودیت هاهمانند محدودیتهای سیستم ترکیبی میباشد در تفسیر NEHRP آمده است محدودیت های 100 فوت و 160 فوت اختیاری است .محدودیت 50 متر حداکثر ارتفاع مجاز ساختمان در لس انجلس را نشان می دهد. جدول 2 محدویت ارتفاع (در -7ASCE 05 ) را نشان می دهد. برای بسیاری از سیستم ها ارتفاع بیش از 160 فوت فقط برای سیستم دوگانه مجاز است که یکی از دلایل استفاده از این سیستم هاست.
نکات عملکردی
رفتار و عملکرد سیستم های دو گانه از زمانی که شروع به استفاده از آن ها نمودیم رو به تکامل و پیشرفت است .در گذشته از دیوارها به صورت پراکنده در محیط ساختمان به همراه یک قاب خمشی استفاده می گردید اما امروزه بیشتر یک هسته برشی به همراه قاب خمشی متصل به آن و در اطراف آن برای پایداری پیچشی و افزایش ضریب اطمینان ساختمان ها استفاده می گردد. اندرکنش بین دو سیستم قاب و دیوار (با افزایش ارتفاع ساختمان افزایش می یابد). در ساختمان های کوتاه اندرکنش کمی بین قاب و دیوار برای مقابله با نیروهای زلزله است.
در ساختمان هایی با ارتفاع متوسط و ارتفاع زیاد تفاوت تغییر شکل دو سیستم نیروهای طراحی قاب و دیوار را دیکته می کند.در طبقات بالا قاب نزدیک به صد در صد نیروی زلزله را می گیردولی در طبقات پایین سیستم اولیه یا دیوار نیروهای زلزله را می گیرد. بنابراین عملکرد غیر الاستیک از قاب در طبقات فوقانی به دیوار در طبقات تحتانی می رسد.
عملکرد سیستم دوگانه به تغییر شکل ها بسیار وابسته است و باید هنگامی که سیستم اولیه به سطحی از خرابی رسید و تغییر شکل زیادی در آن رخ داد سیستم (ثانویه)به عنوان یک پشتیبان در مقابل بارهای جانبی عمل نماید. سیستم ثانویه وقتی با سیستم اولیه سازگار باشد می تواند موجب توزیع مجدد بارهای جانبی گردد وقتی سیستم اولیه به مرز خرابی رسیده باشد. وقتی تغییر شکل و شکل پذیری دو سیستم سازگار نباشد، عملکرد کلی نمی تواند قابل قبول باشد. برای مثال برای مهاربند با شکل پذیری بالا که از کمانش آن جلوگیری شده است نمی توان از قاب خمشی با شکل پذیری متوسط استفاده نمود.
در ساختمان های با ارتفاع متوسط (ویا بلند) دوران و تغییر شکل قاب در طبقات بالا زیاد است و ممکن است قاب اول جاری شود و در این جا دیوار یا هسته مرکزی به عنوان سیستم ثانویه عمل می کند. به همین دلیل در ساختمان های با ارتفاع متوسط و بلند قاب خمشی باید از نوع ویژه باشد اما در ساختمان های کوتاه می تواند متوسط باشد. تا بتوان از عملکرد سیستم دوگانه بهره برد.
این قضیه در آیین نامه های کنونی دیده نشده است. برای مثال ASCE سیستم های دوگانه زیادی با قاب متوسط را در جدول خود آورده است مثلا قاب خمشی متوسط برای ساختمان با ارتفاع 35 فوت قابل استفاده نیست اما به صورت دوگانه قابل استفاده است. اگر دیوار ها یا سیستم مهاربندی برای 100 درصد نیروی زلزله طرح شود این قضیه دیگر اهمیتی ندارد )در صورتی که با توزیع نیروها بر اساس سختی نسبی و آنالیز کششی، استفاده از سیستم قاب خمشی ویژه الزامی میباشد. باید این نکته را در نظر داشت که در ساختمانهای ارتفاع متوسط یا بلند، طراحی سیستم اولیه نقش مهمی در محدود سازی جابحایی دارا می باشد.
محدودیت ارتفاعی برای سیستم دوگانه بسته به نوع رفتار سازه ای آن دارد و به جغرافیای سازه ارتباطی ندارد . اما آیین نامه ها براساس لرزه خیزی نواحی گوناگون ممکن است محدودیت های مختلفی را برای سیستم دوگانه ارائه نمایند.
کمیته زلزله از رفتار سیستم دوگانه در زلزله های گذشته کاملا آگاه نیست و ساختمان های با سیستم دوگانه پس از زلزله 1989 مورد بررسی قرار نگرفته اند و در زلزله 1994 نورتریج هم تعداد بسیار کمی ساختمان با سیستم دوگانه موجود بود.
پیشنهادات
در مناطق لرزه خیزی D,E,F,SDC نباید از سیستم IMRF یا OMRF استفاده نمود. همچنین وقتی شکل پذیری قاب خمشی نسبت به مهاربند یا دیوار کم باشد استفاده از این سیستم دوگانه با فلسفه اصلی سیستم دو گانه (در تضاد می باشد).
در ASCE مقدار ضریب شکل پذیری و محدودیت ارتفاع برای برخی از سیستم های دوگانه با قاب خمشی متوسط مناسب نیست.
مادامی که آنالیز غیر خطی مناسب انجام گیرد و همه المان های سیستم لحاظ گردند، بکارگیری ترکیبی سیستم های جانبی مجاز باشند.
استفاده از آنالیز غیر خطی در سیستم های دوگانه برای اطمینان از سازگاری قاب خمشی و سیستم مهاربندی پیشنهاد می گردد.
تعریف منطقی از مقاومت 25% در سیستم ثانویه ارائه گردد. در برخی از سیستمهای ترکیبی به مقاومت بیشتر یا کمتری نیاز میباشد ویا آنالیز غیر خطی جهت توجیه کارکرد یک سیستم مورد نیاز باشد.
هنگامی که از سیستم دوگانه همراه با مهاربند استفاده می کنید در مکان هایی که لازم است اتصالات صلب قاب خمشی باید بتوانند نیروهای وارده از مهاربند را نیز تحمل کنند و این اتصالات باید الزامات سیستم دو گانه را ارضا نمایند.
توسعه برنامه های کامپیوتری به ما اجازه می دهد نیروها و تغییر شکل ها برای سیستم دوگانه را به طور مجزا با توجه به برش پایه آیین نامه بدست آوریم.
سیستم دوگانه با قاب خمشی ویژه باید مقررات شکل پذیری آیین نامه را ارضا کند. در کمیته زلزله مطالعاتی برای بدست آوردن سیستم بهینه دوگانه با سختی بهینه برای قاب و سیستم مهاربندی انجام می گیرد .
گرچه 25 درصد نیروی زلزله از سال 1961 در آیین نامه موجود است اما مقدار این 25 درصد از نیرو بوسیله آنالیز غیر خطی تایید نگردیده است روش های جدید برای بدست آوردن مقاومت و سختی قاب قابل استفاده هستند. این مطالعات برای ساختمان های با ارتفاع مختلف و سیستم های مختلف راه های گوناگون طراحی را بررسی می کنند.
مطالعات آنالیز غیرخطی بر روی سیستم های متفاوت باربر جانبی نشان می دهد جلوگیری کردن از فروریزش ساختمان ملزم داشتن سختی لازم برای مقاومت در برابر اثرات پی دلتا بر روی تغییر مکان واقعی سازه است. بنابراین مطالعات اثرات پی دلتا بر روی قاب خمشی می تواند بر سیستم دوگانه تاثیر زیادی داشته باشد.
9- آنالیز قاب تنها برای 25 درصد نیروهای جانبی
هنگامي كه از سیستم دوگانه استفاده مي شود بخش 12-2-5-1 از استاندارد طراح را ملزم به طراحي قاب خمشي برای 25 درصد كل برش پایه ساختمان مي كند. این محدودیت به ما اطمینان مي دهد كه سازه از شکل پذیری اضافه تری برخوردار است و مي توان ضریب شکل پذیری را از 6 برای قاب خمشي بتني ویژه به 7 برای سیستم دوگانه افزایش داد. مدلسازی سازه برای این 25 درصد نیروی زلزله همانند مدلسازی سازه اصلي با نرم افزار ETABS با یک مدل ریاضي است با این تفاوت که قطعات دیوار از این مدل حذف می گردند.(ضریب R طبق آیین نامه های همان زمان مي باشد).
المان های مرزی دیوار باید در مدل باقی بمانند تا رفتار قاب های داخلي(قاب های 3و4و5و6) به صورت منطقي و درست آنالیز گردد.این موضوع قابل بحث است كه حذف نکردن المان های مرزی دیوار در مدل 25 درصد نقض مقررات است چون این المان ها بخش هایي از دیوار هستند. به هر صورت دراین حالت ستون ها برای قاب های خمشي كه در مجاورت دیوارها و آنهایي كه در جهت طولي هستند مورد نیاز است و اندكي در مقابل پیچش نیز مقاومت می کنند.
چون این هشت المان مرزی فقط سهم كوچکي (حداكثر 15 درصد) از كل برش پایه را در مدل 25 درصد تحمل مي كنند مي توان قضاوت كرد كه مقررات سیستم دوگانه ارضا شده است. باید دقت شود كه منظور استاندارد استفاده دوگانه از سیستمهای همسطح وقاب خمشي و دیوارهای برشي نمی باشد.
نیروی برش پایه برای آنالیز دینامیکي باید با 25 درصد نیروی برش پایه سیستم دوگانه مقیاس گردد. طیف در این حالت با نیروی
مقیاس مي گردد.گرچه این روش ممکن است به نیروی برش طبقه 25 درصدی سیستم دوگانه در MRSA منتج نگردد اما مقرات استاندارد را ارضا مي نماید.(ضریب 0.85 در 05-ASCE7 به منظور مقیاس نمودن نیروی برشي آنالیز مودال با نیروی برشي معادل استاتیکي مي باشد).
نتایج برای قاب های محور 2 و 1 و3 به ترتیب در شکل های 7-7 و 7-8 و 7-9 آمده است.قاب های 6 و 7و 8 نیز متقارن همین قاب ها هستند و قاب 4 و 5 نیز مشابه قاب 3 هستند.
در این شکل ها آنالیز اصلي (سیستم دوگانه با دیوار) با خط پر رنگ و سیستم قاب تنها با خط نقطه كمرنگ نشان داده شده است. با مشاهده اشکال در مي یابیم كه قانون 25 درصدی صرفاجهت كنترل طبقه تحتاني ساختمان بکار می رود. بنابراین برای تیرها و ستون ها مقدار بیشتر نیروی فایل اصلي و فایل 25 درصد برای طراحي استفاده مي گردد. مثلا در این مثال كه شامل طراحي قاب طبقات وسطي نیز می باشد، سیستم دوگانه خود به خود قانون 25 درصد را ارضا مي كند.
11– نتیجه گیری نهایی:
از تمامی مطالب ذکر شده و به خصوص مطالب NEHRP و SEAOC در می یابیم که:
1- دیوار برشی و یا مهاربند باید از مدل ریاضی که برای آنالیز 25 درصد نیروی جانبی ساخته می شود .حذف گردد زیرا همواره در متن آیین نامه ها از لغت مستقلاً و یا به تنهایی برای این آنالیز استفاده شده است .این عمل می تواند با سختی صفر دیوار نیز انجام گیرد در این صورت وزن دیوار نیز در مدل وجود خواهد داشت سختی ناچیز به دیوار باعث عدم مشارکت دیوار در مقابله با نیروی جانبی 06 درصد نخواهد شد.
2- کنترل حداقل مقاومت 25 درصد برای قاب ها به تنهایی یک کنترل به منظور مقاومت حداقلی قاب های خمشی می باشد نه یک سیستم سازه ای مجزا.
مطلب فوق بسیار مهم است به طور مثال در سازه های فلزی کنترلی برای ستون ها وجود دارد و آن اینکه ستون باید مقاومت کافی در برابر نیروی محوری (بدون در نظر گرفتن نیروی برشی و لنگر خمشی) ناشی از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته را دارا باشد این کنترل برای المان های نیرو کنترل می باشد. و هدف آن در ناحیه خطی قرار گرفتن این نوع المان ها می باشد اما هیچ گاه ما ستونی نخواهیم داشت که روی آن لنگر نباشد در مورد کنترل 25 درصد نیروی جانبی قاب خمشی نیز یک کنترل است که آیین نامه به یک منظوری می خواهد بنابراین نباید استدلال شود که دیوار برشی نیز باید در مدل دیده شود چون واقعیت این است!
بنابراین با مطلب مهم بند 2 می توان نتیجه گرفت که:
- نیازی به کنترل drift در مدل 25 درصد نداریم.
- نیازی به در نظر گرفتن نیروی زلزله در دو جهت(100/30) نداریم.
- نیازی به در نظر گرفتن نیروب قائم زلزله به همراه 25% نیروی جانبی زلزله نمی باشد.
3- المان های مرزی دیوارها نباید از مدل جدید حذف شود.
همانطور که می دانیم در طراحی دیوار برشی طرح المان مرزی بسیار مهم و به دو روش انجام می گیرد و نتیجه نهایی طراحی المان مرزی به مشابه یک ستون با خاموت گذاری ویژه و یا متوسط می باشد بنابراین همانطور که در NEHRP ذکر شد اگرچه حذف المان مرزی نقض این مقررات (حذف دیوار برشی) می باشد اما به منظور پایداری و تعادل در مدل جدید باید المان مرزی را نگه داشت.
در دیوارهایی که به ضخامت حداکثر 35 سانتی متر طراحی می شود تیرهایی که عمود بر دیوار به آن وصل می شوند طول گیرداری کافی برای آرماتور نخواهند داشت به همین دلیل طراح در انتهای دیوار ستون سرکله می گذارد که باعث افزایش مقاومت دیوار نیز خواهد شد همچنین آرماتور عمود بر دیوار طول گیرداری کافی خواهد داشت.
این ستون های سر کله را همواره مثل یک ستون خاموت گذاری می کنیم این ستون ها در بعضی موارد می توانند همان المان مرزی بوده و یا حتی المان مرزی داخل دیوار نیز بشود همچنین آیین نامه برای دیوارهایی که نیاز به المان مرزی ندارند حداقلی برای آن قائل گردیده است.
بنابراین استفاده از این المان مرزی کاری منطقی و قابل دفاع در مدل سازه ای 25 درصد می باشد.
4- توزیع نیروی جانبی زلزله 25 درصد باید طبق توزیع نیروهای سیستم دوگانه انجام گیردنه براساس توزیع آن طبق مدل سازه ای 25 درصد(قاب خمشی).
همانطور که قبلاً ذکر شد در سیستم دوگانه در طبقات بالا قاب ها بیش از 25 درصد نیروهای جانبی را متحمل می شوند بنابراین توزیع نیروها برای مدل سازه ای 25 درصد که قاب خمشی بدون دیوار می باشد باعث افزایش نیروهای زلزله در طبقات بالا(به خاطر کاهش سختی و یا افزایش پریود و افزایش ضریب K) می گردند که در این صورت طبقات بالا متحمل نیروهای بیشتر از حد خواسته شده می گردند که در نهایت باعث لنگر واژگونی بزرگتری در طبقات پایین می گردند.
اگرچه توزیع نیروهای زلزله توسط آنالیز طیفی (مودال) بسیار بهتر و مناسب تر از توزیع نیروهای معادل استاتیکی می باشد ولی در این مورد خاص نباید از آنالیز طیفی استفاده کرد بلکه باید از آنالیز معادل استاتیکی بهره برد.
اگر چه می توانیم در سیستم دوگانه نیروهای توزیع شده طبقات در آنالیز طیفی را بدست آورده آن را در 25 درصد ضرب کرده و توسط یک حالت بار معادل استاتیکی در مدل 25 درصد اعمال نماییم.
11– چگونگی انجام آنالیز توسط نرم افزار ETABS:
1- از فایل اصلی (سیستم دوگانه) یک فایل جدیدSAVE AS میگیریم در مدل جدید تمام دیوارها(المان های سطحی) را حذف می کنیم. المان های خطی (ستون های سر کله) انتهای دیوار را حذف نمی کنیم. اگر ستون سر کله نباشد باید بعد از طراحی المان مرزی آن را به عنوان یک المان خطی در مدل جدید 25 درصد تعریف کنیم. در برخی موارد ممکن است المان مرزی بزرگتر از ستون سرکله باشد در این صورت باید آن را نیز در فایل جدید مدل کرد.
2- سختی های خمشی تیر و ستون را به ترتیب 0.35 و 0.7 می دهیم.
3- تیرهایی که داخل دیواربرشی شاید مدل کرده باشیم بهتر است چه در مدل اصلی (سیستم دوگانه)و چه در مدل جدید(25 درصد) مفصل کنیم.
نیروهای توزیع شده طبقات را در مدل اصلی بدست می آوریم اگر آنالیز شما روش معادل استاتیکی باشد توزیع نیروها در طبقات ناشی از زلزله در جهت EX) X)و زلزله در جهت Ey) Y) را در منوی Story Shear بدست می آوریم.
اما اگر آنالیز شما روش تحلیل طیفی باشد از همان منوی Story Shear توزیع نیروها ناشی از طیف در جهت X و Y را بدست می آوریم اعدادی که در Story Shear در برش طبقات وجود دارد نیروی برشی تجمعی می باشد که باید نیروی برشی طبقه بالا را از نیروی برشی طبقه پایین کسر نمود تا نیروی برشی طبقه پایین بدست آید.
نکته: به نظر بنده در مدل اولیه (سیستم دوگانه) بهتر است همواره از آنالیز طیفی (مودال) استفاده نمود چون توزیع نیروها در آنالیزمودال این نوع سیستم با توزیع معادل استاتیکی متفاوت می باشد در صورتی که در قاب های خمشی متعارف این توزیع نیروی دو روش تحلیل خیلی به یکدیگر نزدیک می باشند.
5- تمامی نیروهای بدست آمده در مرحله چهارم را در ضریب 0.25 ضرب می کنیم تا نیروهایی که در جهت X و Y در مدل جدید(25 درصد) توزیع می شود بدست آید.
6- در منوی Static Load شش حالت بار Snx،Spx,Spy،Sy،SxوSny از نوع Quake و User Load را طبق شکل ذیل تعریف می کنیم.
Sx: نیروی 25 درصد درجهت X بدون پیچش تصادفی
Spx: نیروی 25 درصد درجهتX با پیچش تصادفی 0.05+
Snx: نیروی 25 درصد درجهت X با پیچش تصادفی 0.05-
Sy: نیروی 25 درصد درجهت Y بدون پیچش تصادفی
Spy: نیروی 25 درصد درجهت Y با پیچش تصادفی 0.05+
Sny: نیروی 25 درصد درجهت Y با پیچش تصادفی 0.05-
طبق شکل ذیل نیروهای 25 درصد بدست آمده از مرحله چهارم را به سازه اعمال می کنیم.
7- با آنالیز مدل جدید و بدست آوردن نیروهای داخلی برای المان های تیر و ستون المان ها را برای ماکزیمم نیروهای بدست آمده از مدل اولیه(سیستم دوگانه) و مدل جدید( 25درصد) طراحی می کنیم.
دیدگاه خود را در مورد مطلب این صفحه بنویسید