چکیده

در سالهای اخیر، دلایل گوناگون اقتصادی، سیاسی، اجتماعی و افزایش جمعیت موجب رونق ساخت سازه های بلندمرتبه در کشورهای در حال توسعه شده است. به علت اهمیت اقتصادی و انسانی چنینی سازه هایی، انتخاب سیستم های مقاوم جانبی که علاوه بر تامین امنیت جانی از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نیز باشند، چالش مهمی در ساخت سازه های بلند مرتبه بوده است. سیستم های مقاوم جانبی دوگانه مشتمل بر قاب خمشی و دیوار برشی، یکی از رایج ترین سیستم های مقاوم جانبی در سازه های بلند می باشند. تفاوت شکل تغییر یافته دیوار و قاب تحت بار جانبی، باعث کاهش تغییر شکل و افزایش سختی کل سازه می شود. از طرفی محل قرارگیری دیوار برشی به نحوی که رفتار سازه در برابر نیروهای جانبی بهینه شود مساله مهمی در طراحی اولیه سازه های بلند می باشد.در این تحقیق شش مدل مختلف قرارگیری دیوار برشی در پلان یک سازه سی طبقه بتنی بررسی شده اند. مدل ها بر اساس آیین نامه بتن ACI-318-08 طراحی و بر اساس آیین نامه بارگذاری ASCE/SEI-7-10 تحلیل طیفی دینامیکی شده و نتایج دریفت و جابجایی بیشینه سازه مقایسه شده اند.در نهایت توصیه هایی برای بهبود رفتار سازه و کاهش دریفت سازه از طریق بهینه سازی محل قرارگیری دیوار های برشی ارایه شده است.

واژه های کلیدی:سازه های بلند،سیستم دوگانه،دیوار برشی،عملکرد لرزه ای

۱

مقدمه

از زمان پیدایش سازه های بلندمرتبه، شمار فراوانی از سیستم های مقاوم جانبی مانند سیستم های لوله ای۱، قاب با هسته مرکزی۲، سیستم های معلق، قاب با کمربند خرپایی و … برای مقابله با تغییر شکل های جانبی پیشنهاد شده اند. انتخاب سیستم مقاوم جانبی مناسب به عوامل گوناگونی همچون پلان داخلی، مواد، روش اجرا، معماری و شکل خارجی ساختمان، موقعیت و مسیر سیستمهای تاسیساتی و سرویس، نوع و مقدار بار جانبی و ارتفاع ساختمان بستگی دارد. هرچه ساختمان بلندتر و لاغرتر باشد، عوامل سازه ای اهمیت بیشتری می یابند (عادلی, .(۱۳۶۵

یکی از سیستم های رایج در سازه های بلند مرتبه، سیستم دوگانه دیوار برشی-قاب خمشی می باشد. سیستم های دوگانه به سیستم هایی گفته می شود که قاب خمشی به تنهایی بتواند % ۲۵ نیروی جانبی تحمل نموده اما ترکیب قاب خمشی و دیوار برشی برای % ۱۰۰ نیروی جانبی طراحی شود.

زمانی که یک سازه با سیستم مقاوم جانبی دوگانه تحت بار جانبی مثل باد یا زلزله قرار می گیرد، قاب به صورت برشی و دیوار به صورت یک ستون طره تغییرشکل می دهد. سازگاری تغییرشکل های افقی موجب ایجاد اندرکنش بین قاب و دیوار می شود. به این ترتیب که در طبقات فوقانی قاب دیوار را مقید کرده و در طبقات تحتانی دیوار قاب را مقید می کند و این اندرکنش موجب بهبود سختی و تغییرشکل سازه می شود .(Bungales, 1988)

استفاده از سیستم دوگانه قاب خمشی و دیوار برشی باعث کمتر شدن جابجایی افقی و لنگر خمشی در دیوارها نسبت به حالت وجود دیوارهای به شکل تکی، مهاربندی شدن ستونهای قاب و یکنواخت تر شدن برش در قاب ها می شود. مزیت های استفاده از سیستم دوگانه دیوا برشی-قاب خمشی موجب شده تا به صورت وسیعی در ساخت سازه های متوسط و بلند مرتبه (از ده تا پنجاه طبقه) استفاده شود (حاج کاظمی, .(۱۳۷۵

یکی از سوال هایی که در طراحی سیستم های دوگانه مطرح می شود، چگونگی قرارگیری دیوار برشی به نحوی که انرژی بیشتر را جذب نموده و سطوح دریفت طبقات را در حد مجاز نگه دارد می باشد. در این مقاله تلاش داریم تا ضمن بررسی شش سازه بتنی سی طبقه ای، به راهکارهایی برای بهینه کردن محل قرارگیری دیوارهای برشی دست پیدا کنیم.

مدل سازی

برای ارزیابی تاثیر محل قرارگیری دیوار برشی بر رفتار سازه بلند، شش ساختمان سی طبقه بتنی به ابعاد ۳۶ متر در ۴۲ متر در نرم افزار ETABS مدل شده است. پلان طبقات در ارتفاع یکسان بوده و مشتمل بر قابهای با دهانه های شش متری می باشد (شکل.(۱ ارتفاع طبقات ۳/۵ متر بوده و مساحت دیوار برشی در تمام مدل های یکسان نگه داشته شده تا تنها تاثیر نحوه قرارگیری مشخص شود. در مدلهای ۱ و ۲ دیوار برشی در گوشه ها و در مدلهای ۴ و ۵ دیوار برشی در دهانه های میانی قرار گرفته اند. تفاوت مدل های ۱ و )۲و یا ۴ و (۵ حرکت دیوار برشی به سمت دهانه های داخلی می باشد. مدل شماره ششم برای بررسی تاثیر قرارگیری دیوار برشی به صورت غیر ممتد نسبت به حالت ممتد طرح شده است.

بار مرده طبقات (منهای طبقه اول) ۳۰۰ کیلوگرم بر مترمربع و بار زنده برابر با ۲۰۰ کیلوگرم بر مترمربع انتخاب شده اند . بار زنده بام برابر با ۱۵۰ کیوگرم بر متر مربع و بار زنده طبقه اول(لابی) برابر با ۵۰۰ کیوگرم بر متر مربع انتخاب شده است . این اعداد به نحوی انتخاب شده اند که از مینی موم بار زنده معرفی شده در بخش چهارم آیین نامه ASCE/SEI 7-10 کمتر نباشند.

برای مدل سازی تیرها و ستونها از المان قاب و برای کف ها و دیوار برشی از المان پوسته استفاده شده است.برای بیشتر شدن دقت محاسبات دیوارها مش بندی ریزتری شده اند. مقاومت فشاری بتن به کار رفته در اجزای قابی و دیوار ها برابر با