۱ مقدمه

روشهای طراحی در اکثر آئین نامه های فعلی بر اساس معیار مقاومت میباشد و این در حالی است که تحقیقات و رفتار ساختمانها در زلزله های اخیر نشان میدهد که مقاومت را به تنهایی نمیتوان معیار مناسبی جهت طراحی در نظر گرفت و افزایش مقاومت لزوماً به معنای افزایش ایمنی نیست. بنابراین در آئین نامه های جدید معیار رفتار جایگزین معیار مقاومت برای طراحی سازه شده است. استفاده از معیار رفتار به این مفهوم است که در یک ساختمان علاوه بر مقاومت، نحوه توزیع مقاومت و تغییر شکل در اجزای سازه ای نیز مهم میباشد. این شیوه طراحی بر اساس رفتار سازه، طراحی بر اساس عملکردٌ نیز نامیده میشوند.

۱ -Performance Based Design

در این روشها، سطح عملکردی بر اساس میزان صدمه و خرابی مورد انتظار در اجزای سازه ای و غیر سازه ای مشخص میشود. با توجه به آنکه خرابی اجزای سازه ای باعث ایجاد رفتار غیر خطی میشود، روشهای معمول تحلیل و طراحی (روشهای خطی) عملکرد سازه را به صورت تقریبی تخمین می زنند، در حالی که هدف روشهای تحلیل لرزه ای، تعیین دقیق میزان تغییر شکل میباشد. به عبارت دیگر روشهای خطی زمانی قابل استناد میباشند که سازه تحت تراز مشخصی از حرکت زمین تقریباً در محدوده خطی باقی بماند و توزیع پاسخ غیر خطی در سازه نیز یکنواخت باشد. در این موارد میزان عدم قطعیت در نتایج حاصل از تحلیل خطی نسبتاً کم است. اما اگر هدف عملکردی در سازه به گونه ای باشد که نیازهای غیر خطی بزرگتری در سازه ایجاد شود، استفاده از روشهای خطی، میزان عدم قطعیت را افزایش میدهد. در حالی که تحلیل غیر خطی سبب افزایش ضریب اطمینان، افزایش ایمنی و کاهش هزینهها می گردد.

گامهای روش تحلیل غیر خطی مشابه روشهای خطی معمول است. ابتدا یک مدل از سازه تهیه شده و تحت اثر زلزله مورد نظر، در تعیین نحوه عملکرد سازه قرار میگیرد. پارامترهای نیاز مهندسی شامل تغییر مکان (تغییر مکان بام یا هر نقطه مرجع)، جابجایی بین طبقه ای و تغییر شکل و نیروی اعضاء میباشد.

همانطور که عنوان شد در روش طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد سازه برای سطوح مختلف عملکرد مورد انتظار، مرتبط با سطوح مختلف خطر زلزله طراحی میگردد. یک گام مهم در طراحی لرزه ای بر اساس عملکرد، تخمین پاسخ لرزه ای غیر خطی سازهها میباشد. برای این منظور دو روش توسط محققین ارائه شدهاند:
الف. تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطیٌ

این روش را میتوان دقیقترین روش برای تعیین پاسخ سازه در برابر زمین لرزه دانست که در آن تحلیل ویژگیهای دینامیکی غیرخطی سازه، توسط شتاب نگاشتهای معین صورت میگیرد.

ب. تحلیل استاتیکی غیرخطی فزاینده (پوش آور)ٍ

اگر چه بهترین و دقیقترین شیوه تحلیلی ارزیابی رفتار لرزه ای سازهها استفاده از تحلیل دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی است، با این وجود دستورالعملهای معتبر و آئین نامه های بهسازی لرزه ای ساختمان استفاده از روش تحلیل استاتیکی غیر خطی فزاینده (پوش آور) را به دلیل سادگی بهکارگیری و تفسیر نتایج آن توصیه کردهاند. روشهای تحلیل استاتیکی غیر خطی فزاینده به عنوان مبنای دیدگاه طراحی بر اساس عملکرد، به علت سرعت تحلیل و سادگی تفسیر نتایج در مقایسه با روشهای تحلیل دینامیکی غیر خطی، به طور گسترده مورد استقبال مهندسان طراح واقع شدهاند.

اساس روش تحلیل استاتیکی غیر خطی فزاینده (پوش آور) بر مبنای ارتباط دادن مشخصات سازه چند درجه آزادیَ به یک سازه یک درجه آزادیُ میباشد. در این روش دو مفهوم نیازِ لرزه ای و ظرفیتٌ سازه با تبدیل سازه

۱Nonlinear Time History Analysis- (NTHA) 2Nonlinear Static Analysis (Pushover Procedure) 3 -Multi Degree of Freedom-MDOF 4 -Single Degree of Freedom-SDOF 5 -Demand

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

به مدل یک درجه آزادی معادل با یکدیگر مقایسه میشود. ابتدا بارهای ثقلی بر روی سازه اعمال میشود. سپس یک الگوی بارٍ جانبی مشخص که در کل ارتفاع ساختمان توزیع شده است به سازه اثر داده می شود. در هر مرحله از فرآیند تحلیل، نیروی جانبی با آهنگ ثابتی افزایش پیدا میکند و بر اساس آن، مدل سازه برای اعمال اثر کاهش سختی اعضای تسلیم شده، اصلاح میشود. مجدداً در مرحله بعد نیز نیروی جانبی افزایش مییابد تا گروهی دیگر از اعضا تسلیم شوند. این روند ادامه پیدا میکند تا تغییر مکان در نقطه کنترلَ (مانند مرکز جرم بام ساختمان) به سطح مشخصی برسد و یا ساختمان ناپایدار شود. منحنی ظرفیت کلی ساختمان معمولاً از نمودار برش پایه- تغییر مکان بام به دست میآید. در این روش فرض بر آن است که شکل مودی غالب شکل مود اول میباشد.

.۲ معرفی سازههای مورد مطالعه

ساختمان مورد نظر اداری ۳ و ۶ و ۹ طبقه که دارای پلان یکسان با دهانه های ۶ متری میباشد و ارتفاع تمام طبقات ۳٫۲ متر میباشد، جهت ارزیابی در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتهاند .

سیستم مقاوم باربری سازه سیستم مهاربندی شده با بادبند همگرا میباشد. ساختمان برای شتاب مبنای طرح ۰٫۴۲۸g (PGA) با احتمال فراگذشت ۱۰% در ۵۰ سال و بر اساس آیین نامه تایوان طراحی شده است.

.۳ فرضیات مدل سازی

مدل سازی تیرها و ستونها توسط المان Displacement-Based Beam-Column Element و مقاطع چند لایه Fiber Section صورت گرفته است.

اتصالات اجزای سازهای و تکیه گاههاکاملاً صلب فرض شدهاند.

جرم و وزن موثر لرزه ای (شامل بار مرده بعلاوهی %۲۰ بار زنده) به صورت متمرکز و بر اساس سطح بار گیر روی گرهها اعمال شدهاند .[۱]

تیرهای اصلی و تیرهای پیوند از نوع A36 و ستونها و مهار بندهای سازه از جنس فولاد A572 بوده و با مصالح Steel02 کتابخانه نرم افزار OpenSees، با مشخصات زیر مدل می شوند (شکل ( ۱

E0 =200000000000 pa :مدول الاستیسیته :Fy(A36)=253109300 paمقاومت تسلیم :Fy(A572)=351534810 paمقاومت تسلیم

۱ -Capacity 2 -Load Pattern 3 -Control Point

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان

:b=0.1×شیب سختشوندگی

×

شکل : (۱) منحنی نیرو- تغییر شکل فولاد [۲]Steel02

.۴ رکورد زلزله های مورد بررسی

رکوردهای استفاده شده در این تحقیق، شامل ۷ رکورد نزدیک گسل از زلزله های بزرگ دنیا با نوع خاک C طبق مرجع USGS جدول (۱)میباشند. [۳]
هر گروه از این رکوردها، با هدف یکسان شدن تقریبی مقدار جابجاییهای هدف، با استفاده از روش پریود نسبت به طیف آیین نامه ۲۸۰۰ مقیاس شدهاند.[۴]شکل((۲

شکل : (۲) طیف های بدست آمده از رکورد زلزله ها

پنجمین کنفرانس ملی زلزله و سازه ۳ و ۴ اردیبهشت ماه۱۳۹۳ ، جهاد دانشگاهی استان کرمان