خلاصه

رشد روز افزون جمعیت در جهان و کمبود زمین در شهرهاي بزرگ لزوم استفاده از ساختمانهاي بلند را تشدید می نماید. لذا دستیابی به سیستمهاي سازه اي مناسب و کارآمد از لحاظ فنی و اقتصادي ضروري بنظر می رسد. در این نوشتار به مقایسه رفتار سازه ها با مهار بازویی (کمربند خرپایی) و مدلهاي بدون کمربند خرپایی پرداخته شده است. سازه ي مهار بازوئی داراي یک هسته مرکزي هستند که متشکل از دیوارهاي برشی و یا قابهاي مهاربندي شده می باشد. بدین منظور ابتدا سازه مورد بحث تحت تاثیر نیروهاي افقی و قائم بصورت استاتیکی تحلیل و طراحی شده، سپس با استفاده از آنالیز بار افزون تا مرحله خرابی تحلیل و با سایر سیستمهاي سازه اي مقایسه شده و بعنوان سیستمی مناسب شناخته شده است. امروزه بخش عمده اي از طراحی لرزه اي بر اساس روش استاتیکی معادل و محاسبه نیروي زلزله طراحی از طیف خطی زلزله با اعمال ضریب کاهشی به نام ضریب رفتار سازه انجام می گیرد. ضریب اخیر اعمال کننده کاهش نیروي جانبی سازه به دلیل فلسفه طراحی به کار رفته، اتلاف انرژي در اثر رفتار غیر ارتجاعی، میرائی سازه، اضافه مقاومت مصالح، تردي یا شکل پذیري اعضاء و اتصالات سازه، تجربه مهندسین به رفتار هر نوع سازه در زلزله هاي گذشته و سایر عوامل ثانویه می باشد

کلمات کلیدي: سازه هاي بلند، مهار بازویی، ضریب رفتار، شکل پذیري

۱٫ مقدمه

تجربه تاثیر زلزله هاي گذشته بر سازه ها نشان می دهد که سازه ها در هنگام زلزله رفتاري غیر خطی دارند و بدین دلیل مقدار قابل توجهی از انرژي ورودي زلزله را به صورت انرژي میرایی و پسماند تلف می کنند. بنابراین سازه ها را معمولا بر اساس ضوابط آیین نامه هاي زلزله براي نیروي زلزله اي که بسیار کمتر از نیروي لازم در حالت رفتار خطی الاستیک می باشد طراحی می نمایند. تحلیل رفتار و طراحی دقیق سازه ها در مقابل زلزله هاي شدید تنها با تحلیل غیر خطی میسر می باشد. این نوع تحلیل با توجه به وقت گیر بودن محاسبات و نیاز به نرم افزارهاي پیشرفته و دانش تحلیلی قوي، روشی پر هزینه بوده و انجام آن براي سازه اي معمولی در دفاتر مهندسی عملا غیر اقتصادي می باشد. بنابراین با توجه به سهولت و گستردگی روشهاي تحلیل و طراحی خطی سازه ها، امروزه روش متداول مورد استفاده در آیین نامه هاي طراحی لرزه اي کشورهاي مختلف، بر اساس تحلیل و طراحی سازه در محدوده خطی با نیروهاي تقلیل یافته زلزله می باشد. نیروي زلزله براي تحلیل و طراحی خطی سازه ها ، از یک طیف خطی زلزله بدست می آید. به منظور کاهش نیروي اعمالی زلزله بدلیل رفتار غیر خطی سازه ناشی از عواملی مانند شکل پذیري ، اضافه مقاومت و میرایی نیروي خطی محاسبه شده از طیف خطی طرح بوسیله ضریبی به نام ضریب رفتار سازه ( ( R ، کاهش پیدا می کند.[۱]

سازه هاي مهار بازوئی داراي یک هسته مرکزي هستند که متشکل از دیوارهاي برشی و یا قابهاي مهاربندي شده می باشد. هسته مرکزي توسط خرپاهاي بازو مانند یا شاه تیرها به ستونهاي خارجی متصل می شود. هنگامی که سازه تحت اثر بارهاي جانبی قرار می گیرد چرخشهاي صفحه اي قائم هسته بوسیله

١عضو هیات علمی دانشگاه ایلام

١

دومین همایش ملی پژوهش هاي کاربردي در »مهندسی عمران، معماري و مدیریت شهري«

۲nd National Conference on Applied Researches in Civil engineering, Architecture and Urban planning

بازوها از طریق کشش در ستونهاي جهت بارو فشار در ستونهاي جهت خلاف بار محدود می گردند.به علت زیاد بودن عمق مؤثر سازه اي این نوع سازه ها، سختی جانبی افزایش یافته و تغییر مکان جانبی و لنگر هسته به مقدار زیادي کاهش می یابد . از سازه هاي با مهار بازوئی براي ساختمانهاي ۴۰ تا ۷۰ طبقه استفاده شده است.( شکل [۲] (۱

شکل(١): (الف):سازه با مهار بازویی،(ب): سازه با مهار بازویی تحت بار جانبی

موقعیت بهینه مهار بازوئی (کمربند خرپایی) براي حداقل نمودن تغییرمکانها در سازه با یک مهار، تقریبا در نصف ارتفاع،مهار بازویی سازه با دو مهار تقریبا در یک سوم و دو سوم ارتفاع، مهار بازویی با سه مهار، تقریبا در یک چهارم، نصف و سه چهارم ارتفاع قرار می گیرند .[۳] شایان ذکر است در این نوشتار تعیین محل بهینه سازه بازویی مد نظر نبوده و مثالهاي انجام شده بصورت مقایسه اي می باشد.

۲٫ مبانی محاسبه ضریب رفتار

آیین نامه هاي طراحی در مقابل زلزله الاستیک باقی ماندن سازه را در مواجه با زلزله شدید الزامی نمی دانند. بلکه اجازه داده می شودتا سازه وارد پلاسـتیک شده وانرژي ناشی اززلزله رادر خود مستهلک نماید . عوامل اصلی موثر در برآورد این ضریب در اداممه بر شمرده می شودو روابط محاسباتی آن ارایه مـی گردد. [۲]

۱,۲ شکل پذیري

به ماده اي که هنگام مقاومت تغییر شکل قابل ملاحظه اي را تحمل کند، ماده شکل پذیر گویند. سازه هایی که اجزاي آنها داراي تاب تحمل تغییر شـکلهاي غیر ارتجاعی زیادي باشند، سازه هاي مناسبی براي مقابله با زلزله خواهند بود. براي تعریف شکل پذیري از منحنی نیرو – تغییرشکل کل سـازه اسـتفاده مـی گردد. نیرو ممکن است بصورت بار، لنگر و یا تنش باشد و تغییرشکهاي متناظر آنها تغییر طول،انحنا و کرنش می باشد