خلاصه

بررسی عملکرد ساختمانها در زلزلههای گذشته نشان میدهد که معمولا ساختمانهای نامتقارن نسبت به ساختمانهای متقارن در برابرزلزله آسیب پذیرترند . یکی از مواردی که باعث نامتقارنی ساختمانها میشود قرارگیری نامناسب مهاربندها در ساختمان میباشد که تحت عنوان خروج از مرکزیت سـختی بیـان میشود. اکثر تحقیقاتی که در زمینه تاثیرخروج از مرکزیت سختی و ایجاد پیچش در سازه انجام شده است محدود به ساختمانهای یک یـا دو طبقـه و بـا دهانههای کم میباشد. در این تحقیق ابتدا عملکرد لرزهای چند ساختمان فولادی متقارن ۳) و ۵ و ۸ طبقه) با کـاربری مسـکونی و دارای سیسـتم مهاربنـد واگرا مورد بررسی قرارگرفته است ، سپس در همین سازهها با جابجا کردن محل مهاربندها در یک جهت ساختمانهای نامتقـارن ایجـاد کـرده و تحلیـل و طراحی انجام میشود. تمامی تحلیل ها وطراحیها دراین تحقیق براساس آیین نامههای موجود در کشور انجام شده است ، همچنین جهت بررسـی پـیچش در سازهها از تحلیل استاتیکی غیرخطی استفاده شده است که الگوی بارگذاری استفاده شده در تحلیل اسـتاتیکی غیرخطـی الگـوی بـار گـذاری مثلثـی و یکنواخت میباشد. درادامه نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی با نتایج تحلیل تاریخچهی زمانی غیرخطی مقایسه شـده اسـت ، پـارامتر مـورد اسـتفاده در ایـن تحقیق برای مقایسه ، تغییرمکان نسبی بین طبقات وبرش پایه میباشد.نتایج حاصل از این تحقیق نشان میدهد که در تحلیـل اسـتاتیکی غیرخطـی در اکثـر مدلها با خروج از مرکزیتهای مختلف ، تحلیل پوشآور با توزیع بار مثلثی نتایج بهتری میدهد ، به این معنی که نتایج حاصل از این الگوی بارگذاری با نتایج حاصل از تحلیل تاریخچهی زمانی غیرخطی همخوانی دارد. نتیجهی پایانی این تحقیـق ایـن اسـت کـه بـا افـزایش خـروج از مرکزیـت و ارتفـاع در ساختمان نتایج تحلیل پوشآور به نتایج تحلیل تاریخچهی زمانی غیرخطی نزدیکتر میشود .
کلمات کلیدی : تحلیل پوشآور ، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی ، تغییر مکان هدف ، ساختمانهای نامتقارن .

-۱ مقدمه

بررسی انجام شده بر روی اثرات زمین لرزه نشان می دهد که سازه هایی که با این آیین نامه های متداول طراحی شده اند،از لحاظ تامین امنیت و سلامت جـانی عملکرد خوبی دارند ولی فاقد مکانیزم لازم جهت کنترل ساختمان در سطوح عملکرد متفاوت می باشند در زلزلـه ۷/۱ ریشـتری لومـا پریتـا (Loma Prieta) وزلزله ۶/۷ ریشتری نورتریج (Northridge) در ایالات متحده ساختمانهایی که براساس استاندارهای جدید طراحی شده بودند تلفات جـانی نـاچیزی داشـتند ولی گستردگی خرابیهای ساختمانها،زیانهای اقتصادی و مالی زیادی بوجود آورده بود . این امر سبب شد تا نیاز شدید بـه دسـتورالعملها و آیـین نامـه هـایی کـه قابلیت کنترل کردن میزان خسارات در زلزله های متوسط را دارا باشند احساس شود در نتیجه مجموعه آیین نامـه هـا و دسـتوراتی مبتنـی بـر طراحـی بـر اسـاس

-۱ استادیار دانشکده فنی ومهندسی ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز -۲ کارشناس ارشد عمران ـ سازه ، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران مرکز -۳ کارشناس ارشد عمران ـ سازه ، دانشگاه تبریز

۱

عملکرد ایجاد شدند از آن جمله می توان به دستورالعمل های SEAOC وATC40 وFEMA 274 اشاره کرد . در این آیین نامـه هـا بـرای هـر کـدام از قسمتهای سازه ای و غیرسازه ای ، سطوح عملکردی مشخص مـی شـود ۲].و[۱ بـا توجـه بـه سـطوح عملکـرد سـاختمان و سـطح خطـر زلزلـه یکـی از اهـداف عملکردی برگزیده می شود که این خود بستگی به اهمیت ساختمان و در خواست کاربران دارد . در ایـن مقالـه عملکـرد سـاختمانهای فلـزی ۳)و۵و۸ طبقـه )و تاثیر خروج از مرکزیت و عدم تقارن در عملکرد سازه ها،طی آنالیز غیرخطی استاتیکی برروی سازه ها مورد بحث و بررسی قرار گرفته است.

-۲ مروری بر مطالعات گذشته :

بررسی زلزله های اتفاق افتاده در سالهای گذشته نشام می دهد که ساختمانهای نامتقارن نسبت به ساختمانهای متقارن بیشتر آسیب می بینند براین اسـاس ضـوابط طراحی لرزه ای ویژه ای برای ساختمانهای نامتقارن وضع شده است.

اکثر روشهای که در ابتدا برای تحلیل استاتیکی غیرخطی ارائه گردید محدود به سازه های صفحه ای دو بعدی بوده،این روش فقط بـرای سـازه هـای متقارن قابل قبول می باشد اما در سالهای اخیر تلاشهای زیادی صورت گرفته تا این روش به سازه های نامتقارن که نیازمنـد تحلیـل سـه بعـدی مـی باشـد تعمـیم داده شود.

ازجمله محققین که در این مورد تحقیقاتی انجام داده اند می توان به Potuan Chen, Kevin R . Collinsاشاره کرد . [۳] این تحقیق بـر روی طراحی براساس عملکرد لرزه ای ساختمانهای فولادی نامتقارن با استفاده از تحلیلهای استاتیکی و دینامیکی غیرخطی انجام شد ،آنها با تعریف یک سیستم یک درجه ، آزادی معادل رفتار لرزه ای یک ساختمان نامتقارن دو طبقه را مورد ارزیابی قرار دادنـد و تـاثیر نـوع خـاک وسـطح خطـر زلزلـه را بـیش از پـیچش در طراحی ها موثر دانستند .

سو و یینگ [۴] پیشنهاد کردند که برای کاهش شکل پذیری تقاضا در سمت نرم در سـاختمانهای بـا توزیـع نامتقـارن سـختی ، بهتـر اسـت کـه مرکـز مقاومت تا حد امکان به مرکز جرم نزدیک گردد وهمچنین آنها خروج از مرکزیت مقاومت را پارامتری کم اثر در سیستمهای با توزیع نا متقارن جرم تشـخیص دادند.

سیامال و پیکائو [۵] در سال ۱۹۸۵ به بررسی مدلهای دو المانه در دو جهت اصلی ساختمان تحت تاثیر تحریکات سینوسـی پرداختنـد ،آنهـا نیـز نتیجـه گرفتند که خروج از مرکزیت سختی تاثیر قابل توجه بر تقاضای شکل پذیری المانهای باربر جانبی دارد .

در مطالعه ای دیگر گوئل وچوپرا [۶] به بررسی رفتار مدلهای نامتقارن با المانهای مقاوم در هر جهت اصلی پرداختند ،آنها نتیجه گرفتند کـه المانهـای عمود بر جهت زمین لرزه تاثیر بسزائی در کاهش حداکثر شکل پذیری تقاضا و تغییرمکان حداکثر دارند و دیگـر آنکـه تـاثیر ایـن المانهـا در مـدلهای بـا زمـان تناوب کوتاه ، بیشتر از مدلهای با زمان تناوب متوسط و بزرگ است.

مایسلیماج و سو [۷] در سال ۲۰۰۲ به بررسی آرایشهای متفاوت مراکز سختی ومقاومت و جرم با مدلهای یک طبقـه پرداختنـد . آنهـا چنـین اسـتدلال کردند که وقتی سازه در قسمت خطی قرار دارد رفتار سازه بستگی به موقعیت مرکز سختی دارد اما زمانیکه یکی از المانهای مقـاوم جـانبی جـاری مـی شـود بـا جابجایی محل برآیند نیروهای مقاوم جانبی از مرکز سختی به سمت مرکز مقاومت،اهمیت مرکز مقاومت در پاسخ سـازه افـزایش مـی یابـد . بنـابراین هـر دوی مراکز مقاومت و سختی در پاسخ سازه در مقابل زلزله از اهمیت برخوردار بوده و بایستی در طراحی مورد توجـه قـرار گیرنـد . آنهـا نتیجـه گرفتنـد کـه بهتـرین حالت زمانی است که مراکز سختی و مقاومت در دو سمت مرکز جرم قرار گیرند.

مقدم و تسو[۸] در سال ۲۰۰۲ مطالعاتی را روی تحلیل سه بعدی انجام دادندو یک روش اصـلاح شـده بـرای در نظرگـرفتن تـاثیرات پـیچش در سـازه های نامتقارن پیشنهاد کردند. در این روش تغییر مکان هدف از آنالیز الاستیک سازه حاصل می شد و برای المانهای مقاوم در برابر زلزله تغییرمکانهـای مختلفـی بدست می آمد که به این طریق تعداد زیادی تغییرمکان هدف برای سازه حاصل می شد و در ادامه بـرای آنـالیز پـوش آور ، از بارگـذاری بـر اسـاس نیروهـای حاصل از آنالیز طیفی الاستیک استفاده و با این نوع بارگذاری در واقع تاثیر مدهای بالاتر نیز تا حد زیادی لحاظ می شدو برای تحلیل سه بعدی سـازه ، آنـرا بـه قابهای مجزا از هم تقسیم کرده و آنها را تحت بارگذاری الاستیک طیفی به صورت دو بعدی مورد تحلیل قرار می دادندتا زمانی که المانها به تغییرمکان هـدف برسند. با استفاده از این روش نتایج خوبی را در مورد سازه با سیستم قاب خمشی بدست آوردند.

۲

-۳ معرفی مدلهای مورد مطالعه :

در این مقاله از ۹ سازه،۳و۵و۸ طبقه به صورت متقارن و نامتقارن با خروج از مرکزیت ۱۰درصد و ۲۰ درصد استفاده شده است . همه ساختمانها از نوع اسـکلت فولادی دارای مهاربند واگرا هستند که ارتفاع همه طبقات ۳ متر می باشد . همه ساختمانها دارای پنج دهانـه چهـار متـری در راسـتای طـولی وچهـار دهانـه پـنج متری در راستای عرضی است.

برای هر سازه با طبقات ۳و۵و۸ طبقه یک حالت متقارن ویک حالت با۱۰ درصد خروج از مرکزیت و حالت دیگر بـا ۲۰ درصـد خـروج از مرکزیـت سختی در یک جهت (جهت (Y و روی یک محور در نظر می گیرند.