مدلسازی سازه

بررسی مدلسازه در حالت خطی
پس از جمع آوری اطلاعات لازم برای مدلسازی سازه جهت ارزیابی اولیه سازه تحت یک آنالیز خطی استاتیکی مطابق با آئین نامه ۲۸۰۰ قرار گرفت تا اولاً ضغف های آن مشخص گردد و ثانیاً نیاز به مقاوم سازی سازه بررسی گردد.

برای مدلسازی سازه از آنجا که طبقه زیرزمین سازه دارای دیوارهای آجری با کیفیت خوب و به ضخامت۵/۱ متر بوده و اطراف آن نیز خاک نسبتاً متراکم قرار دارد، و از طرف دیگر به دلیل پاره ای از مسائل دسترسی به تعدادی از اجزای سازه ای در طبقه زیرین ممکن نبوده و نیاز به عملیات سونداژ داشته است. به نحوی که اطلاعات کافی جهت مدلسازی دقیق غیرخطی برای سازه، فراهم نشده است. لذا در حالت خطی سازه در دو حالت با در نظر گرفتن طبقه زیرین و بودن در نظر گرفتن آن مورد بررسی قرار گرفته است و در هر حالت نیز بطور جداگانه اثرات سختی اتصال خورجینی روی رفتار سازه بررسی شده است.

در نهایت با مقایسه نتایج برای دو حالت با درنظر گرفتن زیرزمین و بدون درنظر گرفتن زیرزمین مشاهده می شد به دلیل سختی زیاد طبقه زیرین عملاً می توان تراز پایه را از طبقه همکف فرض نموده و از طبقه زیرزمین در مدلسازی سازه صرفنظر نمود.

در آنالیز استاتیکی سازه مشاهده می شود که سازه در تحمل بارهای قائم مشکلی نداشته و قادر به تحمل بارهای مرده و زنده اختصاص داده شده باشد. از طرف دیگر سازه در تحمل بارهای جانبی بسیار ضعیف بوده و تنش های تعداد زیادی از تیرها، اتصالات، و بخصوص ستونها فراتر از حد قابل تحمل مصالح بوده و لذا ضعف مفرط سازه در تمل بارهای جانبی مشاهده می گردد. علاوه بر ضعف سازه در تحمل نیروهای جانبی با توجه به زمان تناوب سازه در جهت های

مختلف مشاهده می گردد که سختی سازه بسیار کم بوده و عملاً زمان تناوب سازه بسیار بالاتر از حدود معمولی بای تاب ساختمان ده طبقه است. همینطور تغییر مکانهای کلی ونسبی سازه تحت نیروهای زلزله بسیار فراتر از حدود مجاز آئین نامه می باشد. بنابراین با توجه به نتایج گرفته شده از آنالیز خطی سازه نیاز سازه به مقاوم سازی کاملاً مشخص می باشد.

در ادامه با توجه به گستردگی نتایج بدست آمده خلاصه اهم نتایج بدست آمده در حالت خطی ارائه می شود.
تحلیل غیرخطی سازه موجود:
پس از مدلسازی در حالت خطی، سازه در نرم افزار Perform بصورت سه بعدی مدلسازی شد و تحت آنالیز استاتیکی غیرخطی قرار گرفته است.
به این منظور کلیه مشخصات اعضای تیروستون سامل مشخصات پلاستیک مقاطع مطابق با ضوابط FEMA356 محاسبه شده، و در نرم افزار مورد استفاده قرار گرفته است.

جهت ارزیابی سازه المانسای سازه به دو گروه کنترل شونده توسط نیزو و کنترل شونده توسط تغییر شکل طبقه بندی می شوند. در این ارتباط در قسمت های بعدی توضیحات بیشتری ارائه می گردد.

در آنالیز اولیه غیرخطی ساره در جهت x مشاهده می شود که مفاصل پلاستیک در تیر لانه زنبوری در ناحیه ای بین دو ورق تقویتی تیر که در آنجا تیر فاقد ورق پرکننده جان است تشکیل می گردد، و از آنجا که انتظار نمی رود تیرهای لانه زنبوری در این قسمت ظرفیت لازم جهت تغییر شکل پلاستیک را داشته باشند، لذا در مدلسازی تیر و در ناحیه های با جان غیرپر، تیری کنترل شونده توسط نیرو در نظر گرفته شده است بطوریکه هنگامی که لنگرهای وارده در این نواحی از حد الاستیک تجاوز نماید، تیر در نقاط موردنظر مقاومت خود را از دست می دهد.

با توجه به نتایج حاصله در این مرحله مشاهده می شود که در جهت y دیوار برشی به دلیل خردشدن بتن مقاومت خود را از دست می دهد و لذا منحنی ظرفیت سازه پله ای شکل بوده و بعد از اینکه دیوار برشی مقاومت خود را از دست می دهد، افت قابل توجهی در منحنی ظرفیت مشاهده می شود که سبب افزایش تغییر مکان هدف برای سازه می گردد.

به هر حال مشاهده می گردد ه که حتی در حالت ایمنی جانی، دیوارهای برشی و ستونهای زیادی در سازه دارای ظرفیت کافی نمی باشند و بعلاوه سازه دارای تغییر مکان هدف بسیار بالایی می باشد و در ضمن کلیه اتصالات خورجینی دارای دوران های پلاستیک قابل توجه فراتر از ظرفیت تحمل خود می باشند. همچنین در ساربندهای واگرا نیز ظرفیت تیرها کافی نبوده و دوران خمیری آنها فراتر از حدود مجاز مطابق دستورالعمل FEMA356 می باشد. لذا سازه از نظر دستورالعمل FEMA356 آسیب پذیر بوده و نیاز به مقاوم سازی دارد.

در جهتx نیز سازه به دلیل ضعف ساربندها وستونها وشکست تیرهای لانه زنبوری غیر شکل پذیر دارای ضعف های عمده ای می باشد که حتی در حالت ایمنی جانی تغییر شکلهای بسیار زیادی در سازه ایجاد می گردد و بعلاوه تعداد بسیار زیادی از ستونها نیز دارای ظرفیت مقاوم لازم نمی باشند و نیاز به تقویت دارند.
لازم به ذکر است که برای دستیابی به هدف بهسازی مبنا مطابق دستورالعمل FEMA356 علاوه بر حالت ایمنی جانی، ضواب مربوط به سطح عملکردی آستانه فروریزش نیز باید ارضاء گردد.
( نتابج شامل عکس فنی پوش لور و DCR ها و ….)

طیف مورد استفاده :
در این تحقیق از آنجا که هدف تنها مقایسه روشهای مختلف برای ارتقاء عملکرد لرزه ای سیستم می باشد. طیف انتخابی چندانی تأثرگذار و تها مبنایی برای مقایسه این روشها با یکدیگر است. از این ور در این تحقیق جهت سازگاری با نرم افزار مورد استفاده از طیف سه خطی ارائه شده در دستورالعمل ATC ،FEMA استفاده شده است. دلایل استفاده از این طیف به شرح زیر است:
۱- نرم افزار مورد استفاده تطابق و سازگاری بسیار خوبی با طیف های ACT داشته و از سوی دیگر بدلیل پاره ای از مشکلات نرم افزاری با معرفی طیف های دیگر مشکلاتی مشاهده نمی شود.

۲- از آنجا که دستورالعمل های FEMA,ACT برای ارزیابی استفاده می شود، بهتر است از طیف های ارائه شده و سازگار با این دستورالعمل استفاده گردد.
۳- آئین نامه ۲۸۰۰ ایران طیف مربوط به زلزله حداکثر مطابق با سطح خطر -۲ را ارائه نداده است. و لذا از آنجا که بدلیل هدف عملکردی موردنظر به این طیف نیز علاوه بر سطح خطر -۱ احتیاج می باشد. بهتر است از طیف های ACT که در آنها حالت زلزله حداکثر نیر پیش بینی شده است استفاده گردد.

شکل کلی طیف :ACT
برای تعریف طیف مطابق شکل تنها به مقادیر احتیاج می باشد. این ضراب که به ترتیب مربوط به ناحیه شتاب و سرعت می باشند، از روی جداول ارائه شده در فصل دوم۶۰ ACT تعیین می گردند. برای این منظور براساس مقادیر شدت لرزش که بصورت ضرائب Z.E.N بیان می شود و در آن Z ضریب لرزه ای مربوط به منقطه E ضریبی است که برای زلزله طراحی یا سطح -۱ برابر یک و برای زلزله حداکثر یا سطح خطر -۲ برابر ۵/۱ و برای زلزله حد سرویس برابر ۵/۰ منظور می شود. N نیز ضریب مربوط به نزدیکی گسل می باشد، مقادیر براساس نوع خا ک موردنظر تعیین می گرددند.

شکل ۱-۱: طیف ACT40
بنابراین با توجه به جداول ارائه شده مقادیر برای سطوح، سطح -۱ و سطح خطر -۲ تعیین می گردد.
در این تحقیق با فرض نوع خاک که مطابق با خاک نوع دوم در آئی نامه ایران است مقادیر در حالت سطح خطر-۱ مطابق با سطح عملکرد ایمنی جانبی به ترتیب برابر ۳۵/۰ و ۵۱/۰ تعیین شده است همچنین برای سطح خطر -۲ مطابق با سطح عملکرد آستانه فروریزش این مقادیر به ترتیب برابر ۵۲۵/۰ و ۷۴/۰ تعیین شده است.

– طبقه بندی اجزای سازه:
در ارزیابی عملکرد سازه اجزای سازه باید مطابق ضوابط و دستورالعمل FEMA به اجزای کنترل شونده توسط نیرو و اجزای کنترل شونده توسط تغیر شکل طبقه بندی می شوند. در فصول قبلی در رابطه با نوع رفتار هر یک از این اجزاء و منحنی رفتاری آنها توضیحاتی ارائه شده است. در اینجا بطور خلاصه اجزایی از سازه ک کنترل شونده توسط تغییر شکل و یا کنترل شونده توسط نیرو فرض شده اند، معرفی می گردند.
اجزای کنترل شونده توسط تغییر شکل:

در این تحقیق اجزای سازه ای زیر کنترل شوند توسط تغییر شکل فرض شده اند:
مهاربندهای همگرا، تیرهای رابط در مهاربندهای واگرا ستونهای تحت کشش، کلیه میراگرهای مورد استفاده، تیرهای خورجینی، درخمش و برش و اتصالات خورجینی و همچنین در کلیه ستونهایی که در آنها نیروی محوری فشاری کمتر از می باشد. تلاش خمشی کنترل شونده توسط تغییر شکل بوده و مقدار حداکثر دوران با توجه به فشردگی مقطع و مقدار نیروی محوری تعیین می شود.

اجزای کنترل شونده توسط نیرو:
اجزای سازه ای زیر مطابق دستورالعمل FEMAکنترل شونده توسط نیرو فرض می شوند. مهاربندهای سیستم های مهاربندی واگرا، نیروی فشاری در ستونها، کنترل شونده توسط نیرو بوده و بعلاوه در صورتی که نیروی محوری فشاری از تجاوز نماید تلاش خمشی نیز کنترل شونده توسط نیرو خواهد بود. همچنین کلیه مهاربندیهایی که میراگرها به آنها متصل می شوند، نیز کنترل شونده توسط نیرو خواهند بود، زیرا بدیهی است که برای عملکرد میراگرها، این مهاربندها باید بصورت الاستیک باقی بمانند.

– استفاده از میراگر TADAS :
مطابق با توضیحات ارائه شده در فصل مربوط به میراگر TADAS. مشخصات این میراگر برای سازه و جهات y,x برای مقادیر مختلف SR,V مطابق روش مشروحه تعیی شده است. و برای مدلسازی در برنامه Perform استفاده شده است. همچنین سخت شدگلی کرنشی میراگر با شیب ۵% در مدل دوخطی در نظر گرفته شده است. بنابراین با تعین تغییر مکان جاری شدن طبقات قاب و سختی طبقات سختی میراگر و نیروی جاری شدن میراگر با توجه به مقادیر SR,V مفروض قابل محاسبه و مدلسازی است. برای محاسبه از هر دو روش یعنی هم تحلیل خطی و هم تحلیل غیرخطی استفاده شده است البته نتایج حاصل از دو روش تفاوت اندکی دارند با این حال از نتایج حاصل از تحلیل استاتیکی غیرخطی، مشروحه در فصل مربوطه جهت تعیین و سختی طبقات استفاده شده است.
جدول ۱-۴- محاسبه مشخصات میراگر

برای این منظور در جهت x مشخصات میراگر برای ۴ مقدار متفاوت V,SR محاسبه شده است. با توجه به سختی کم قاب در این وضعیت مشاهده می گردد که مقدار SR=4 به نتایج بهتری منجر می شود. با کاهش مقدار V و افزایش نیروی جاری شدن میراگر، کارائی میراگر درسازه کاهش می یابد چرا که ستونهای سازه قابلیت تحمل نیروهای وارده را نداشته و از حالت الاستیک خارج می شوند. برای سازه در جهت y نیز برای سه مقدار مختلف V مشخصات میراگر محاسبه شده و نتایج مربوطه ارائه شده است. همینطور با توجه به شکل پذیری کم دیوار برشی به ناچار مجبوریم از ۴ میراگر توسط TADAS در طبقه اول در هر محور ۱و۸ استفاده نمائیم تا از تشکیل مفصل خمیری و خردشدن بتن در دیوار برشی جلوگیری شود.

– استفاده از میراگر دیسکو الاستیک:
سازه در جهات y,x درکدام برای سه درصد میرایی مختلف تحت آنالیز دینامیکی غیرخطی قرار گرفته است میراگر ویسکوالاستیک بصور فنر و میراگری موازی( مدل کلوین) در برنامه Perform مدلسازی شده است.