خلاصه

براي مقابله با نیروهاي جانبی و به ویژه نیروي زلزله سیستم هاي مختلفی به کار می رود که از آن جمله سیستم هاي دو گانه می باشند که شامل تر کیبی از قاب خمشی و سیستم مقاوم دیگري هستند.در آیین نامه ۲۸۰۰ سیستم هاي دو گانه فولادي شامل قاب خمشی و انواع بادبندهاست و از دیوار برشی فولادي(۴(SSW سخنی به میان نیامده است. تنها در آیین نامه کانادا (CAS,1994) به طور صریح یک بخش به این عنصر باربر اختصاص داده شده است.اخیرا از میان روشهاي طراحی ساختمانها در برابر زلزله روش “طراحی بر اساس سطوح عملکرد” به دلیل در نظر گرفتن رفتار غیر ارتجاعی سازه ها در دستورالعمل هاي FEMA274,FEMA273,ATC40 مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله از سیستم هاي دو گانه شامل قاب خمشی متوسطو دیوار برشی فولادي نازك و قاب خمشی متوسط و بادبندهاي همگرا در قابهاي مختلف استفاده شده است و نقطه عملکرد آنها با استفاده از روش طیف ظرفیت بدست آمده وبا یکدیگر مقایسه شده است. در ادامه ضریب رفتار دیوار برشی فولادي نازك و نیز میزان اتلاف انرژي سیستم هاي دو گانه بررسی شده است. از نرم افزارهاي SAP2000و ANSYS براي مدل سازي و آنالیز استفاده شده است.

کلمات کلیدي: دیوار برشی فولادي نازك،طراحی بر اساس سطوح عملکرد،روش طیف ظرفیت،بادبندهاي همگرا.

مقدمه

کشور ایران از جمله کشورهایی است که در اثر زلزله خسارتهاي مالی و جانی بسیاري دیده است لذا توجه به سیستم هاي مقاوم در برابر زلزله کاملا ضروري به نظر می رسد.در ساختمانهاي فولادي سیستم قاب خمشی به دلیل شکل پذیري مناسب و امکان اتلاف زیاد انرژي زلزله سیستم مطلوب و مناسب به شمار می رود.مشکل اصلی این سیستم در تغییر مکان جانبی و به عبارتی عدم سختی کافی است.براي رفع این مشکل فکر استفاده از سیستمهاي دوگانه که شامل قاب خمشی فولادي و سیستم مقاوم دیگري که در حقیقت مکمل این سیستم بر طرف کننده مشکل تغییر مکان قاب خمشی است به وجود آمد.سیستم مکمل قاب خمشی در سیستم هاي دوگانه در ایران بادبندهاي همگرا و غیر همگرا هستند.بادبندهاي همگرا به طور کلی شامل بادبندهاي ضربدري و شورون (هشتی) می شوند.
در سالهاي اخیر در بسیاري از کشورها سیستم جدید دیگري به نام دیوار برشی فولادي نازك نیز به عنوان مکمل قاب خمشی در سیستم هاي دو گانه استفاده شده است.این سیستم جدید به دلیل سرعت اجرا و صرفه اقتصادي، با استقبال خوبی رو به رو شده است ولی در کشور ما به دلیل عدم شناخت و آگاهی و نیز عدم توجه کافی در آیین نامه هاي کشور نسبت به سایر کشورها، کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.در این مقاله سعی شده مقایسه اي به روش طراحی بر اساس سطوح عملکرد که روشی نوین و کارا در زمینه رفتار غیر خطی سازه ها می باشد، بین سیستم هاي مکمل براي قاب خمشی متوسط ،یعنی دیوار برشی فولادي نازك و بادبندهاي همگرا صورت گیرد. براي مقایسه ۵ قاب با ارتفاع و تعداد دهانه هاي متفاوت در نظر گرفته شده است و نقطه عملکرد این قابها به روش طیف ظرفیت محاسبه شده است،همچنین میزان استهلاك انرژي و ضریب رفتار سیستم دو گانه قاب خمشی فولادي متوسط و دیوار برشی فولادي نازك محاسبه شده است.

١استادیار دانشگاه سیستان و بلوچستان(( ghalehnovi@yahoo.com
٢ استادیار دانشگاه سیستان و بلوچستان ( mmiri@hamoon.usb.ac.ir)
٣ دانشجوي کارشناسی ارشد سازه ( poorgashti1380@yahoo.com)

۴ -Steel Shear Wall

۱

روش طراحی بر اساس سطوح عملکرد [۱]

روش طراحی بر اساس مقاومت به دلیل بیان رفتار اجزاي سازه از طریق تک پارامتر مقاومت در بسیاري از موارد پاسخ مناسبی ارئه نمی کند.

در این روش امکان ارزیابی دقیق سازه ها بر اساس عملکرد مورد انتظار آنها وجود ندارد. به همین دلیل در سالهاي اخیر روش طراحی بر اساس عملکرد و تمرکز به بحث عملکرد به جاي مقاومت مطرح شده است. این روش نوین طراحی، سه سطح عملکرد اصلی را براي اعضاي سازه اي مشخص می کند(شکل(.[۲]((۱در این روش با توجه به سطح عملکرد مورد انتظار،نقطه عملکرد سازه تعیین می شود.براي تعیین نقطه عملکرد روشهاي مختلفی در آیین نامه ها ذکر گردیده که از مهمترین آنها روشهاي طیف ظرفیت و ضرائب تغییر مکان می باشند.روش طیف ظرفیت که در این مقاله از آن استفاده شده است توسط موسسه ATCآمریکا در نشریه شماره [۳] ۴۰ ارائه شده است.در این روش نقطه برخورد طیف ظرفیت سازه و طیف نیاز لرزه اي کاهش یافته به عنوان نقطه عملکرد۱ سازه معرفی می گردد.

شکل – ۱سطوح عملکرد سازه اي

براي بدست آوردن طیف ظرفیت که در حقیقت منحنی بار-جابجایی سازه می باشد ، یک سري آنالیزهاي مرحله اي انجام می شود.مدل ریاضی سازه در هر مرحله به گونه اي اصلاح می شود که کاهش مقاومتهاي ناشی از تشکیل مفصل پلاستیک مد نظر قرار گیرد. این فرایند تا جایی ادامه پیدا می کند که سازه به محدودیتهاي از پیش تعیین شده برسد.طیف نیاز همان طیف طراحی آیین نامه می باشد که در ناحیه غیر خطی به دلیل افزایش میرایی موثر سازه ، مقدار آن کاهش یافته است. بر این اساس نشریه ATC-40 بسته به میزان وارد شدن سازه در ناحیه غیر خطی ضرایب کاهشی براي نواحی شتاب ثابت و سرعت طیف به شرح زیر معرفی می کند.

(۱) ۳٫۲۱ − .۶۸Ln(β eff )  SRA
2.12

(۲) ۲٫۳۱ − .۴۱Ln(β eff )  SRV
1.65
(۳)
β eff  β ۰  ۵
= βeffمیرایی موثر، = β۰میرایی ویسکوز معادل ناشی از رفتار هیسترزیس سازه

لازم به ذکر است که در این روش طیف نیاز و ظرفیت هر دو باید به صورت نمودار Sa در برابر (ADRS) Sdتبدیل شوند.با توجه به اینکه مقدار میرایی موثر نقاط روي طیف ظرفیت متفاوت است لذا ضریب کاهش طیف نیاز نیز براي نقاط مختلف، متفاوت خواهد بود، به همین دلیل بدست آوردن نقطه عملکرد سازه روندي تکراري و توام با سعی و خطا می باشد. در حالتی که از این روش براي بدست آوردن پارامترهاي لرزه اي سازه استفاده می شود، نقطه عملکرد مشخص و در حقیقت همان نقطه انهدام سازه با حفظ حاشیه ایمنی می باشد. در ATC-40 حداکثر تغییر مکان مجاز جانبی براي تامین ایمنی جانی که مشابه ساختمانهاي با اهمیت متوسط در آیین نامه ۲۸۰۰ می باشد ۰/۰۲ ارتفاع سازه می باشد.