پایان نامه انرژی در ساختمان و تأمین کننده

جدول (4-59) جمع‌بندی کلی فصل پنجم در غالب جدول 125
جدول (5-1) جمع‌بندی کلی فصل پنجم در غالب جدول(تکراری) 129
چکیده:
اساسی‌ترین هدف در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها جلوگیری از فرو ریزش سازه در هنگام زلزله‌های شدید می‌باشد که پایه تئوری حاکم بر رفتار لرزه‌ای می‌باشد نتیجه بررسی رفتار غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی سازه در هنگام زلزله و مقاومت ناشی از عملکرد غیرخطی آن در آیین‌نامه‌ها و مقررات طرح لرزه‌ای معرفی عددی تحت عنوان ضریب رفتار جهت تقلیل نیروی طراحی خطی به منظور هدایت سازه به عملکرد غیرخطی بوده است. یکی از سیستم‌های باربر لرزه‌ای که از لحاظ شکل‌پذیری و اقتصادی بودن مورد توجه قرار گرفته است، سیستم مهاربند زانویی می‌باشد. در سیستم مهاربند زانویی حداقل یک انتهای بادبند قطری به جای اتصال به محل برخورد تیر به ستون به عضو زانویی که به طور مایل مابین تیر و ستون قرار می‌گیرد وصل می‌شود. عضو قطری تأمین کننده سختی سیستم است در حالیکه شکل‌پذیری تحت اثر بارهای جانبی از طریق جاری شدن خمشی عضو زانویی بدست می‌آید و عضو زانویی مانند یک فیوز شکل‌پذیر عمل می‌کند و مانع از کمانش عضو قطری می‌شود. برای بدست آوردن ضریب رفتار یک مسئله که برای بهسازی لرزه‌ای مورد مطالعه قرار می‌گیرد باید رفتار خطی و غیرخطی سازه با یکدیگر مقایسه شود. در این تحقیق روش یانگ برای بدست آوردن ضریب رفتار سازه‌ها معرفی و به صورت کامل شرح داده می‌شود. پس از طراحی اولیه سازه، شکل‌پذیری سازه به روش تحلیل استاتیکی غیرخطی(بار افزون-Pushover) مورد بررسی قرار می‌گیرد و زمان تشکیل اولین مفصل پلاستیک و مراحل بعد از آن تا انهدام کلی سازه مشخص می‌شود. با اسفتاده از تحلیل غیرخطی و همچنین نمودار برش پایه – تغییر مکان، پارامترهای مورد نیاز برای محاسبه ضریب رفتار به روش یانگ مانند شکل پذیری و مقاومت افزون و ضریب نسبت تنش مجاز و همچنین میزان تغییر مکان هدف و … قابل محاسبه می‌باشد. نتایج بدست آمده از این تحقیق برای محاسبه ضریب رفتار، نشان‌دهنده مقادیر متفاوت در ترازهای ارتفاعی متفاوت می‌باشد. همچنین مقدار ضریب رفتار در سازه‌های با عملکرد لرزه‌ای نامناسب در یک تراز ارتفاعی می‌تواند کمتر از مقدار میانگین بدست آمده در سایر مدل‌ها باشد.
کلید واژه: ضریب رفتار- مهاربند زانویی- شکل‌پذیری- بهسازی لرزه‌ای- سازه فولادی-روش بار افزون
فصل اول
کلیات تحقیق
1-1- مقدمه:
غالباً سازه‌ها برای زلزله‌های شدید و پذیرش سطوحی از خسارت طراحی می‌شوند و کنترلی از نظر رفتار الاستیک سازه‌ها در محدوده زلزله‌های معتدل که احتمال وقوع سالیانه آن‌ها زیاد می‌باشد مشخص نمی‌شوند. یعنی اینکه تخمینی برای رفتار الاستیک سازه‌ها در چنین حالتی وجود ندارد. سازه در هنگام وقوع زلزله‌های شدید وارد محدوده غیر خطی می‌گردد و در نتیجه برای طراحی آن‌ها نیاز به یک طراحی غیر خطی می‌باشد ولی به دلیل پیچیده بودن تحلیل غیر خطی همچنین وقت‌گیر و پرهزینه بودن و عدم گستردگی برنامه‌های غیر خطی در مقایسه با تحلیل خطی روش‌های تحلیل و طراحی معمول بر اساس تحلیل خطی سازه منظور می‌گردد.
یکی از پارامترهای مهم و اساسی در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها ضریب رفتار می‌باشد. مقدار این ضریب در برخی آیین نامه‌ها از نتایج آزمایشات انجام شده تعیین شده است و رخداد زلزله بهترین آزمایشگاه برای بررسی رفتار سازه‌ها می‌باشند. برای لحاظ کردن رفتار غیر خطی سازه با یک تحلیل خطی و مشخص کردن میزان اتلاف انرژی در اثر رفتار هیستر زیس، میرایی، اثر اضافه مقاومت سازه و شکل‌پذیری سازه از ضریبی به نام ضریب اصلاح رفتار یا ضریب رفتار استفاده می‌شود.
طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها به این صورت است که طرح باید به گونه‌ای باشد تا ساختمان‌ها در هنگام وقوع زلزله‌های کوچک در محدوده خطی و بدون خسارت بمانند. در زلزله‌های متوسط، خسارت غیر سازه‌ای ببینند و در هنگام وقوع زلزله‌های شدید و بزرگ خسارت‌های سازه‌ای و غیر سازه‌ای داشته باشند ولی پایداری کلی آنها حفظ شود.
با در نظر گرفتن عملکرد الاستیک سازه در برابر زلزله مقاطع طرح بزرگتر شده و همین امر باعث غیر اقتصادی شدن طرح خواهد بود. لذا با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی سازه می‌توان از خصوصیات جذب انرژی سازه و تغییر شکل‌های خمیری آن بهره گرفت و به اقتصادی شدن طرح کمک کرد. در صورتی می‌توان از این خصوصیات رفتار غیرخطی سازه بهره جست که سازه تحمل تغییر شکل‌های خمیری را داشته باشد. به عبارت دیگر در طراحی لرزه‌ای سازه باید قادر به اتلاف بخش عمده‌ای از انرژی ورودی از طریق تغییر شکل‌های غیرالاستیک باشد. برای داشتن مقدار منطقی برای مقاومت غیرالاستیک سازه‌ها، صحت میزان کاهش در مقاومت الاستیک امری ضروری می‌باشد.
آیین‌نامه UBC97با آنالیز سازه‌ها بر اساس کفایت آن‌ها، اثرات پاسخ غیر خطی ساختمان، اضافه مقاومت‌ها و شکل‌پذیری عناصر مختلف را مد نظر قرار می‌دهد. بر طبق معیارهای فوق توجه اصلی در برابر زلزله به ایمنی جانبی معطوف است، یعنی جلوگیری از انهدام سازه تحت اثر شدیدترین زلزله‌ای که در طول عمر مفید سازه محتمل است. پس سازه‌ای که بر اساس چنین فلسفه‌ای طراحی می‌شود (طراحی لرزه‌ای) تحت نیروهای شدید زلزله وارد محدوده غیر خطی می‌شود. در نتیجه طرح سازه‌ها برای رفتار خطی تحت لرزش‌های ناشی از زلزله‌های بزرگ اساساً اقتصادی نیست. لذا سازه‌ها برای نیروی برشی به مراتب کوچک‌تر از نیروی برشی تسلیم طراحی می‌شوند. کاهش در مقاومت الاستیک سازه‌ها باید با دقت انجام پذیرد. نحوه و مقدار این کاهش در مقاومت می‌تواند در انجام رفتار مورد نظر در سازه بسیار موثر باشد لذا شناسایی پارامترهای دخیل در این زمینه برآورد اهمیت نسبی آن‌ها در ارائه مقدار صحیح کاهش مقاومت الاستیک طراحی سازه‌ها یک مقوله بسیار با اهمیت و ضروری است.
در آیین‌نامه‌های طراحی، سازه‌ها برای مقاومتی کمتر از مقاومت لازم برای رفتار الاستیک در زلزله‌ها طرح می‌شوند که دلیل این امر توجه به مسائل و هزینه‌های ساخت در مقابل میزان خطر رخداد زلزله در طول عمر مفید سازه است. بنابراین همواره انتظار رفتار غیرخطی برای سازه، یعنی رفتار سازه در تغییر شکل‌های فراتر از حد الاستیک که به علت نیروهای فراتر از حد الاستیک ایجاد شده‌اند وجود خواهد داشت. همچنین تجربه تأثیر زلزله‌ها بر سازه‌ها نشان می‌دهد که سازه‌ها در هنگام وقوع زلزله رفتار غیرخطی دارند و به همین جهت مقدار قابل توجهی از انرژی ورودی زلزله را به صورت میرایی و پسماند تلف می‌کنند. بنابراین سازه می‌تواند برای نیروی زلزله بسیار کمتر از نیروی لازم در حالت خطی طراحی گردد.
ضریب رفتاری که در آیین‌نامه NEHRP, UBC استفاده می‌شود ضریبی ثابت می‌باشد که بیان کننده اثر شکل‌پذیری و اضافه مقاومت هر سیستم سازه‌ای می‌باشد. در قسمت تفسیر آیین‌نامه،‌ اعمال قضاوت مهندسی طراحی را در استفاده از آن لازم می‌داند. در اینجا این سوال مطرح است که اساس قضاوت مهندسی بر چه استوار است و طراح بر چه اصولی مقدار این ضریب را می‌بایست در نظر بگیرد. در این مورد هیچ گونه مطلبی در آیین‌ نامه‌ها ذکر نشده است و این خود بیان کننده پیچیدگی این ضریب می‌باشد. از این رو به دست آوردن این ضریب برای هر سیستم سازه‌ای متفاوت امری وقت‌گیر و پیچیده برای مهندسین طراح می‌باشد.
مسلماً تنها در یک تحلیل غیر خطی می‌توان با توجه به رفتار خمیری سازه‌ها و بررسی مسائلی نظیر مقاومت و شکل‌پذیری محل مفاصل خمیری را مشخص نمود و بدین ترتیب نقاط ضعف سازه‌ها را مشخص کرد. به منظور در نظر گرفتن عواملی از قبیل شکل‌پذیری سیستم‌های سازه‌ای متفاوت و درجات نامعینی، اضافه مقاومت موجود در سازه‌ها و همچنین قابلیت جذب و استهلاک انرژی در ساختمان، آیین نامه‌های مختلف نیروهای محاسبه شده را با توجه به نوع سیستم سازه‌ای و به کمک ضریبی به نام ضریب رفتار کاهش می‌دهند.
در این تحقیق رفتار لرزه‌ای سیستم بادبند زانویی به عنوان سیستم سازه‌ای مورد بررسی قرار می‌گیرد. در این سیستم حداقل یک انتهای بادبند قطری به جای اتصال به محل برخورد تیر به ستون به عضو زانویی که به طور مایل مابین تیر و ستون قرار می‌گیرد وصل می‌شود. عضو قطری تأمین کننده سختی سیستم می‌باشد در حالی که شکل‌پذیری تحت اثر بارهای شدید جانبی از طریق جاری شدن عضو زانویی به دست می‌آید و عضو زانویی به عنوان یک عضو شکل‌پذیر و قابل تعویض عمل کرده و مانع از کمانش عضو قطری می‌شود.
1-2- تاریخچه-ضریب رفتار:
در اوایل قرن بیستم و با رخداد زلزله‌های مختلف محققین به صورت تجربی و کمی و هم بر اساس مطالعات خود، نیروی برشی پایه وارد بر سازه‌ها در حین زلزله‌ها را به صورت کسری از وزن سازه تخمین می‌زدند. در آن زمان برای طراحی لرزه‌ای ساختمان اینگونه عمل می‌شد که درصدی از وزن ساختمان به صورت بار افقی معادل بار زلزله به ساختمان اثر داده می‌شد و ساختمان برای آن طراحی می‌گردید و کل نیروی برشی طراحی را به صورت و V=CW به دست می‌آمد.
اولین بار در سال 1933 در لس‌آنجلس آیین‌نامه‌ای مورد تصویب قرار گرفت که ضریب برش پایه 1/0 را برای سازه‌های ویژه و مقدار 08/0 را برای سازه‌های معمولی در نظر گرفته بود.
در سال 1943 رابطه‌ای برای C در نظر گرفته شد که در آن تعداد طبقات موثر می‌بود که در اثر پیشرفت علم دینامیک سازه‌ها با بررسی تأثیر انعطاف‌پذیری سازه‌ها و پریود سازه صورت گرفته بود.
ایده استفاده از طراحی حدی برای طرح مقاوم سازه‌ها در برابر زلزله نخستین بار در سال 1956 توسط هانسر مطرح شد که در آن از تغییر شکل‌های پلاستیک برای استهلاک انرژی وارده به سازه استفاده می‌شود.
این نوشته در علمی ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.