پایان نامه بررسی رفتار لرزه ای ساختمان نامتقارن با سیستم قاب خمشی بتنی به همراه میانقاب مصالح بنایی

پایان نامه بررسی رفتار لرزه ای ساختمان نامتقارن با سیستم قاب خمشی بتنی به همراه میانقاب مصالح بنایی

چکیده :

 غالباً جهت فضابندی معماری و جداسازی فضای داخلی و پیرامونی در ساختمان هـای قـاب بندی شده ، درون قاب ها را با دیوار پر میکنند. ایـن دیـوارهـا، میانقـاب (دیـوار پـر کننـده ) نامیـده میشوند. معمولاً مهندسین طراح به دلیل اینکه این اعضاء نقشی در باربری ثقلی سازه ندارنـد، تـأثیر آنها را نادیده گرفته و آنها را جزء المان های غیر سازه ای فرض میکنند. در حالیکـه میانقـاب هـا بـه شدت بر خواص مکانیکی قاب اثر گذاشته ، خطای فاحشی را در محاسباتی که بر مبنای قـاب خـالی انجام گرفته است به وجود می آورند. به طوری که مقاومت ، سختی، زمان تناوب ، نیروهای داخلـی و سایر خصوصیات چنین قابی با قاب خالی مشابه تفاوت زیادی دارد. این تفاوت علاوه بـر تحقیقـات نظری و آزمایشگاهی در زلزله های مختلف نیز به وضوح مشاهده شـده اسـت . بنـابراین در طراحـی قاب های مرکب نمی توان از اثر میانقاب ها صرف نظر کرد  و به نحوی باید اثرات آن ها در تحلیل و طراحی در نظر گرفته شود.

 در این پایان نامه به بررسی اثرات دیوارهای میانقاب بـر پاسـخ هـای تغییـر مکـانی و پـیچش طبقات و همچنین رفتار المان های سـازه و عملکـرد دیـوار هـا پرداختـه شـده اسـت . بـدین منظـور ساختمان مرکز مخابرات بم که زلزله سال ١٣٨٢ بم را تجربه نموده به عنـوان نمونـه ای از سـاختمان نامتقارن باسیستم قاب خمشی بتن آرمه همراه با میانقابهای مـصالح بنـایی، انتخـاب و بـا اسـتفاده از نرم افزار OpenSees سازه فوق علاوه بـر حالـت اصـلی چیـدمان دیـوارهـای میانقـاب ، بـر اسـاس آرایش های متفاوت دیوارها مورد تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی قرار گرفته و نتایج با سـازة بـدون دیوار مقایسه شده است . 

مقدمه

 درفتار قابهای پرشده با میانقاب طی شش دهه گذشته جهت توسعه روشهای مستدل طراحی این نوع قابها، بطور گسترده ای مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است . در سال ١٩٦١ Holmes مفهوم جدید دستک فشاری معادل را بیان نمود. آزمایشهای Smith –Stafford  منجر به تثبیت روش دستک فشاری معادل بعنوان یک مدل کاربردی برای تخمین سختی و مقاومت قابهای چند طبقه پر شده با میانقاب گردید.رفتار قابهای بتن آرمه دارای میانقاب بنایی توسط Fiorato (١٩٧٠) ، & Klinger 1976( Bertero)،Hanson  &Brokken، 1979(Kahn  &1983(  Bertero ) ، &Zarnic Tomazevic (١٩٩٠) ،Angel (١٩٩٤)و Mehrabi(1996) با اعمال بارگذاری چرخه ای و در نظر گرفتن سطح عملکرد در ارزیابی و بهسازی قابهای دارای میانقاب مورد ارزیابی قرار گرفته است . 

سازه های مرکب

 ساختمانهای آجری که دارای اسکلت فلزی یا بتنی باشند مرکب نامیده می شوند. این نام معرف رفتار مرکب قاب و دیوار داخل آن (میانقاب ) است . هنگامی که داخل قابی را با دیوار پر کنیم خواص مکانیکی آن نظیر سختی، مقاومت ، نرمی و شکل پذیری و ... بطور چشمگیری تغییر می کند؛ به گونه ای که نمی توان با جمع سادة خواص قالب لخت و دیوار تنها به این خواص دست یافت .

در گذشته این اثر مرکب کمتر مورد توجه قرار می گرفته است و در تحلیل فقط قاب را منظور می کردند در حالی که تأثیر میانقابها (دیوارهای داخل قاب ) به اندازه ای است که نمی توان آن را نادیده گرفت [٢٥]. برای اینکه بتوانیم تصویر روشنی از رفتار قابهای مرکب داشته باشیم در ادامه این فصل به بررسی خصوصیات و عملکرد کلی قابهای پر شده با آجر بنایی (قابهای مرکب ) می پردازیم .

آیا واقعاً توجه به نقش میانقابها ضروریست ؟

 میانقابها معمولاً بسیار سنگین بوده و باعث می شوند که نیروی اینرسی زلزله وارد به سازه بالا باشد. .....

فهرست مطالب

عنوان مطالب                                                                                                              شمارة صفحه 

فصل اول :مقدمه وکلیات

۱- کلیات  ٢

١-١- مقدمه ......................................................................................................................................٢

١-٢- کلیات موضوع تحقیق ............................................................................................................٥

١-٣- تاریخچه تحقیقات ..................................................................................................................٧

١-٤- سازه های مرکب .................................................................................................................١٧

١-٥- آیا واقعاً توجه به نقش میانقابها ضروریست ؟......................................................................١٧

١-٦- مروری بر تحقیقات انجام شده در مورد قابهای مرکب .......................................................١٨

١-٦-١- مطالعه در مورد اثر بار بر روی ستونها و میانقابها........................................................ ١٨

١-٦-٢- مطالعه در مورد اثر فاصله بین قاب و میانقاب ............................................................. ١٩

١-٦-٢-١- استفاده از جداگر لرزه ای بین قاب و دیوار؛   SIWIS  ......................................................................................................٢١

١-٦-٣ : مطالعه در مورد اثر بازشوها.......................................................................................... ٢٧

١-٦-٤ :  مطالعه در مورد اثر اتصال دهنده های برشی .............................................................. ٢٧

١-٦-٥ : مطالعه در مورد اثر مقاومت مصالح میانقاب ................................................................. ٢٨

١-٦-٦ :  مطالعه در مورد اثر مسلح سازی میانقابها.................................................................... ٢٩

١-٦-٧ - مطالعه در مورد اثر مشخصه های دینامیکی ................................................................. ٣٤

١-٧- خصوصیات قابهای دارای میانقاب ..................................................................................٣٨

١-٧-١- اندرکنش قاب و میانقاب ............................................................................................... ٣٨

١-٧-١-١-تبدیل کنش خمشی به کنش خرپائی .........................................................................................................................................٣٩

١-٧-٢-تأثیر خواص مصالح آجری در رفتار لرزه ای قابهای مرکب ......................................... ٤١

١-٧-٢-١- تأثیر خواص الاستیکی مصالح ساختمانی ................................................................................................................................٤٣

١-٧-٢-٢- تأثیر مقاومت مصالح میانقاب ...................................................................................................................................................٤٣

١-٧-٢-٣- مقاومت برشی دیوارهای آجری غیر مسلح ..............................................................................................................................٤٤

١-٧-٣-رفتار درون صفحه ای قابهای مرکب .............................................................................. ٤٥

١-٧-٣-١-رفتار میانقاب تحت بارهای درون صفحه ای ............................................................................................................................٤٥

١-٧-٣-٢- ترک های مرزی .........................................................................................................................................................................٤٧

١-٧-٣-٣- ترکهای قطری ............................................................................................................................................................................٤٩

١-٧-٣-٣-١-انواع ترک های قطری ................................................. ............................. ...................................................٤٩

١-٧-٣-٤- شکست کنج ..............................................................................................................................................................................٥٢

١-٧-٣-٥- حالت نهائی شکست .................................................................................................................................................................٥٢

١-٧-٣-٦- پرتاب عرضی میانقاب ..............................................................................................................................................................٥٢

١-٧-٣-٧-  شکست ستون کوتاه .................................................................................................................................................................٥٦

۱-٨-روش مدلسازی دینامیکی دیوارهای میانقاب مصالح بنایی............................................٥٧

١-٨-١-مقاومت برشی دیوارهای میانقاب ................................................................................... ٥٧

١-٨-١-١-شکست برش لغزشی ............................................................................................................................................................٥٧

١-٨-١-٢-شکست فشاری...........................................................................................................................................................................٦٠

١-٨-١-٣- ترک خوردگی کشش قطری.....................................................................................................................................................٦١

١-٨-١-٤- حداکثر مقاومت برشی دیوارهای میانقاب مصالح بنایی..........................................................................................................٦١

١-٨-٢-مدل سازی دیوارهای میانقاب بنائی ............................................................................... ٦٢

١-٨-٣-نحوه مدلسازی دیوارهای میانقاب دارای بازشو............................................................. ٦٨

١-٨-٣-١-مدلهای معادل برای پانلهای چند فنره ........................................................................................................................................٧٠

١-٨-٤-روشها ی دیگری از مدلسازی غیر خطی  دیوارهای میانقاب ........................................ ٧١

 ١- -٥٨-روش ساده ای جهت ارزیابی لرزه ای قابهای بتن مسلح دارای میانقاب ............................٧٨

فصل دوم :

٢- مطالعه ساختمان مرکز مخابرات بم ......................................................................................٨٥

٢ـ ١ ـ معرفی ساختمان مرکز مخابرات بم [٢ ]...........................................................................٨٥

٢-١-١- ضریب برش پایه طراحی ساختمان ............................................................................... ٨٧

٢-١-٢-شکل سازه و پلان طبقات ساختمان [١٢] ........................................................................ ٩٠

٢-١-٣-محاسبه وزن ساختمان ..................................................................................................... ٩٤

٢-١-٤-جزئیات و مصالح ستونها و تیرها ................................................................................... ٩٤

٢-١-٥-دیوارهای میانقاب بنائی .................................................................................................. ٩٧

٢-٢-آنالیز غیر خطی تاریخچه زمانی ساختمان مرکز مخابرات بم و بررسی پاسخها.............. ١٠٠

٢-٢-١-معرفی المانهای سازه ای ............................................................................................... ١٠٠

٢-٢-٢- مدلسازی دیوارهای میانقاب ........................................................................................ ١٠١

٢-٢-٢-١-محاسبه پوش مقاومت دیوار تیپ A2 ( یوار بدون بازشو،مطابق جدول ٢-٤).....................................................................١٠١

٢-٢-٢-٢-محاسبه پوش مقاومت دیوار تیپ B ( یوار دارای بازشو،مطابق جدول ٢-٤).......................................................................١٠٤

٢-٢-٣- معرفی مشخصات گرهی و پارامترهای تحلیل دینامیکی ............................................. ١٠٨

٢-٢-٤-بررسی پاسخ های بدست آمده از تحلیل ..................................................................... ١٠٩

٢-٣-بررسی اثر حذف دیوارها در رفتار سازه اصلی................................................................ ١٢٠

٢-٤-بررسی منحنی IDA  برای ساختمان مرکز مخابرات بم .................................................... ١٣٠

٢-٤-١-بررسی منحنی IDA مربوط به حداکثر رانش لبه های ساختمان .................................. ١٣٠

٢-٤-٢- بررسی نمودار IDA مربوط به حداکثر کرنش المانها.................................................. ١٣٤

٢-٤-٣- بررسی نمودار IDA دیوارها........................................................................................ ١٣٧

فصل سوم :

٣- مطالعه پارامترهای مفروض درمدلسازی وبررسی اثر هریک از مودهای شکست

دیوارها....................................................................................................................................... ١٤٤

٣-١-بررسی پارامتر С  ............................................................... .........................................١٤٤

٣-١-١-بررسی اثر پارامتر α برپاسخهای تغییر مکان طبقات .................................................١٥٠

٣-١-٢-بررسی اثر پارامتر α برپاسخهای پیچش طبقات .......................................................١٥٣

٣-١-٣-بررسی اثر پارامتر α بررفتاردیوارها.........................................................................١٥٤

٢٣- -بررسی هر یک  از مودهای شکست دیوارهای میانقاب بر رفتار کلی

ساختمان .......................................................................................................................... .. ١٥٨

٣-٢-١-تغییرمکان نسبی طبقات (Drift)...............................................................................161

٣-٢-٢-پیچش طبقات .........................................................................................................١٦٥

٣-٢-٣- رفتار دیوارها در هریک از مودهای شکست ...........................................................١٦٧

٣ نتایج :......................................................................................................................... ١٧٦

فصل چهارم :

٤-بررسی اثر ضخامت دیوارهای میانقاب بنایی ومحتوای فرکانسی زلزله بر رفتار کلی سازه ١٧٩

٤-١-بررسی اثر ضخامت دیوارهای میانقاب بنایی...............................................................١٧٩

٤-٢-بررسی رفتار مدل FIMsو BF تحت زلزله Kobe و مقایسه آن با زلزله Bam................184

4-2-1-Drift طبقات ..........................................................................................................١٨٨

٤-٢-٢-تغییر مکان طبقات ...................................................................................................١٩٢

٤-٢-٣-پیچش طبقات .........................................................................................................١٩٩

٤-٢-٤-رفتاردیوارها در سازه FIMsتحت زلزله کوبه و بم ..................................................٢٠٣

٤-٣- نتایج : .......................................................................................................................٢٠٨

فصل پنجم :

٥- بررسی نحوه چیدمان دیوارها و خروج ازمرکزیت جرم بررفتار ساختمان ........................٢١١

٥ ـ ١ ـ نحوه اعمال خروج از مرکزیت جرم .......................................................................٢١٣

٥ ـ ٢ـ بررسی پیچش طبقات درهریک از سازهها به ازای خروج ازمرکزیتهای مرکزجرم

متفاوت ................................................................................................................................٢١٤

٥ ـ ٣ـ بررسی رفتار المانهای سازه ای لبه های ساختمان در سازههای BF ،FIMs  ،WN  و

 WNWE به ازای خروج از مرکزیت های جرم متفاوت ........................................................٢٢٢

٥-٤-بررسی رفتار دیوارها در لبه های سخت (Stiff) و نرم (Flexible)  هر یک از ساختمان ها

 250...........................................................................................................................................

٥-٥- نتایج : .......................................................................................................................٢٥٦

فصل ششم :

٦-نتایج وپیشنهادات ٢٥٩

٦-١-نتایج ................................................................................................................................... ٢٥٩

٦-٢-پیشنهادات : .......................................................................................................................... ٢٦٢

پیوست ................................................................................................................................ ٢٦٤

منابع و مراجع .................................................................................................................................٢٩٤