پروژه عمران فاصله مورد نیاز ساختمان های باقاب خمشی فولادی به منظور جلوگیری از برخورد حین زلزله
140 صفحه فایل ورد همراه تمام ضمائم (پیوست ها)
چکیده
در هنگام زلزله ساختمانهایی که نزدیک هم قرار دارند به علت تفاوت در خصوصیات دینامیکی پاسخهای متفاوتی از خود نشان می دهند و ارتعاش مشابه و هماهنگ نخواهند داشت و در نتیجه احتمال برخورد و انهدام در اثر ضربه برای این ساختمانها وجود دارد.
این پدیده برای اولین بار پس از زلزله سال 1985 مکزیکوسیتی مورد ارزیابی قرار گرفته و به عنوان یکی از عوامل تاثیر گذار بر میزان شدت خرابی های ناشی از نیروی زلزله در نظر گرفته شد. از مهمترین راهکارهای ارائه شده در زمینه کاهش نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم، اشاره کرد. در این تحقیق فاصله مورد نیاز بین سازه های با سیستم قاب خمشی فولادی با تحلیل غیر خطی به روش ارتعاشات پیشا محاسبه شده و اثر پارامتر ها ی دینامیکی (زمان تناوب، میرایی، جرم) روی این فاصله بررسی میگردد. همچنین رابطه ای برای محاسبه درز انقطاع مدلهای سازه ای مورد نظر پیشنهاد شده و نتایج حاصل از این رابطه با روابط آیین نامه های IBC2006 و استاندارد 2800 ایران مقایسه شده است.
نتایج نشان می دهند که با نزدیک شدن زمان تناوب دو سازه و همچنین افزایش میرایی، فاصله بین سازه ها کاهش می یابد. همچنین درز انقطاع محاسباتی بر اساس استاندارد 2800 ایران برای سازه های تا 7 طبقه، کمتر و برای سازه های بیشتر از 7 طبقه، بیشتر ازمقدار بدست امده بر اساس آیین نامه IBC2006 و روش استفاده شده در این تحقیق می باشد.
1- مقدمه
در هنگام زلزله در اثر حرکات زمین، ساختمانها تحت نیروهای دینامیکی قرار می‌گیرند و به ارتعاش در می‌آیند. در ساخت سازهای شهری به مواردی برخورد می‌کنیم که ساختمانهای مجاور به هم چسبیده و یا با فاصله کم از یکدیگر قرار دارند. این سازه‌ها بدلیل اختلاف خواص دینامیکی در یک جهت معین دارای زمان تناوبهای مساوی نمی‌باشند. تفاوت زمان تناوب در سازه باعث اختلاف در واکنشهای آنها نسبت به شتاب زمین خواهد شد و در نتیجه با توجه به تعییر مکانهای آنها در لحظات مختلف، در طول زلزله دو سازه گاهی به هم نزدیک و گاهی از هم دور خواهد شد. و اگر فاصله دو سازه به اندازه کافی بزرگ نباشد در هنگام زلزله ممکن است با یکدیگر برخورد کرده و ضربه‌ای به همدیگر وارد نمایند برای جلوگیری از این رخداد باید فاصله بین ساختمانهای مجاور قرار داده شود تا از برخورد آنها جلوگیری گردد این فاصله را درز انقطاع گویند.
در بسیاری از زلزله‌های مهم گذشته در اکثر کلان شهرهای موجود در سراسر دنیا، بحث خرابی ناشی از نیروهای تنه‌ای مشاهده شده است. بحث نیروی تنه‌ای (Pounding) یکی از رایجترین و مرسوم ترین پدیده‌های است که در خلال زلزله‌های مهیب قابل رویت است. نیروی تنه‌ای می‌تواند باعث ایجاد خسارتهای سازهای و معماری در ساختمان شده و بعضاً باعث ریزش کلی ساختمان میگردد.
در خلال زلزله 1985 مکزیکوسیتی حدود 15% از 330 ساختمان تحت اثر نیروی برخورد (تنه‌ای) تخریب شدند. همچنین در خلال زلزله 1989 لوماپریوتا، تا حدود 200 مورد شکل گیری نیروی تنه‌ای مشاهده گردید. در این میان حدود 79 درصد از ساختمانها دچار تخریب معماری شدند ] [.
در طی زلزله 1964 آلاسکا[1] برج هتل آنچوراگ وستوارد[2] دراثر برخورد با قسمتی از یک سالن رقص سه طبقه مجاور هتل، تخریب شد. همچنین، خرابی های ناشی از نیروی تنه ای در زلزله های 1967 ونزوئلا [3]و 1971سانفرناندو[4] نیز مشاهده گردید] [.
از طرف دیگر برخورد بین عرشه ها وپایه های کناری پلها در طی زلزله 1971 سانفرناندو مشاهده شد. در سال 1995در اثر زلزله هایاکو کن نانبو[5] در ژاپن حرکت طولی المانهای پل هان شین[6] تا 3/0متر نیز رسید. و از این زلزله به بعد تحقیقات اساسی بر روی نیروی تنه‌ای شکل گرفت] [.
از مهمترین راهکارهای ارائه شده در زمینه کاهش نیروی تنه ای می توان به تعبیه درز انقطاع کافی بین دو ساختمان مجاور هم به منظور جلوگیری از برخورد دو ساختمان، اشاره کرد. این روش از ساده ترین و در عین حال مفیدترین روشهای مرسومی است که امروزه در حیطه آیین نامه های مختلف از طریق مجموعه ضوابط خاص ارائه شده است. به منظور تخمین این فاصله جداساز روشهای مختلفی همچون روش تفاضل طیفی، روش ضرایب لاگرانژ و روش ارتعاشات پیشا وجود دارد. محققین مختلف با استفاده از یکی از روشهای ذکر شده و با فرض رفتار خطی برای دو ساختمان مجاور هم به تخمین این فاصله پرداخته اند. در این مقاله سعی شده است که درز انقطاع بین دو ساختمان با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی اعضاء دو سازه مجاور هم، محاسبه گردد. روش مورد استفاده در این مقاله روش ارتعاشات پیشا بوده و تاثیر عواملی چون میرایی، دوره تناوب و جرم سازه ها بر درز انقطاع بررسی شده و نتایج حاصل از تحلیل با ضوابط آیین نامه ای استاندارد 2800 ایران و IBC2006 مقایسه شده است.
2- طراحی مدلها
مدلهای مورد استفاده در این تحقیق، شامل قابهای با تعداد طبقات 2، 4، 6، 8، 10، 12، 14، 16، 18، 20 می‌باشند که ارتفاع طبقات در همه مدلها 2/3 متر میباشد. پلان طبقات تمامی ساختمانها مشابه می باشد. در انتخاب پلان سعی شده است که طول دهانه‌ها مطابق با ساختمانهای معمول باشد. که در این تحقیق مقدار 4 متر انتخاب شده است و همچنین شکل پلان بصورت متقارن انتخاب شده تا بتوان از اثرات پیچش ساختمان در تحلیل و طراحی صرفنظر کرد.
طراحی قابها بر اساس نیروهای حاصل از بارگذاری‌های ثقلی و لرزه‌ای به روش استاتیکی معادل مطابق آیین‌نامه بارگذاری استاندارد 2800 ایران انجام شده است. تحلیل و طراحی مدلها بصورت دو بعدی و با استفاده از نرم‌افزار ETABS صورت گرفته است. برای طراحی این قابها از آیین‌نامه‌های UBC97-ASD و ضوابط لرزه‌ای این آیین‌نامه استفاده شده است. پارامتر‌های بکار رفته جهت محاسبه برش پایه طراحی بصورت زیر میباشد:
خطر لرزه‌خیزی بالا برای محل ساختمان ( ( PGA=0.35g، خاک سخت (نوعIII)، ضریب اهمیت متوسط (1 I =)، ضریب رفتار 10= R (شکل‌پذیری ویژه) و ضریب اضافه مقاومت8/2=Ω.
از آنجاییکه سیستم اسکلت ساختمان قاب خمشی می باشد. استفاده از مقاطع غیر فشرده (مقاطعی که امکان ایجاد کمانشهای موضعی یا انهدام زود هنگام در آنها وجود دارد) مناسب نمی باشد. لذا در این تحقیق از مقاطع استاندارد جدول اشتال )برای ستونها از مقاطع بال پهن باوزن متوسط ( HE-B) وبرای تیرها از مقاطع (IPE استفاده شده است.
3 -تحلیل مدلها
پس از طراحی مدلهای مورد بررسی در محیط نرم‌افزار ETABS ، برای انجام تحلیل‌های استاتیکی و دینامیکی از نرم‌افزار المان محدود OpenSees OpenSees (نرم افزاری است برای شبیه سازی در مهندسی زلزله با استفاده از مدل های اجزاء محدود و محصول PEER (مرکز تحقیقات مهندسی زلزله آمریکا)) استفاده میشود. روند مدلسازی و تحلیل سازه ها به صورت زیر میباشد.
Alaska [1] Anchorage Westward 2 Venezuela 3
SanFernando 4 Hyago-KenNanbu5 Hanshin 6
پروژه عمران: فاصله مورد نیاز ساختمان های باقاب خمشی فولادی به منظور جلوگیری از برخورد حین زلزله
