خلاصه
سیستم قاب خمشی ، ساده ترین و پر کاربرد ترین نوع سیستم در سازه های بتنی می باشد . در این مقاله بمنظور
بررسی رفتار قاب خمشی در سازه بتنی متاثر از تغییر ابعاد تیر خارجی ، نوع میلگرد و مقاومت فشاری بتن ، نمونه تحلیلی توسط نرم افزار توسط نر ETABSتحت بار جانبی تحلیل و نتایج حاکی بر آن است که با مقایسه پارامتر هایی نظیر برش پایه ، وزن سازه ، تغییر مکان جانبی و زمان تناوب اصلی سازه بهترین سیستم است .
کلمات کلیدی : عملکرد لرزه ای ، قاب خمشی ، ابعاد تیر خارجی ، ،ETABSتغییر مکان جانبی ، زمان تناوب اصلی
سازه
1- روش و مراحل مدلسازی :
.1-1جزئیات مدلسازی :
پلان ساختمان مسکونی 8طبقه بتنی در شهر تهران با ارتفاع طبقات 3متر ، L=200kg/m2 ، D=550 kg/m2
برای طبقات و 150kg/m2برای بام ، دیوار های پیرامونی 800 kg/m2و تنش موجود به مجاز 0.8-1آیین نامه
، AISC-ASD01سقف تیرچه بلوک ، نوع خاک تیپ 3و سیستم سازه ای قاب خمشی در دو سمت در شکل 1مشاهده
می شود.
1-2 محاسبات ضریب زلزله :
با توجه به منظم بودن ساختمان و کمتر بودن ارتفاع آن از 50 متر ، طبق بند 1-3-2-7-6مبحث ششم میتوان
برای محاسبه و اعمال نیروی جانبی زلزله از روش استاتیکی معادل استفاده نمود.برای اعمال نیروی زلزله به ساختمان،
ضریب زلزله را به برنامه وارد نموده و برنامه به صورت خودکار برش پایه را محاسبه و آن را بین طبقات توزیع مینماید.
ضریب زلزله بر اساس مبحث ششم مقررات ملی ساختمان به صورت زیر محاسبه میشود:
با توجه به موقعیت ساختمان ( شهر تهران ) بر اساس پیوست 4-6مبحث ششم ساختمان در پهنه با خطر نسبی خیلی
زیاد قرار دارد. که از جدول 2-7-6مبحث ششم مبنای طرح (A)برداشت میشود:
با توجه به اینکه کاربری ساختمان مسکونی است. بر اساس بند 7-1-7-6مبحث ششم ساختمان در گروه3
ساختمانهای با اهمیت متوسط قرار میگیرد که ضریب اهمیت ساختمان(I)از جدول -7-65مبحث ششم برابر است با:
سیستم های مورد استفاده قاب خمشی متوسط ، ضریب رفتار سازه از جدول شماره 6-7-6مبحث ششم برداشت میشود:
طبقه بندی نوع زمین محل پروژه بر اساس جدول 4-7-6مبحث ششم انجام میشود که نوع زمین محل ساختمان مورد نظر از تیپ 3 در نظر گرفته میشود. حال با توجه به نوع زمین و خطر نسبی زلزله پارامترهای محاسبه نیروی زلزله از جدول 6-7-3 مبحث ششم برداشت میشود که عبارتنداز:
زمان تناوب اصلی ساختمان بر اساس بند 6-7-2-5-6 مبحث ششم و با توجه به نوع سیستم سازه ای تعیین میگردد.
ارتفاع ساختمان از روی فونداسیون تا تراز بام برابر با 30متر میباشد که بر اساس آن زمان تناوب اصلی ساختمان
محاسبه میشود:
ضریب بازتاب ساختمان(B) بر اساس بند6-7-2-5-4 مبحث ششم به صورت زیر محاسبه میشود:
ضریب زلزله برای دو جهت ساختمان با هم متفاوت است که به صورت زیر محاسبه می شود:
1-3 معرفی نمونه ها :
برای دنبال کردن هدف اصلی این مقاله 6مدل با نرم افزار ETABSمدلسازی شد (در جدول 1نشان داده شده .)
ابتدا یک مدلسازی اولیه انجام شد وبعد تحلیل سعی شد نسبت تنش موجود به مجاز از0.8-1 باشد . سپس با تغییر ابعاد تیرهای پیرامونی در محل های مختلف بین 40تا 60درصد ، نوع میلگرد ها و مقاومت فشاری بتن به بررسی وزن سازه ، برش پایه ، زمان تناوب اصلی سازه ، کنترل تغییر مکان نسبی سازه می .پردازیم:
.4راه اندازی و نتایج حاصل از نمونه ها :
ابتدا نمونه ها طبق جدول (1)در برنامه ETABSمدلسازی شد و توسط برنامه آنالیز وطراحی شد ، سعی بر این بود میزان تنش موجود به مجاز از 0.8 تا 1 تجاوز نکند . بعد از انجام مراحل آنالیز و طراحی ، خروجی هایی چون وزن ، برش پایه زمان تناوب اصلی و تغییر مکان نسبی سازه استخراج شد که در جداول(2)الی(17)در ذیل آورده شده است:
* حال بر اساس نتایج بالا به رسم نمودار های میپردازیم تا به کمک نمودار ها بتوانیم عملکرد لرزه ای سازه ها را با یکدیگر مقایسه کرده و سازه بهینه را پیرامون اهداف این مقاله انتخاب کنیم .
-5نمودار های تحلیلی و بحث پیرامون انها :
.5-1نمودار بیشینه جرم سازه – نمونه :
همانطور که مشاهده میکنید در نمودار (1) کمترین و بیشترین جرم به ترتیب مربوط به نمونه1و4-5میباشد . از نظر جرم سازه چون تمامی سیستم ها با تغییرات روی نمونه 1ساخته شده است بنابراین با همین نمونه مقایسه میشود از
این مقایسه در میابیم که با افزایش حدودا 8درصد جرم نمونه 1 میتوان نمونه 4و 5 راساخت ، این بدین معنی است که
تغییرات اعمال شده جرم
جدول (17)تغییر مکان نسبی سازه نسبت به نمونه ها
2-5نمودار بیشینه برش پایه – نمونه :
همانطور که در نمودار (2)مشاهده میشود کمترین وبیشترین برش پایه به ترتیب مربوط به نمونه 1و 4-5 میاشد .هنگامی که نمودار زیر را بررسی میکنیم در میابیم که تغییرات حاصله (جدول (1))روی نمونه ها باعث افزایش تا حدود 4 درصد برش پایه خواهد شد
5-3 نمودار بیشینه زمان تناوب اصلی سازه – نمونه :
با توجه به نمودار 3 میتوان دریافت که تغییرات حاصله (جدول (1))در زمان تناوب اصلی سازه کاهش چشم گیری
ایجاد کرده به طوری که این تغییرات باعث کاهش 10 درصدی زمان تناوب اصلی میشود . کمترین و بیشترین زمان تناوب
اصلی به ترتیب مربوط به سازه 2 و 1 میباشد.
-4نمودار تغییر مکان نسبی طبقات نسبت به نمونه ها :
طبق نمودار 4 میتوان دریافت که با تغییرات انجام شده (جدول (1) ) تغییر مکان نسبی سازه کاهش یافته بخصوص
از طبقات 4 و 5 . در طبقه7 نمونه 6 تغییر مکان نسبی سازه از تغییرمکان سازه نمونه1حدود 6درصد افزایش داشته
یعنی باتغییر ابعاد تیرهای طبقه 4و 8و نوع میلگرد از A3به A2تغییر مکان نسبی میانی سازه کاهش وتغییر مکان
انتهای سازه افزایش پیدا کرده. تغییر مکان نسبی نمونه 4و 5 با هم برابر است بدین معنی است که اگر ابعاد تیر خارجی
یکسان باشد و نوع میلگرد ها و مقاومت فشاری را تغییر دهیم تغییری در تغییرمکان نسبی نخواهد داشت . در طبقه 5
نمونه 2کاهش اتفاق افتاده 14درصد با ماکسیمم کاهش که در نمونه 5 اتفاق افتاده تفاوت دارد یعنی اگر تیرهای
پیرامونی تمامی طبقات عوض شود همراه با مقاومت فشاری بتن تغییر مکان وسط سازه تغییر چشم گیر ندارد . و به طور کلی با تغییرات انجام شده در ابتدا و انتهای سازه تغییر مکان نسبی تغییری قابل ملاحظه ای ندارد ( تقریبا صفر درصد).
6. نتیجه گیری :
الف - با بررسی نمونه های4 و 5 میتوان دریافت که اگر پارامترهای مقاومت فشاری و نوع میلگرد تغییر کند در این
مدلسازی هیچ تغییری در میزان جرم و تغییر مکان نسبی و زمان تناوب و نیز برش پایه ایجاد نخواهد داشت .
ب -طبق نمونه 2 و نمودار 3 با تغییر ابعاد تیرهای پیرامونی کلیه طبقات میتوان زمان تناوب این سازه را کاهش داد .
ج- با بررسی نمونه2و نمودار 4 تغییر مکان وسط دهانه نسبت به سایر نمونه ها کاهش کمی دارد .
د- با بررسی نمودار4 در طبقه 7 نمونه 6 تغییر مکان نسبی سازه از تغییرمکان سازه نمونه 1 حدود م6 درصد افزایش
داشته یعنی باتغییر ابعاد تیرهای طبقه 4و 8و نوع میلگرد از A3به A2تغییر مکان نسبی میانی سازه کاهش وتغییر
مکان انتهای سازه افزایش پیدا کرده.
7 . نتیجه گیری کلی:
با افزایش مقاومت فشاری و استفاده از میلگرد A3میتوان در این سازه زمان تناوب اصلی سازه و تغییر مکان نسبی وسط دهانه را کاهش داد در حالیکه وزن و برش پایه سازه تغییرات 5 تا 8 درصدی دارند . در نمونه 4 و5 نشان میدهد تاثیر نوع میلگرد و مقاومت فشاری نسبت به تغییر ابعاد بسیار ناچیز است .
8.منابع:
الف - پژوهش درون دانشگاهی
ب – آیین نامه2800 ویرایش 4
پ – مبحث 9 مقرارت ملی ساختمان
سه شنبه ۰۲-۰۵-۱۳۹۷