بررسی ساختمان ها با قاب خمشی بتنی در برابر لرزه

بررسی سطح عملکرد لرزه ای ساختمان ها با کاربری مسکونی طراحی شده در سازه های با قاب خمشی بتنی

 

علت مقاوم سازی در برابر زلزله

نگرانی خاطر جامعه مهندسی ، امنیت خاطر بهره برداران ، مسئولیت قانونی مقامات عالی حکومتی در حفظ جان ساکنان وبهره برداران بنا ها حفظ سرمایه های هزینه شده در احداث ونگهداری بنا ها، توقع عامه از جامعه مهندسی سازه با عنایت به ارتقاء، دانش درباره وقوع زلزله ، حرکت زمین ومشخصات پاسخ سازه ، همچنین خسارت های مادی ومعنوی ناشی از زلزله های اتفاق افتاده ، افزایش کارائی وسهولت تهیه یا استفاده از نرم افزارهای موجود درحوزه تحلیل وطراحی سازه ، موجب شده است نه تنها سطح توقع از مهندسین طراح برای بهره بردار ودریافت کنندگان خدمات مهندسی افزایش یابد بلکه خود جامعه مهندسی زلزله وسازه ناچار به دفاع از حیثیت حرفه ای گردد.

به طور ذاتی مفهوم طراحی براساس عملکرد مستلزم تعریف سطوح چندگانه عملکرد هدف |خسارت | می باشد که انتظار می رود سازه ، تحت اثر زلزله با شدت مشخص به این سطوح برسد یا حداقل از آن تجاوز نکند.

روش های طراحی مبتنی بر تغییر مکان ملموس ترین ابزار طراحی بر اساس عملکرد است ، از اینرو بکارگیری روش های کنترل سطوح عملکرد در ارزیابی ایمنی ومقاوم سازی سازه های موجود امری اجتناب ناپذیر است

علت انجام این تحقیق

در این تحقیق ابتدا چهار سازه 4،6 ،8 و 10 طبقه با اسکلت بتنی با قاب های خمشی با شاک پذیری متوسط وکاربری اداری به روش نیرو، بر اساس ویرایش چهار استاندارد 2800  ایران با ترکیبات بار ویرایش سو مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ومحدودیت های ویارایش چهار مبحث نهم مقررات ملی ساختمان طرح و پس از آن سطح عملکرد خدمت رسانی ایمنی جانی با تحلیل غیر خطی استاتیکی بررسی می گردد ، در روش طراحی بار اساس عملکرد، سازه برای خدمت رسانی در سطوح عملکرد تعریف شده| ایمنی جانی|، طرح می گردد و باید توان پاسخ در سطوح خطر زلزله را داشته باشد.

 در طراحی به روش نیارو با آنالیز دینامیکی طیف پاسخ برای خاک نوع III ودر منطقه خطر نسبی خیلی زیاد ،محدودیت 33 متر  ارتفاع حداکثر برای قاب خمشی با شک پذیری متوسط، محدودیت تغییر مکان نسابی طبقات و لزوم اثر مؤلفه قائم زلزله بر کل ساختمان و اثر زلزله جهت متعامد منظور شده است.

 رفتار مدل های مورد مطالعه در طراحی بر اساس عملکرد ، با سازه های اصلی مقایسه شده است. همچنین عملکرد سازه وتغییر مکان های سطوح عملکرد سازه در سطح خطر 2 برای 3.1 برابر سطح خطر 1 مطابق استاندارد 356 FEMAدر انطباق با ویرایش اول نشریه360 سازمان مادیریت وبرنامه ریزی ،,FEMA440 13-41 ASCEکنترل ومقایساه شاده است.

از نتایج تحلیل وطراحی مدل های مورد بررسی توسط نرم افزارهای 16 SAP2000 و 2015 ETABS به نظر می رسد که ترکیبات بار مبحث ششم مقررات ملی ساختمان در طراحی سازه بتن مسلح نیاز به اصلاح دارد

معرفی وطراحی مدل سازه های مورد مطالعه

مدل های سازه ای مورد استفاده در این تحقیق بصورت سه بعدی، منظم در پالن وارتفاع ، متشکل ازسه قاب در جهت X چهار قاب در جهت Y ودر چهار مدل 4، 6، 0 و12 طبقه با رعایت محدودیت حداکثر ارتفاع 33 متر باقاب خمشی بتنی با شکل پذیری متوسط با کاربری اداری ومسکونی در منطقه با خطر نسبی خیلی زیاد و براساس ویرایش چهارم استاندارد 2800 ایران طرح می گردد.

در فرایند طراحی با عنایت به خطر نسبی خلیلی زیاد|g0.35=PGA  |نیروی قائم زلزله به کل سازه اعمال شده است.کنترل تغیییر مکان نسبی طبقات در طراحی بر اساس نیرو ، در سازه مدل های 3و4 موجب شده است که ظرفیت به نیاز در ستون ها کمتر از 70 %باشد.

سازه های طرح شده برای سطوح عملکرد خدمت رسانی ایمنی جانی وآستانه فروریزش با تحلیل استاتیکی غیر خطی طرح وکنترل می گردد. محدودیت استفاده از تحلیل استاتیکی غیر خطی براساس بند 3-0 پیوست ویرایش چهارم استاندار 2800 ایران مطابق مندرجات جداول |3-1 |الی |3-3 |مراعات شده است .براساس نتیاج جداول مذکور استفاده از تحلیل غیر خطی استاتیکی مجاز می باشد. برای کنترل سطح عملکرد آستانه فروریزش |CP |از 1.5 برابر شتاب افقی زلزله سطح خطر 1 استفاده شده است

جای استفاده از این قائده می توان ، تغییر مکانی که مدل های آسیب دیده در آن، درمد خرابی قرار میگیرد با 150 %تغییر مکان هدف برای کنترل خدمت رسانی در سطح خطر 0 مطابق استاندارد 356 FEMAمقایسه وتفسیرکرد. در تحلیل وطراحی مدل ها و در تمامی موارد برش پایه طیف پاسخ با 85 %برش پایه استاتیکی هم پایه شده است.

مقایسه نتایج

بررسی ورود به سطوح عملکرد مدل های مورد مطالعه

مدل های طراحی شده با تحلیل غیر خطی استاتیکی بر اساس ضوابط440 FEMA،13-41 ASCEو 356 FEMAو همچنین ویرایش اول دستور العمل بهسازی لرزه ای مورد ارزیابی قرار گرفته و در جدول محاسبه| MPE, |A=0.52g0 خطر وسطح| DBE,A=0.35g| 1خطر سطح برای هدف مکان تغییر| 3-4| شماره و درج شده است

مقدار تغییر مکان در سطوح عملکرد نشان میدهد که تمامی مدل ها قبل از رسیدن به تغییر مکان هدف وارد محدوده غیر خطی شده و در سطح عملکرد قابلیت استفاده بی وقفه |IO |قرار گرفته اند. هیچ کدام از مدل ها سطح عملکرد ایمنی جانی |LS |وآستانه فروریزش |CP |را پاسخ نداده اند

 همچنین تمامی مدل های مورد بررسی در سطح خطر0| قریب 1.5 برابر تغییر مکان هدف| از آستانه فروریزش |CP |گذر کرده و منهدم می شوند.

این بررسی ها نشان می دهدکه:

• مدل شماره 1|STORY_4 |در تغییرمکان48 =d کمتر از تغییر مکان هدف در سطح عملکرد آستانه فروریزش |cm38.87 =d | منهدم شده است. به عبارت دیگر این مدل در سطح عملکرد آستانه فروریزش قرار نمی گیرد.شکل 2

• مدل شماره 2| STORY_6 |در تغییرمکان29 =d و کمتر ازتغییر مکان هدف منهدم شده است.شکل 3

• مدل شماره 3| STORY_6 |در تغییرمکان3=d و کمتر از d=21.48 cm به ظرفیت نهائی رسیده است.شکل 4

• مدل شماره 4| STORY_10 |در تغییرمکان55=d کمتر از تغییر مکان سطح خطر 2 ، d=70.08 cm در آستانه فروریزش قرار گرفته است.شکل 5

نتیجه گیری

در این تحقیق دستورالعمل طراحی ساختمان های با کاربری اداری و مسکونی دارای اهمیت متوسطi=1  واقع درپهنه با خطر نسبی خیلی زیاد 0.35=A  وطیف پاسخ خاک نوع سه با استفاده از سیستم سازه قاب خمشی بتنی با شکل پذیری متوسط ، در طراحی به کار گرفته شده است.

مطابق ویرایش چهارم استاندارد 2800  ایران اعمال وکنترل اثر نیروی قائم زلزله برای کل سازه در تمامی ساختمان های احداثی در پهنه با خطر نسبی زیاد الزامی می باشد. حداکثر ارتفاع ساختمان واقع در پهنه خطر نسبی زیاد ، متناسب با محدودیت های استاتداد 2800 به 35  متر یا 10  طبقه محدود شده است.

تغییر مکان نسبی طبقات متناسب با تعداد طبقات برای تمامی مدل های طرح شده در حد مجاز می باشد به همین جهت نسبت ظرفیت به نیاز اکثر ستون ها در همه مدل ها کمتر از 70%  است.

 ترکیبات بار طراحی بر اساس ویرایش سوم مبحث ششم مقررات ملی ساختمان با رعایت ضوابط نیروی متعامد زلزله با تحلیل دینامیکی خطی طیف پاسخ استاندار 2800 در طراحی بر اساس نیرو تعیین شده است.

در طراحی بر اساس عملکرد برای بررسی صحت طراحی منطبق براستاندارد 2800 با ترکیبات بار مبحث ششم  و الزامات مبجث نهم مقررات ملی ساختمان در ساختمان های با کاربری اداری و مسکونی ، تغییر مکان به عنوان یک پارامتر اثر گذار در سطوح عملکرد، مورد تجزیه وتحلیل قرار گرفته و ایمنی ساختمان طرح شده مورد بررسی شده است.

 از بررسی های به عمل آمده در این تحقیق می توان نتیجه گرفت که:

1. به منظور کنترل تغییر مکان نسبی طبقات در بیشتر موارد مقاطع عناصر اصلی |تیر ها وستون ها| بیش از نیاز نیروهای وارده طرح شده ، که این امر در جهت ایمنی ودر طراحی بر اساس عملکرد موجب کاهش تغییر مکان هدف می گردد.
2. تمامی مدل های مورد بررسی ضوابط دستورالعمل بهسازی لزره وFEMA356را در سطح خطر 2 پاسخ نداده اند.
3. در ساختمان های کمتر از 5 طبقه که تغییر مکان نسبی به 025 ارتفاع طبقه محدود شده است ،ظرفیت به نیاز مقاطع درصد بیشتری بوده ومقاومت افزون در این ساختمان نسبت به ساختمان هائی که تغییر مکان نسبی در آنها به 0.02 ارتفاع طبقه محدود شده است ، کمتر است به همین جهت ایمنی این ساختمان ها در طراحی بر اساس عملکرد کمتر است.