پيشگفتار:

زمين لرزه پديده اي طبيعي است كه با شدت هاي گوناگون ودر نقاط مختلف كره زمين اتفاق مي افتد و به دليل عدم شناخت لايه هاي زيرين نمي توان زمان وشدت آن را پيش بيني نمود.

گستره زلزله هاي واقع شده در نقاط مختلف كره زمين، ارتباطي را بين اين نقاط نمايان مي نمايد. امروزه مشخص شده است كه اكثر زلزله هاي دنيا بر روي نوارهايي به نام كمربند زلزله خيزي واقع شده اند.با توجه به تكتونيك صفحه اي موجود، ايران در حال فشرده شدن بين صفحه اروپا،آسيا وصفحه عربستان است. بهترين نشانه اين عمل نيز رشته كوه هاي زاگرس والبرز مي باشدكه در فصل مشترك اين صفحات واقع شده اند. اكثر زلزله هاي مهم ايران نيز در حوالي اين فصل مشترك ها رخ داده است.

نقشه پهنه بندي لرزه خيزي ايران نشان دهنده اين است كه هيچ نقطه اي از كشورمان را نمي توان در مقابل اثر زلزله مصون پنداشت.در شكل( 1-1)نقشه پهنه بندي لرزه خيزي ايران طبق آيين نامه 2800 را مشاهده مي نماييد.]8[

بنابراين طراحي وساخت سازه هايي كه بطور مناسب بتوانند در مقابل زلزله ها پايدار باشد الزامي است،اين موضوع درك وشناخت رفتار سيستم هاي سازه‌اي را آشكار مي سازد.

براي طراحي يك سازه مقاوم در برابر زلزله ركورد شتاب و مشخصات زمين لرزه نيز نياز مي‌باشد، تا اثرات زمين لرزه بر سازه شناسايي گردد اثرات زمين لرزه بر سازه هاي طراحي شده از موضوعات جالب توجه مي‌باشد، زيرا نتيجه آزمايش واقعي روي سازه هاي طراحي شده براساس آخرين آيين نامه هاي تدوين شده هستند.

معمولا هر چاپ جديد از آيين نامه ساختماني بازتابي از نتايج حاصل از آخرين زمين لرزه هاي ثبت شده و تجزيه وتحليل آنها مي‌باشد.

به طور كلي دو روش براي ساخت سازه اي مقاوم در برابر زلزله موجود است:]18[

1-سازه صلب

2-سازه نرم

سازه صلب: در اينگونه سازه ها، پارامتر طراحي تغيير شكلهاي جانبي سازه تحت اثرات زلزله است بطوريكه سازه به قدري صلب ساخته مي شود كه كليه انرژي را جذب مي نمايد و بايستي با انتخاب اجزا بسيار مقاوم، توانايي جذب انرژي را به سازه داد.

سازه نرم: در اينگونه سازها، پارامتر انعطاف پذيري سازه در برابر حركات رفت وبرگشتي كه ناشي از خاصيت خميري آن است مورد استفاده قرار مي گيرد. بدين صورت كه سازه، انرژي را با حركات نوساني و درصد ميرايي آزاد مي‌كند.

با توجه به مطالب گفته شده تعيين سيستم مقاوم(اين سيستم مقاوم شامل تركيبي از عناصر سازه اي افقي وعناصر مهاربندي عمودي مي‌باشد) در برابر نيروهاي جانبي يك موضوع اساسي در طراحي سازه ها مي باشد، كه در اينجا روي سيستم هاي مهاربندي عمودي بحث خواهد شد.

 

تعداد صفحات 200 word

 

 

فهرست مطالب

فصل اول. 1

پيشگفتار 1

1-1-پيشگفتار: 2

فصل دوم 5

رفتار سازه ها تحت بار زلزله 5

2-1-فلسفه طراحي سازه هاي مقاوم تحت بار زلزله ]13[و]9[ 6

2-2-رفتار مناسب سازه تحت بارگذاري متناوب.. 8

2-3-ضريب رفتار سازه ها 9

فصل سوم 14

ملاحظات طراحي سازه ها 14

3-1-مقدمه 15

3-2-اهميت سيستم سازه اي. 15

3-3-عوامل موثر در مقاومت سازه 15

3-3-1-پلان ساختمان ونسبت ابعاد 15

3-3-2-ارتفاع ساختمان ونسبت ارتفاع به ابعاد 16

3-3-3-طبقه نرم 16

3-3-4-طبقه ضعيف.. 17

3-3-5-اثرات نامتقارني ساختمان. 17

3-3-6-تاثير اعضاء غير سازه اي. 18

3-4-بارگذاري. 18

3-4-1-بارهاي قائم. 18

3-4-2-بارهاي اجرايي. 18

3-4-3-بارهاي ضربه اي قائم. 19

3-4-4-بارهاي زلزله 19

3-4-4-1-بارجانبي معادل. 20

3-4-4-2-آناليز مودال. 20

فصل چهارم 23

سيستم هاي سازه اي. 23

4-1-مقدمه 24

4-2-سيستم هاي سازه اي مختلف.. 24

4-3-قاب خمشي صلب (MRF): 26

4-4-قابهاي مهاربندي شده 27

4-4-1-مقدمه 27

4-4-2-انواع مهاربندي. 28

4-5-قاب مهاربندي شده با قاب صلب.. 32

4-5-1-مقدمه 32

4-5-2-اندركنش سيستم مهاربندي وقاب صلب.. 33

4-6-قاب با خرپاي كمربندي و مياني. 34

4-6-1-مقدمه 34

4-6-2-عملكرد خرپاي كمربندي ومياني. 34

4-6-3-اتصال كمربندهاي خرپايي به ستونهاي پيراموني. 36

4-6-4-سيستمهاي با دو يا چند خرپاي كمربندي. 36

4-7-قابهاي لوله اي. 37

4-7-1-مقدمه 37

4-7-2-قاب لوله اي ساده 39

4-7-3-قاب لوله خرپايي. 42

4-7-4-قاب لوله اي دسته شده 45

4-7-5-قاب لوله در لوله 46

4-8-قاب با سيستم خرپاي يك در ميان (Staggered truss) 48

4-8-1-مقدمه 48

4-8-2-عملكرد خرپاي يك در ميان. 49

4-8-3-سيستم كف در خرپاي يك در ميان. 50

4-8-4-ستونها در سيستم خرپاي يك در ميان. 50

4-9-سازه هاي معلق. 51

4-10-سازه هاي پيوندي. 52

4-11-پروژه هاي عملي. 52

4-11-1-قاب مهاربندي شده 52

4-11-3-قاب هاي لوله اي. 53

4-11-4-تغييرات قابل ملاحظه در طرح اصلي براي فراهم كردن مهاربندي. 55

4-12-مقايسه اجمالي سيستم هاي سازه اي. 55

فصل پنجم. 93

قاب هاي خمشي صلب(MRF) 93

5-1-كليات.. 94

5-2-رفتار قاب صلب.. 94

5-3-مقاومت افزون در قابهاي خمشي. 95

فصل ششم. 99

قابهاي مهاربندي شده 99

6-1-قابهاي مهاربندي شده هم مركز(CBF) 100

6-1-1-كليات.. 100

6-1-2-رفتار مهاربندي هاي هم مركز 100

6-1-3-انواع مهاربندي هم مركز 100

6-1-4-ملاحظات طراحي مهاربندي هاي هم مركز 102

6-1-5-بهبود رفتار مهاربندي هم مركز 103

6-1-6-نتيجه گيري. 104

6-2-قابهاي مهاربندي شده خارج از مركز (EBF) 104

6-2-1-كليات.. 104

6-2-2-رفتار مهاربندي هاي خارج از مركز 105

6-2-3-استهلاك انرژي در قابهاي (EBF )خارج از مركز 106

6-2-4-طول تير پيوند درقابهاي EBF ومكانيزم آن. 107

6-2-5-اثر سخت كننده ها بر رفتار تير پيوند. 108

6-2-6-بهبود رفتار مهاربندي خارج از مركز 109

6-2-6-نتيجه گيري. 110

6-3-مقايسه رفتار سازه هاي مهاربندي شده هم مركز با خارج از مركز 110

6-3-1-كليات.. 110

6-3-2-نكاتي در طراحي قابها 110

6-3-3-بررسي روند تشكيل مفاصل پلاستيك.. 112

6-3-4-نتيجه گيري ]20[ 112

6-4-تاثير آرايش مهاربندي ها در رفتار سازه 113

6-4-1-كليات.. 113

6-4-2-بحث در مورد بررسي هاي انجام گرفته 114

6-4-3-نتيجه گيري. 115

6-5-تيرپيوند خمشي در قاب هاي EBF. 115

6-5-1-كليات.. 115

6-5-2-مدل انتخابي براي تحليل. 117

6-5-3-نتيجه گيري. 117

6-6-بادبندهاي زانويي. 118

6-6-1-كليات.. 118

6-6-2-رفتار بادبند زانويي. 120

6-6-3-بررسي عملكرد قاب زانويي (KBF) 121

6-6-4-بررسي عملكرد قاب زانويي (CKB) 123

6-6-5-نتايج كلي از بررسي بادبند زانويي. 124

6-7-بادبندهاي دروازه اي. 125

6-7-1-كليات.. 125

6-7-2-مختصري از عملكرد بادبندهاي 8. 126

6-7-3-عملكرد بادبند دروازه اي. 126

6-7-4-كمانش خارج از صفحه 128

6-7-5-تاثير موقعيت گره مياني در مقدار باركمانش خارج از صفحه 128

6-7-6-ضريب طول موثر اعضاي مهاري. 129

6-7-7-كمانش خارج از صفحه در برابر كمانش داخل صفحه 129

6-7-8-ملاحضات طراحي. 130

6-7-9-نتيجه گيري ]36[ ]37[ 131

فصل هفتم. 150

قاب با سيستم خرپاي كمربندي ومياني. 150

7-1-كليات.. 152

7-2-فرضيات در نظر گرفته شده در تحليل. 152

7-3-تعيين موقعيت بهينه براي يك خرپاي كمربندي. 152

7-4-تعيين موقعيت بهينه براي دو خرپاي كمربندي. 153

7-5-محل خرپاي كمربندي براي سازه 30 طبقه 155

7-5-1-بررسي نتايج تحليل. 155

7-6-نتيجه گيري. 156

7-7-نكات پاياني. 157

فصل هشتم. 162

قابهاي لوله اي. 162

8-1-كليات.. 163

8-2-بررسي لنگر برشي در قاب لوله اي. 164

8-3-بررسي رفتار سيستم سازه اي لوله در لوله 166

8-3-1-كليات.. 166

8-3-2-مشخصات سازه هاي بررسي شده 166

8-3-3-ارتفاع بهينه قطع لوله داخلي. 167

8-3-4-نتيجه گيري. 167

8-4-بررسي سيستمهاي مختلف لوله اي تحت بارهاي گرانشي وجانبي. 168

8-4-1-كليات.. 168

8-4-2-مدلهاي سازه اي براي ساختمان مورد مطالعه 168

8-4-3-نرم افزارهاي تحليل و طراحي. 169

8-4-4-بررسي اثرات خروج از مركزيت.. 170

8-4-6-بررسي تغيير شكل ها 170

8-4-7-بررسي حداكثر برش پايه 170

8-4-8-بررسي وزن ساختمان مورد مطالعه 170

8-5-مقايسه كارايي سيستم سازه اي لوله اي، لوله در لوله وقاب خمشي. 171

8-6-بررسي رفتار سيستم تركيبي قاب لوله اي،هسته مركزي وكمربند خرپايي. 172

8-7-رفتار سازه لوله اي مهاربندي شده 173

8-8-سازه هاي با كارايي بالا. 174

فصل نهم. 185

انتخاب سيستم سازه اي. 185

9-1-مقدمه 186

9-2-سيستمهاي مهاربندي متقاطع. 186

9-3-سيستمهاي لوله اي با ستونهاي نزديك و تيرهاي عميق. 187

9-4-سيستم هاي غيرلوله اي. 188

منابع. 196

 

فهرست اشکال

شكل (1-1)- نقشه پهنه بندي خطر نسبي زمين لرزه در ايران. 4

شكل (2-1)-نمودار نيرو- تغيير شكل مصالح. 11

شكل (2-2)-نمودار پسماند. 11

شكل (2-3)-رفتار ثابت سازه ها تحت بار افقي تكراري. 12

شكل (2-4)-رفتار كاهنده سازه ها تحت بار افقي تكراري. 12

شكل (2-5)-رفتارسازه الاستيك و غير الاستيك.. 13

شكل (3-1)-حركات نسبي در سازه هاي پيوسته 21

شكل (3-2)-توزيع جرم در ارتفاع. 21

شكل (3-3)-طبقه نرم 22

4-4-2-2-1-شكل پذيري فولاد 32

شكل (4-1)- الف-پاسخ قاب صلب تحت بار جانبي؛ 58

شكل (4-2)- مولفه هاي تغيير مكان جانبي قابهاي MRF. 59

شكل (4-3)- قاب مقاوم خمشي يك طبقه تحت بارگذاري شديد تكراري. 59

شكل (4-4)- تعدادي از اشكال مهاربندي. 60

شكل (4-5)- تغيير شكل پلاستيك قاب با مهاربند هم مركز K شكل. 61

شكل (4-6)- حلقه هاي پسماند براي يك قاب با مهاربند هم مركز K شكل. 62

شكل (4-7)- تغيير شكل پلاستيك يك قاب EBF. 62

شكل (4-8)- حلقه هاي پسماند براي يك قاب EBF. 63

شكل (4-9)- شكل شماتيك اندركنش قابهاي مهاربندي و خمشي؛ 64

شكل (4-9)- ادامه؛ ............................................ (c)هسته مهاربندي و قاب خمشي داخلي؛ 66

شكل (4-9)- ادامه؛ (e)مقطع نشان داده شده با مهاربندي اصلي و ثانويه 67

شكل (4-10)- عملكرد متقابل ميان قاب مهار شده و قاب صلب؛ 68

شكل (4-11)- پلان كف ساختمان با خرپاي كمربندي. 68

شكل (4-12)- عملكرد هسته مركزي و كمربندها 69

شكل (4-13)- (a) رفتار طره اي هسته؛ 69

شكل (4-15)- نماي شماتيك از سازه اي با دو خرپاي مياني و كمربندي. 71

شكل (4-16)- توزيع تنش محوري در لوله مربع شكل تو خالي. 72

شكل (4-17)- توزيع نيروي محوري در ستونها، ناشي از بار جانبي؛ 73

شكل (4-18)- فرمهاي متنوع سيستمهاي لوله اي. 75

شكل(4-19)- رفتار لوله شكل(4-20)- توزيع نيروي. 75

شكل(4-21)- حذف ستونها در طبقات پايين. 76

شكل(4-22)- سيستم قاب لوله اي با خرپاهاي قطري. 76

شكل(4-23)- قاب لوله اي مهاربندي شده فولادي. 77

شكل(4-25)- فرمي از لوله دسته شده 77

شكل(4-26)- لوله دو سلولي شكل(4-27)- لوله سه سلولي. 78

شكل (4-28)- توزيع نيروي محوري و اثرات لنگي برشي در لوله دسته شده؛ 79

شكل (4-29)- اندر كنش قاب و ديوار برشي. 79

شكل (4-30)-نمايش پرسپكتيو از آرايش خرپا در سيستم خرپاي يك در ميان. 80

شكل (4-31)- پلان ساختمان نيم دايره اي در سيستم خرپاي يك در ميان. 80

شكل (4-32)- انتقال بار جانبي از طريق عامل ديافراگم در سيستم خرپاي يك در ميان. 81

شكل (4-33)- مسير انتقال بار در سيستم خرپاي يك در ميان. 81

شكل (4-34)- سازه معلق دو طره اي. 82

شكل (4-35)- سازه پيوندي. 83

شكل (4-36)- پروژه هاي عملي با قاب مهار بندي شده؛ 84

شكل (4-37)- پروژه عملي با سيستم خرپاي كمربندي و مياني. 84

شكل (4-38)- نماي شماتيك از خرپاي مياني در پروژه Houston center 85

شكل(4-39)-پروژه عملي با سيستم لوله اي؛ ساختمانWorld trade center 86

شكل(4-40)-پروژه عملي با سيستم لوله خرپايي ؛ 87

شكل(4-41)-پروژه عملي با سيستم لوله خرپايي؛ ساختمان John hancock. 88

شكل(4-42)-پروژه عملي با سيستم لوله دسته شده؛ ساختمانSears tower 88

شكل(4-43)- (a) ساختمان Citicorp center 89

شكل(4-46)- مقايسه سيستمهاي سازه اي با توجه به تعداد طبقات ساختمان. 91

شكل(4-47)- مقدار فولاد سازه اي براي سيستمهاي ثقلي و جانبي. 91

شكل(4-48)- ارزيابي نسبي بين ساختمانهاي بلند آمريكا 92

شكل (5-1)-ارتباط ايده آل بين ضرايب.. 98

شكل (6-1)-رفتار پسماند براي قاب CBF. 132

شكل (6-3)-منحني هسيترزيس براي يك مهاربند،با لاغري متفاوت.. 133

شكل (6-4)-نمونه حلقه هاي پسماند مهاربند هاي X و 8. 134

شكل (6-5)- سازه هاي قابي بدست آمده با تغيير فاصله d. 134

شكل (6-6)- سازه هاي قابي بدست آمده با تغيير فاصله e. 135

شكل (6-7)- انواع قابهاي EBF. 135

شكل (6-8)- انواع آرايش مناسب مهاربندي هاي خارج از مركز 136

شكل (6-9)- انواع آرايش نا مناسب مهاربندي هاي خارج از مركز 137

شكل(6-10)-تغييرات سختي جانبي در حالت الاستيك نسبت به e/l 137

شكل(6-11)-ارتباط اولين پريد طبيعي با نسبت e/l 138

شكل(6-12)-منحني اندركنش برش- لنگر 139

شكل(6-13)-حداكثر طول مفصل برشي در حالت مطلوب پلاستيك پيوند. 139

شكل(6-14)-تشكيل مكانيزم در قاب و رابطه في ما بين. 140

شكل(6-15)-رابطه بين طول پيوند و تغيير شكل عضو. 140

شكل(6-16)- توزيع لنگر، برش و نيروي محوري. 141

شكل(6-17)- فرمهاي خاص مهاربندي در حالتي كه چشمه هاي مهاربندي شده در يك دهانه نباشند142

شكل(6-18)- يك نوع متداول پيكربندي سيستم قاب EBF. 144

شكل(6-19)-تغييرات زاويه دوران مورد نياز تير پيوند. 144

شكل(6-20)-پيكر بندي مدل تحليلي سيستم EBF خمشي. 145

شكل(6-23)-ابعاد بادبند زانويي(KBF) 146

شكل(6-24)-اثر سطح مقطع بادبند شكل(6-25)-اثر طول عضو زانويي. 146

شكل(6-27)-تصوير و مشخصات پارامتر هاي سيستم (CKB) 147

شكل(6-28)-هندسه كلي قابهاي مورد بررسي. 147

شكل(6-29)-تغيير شكل غير خطي در يك بادبند به شكل 8. 148

شكل(6-30)-تغيير شكل غير خطي در يك بادبند دروازه اي. 148

شكل(6-31)-مقايسه مسير انتقال نيروي جانبي در بادبند هاي 8 و دروازه اي. 149

شكل(6-32)-قاب دروازه اي با ارتفاع زياد 149

شكل(6-33)-تعريف مختصات گره مياني. 150

شكل(7-1)-مدل شماتيك ساده سازه براي يك سيستم خرپاي مياني. 158

شكل(7-2)-نمودار تعيين موقعيتهاي بهينه براي خرپاي كمربندي. 159

شكل(7-3)-جابجايي افقي سازه در مدهاي مختلف در برابر ارتفاع سازه 160

شكل(7-4)-جابجايي افقي سازه با مهار كمربندي در مدهاي مختلف در برابر ارتفاع سازه 161

شكل(8-1)-تغييرات نيروي محوري درستونهاي پيراموني ضلع شمالي طبقه همكف.. 177

شكل(8-2)-تغييرات نيروي محوري درستونهاي پيراموني ضلع شرقي طبقه همكف.. 177

شكل(8-3)-تغييرات نيروي محوري در ستونهاي پيراموني ضلع شمالي طبقه پانزدهم. 178

شكل(8-4)-تغييرات نيروي محوري در ستونهاي پيراموني ضلع شرقي طبقه پانزدهم. 178

شكل(8-5)-درصد جذب برش عناصر مقاوم ساختمان 10 طبقه ( جهتx ، تيپA ) 179

شكل(8-7)-سطح مقطع و سطح عمودي سيستم سازه اي لوله بادبندي شده 180

شكل(8-8)-پلان سيستمهاي سازه اي مختلف مورد مطالعه 181

شكل(8-9)-شكلهاي مختلف مهاربند. 181

شكل(8-10)- (a)-قاب متداول با ستونهاي داخلي و خارجي؛ 182

شكل(8-11)- پروژه عملي از سيستم با كارايي بالا، Bank of Southwest Tower ؛ (a)-تصوير شماتيك از مهاربندهاي قطري داخلي؛ 184

شكل(9-1)-پلان نمونه طبقات.. 189

شكل(9-2)- نماي فضايي از لوله مهار بندي شده خارجي. 190

شكل(9-4)- پلان سيستم مهار بندي شده متقاطع داخلي. 192

شكل(9-6)-نماي فضايي از سيستم لوله اي و مهار بندي. 193

شكل(9-7)-قاب لوله اي با فاصله ستونهاي 3 تا 4.57 متر. 194

شكل(9-8)- سيستم لوله دو تايي با فاصله ستونهاي 3 متر. 194

شكل(9-9)- سيستم قاب خمشي و هسته مهار بندي شده 195