مقاله تعیین موقعیت بهینه دیوار برشی در سازه های بلند قاب دیوار در پلان و ارتفاع

تعداد صفحات: ۱۵ | قابل ویرایش

چکیده

یکی از پارامترهای مهم در طراحی سازهﻫﺎ ، بویژه سازهای بلند، مقاومت ، استحکام و چگونگی مقابله آنهابا نیروهای جانبی، خاصه نیروی جانبی زلزله است، که این مهم با تعبیه سیستم های مختلف مقاوم در مقابل  نیروهای جانبی تأمین می گردد و یکی از مناسب ترین این روشها کاربرد سیستم دو گانه قاب- دیوار است.

در سیستم سازهای قاب-  دیوار ،‌محدودیتهای چیدمان و مساله مکان قرارگیری دیوار برشی در پلان دارای اهمیتی است که طراحان کمتر به آن توجه می کنند.

بهترین موقعیت مکانی برای یک دیوار برشی و نحوه قرارگرفتن آن، باعث کاهش قابل ملاحظه ای در تغییر مکان جانبی سازه و همچنین جذب سهم بیشتری از نیروهای جانبی خواهد شد.

در این پژوهش بهینه یابی موقعیت برای دو حالت سازه با پلان متقارن و سازه با پلان نامتقارن  در سازهﻫﺎی قاب – دیوار انجام شده است. بر این  اساس مدلهایی با تعداد طبقات ۱۶ ، ۲۰ ، ۲۸ ، ۳۲، ۳۶ ، در هر دو حالت مورد بررسی قرار گرفته است.

مقدمه

سیستم مختلف قاب فضائی خمشی- دیوار برشی بعنوان سیستمی مقبول جهت مقاوم سازی جانبی سازهﻫﺎ همواره مورد استفاده و پیشنهاد طراحان قرار می گیرد.

یکی از اساسی ترین نکات استفاده از دیوارهای برشی ،‌که طراحان در آغاز تصمیم گیری به آن می پردازند ، علاوه بر عدم امکان ساده بازشوهای بزرگ مانند درب و پنجره که وابسته به طرح معماری  می باشد،‌مکان استقرار آنهاست، تا کارآئی مناسب تر و بهینه از محل  استقرار برای سازه حاصل شود.

به این معنی که همواره برای طراح این سؤال مطرح است که :« دیوارهای برشی متعلق به یک سازه در کدامین موقعیت استقرار در پلان، قادر به جذب انرژی بیشتر و در نهایت محدودتر نگهداشتن تغییر شکلهای جانبی نهائی سازه می باشند.»

جهت دستیابی به مکان استقرار بهینه دیوارهای مذکور،  تعدادی از سازهﻫﺎی منظم و نامنظم در پلان با موقعیتهای  مختلف استقرار دیوار برشی مورد بررسی و تحلیل قرار گرفتند و بر اساس نتایج حاصل از تحلیل ،‌جداول نمودارهائی حاصل از تغییر مکانها و درصد نیروی برشی جذب شده از نیروی جانبی بوسیله دیوارهای برشی تهیه و تنظیم شدند و به کمک آن جداول و نمودارها مکان استقرار بهینه نشان داده شده اند.

در نهایت ملاحظه می گردد که برای دستیابی به استقرار بهینه دیوارهای برشی ، در حالت پلان متقارن، دیوارهایی که با طول بیشتر و بصورت پیوسته در پلان قرار می گیرند، بهترین حالت جایگذاری دیوار در پلان را دارا می باشند و در حالت پلان نامتقارن ،‌بهترین موقعیت ،‌برای یکی از دیوارها در مرز نامنظمی پلان و برای دیوار دیگر در محلی است که فاصله مرکز سختی و مرکز جرم را به حداقل برساند.

نتایج مرحله اول

نتایج حاصل از مرحله اول تحقیقات به شرح زیر است:

۱-‌ با توجه به تغییر مکان ایجاد شده برای حالت‌های W1، W2، W3، W4 و W5، در سازه‌های با تعداد طبقات مختلف، مشاهده می‌گردد، که اگر دیوار برشی در موقعیت‌های W3 و W4 قرار گیرد، کمترین تغییر مکان در سازه به وجود می‌آید.

تأثیر این موقعیت در کم کردن تغییر مکان بین ۱.۹ درصد تا ۲.۲۴ درصد برای سازه‌های با تعداد طبقات مختلف می‌باشد. این اعداد در مقایسه دو حالت W4 (بهترین حالت) و W1 (نامناسب ترین حالت) به دست آمده‌اند.

۲-‌ با توجه به نمودارهای درصد جذب نیروی برشی، تأثیر منفی دیوار بر قاب در طبقات فوقانی قابل مشاهده است. یعنی در طبقات فوقانی قاب خمشی در مقابل تغییر شکل دیوار برشی محدودیت ایجاد کرده و نیروهایی در خلاف جهت به دیوار برشی وارد می‌کند، ولی در طبقات تحتانی عکس این حالت اتفاق می‌افتد. این نیروهای به وجود آمده را نیروهای اندرکش بین قاب خمشی و دیوار برشی می‌نامند.

در تفسیر نتایج فوق می‌توان گفت، حالت بهینه در شرایطی به وجود می‌آید که قاب‌های بیشتری بتوانند با دیوار برشی عملکرد متقابل داشته باشند. به عنوان مثال در نامناسب‌ترین حالت‌ها که حالت‌های W1 و W5 می‌باشند، فقط یک قاب کناری و یا یک قاب میانی می‌توانند تأثیر مستقیم بر دیوار داشته باشند.

ولی در حالت‌های W3 و W4  که بهترین حالت برای دیوار تشخیص داده شده‌اند، تعداد قاب‌های اطراف دیوار بیشتر می‌باشد، و عملکرد متقابل بهتری را با دیوار خواهند داشت.

منابع و مراجع

۱-‌ Bertero, V.V. , Aktan, A.E. , charney, F. , and Sause, R. , “Earthquake Simulator tests and associated experiments, analytical and correlation studies of one-fifth scale model,” u.s. Japan Research, ACI publication Sp-84,Detroit,pp.375-424(1985).

۲-‌ Paulay, T. Priestley, “M.J.N., seismic Design of Reinforced concrete and Masonry Buildings”,

۳-‌ Bun gales. Taranath, “structural Analysis & Design of Tall Building”, Mcgraw hill book company, New York(1988).

۴-‌ اسمیت، برایان استفورد- کول، آلکس- «آنالیز و طراحی سازه‌های بلند»، ترجمه حسن حاجی کاظمی، انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، چاپ دوم، بهار ۱۳۷۹.

۵-‌ سلیمی، جمشید- «بهینه‌یابی موقعیت دیوارهای برشی در یک سیستم سازه‌ای قاب- دیوار خاص در ساختمان‌های بلند»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد ناپیوسته سازه- دانشگاه فردوسی مشهد، زمستان ۱۳۷۶

۶-‌ محرری، مونا- «شناخت و ارزیابی عوامل مؤثر بر ساختار کالبدی- حجمی ساختمان‌های بلند»، پایان‌نامه کارشناسی ارشد رشته معماری، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد، بهمن ۱۳۸۵

۷-‌ ناطق‌الهی، فریبرز- کاکاوند اسدی، رضا- «رفتار و طراحی سازه‌ای ساختمان‌های بلند»، مؤسسه بین‌المللی زلزله‌شناسی و مهندسی زلزله، ۱۳۷۵.