پایان نامه عمران مسائل مربوط به سازه
پیشگفتار:
زمین لرزه پدیده ای طبیعی است که با شدت های گوناگون ودر نقاط مختلف کره زمین اتفاق می افتد و به دلیل عدم شناخت لایه های زیرین نمی توان زمان وشدت آن را پیش بینی نمود.
گستره زلزله های واقع شده در نقاط مختلف کره زمین، ارتباطی را بین این نقاط نمایان می نماید. امروزه مشخص شده است که اکثر زلزله های دنیا بر روی نوارهایی به نام کمربند زلزله خیزی واقع شده اند.با توجه به تکتونیک صفحه ای موجود، ایران در حال فشرده شدن بین صفحه اروپا،آسیا وصفحه عربستان است. بهترین نشانه این عمل نیز رشته کوه های زاگرس والبرز می باشدکه در فصل مشترک این صفحات واقع شده اند.
فلسفه طراحی سازه های مقاوم تحت بار زلزله ]13[و]9[
برای دست یافتن به سازه ای ایمن واقتصادی ،سازه های طراحی شده در نواحی زلزله خیز با خطر نسبی بالا باید دو معیار عمده طراحی را تامین کنند:
الف)باید در برابر زلزله های خفیف که در طول عمر سازه اتفاق می افتد سختی کافی به منظور کنترل تغییر مکان نسبی بین طبقات و جلوگیری از هر گونه خسا رت سازه ای و غیرسازه ای را داشته و در ضمن باید سختی کافی برای انتقال نیروهای زلزله به فونداسیون را دارا باشند
ب) در برابر زلزله های شدید باید شکل پذیری و مقاومت کافی برای جلوگیری از خرابی کامل و فروریزی سازه را داشته باشند.
بنابراین طراحی در برابر زلزله به هیچ وجه به این معنی نمی باشد که در برابر هر زلزله ای سازه اصلا خسارت ندیده ووارد مرحله پلاستیک نشود،بلکه به منظور اقتصادی کردن طرح باید در برابر زلزله های شدید به سازه اجازه داده شود که وارد مرحله غیرخطی شده وبا تغییر شکل های پلاستیک به جذب واستهلاک انرژی پردازد و به همین منظور هم در آیین نامه های تحلیل نیروی زلزله، نیروی بدست آمده از تحلیل طیف الاستیک را به یک ضریب کاهش تقسیم کرده و سازه را برای برش پایه کمتری طرح می کنند.
بارهای ضربه ای قائم
بارهای ضربه ای قائم بارهای زنده قائمی هستند که در هنگام شتاب گیری آسانسور به طرف بالا و یا ترمز آن در حرکت به طرف پایین ظاهر می گردند. معمولا در طراحی افزایش باری معادل 100 درصد باراستاتیکی آسانسور برای اطمینان از رفتار مناسب اعضای باربر مربوط به آن در نظرگرفته می شود.]10[
بارهای زلزله
بار زلزله عبارت است از نیروهای داخلی جرم ساختمان که در اثر لرزش پی ایجاد می شود. در طراحی برای زلزله ،تاکید بر نیروهای اینرسی انتقالی که اثرات آنها بر ساختمان بیش از مولفه های لرزشی قائم و پیچشی است می‌باشد.
نیروهای ناشی از لغزش ویا نشست زمین،فعال بردن گسلهای زیر پی یا خمیری شدن موضعی زیر پی در اثر ارتعاش نیز از اهمیت بالایی برخوردارند.
در مناطق زلزله خیز شدت زلزله رابطه معکوس یا دفعات آن دارد، زلزله های شدید به ندرت وزلزله های ملایم به دفعات بیشتر و زلزله های ضعیف تقریبا همیشه اتفاق می افتند اگر چه ممکن است بتوان ساختمانی را برای مقابله در برابر شدید ترین زلزله ها بدون هیچگونه خسارت مهمی طراحی کرد ولی احتمال عدم نیاز به این مقاومت در طول عمر سازه طراحی را از نظر اقتصادی توجیه ناپذیر می سازد.]10[و]18[
رفتار تحت بارهای قائم
در یک قاب لوله ای اگر همه ستونها مقطع یکسانی داشته باشند بار اعمالی قائم از
کفها در ستونهای گوشه ای نسبت به ستونهای میانی ، تنش و کاهش طول کمتری ایجاد خواهد کرد.حال اگر ستونهای میانی به قطری ها متصل نباشند، ستونهای میانی بیش از نقاط متناظر در قطرها به طرف پایین تغییر مکان می دهند زیرا تغییر مکان قطرها به وسیله ستونهای کم تنش گوشه ای محدود شده است. ولی وقتی بین قطری ها وستونهای میانی اتصال کامل برقرار باشد مانند شکل (4-24) در این حالت مهاربندی ها دارای عملکردی شبیه ستونهای مایل می باشند وبخشی از نیروهای اولیه ستونهای میانی بوسیله نیروهایی به سمت بالای تقاطع قطرها و ستونها خنثی می گردد و نیروهای به سمت پایین قطرها به به ستونهای گوشه ای منتقل می گردد و لذا ایجاد تساوی نسبی تنشها بین ستونهای گوشه ای وستونهای میانی خواهد بود. به طور کلی مهاربندی های خارجی به توزیع بارهای ثقلی در طول ستونهای خارجی در هر طرف ساختمان کمک می نماید. ]10[
رفتار تحت بارهای جانبی
در هنگام بارجانبی نیز قابهای کناری رفتاری مانند «جان» وقابهای عمود بر آنها رفتاری مانند «بال طره» خواهند داشت. برای مثال نیروهای سازه ای قابی را که رفتاری شبیه بال کششی دارد در نظر بگیرید، اگر از ابتدا ستونها و قطری ها متصل نباشند قطری ها در کشش و تیرهای کناری در فشار خواهند بود. در این حالت با وجود اثرات لنگی برشی، ستونهای میانی کمتر از ستونهای گوشه ای تحت تنش هستند ونقاط قابل اتصال روی قطرها نسبت به نقاط متناظر آنها روی ستونهای میانی بیشتر به طرف بالا تغییر مکان می یابند.
مقاومت افزون در قابهای خمشی
مقاومتی که سازه پس از تشکیل اولین مفصل پلاستیک وتنزل سختی وکاهش درجه نامعینی تا تشکیل مکانیزم و ناپایداری دارد،«مقاومت افزون» نامیده می شود و ضریب اضافه مقاومت نیز برابر با نسبت نیروی متناظر با حد تسلیم کلی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی ) به نیروی متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه می‌باشد.
اهمیت مقاومت افزون در جلوگیری از خراب شدن سازه ها در هنگام وقوع زلزله های شدید، سالهاست که به وسیله محققین شناخته شده است. به عنوان مثال در زلزله 1985 مکزیک وجود مقاومت افزون عامل بسیار مهمی در جلوگیری از خرابی برخی از ساختمانها بوده است. همچنین در زلزله رودبار 1369 بسیاری از ساختمانهای 7و8 طبقه در شهر رشت که شکل پذیری ناچیزی داشتند(به علت اتصالات خورجینی) در اثر وجود مقاومت افزون که عمدتا به دلیل وجود قطعات غیرسازه ای تیغه ها بود از فرو ریختن کامل جان سالم بدر برد.
فهرست کلی
فصل اول
پیشگفتار
فصل دوم
رفتار سازه ها تحت بار زلزله
فصل سوم
ملاحظات طراحی سازه ها
فصل چهارم
سیستم های سازه ای
فصل پنجم
قاب های خمشی صلب(MRF)
فصل ششم
قابهای مهاربندی شده
فصل هفتم
فصل هشتم
قابهای لوله ای
فصل نهم
انتخاب سیستم سازه ای
منابع