با تکیه بر روشهای سنتی، نمی توان سازه بلندی ساخت که در برابر زلزله های مخرب مقاوم باشد
دانلود پایان نامه مهندسی عمران
عملکرد سیستم های باربر در سازه های بلند
چکیده:
با توجه به خسارات و تلفات ناشی از زلزله در کشورهای زلزله خیز، لزوم طراحی سازه های مقاوم در برابر زلزله امری انکار ناپذیر است. برای طرح یک ساختمان در مقابل زلزله لازم است اطلاعاتی جامع و کامل از رفتار آن در مقابل نیروهای ناشی از زلزله در دست باشد. باید دانست که رعایت ضوابط و مقررات مندرج در آیین نامه ها تضمین کنندة مقاوم شدن کامل ساختمانها در برابر نیروهای ناشی از زلزله نیست. به همین جهت باید رفتار سازه ها را به طور کلی و به دقت مورد توجه قرار داد. شکل پذیری یکی از خواص بسیار مهم سازه هایی است که اگر تحت تأثیر نیروهای لرزه ای واقع شوند، باید از خود بروز دهند. هر سازة پایدار یا مقاوم در برابر زلزله باید هم به صورت کلی و یک مجموعۀ کامل، شکل پذیر باشد و هم اعضای آن به تفکیک شکل پذیر باشند. بنابراین با توجه به نوع سازه ای که برای مناطق زلزله خیز طراحی می شود، باید مصالح به کار رفته در آنها به نحوی اختیار و ترکیب شوند که نتیجۀ رفتار آنها، شکل پذیر بودن را تأمین نماید.
با تکیه بر روشهای سنتی، نمی توان سازه بلندی ساخت که در برابر زلزله های مخرب مقاوم باشد. حتی اگر همه ضوابط آیین نامه زلزله از نظر طراحی و محاسبات رعایت شده باشد، با اجرای سنتی و دخالت انسان در اجزای مقاوم کننده ساختمان همانند بتن ریزی ها و جوشکاری ها هرگز نمی توان به یک سازه مناسب دست پیدا کرد. فن آوریهای نو تلاش می کنند تا دخالت انسان را در حین ساختن به حداقل رسانده و با صنعتی کردن اجرا، یک ساختمان همگن و مطمئن بنا نمایند.
ساختمان مسکونی از نظر اسکلت باید نه تنها مقاوم در برابر نیروهای زلزله ساخته شود، بلکه باید دارای دوام لازم در مدت زمان پیش بینی شده برای بهره برداری از آن نیز باشد. اگرچه از نظر کارکرد اقتصادی می توان بخشهایی از ساختمان را از مصالح سبک بنا نمود، اما اسکلتی که بتواند کارکرد درست داشته باشد معمولاً وزن قابل ملاحظه ای از ساختمان را به خود اختصاص می دهد. با افزایش ارتفاع و به تبع آن نیروهای حاصل از زلزله مقاطع باربر ساختمان بسیار بزرگ شده و تکانهای ناشی از نیروی زلزله، در طبقات فوقانی شدید می شود. برای پیشگیری از این رویدادها، روشی تحت عنوان سوپرفریم R.C برای اسکلت ساختمان، در کشور ژاپن، ابداع شده و به عنوان جدیدترین فناوری به مورد اجرا گذاشته شده است. در این روش ضمن کاهش مقاطع باربر، با پیش ساخته نمودن ستون ها و همچنین کنترل حرکات ساختمان در حین زلزله و جذب انرژی به وسیله میراگرهای هیدرومکانیکی، یک ساختمان مطمئن از نظر رفتار در برابر نیروها و بسیار مناسب برای سکونت ساخته می شود.
کلمات کلیدی:
سازه
سازه های بلند
سیستم های باربر
مقدمه:
تعیین مشخصات ساختمان هایی که در گروه سازه های بلند قرار می گیرند بسیار مشکل است، زیرا بلندی خود یک حالت نسبی است و ساختمان ها را نمی توان بر حسب ارتفاع یا تعداد طبقات، دسته بندی و تعریف نمود. بلندی یک ساختمان بستگی به شرایط اجتماعی و تصورات فرد از محیط دارد، بنابراین ارائه یک معیار قابل قبول همگانی برای تعریف بلندی سازه غیرممکن است. از نظر مهندسی هنگامی می توان سازه را بلند نامید که ارتفاع آن باعث شود که نیروهای جانبی ناشی از باد و زلزله، بر طراحی آن اثر قابل توجهی گذارند. همچنین نمانند نیروهای ثقلی، تأثیر نیروهای جانبی در سازه ها کاملاً متغیر بوده و به سرعت با افزایش ارتفاع شدت می یابد. سه عامل اساسی که باید در طراحی تمام سازه های بلند در نظر گرفته شوند عبارتند از : 1- مقاومت 2- صلبیت 3- پایداری که در طراحی سازه های بلند سیستم سازه ای باید متناسب با این نیازها باشد. نیاز به مقاومت عامل غالب در طراحی سازه های کوتاه است، اما با افزایش ارتفاع صلبیت و پایداری اهمیت بیشتری می یابد. بنابراین در یک سازه بلند، سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی و قائم بر حسب ارتفاع سازه و نوع کاربری و نیز ماهیت و نوع نیروها متفاوت خواهد بود.
یکی از مسائل مهم در مهندسی عمران مقاوم کردن ساختمان ها در برابر نیروی ناشی از زلزله است. روش های معمول برای این منظور در سازه های فلزی، استفاده از بادبند و در سازه های اسکلت بتنی استفاده از دیوار برشی است. علاوه بر این دو، از توان قاب خمشی نیز در مقاومت در برابر نیروی زلزله بویژه برای سازه های بلند می توان استفاده کرد. آنچه تاکنون بطور جدی بدان پرداخته نشده بطوری که ضوابط آیین نامه ای برای آن وجود داشته باشد استفاده از بادبند در سازه های اسکلت بتنی برای نیروی زلزله است. در مقابل، استفاده از دیوار برشی در ساختمان های اسکلت فلزی رایج است و از نظر آیین نامه زلزله ایران، استاندارد 2800 مورد تأیید است. هر چند استفاده از دیوار برشی به جای بادبند در ساختمان های اسکلت فولادی در سال های اخیر رواج پیدا کرده اما بادبند مقاوم در برابر زلزله، از نظر اقتصادی، سرعت و سهولت اجرا همچنین از دیدگاه معماری و نیز بدلیل شکل پذیری بهتر عناصر فولادی می تواند در بسیاری از موارد، از دیوار برش مناسب تر باشد.
ارزیابی رفتار سازه ها در زمین لرزه های بزرگ نمایانگر ایجاد خسارت های قابل توجه حتی در ساختمانهای طراحی شده بر پایه اصول مهندسی است و این به معنای ناکافی بودن پارامتر مقاومت به ویژه در زمین لرزه های بزرگ و در سطح فرو ریزش است. رفتار نامطلوب سازه ها در برابر زمین لرزه محققان را بر آن داشت تا پارامترهای دیگری در طراحی سازهای مد نظر قرار دهند. یکی از پارامترها که در نگرش نوین پژوهشگران به رفتار سازه ها مدنظر قرار گرفته است، مفهوم انرژی در سازه ها است. ایده برقراری مطلوب توازن انرژی در سازه از طریق بهینه سازی خسارت در حال گسترش است. خسارت های ناشی از زلزله ها، پژوهشگران را بر آن داشته است تا همواره به دنبال راه حل هایی برای جلوگیری از این خسارت ها باشند. مدت ها پیش در نظر گرفتن قابلیت شکل پذیری و اتلاف انرژی در سازه ها مطرح گشت و خود را توسط ضریبی به نام ضریب رفتار R در آیین نامه ها نشان داد.
فهرست مطالب
رفتار سیستم های مختلف باربر در سازه های بلند1
اهمیت موضوع3
فصل اول مقدمه و کلیات4
فصل دوم مروری بر ادبیات12
2-1 مقدمه12
روش های آنالیز سازه ها را می توان به دو دسته تقسیم بندی نمود:14
1-روش های آنالیز خطی14
2-روش های آنالیز غیر خطی14
2-2 رابطه شکل پذیری با میزان جذب انرژی16
2-3 مفهوم انرژی و رابطه آن با انرژی هیسترتیک20
2-5 روش های تقویت لرزه ای سازه های باربر جانبی ساختمان22
2-6 انواع اجزای جذب کننده انرژی25
2-7- تأثیر نوع سیستم باربر بر رفتار سازه های بلند29
فصل سوم روش تحقیق32
3-1- مقدمه32
3-2 ارتباط شکل پذیری با میزان جذب انرژی در سیستم های باربر سازه های بلند33
3-3 انواع سیستم های باربر در سازه های بلند39
3 -3 -1 سیستم ترکیبی قاب خمشی و دیوار برشی39
3-3 -1 -1 محل و موقعیت هسته ها40
3-3 -1 -3 شکل هسته ها40
3-3 -1 -4 هسته برشی :42
3 -3 -2 سیستم های لوله ای در سازه برج43
3 -3 -2 -1 لوله قابی44
3 -3 -2 -2 لوله خرپایی :46
3 -3 -2 -2 -1 لوله خرپایی مرکب از ستون و عناصر قطری :46
3 -3 -2 -2 -2 لوله خرپایی مشبک:47
3 -3 -2 -3 برج با سازه لوله با مهار بندی داخلی47
3 -3 -2 -3 -1 لوله با دیوارهای برشی موازی48
3 -3 -2 -3 -2 لوله در لوله48
3 -3 -2 -3 -3 لوله اصلاح شده49
3 -3 -2 -3 -4 لوله های دسته شده:50
3 -3 -2 -4 ساختمان های مرکب لوله ای51
3-3 -3 فن آوری سوپر فریم R.C در ساختمانهای بلند مسکونی53
3 -3 -3 -1 فلسفه استفاده از فن آوری سوپر فریم53
3 -3 -3 -2 توصیه های طراحی و ساخت55
3-3 -3 -3 اجزای اصلی سازه سوپرفریم R.C57
3-3 -3 -3 -1- سوپروال57
3 -3 -3 -3 -2- ستونهای اتصالی58
3 -3 -3 -3 -3- لوازم جذب انرژی (میراگرها)58
3 -3 -3 -3 -4- سوپربیم59
3 -3 -3 -3 -5- ستونهای ساده59
3 -3 -3 -3 - 6- دیافراگم ها60
3-3 -3 -4 سایر موارد فنی60