دانلود پایان نامه

استفاده از نرم افزار Sap2000 نسخه 14.2.2 ساخته شده است. روش تحلیلی مورد استفاده در این مدلسازی، روش استاتیکیخطی میباشد. بر این اساس اعضای سازهای در این نرم افزار به صورت خطی مدل شدهاند.

3-2-1-2-بارگذاری
بارگذاری ثقلی
بارهای ثقلی شامل بارهای مرده و زنده محتمل برای ساختمانهای معمول، براساس مقادیر پیشنهادی مبحث ششم مقررات ملی ساختمان در نظر گرفته شدهاست. بار مرده شامل بار کف طبقات و دیوارها و بار زنده معادل بار زنده محتمل برای ساختمان مسکونی فرض شده است.

بارگذاری لرزهای
بارهای جانبی مطابق استاندارد استاندارد 2800 ( ویرایش سوم) و با توجه به فرضیات در نظر گرفته برای ساختمانها، به صورت زیر محاسبه شده است :
نیروی برش پایه ()، در روش استاتیکی خطی، با استفاده از رابطه ی زیر محاسبه می شود:

(3-1)

که در آن ، وزن کل سازه و ، ضریب زلزله می باشد که از رابطه ی زیر به دست می آید:

(3-2)

در این رابطه :
: نسبت شتاب مبنای طرح (پهنه ی با خطر نسبی زیاد)
: ضریب اهمیت ساختمان (ساختمان با اهمیت متوسط)
: ضریب رفتار ساختمان (سیستم باربر قاب ساده با مهاربند هم محور)
: ضریب بازتاب ساختمان که با استفاده از طیف بازتاب طرح و مطابق با رابطه (3-3) محاسبه می شود:

(3-3)

در روابط فوق ؛

: زمان تناوب اصلی نوسان ساختمان میباشد که با استفاده از رابطه تجربی زیر و با توجه به ارتفاع کل ساختمان () قابل محاسبه است.

(3-4)

، و: پارامتر هایی هستند که به نوع زمین و میزان خطر لرزه ای منطقه وابسته اند.
با توجه به انتخاب نوع زمین منطقه، خاک نوع 2 ( با توجه به تعاریف موجود در استاندارد 2800) ، پهنه با خطر نسبی زیاد و مقادیر عنوان شده در جدول 3 استاندارد 2800، ، و در نظر گرفته شدهاست. بر این اساس و با توجه به ارتفاع ساختمانهای مورد مطالعه، مقادیر ضریب بازتاب () و ضریب زلزله () برای نمونهها به صورت جدول (3-1) تعیین شده است.
(3-1) مقادیر ضریب بازتاب () و ضریب زلزله () در نمونه های مورد مطالعه
نمونه ها
ارتفاع
پریود سازه
ضریب بازتاب
ضریب زلزله

(متر)
(ثانیه)

ساختمان 3 طبقه
9
0.4156922
2/5
0/145
ساختمان 5 طبقه
15
0.6097593
2/2
0/127
ساختمان 7 طبقه
21
0.7847918
1/85
0/107

توزیع نیروی جانبی با استفاده از رابطه ی (3-5) قابل محاسبه می باشد :

(3-5)

در این رابطه ،
: نیروی جانبی در تراز طبقه i
: وزن طبقه i
: ارتفاع تراز i از تراز
n : تعداد طبقات ساختمان از تراز پایه به بالا
: نیروی جانبی اضافی در تراز سقف طبقه ی n که با استفاده از رابطه ی (3-6) محاسبه می شود.

(3-6)
با توجه به نتایج به دست آمده از محاسبات فوق، بارهای جانبی در مدل سازه ها تعریف شده است. نیروی جانبی نیز در مرکز جرم طبقات اعمال گردیده است.
3-2-1-3-نتایج طراحی نمونه ها
طراحی ساختمانهای مورد مطالعه، بر اساس نتایج آنالیز مدل سازهها در نرم افزار Sap و با توجه به ضوابط آئیننامه طراحی ساختمانهای فولادی ایران، انجام گرفتهاست. بر این اساس جزئیات سازه و مقاطع اعضای سازهای مشخص گردیدهاست. در ادامه خلاصهای از تیپ بندی اعضای سازهای نمونه مورد مطالعه ارائه میگردد. لازم به ذکر است طراحی اولیه سازه و آنالیز استاتیکی خطی بر مبنای طراحی بهینه صورت گرفته تا احتمال ایجاد مفصل پلاستیک در آن بررسی و طراحی مطلوب واقع گردد.

جدول(3-2) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 3 طبقه
طبقه
ستون
تیر
بادبند
اول
PG25*25
I18-12*1.0
2UNP14

2IPE16
CPE160PL10

دوم
PG20*20
I18-12*1.0
2UNP14

2IPE14
CPE160PL10

سوم
PG15*15
I18-05*0.8
2UNP10

 
CPE180

2IPE14
CPE160PL10

جدول(3-3) مقاطع تیر، ستون و بادبند نمونه 5 طبقه
طبقه
ستون
تیر
بادبند
اول
PG35*35
I18-12*1.0
2UNP16

2IPE18
CPE160PL10

دوم
PG30*30
I18-12*1.0
2UNP16

2IPE16
CPE160PL10

سوم
PG20*20
I18-12*1.0
2UNP16

2IPE14
CPE160PL10

چهارم
PG20*20
I18-12*1.0
2UNP14

2IPE14
CPE160PL10

پنجم
PG15*15
I18-05*0.8
2UNP10

 
CPE180

2IPE14
CPE160PL10

جدول(3-4) مقاطع تیر،ستون و بادبند نمونه 7 طبقه
طبقه
ستون
تیر
بادبند
اول
PG42.5*42.5
I18-12*1.0
2UNP18

2IPE22
 

2IPE18
CPE160PL10

دوم
PG37.5*37.5
I18-12*1.0
2UNP18

2IPE22
 

2IPE16
CPE160PL10

سوم
PG35*35
I18-12*1.0
2UNP18

2IPE20
 

2IPE16
CPE160PL10

چهارم
PG30*30
I18-12*1.0
2UNP16

2IPE14
CPE160PL10

پنجم
PG20*20
I18-05*0.8
2UNP16

 
CPE180

2IPE14
CPE160PL10

ششم
PG20*20
I18-05*0.8
2UNP14

 
CPE180

2IPE14
CPE160PL10

هفتم
PG15*15
I18-05*0.8
2UNP10

 
CPE180

2
IPE14
CPE160PL10

3-3-ارزیابی
به منظور ارزیابی سازههای مورد مطالعه و بررسی عملکرد لرزهای آن ها، در این بخش به بررسی روش عنوان شده برای آنالیز سازههای فولادی، بر اساس تحلیل استاتیکی غیرخطی، پرداخته شدهاست. در ابتدای این بخش به تشریح مبانی مربوط به مدل سازی، تحلیل و ارزیابی سازههای بتنی بر اساس روش استاتیکی غیرخطی پرداخته و در ادامه جزئیات مربوط به مدل سازی و ارزیابی سازههای مورد مطالعه تشریح گردیده است.
3-3-1-مدلسازی
3-3-1-1-مدلسازی کلی سازه
مدلهای تحلیل مورد استفاده برای ارزیابی سازه باید نشان دهنده خصوصیات سه بعدی رفتار ساختمان مورد نظر شامل توزیع جرم، سختی، مقاومت و شکلپذیری در طول تغییر مکانهای ایجاد شده برای سازه باشد. از مدلهای دو بعدی نیز زمانی میتوان استفاده کرد که مدل ساخته شده بتواند پاسخ جانبی کلی سیستم را نشان دهد. بنابر این با توجه به میزان تأثیر گذاری اعضاء در رفتار کلی سازه، نیازی به مدلسازی المان ها و اجزایی که تأثیر قابل توجهی بر ارزیابی ساختمان ندارند، نمی باشد.
بدین ترتیب المان ها و اجزایی از سازه که پس از تعداد سیکل های قابل توجه در اثر زلزله، قادر به تأمین سختی و مقاومت برای سازه هستند باید در مدل سازی مورد توجه باشند. حذف کردن المانهایی در مدل که سختی و مقاومت قابل توجهی ندارند میتواند باعث سادهتر شدن فرآیند تحلیل گردد. از سوی دیگر کلیه اجزایی که تنها بارهای ثقلی را تحمل می کنند و پس از اولین سیکل زلزله دچار زوال می شوند، باید در برابر محدودیتهای تغییر شکلی معرفی شده در دستورالعملهای مربوطه کنترل گردند. این اجزا تحت عنوان اعضای ثانویه نامیده می شوند. لازم به ذکر است که طبقه بندی المانهای اولیه و ثانویه بر اساس میزان تأثیرگذاری این اعضاء بر روی پاسخ سازه صورت گرفته است.
3-3-1-2-مدلسازی اعضا
در حالت کلی، مدل اعضا باید نمایانگر سختی، مقاومت و شکل پذیری اجزای سازه ای باشد. مدلسازی رفتار اجزا عموما با استفاده از روابط نیرو–تغییر شکل غیر خطی که بیانگر نمودار رفتاری عضو بوده و شامل بخش های خطی در نمودار است، انجام می گیرد. در شکل (3-3) نمونه ای از رفتار ذکر شده نشان داده شده است.
شکل(3-3) منحنی رفتاری عضو[24].

مطلب مشابه :  دانلود پایان نامه ارشد با موضوعمدل سروکوال، شهر اصفهان، سلسله مراتب

در این شکل، معرف مقاومت عضو و بیانگر مقدار نیروی مورد نیاز اعمال شده به علت زلزله میباشد. همانگونه که در شکل نشان داده شدهاست رفتار عضو تا مرحله تسلیم، نقطه در شکل، به صورت خطی میباشد که پس از مرحله تسلیم نمودار با کاهش سختی ( با امکان ایجاد سخت شدگی کرنشی) تا نقطه، ادامه مییابد و با افت مقاومت، به نقطه میرسد و تا نقطه ثابت میماند. نهایتا در این نقطه مقاومت به صفر کاهش مییابد.

3-3-1-3-مدلسازی رفتار مصالح
تعیین مشخصات مصالح فلزی بایستی شامل برآورد مقاومت فشاری و کششی، رفتار تغییر شکلی، مدول الاستیسیته باشد. مقاومت فشاری و کششی فولاد با توجه به مستندات موجود، آزمایشات انجام گرفته و یا روابط موجود در مراجع معتبر قابل تعیین می باشد. کلیه مشخصات مصالح که به نوعی با رفتار آنها و مقاومت و غیره ارتباط دارند بر اساس آئین نامهها و نشریات در نرم افزار اعمال میگردد.

3-3-1-4-مقاومت اعضای سازهای
تلاشها (نیروها و تغییر شکل های متناظر) در یک سازه به دو دسته تلاشهای کنترل شونده توسط تغییر شکل و یا کنترل شونده توسط نیرو تقسیم بندی میشوند. به طور مشابه در اعضاء نیز متناظر با تلاشی که تحت تأثیر نیروی وارده تجربه میکنند، بر این اساس طبقه بندی میشوند.
تلاشهای کنترلشونده توسط تغییر شکل اجازه تجاوز از محدودههای الاستیک تحت بارگذاریهای لرزهای را دارند. مقاومتها برای تلاشهای کنترل شونده توسط تغییر شکل بایستی از مقاومتهای مورد انتظار بر اساس نتایج آزمایشگاهی و یا با استفاده از اصول قابل قبول مقاومت مصالح تعیین گردند. مقاومت مورد انتظار به صورت ماکزیمم ظرفیتی که انتظار میرود عضو به علت تغییر شکلهای احتمالی در اثر نیروی وارده از خود بروز دهد، تعریف میشود. در هنگام تعیین مقاومت مورد انتظار بایستی از مقاومتهای مورد انتظار مصالح استفاده کرد.
تلاشهای کنترل شونده توسط نیرو مجاز به تجاوز از محدودههای الاستیک تحت نیروهای زلزله نمیباشند. مقاومتها برای اجزای کنترل شونده توسط نیرو باید متناظر با مقاومتهای کران پائین که بر اساس نتایج آزمایش و یا محاسبات مبتنی بر اصول مقاومت مصالح میباشد، تعیین شود. زمانی که محاسبات برای تعیین مقاومتهای کران پائین مورد استفاده قرار میگیرد، در نظرگیری مشخصات کران پائین مصالح بایستی مورد توجه قرار گیرد.
به طور کلی در تعیین مقاومت اعضاء در هر تلاش، دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود توصیه میکند به جز در مواردی که در این دستور العمل روش خاصی عنوان شده است، همان روشهای ارائه شده در آئیننامههای طراحی ساختمانهای فولادی مرسوم برای محاسبه مقاومت نهایی طرح با در نظرگیری ضریب ایمنی جزئی مقاومت فولاد و بتن برابر یک به کار گرفته شود[19].

مطلب مشابه :  مقاله رایگان با موضوعنیروهای خارجی، رفتار پایدار

3-3-1-5-بررسی منحنی رفتاری اعضاء
به جهت تعریف مشخصات اعضاء، بایستی منحنی رفتاری عضو که در بردارنده روابط نیرو- تغییر شکل غیرخطی عضو باشد، به اجزای سازهای اختصاص دادهشود. نمودار نیرو- تغییر شکل عضو از چند بخش خطی پیوسته تشکیل شده است.
در روش استاتیکی غیر خطی به عوض استفاده از نتایج آزمایش یا تحلیل، میتوان از منحنی نیرو-تغییر شکل داده شده در شکل (3-3)، با مقادیر a، b، c تعریف شد
ه در جداول دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود برای قابهای مختلف سازه فولادی استفاده نمود.
پارامترهای Q و Qy به ترتیب در شکل (3-3) عبارتند از نیروی تعمیم یافته و مقاومت نظیر اولین تسلیم در عضو. در تیرها و ستونها θ عبارتست از کل چرخش ارتجاعی و خمیری تیر یا ستون، yθ چرخش حد تسلیم، Δ کل تغییر مکان ارتجاعی و خمیری و yΔ تغییر مکان حد تسلیم[6].
در این منحنی، تغییر شکلها مستقیما بر اساس پارامترهایی مانند کرنش، انحنا، دوران و یا تغییرطول محوری عضو بیان میشوند. پارامترهای a و b دلالت بر تغییر شکل های پس از تسلیم عضو دارد، یعنی تغییر شکلهای پلاستیک. مقادیر مربوط به پارامترهای ذکر شده از جداول مربوطه در مراجع مرتبط (مانند دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود) قابل استخراج می باشد.

3-3-2-بررسی نرم افزارهای کاربردی
از جمله نرم افزارهای کاربردی در ارزیابی غیر خطی سازه میتوان به نرم افزارهای Sap2000 و Perform-3D و Etabs و ABAQUS و ANSYS و غیره اشاره کرد. در این نرم افزارها امکان تعریف مشخصات غیر خطی اعضاء و نیز انجام آنالیزهای غیر خطی سازه وجود دارد.
نرم افزارهای مورد استفاده در این تحقیق نرم افزار Sap2000 نسخه 14.2.2 برای انجام آنالیز غیر خطی و Perform-3D نسخه 4.0.1 برای کنترل و بررسی صحت نتایج حاصله میباشد. علت انتخاب این نرم افزار در تحلیل و ارزیابی سازه های مورد مطالعه، همگونی و توانایی آن در مدلسازی نزدیک به واقعیت رفتار ساختمانهای مورد مطالعه و همچنین هماهنگی ویژه این نرم افزار با پیش استانداردهای ارزیابی ایمنی سازهها در برابر زلزله (FEMA356)، میباشد. به طوریکه این نرم افزار به طور خاص خروجیهای متناسب با این دستورالعمل را به طور جداگانه ارائه می دهد.
نحوه تحلیل استاتیکی غیر خطی در این نرم افزار به صورت حل گام به گام با کنترل تغییر مکان جانبی سازه است که در هر گام بارگذاری جانبی، بر اساس الگوی بارگذاری فرض شده و با در نظرگیری پتانسیل غیر خطی مادی در هر یک از اجزای سازه، افزایش مییابد. در این تحلیل نحوه اعمال بار جانبی به صورت استاتیکی میباشد. پس از اتمام تحلیل وضعیت المانها بر اساس مشخصات رفتاری تعریف شده برای آنها در هر گام بارگذاری مشخص بوده و میتوان روند تعییر شکل آنها را در هر گام کنترل نمود. در نهایت عملکرد کل سازه به صورت منحنی برش پایه به تغییر مکان نسبی نقطه کنترل سازه تعیین میگردد.

3-3-3-بررسی مشخصه های تحلیل نمونه ها
3-3-3-1-روش تحلیل
هدف از انجام تحلیل سازه، بررسی عملکرد سازه و به دست آوردن نتایج و پارامترهای اصلی پاسخ سازه، تحت اثر نیروهای انتقالی زمین میباشد. به منظور تعیین عملکرد سازههای مورد مطالعه در این تحقیق از روش تحلیل استاتیکی غیر خطی استفاده می شود.
روش تحلیل استاتیکی غیر خطی سازهها (NSP)، که روش بار افزون نامیده می شود، بار جانبی ناشی از زلزله را به صورت استاتیکی(با توزیع مشخص) بر روی سازه در نظر

Leave a Reply