دانلود مقاله سمینار کارشناسی ارشد (عمران)

-1-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.

اکثر زلزله های مهم ایران نیز در حوالی این فصل مشترک ها رخ داده است.

نقشه پهنه بندی لرزه خیزی ایران نشان دهنده این است که هیچ نقطه ای از کشورمان را نمی توان در مقابل اثر زلزله مصون پنداشت.در شکل( 1-1)نقشه پهنه بندی لرزه خیزی ایران طبق آیین نامه 2800 را مشاهده می نمایید.]8[
بنابراین طراحی وساخت سازه هایی که بطور مناسب بتوانند در مقابل زلزله ها پایدار باشد الزامی است،این موضوع درک وشناخت رفتار سیستم های سازه‌ای را آشکار می سازد.

برای طراحی یک سازه مقاوم در برابر زلزله رکورد شتاب و مشخصات زمین لرزه نیز نیاز می‌باشد، تا اثرات زمین لرزه بر سازه شناسایی گردد اثرات زمین لرزه بر سازه های طراحی شده از موضوعات جالب توجه می‌باشد، زیرا نتیجه آزمایش واقعی روی سازه های طراحی شده براساس آخرین آیین نامه های تدوین شده هستند.

معمولا هر چاپ جدید از آیین نامه ساختمانی بازتابی از نتایج حاصل از آخرین زمین لرزه های ثبت شده و تجزیه وتحلیل آنها می‌باشد.

به طور کلی دو روش برای ساخت سازه ای مقاوم در برابر زلزله موجود است:]18[
1-سازه صلب
2-سازه نرم
سازه صلب: در اینگونه سازه ها، پارامتر طراحی تغییر شکلهای جانبی سازه تحت اثرات زلزله است بطوریکه سازه به قدری صلب ساخته می شود که کلیه انرژی را جذب می نماید و بایستی با انتخاب اجزا بسیار مقاوم، توانایی جذب انرژی را به سازه داد.

سازه نرم: در اینگونه سازها، پارامتر انعطاف پذیری سازه در برابر حرکات رفت وبرگشتی که ناشی از خاصیت خمیری آن است مورد استفاده قرار می گیرد.

بدین صورت که سازه، انرژی را با حرکات نوسانی و درصد میرایی آزاد می‌کند.

با توجه به مطالب گفته شده تعیین سیستم مقاوم(این سیستم مقاوم شامل ترکیبی از عناصر سازه ای افقی وعناصر مهاربندی عمودی می‌باشد) در برابر نیروهای جانبی یک موضوع اساسی در طراحی سازه ها می باشد، که در اینجا روی سیستم های مهاربندی عمودی بحث خواهد شد.

شکل (1-1)- نقشه پهنه بندی خطر نسبی زمین لرزه در ایران








فصل دوم
رفتار سازه ها تحت بار زلزله

2-1-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.

این فلسفه ایجاب می‌کند که در طراحی سازه های مقاوم در مقابل زلزله به دو مطلب اساسی زیر توجه شود:
الف) ایجاد سختی و مقاومت کافی در سازه جهت کنترل تغییر مکان جانبی، تا از تخریب اعضا سازه ای تحت زلزله های خفیف، جلوگیری به عمل آید.

ب)ایجاد قابلیت شکل پذیری واتلاف انرژی مناسب در سازه تا در یک زلزله شدید از فرو ریزش سازه جلوگیری گردد.

تامین سختی مناسب و بخصوص سختی جانبی سازه از عوامل اساسی طراحی ساختمانها می‌باشد.

در حد نهایی مقاومت، تغییر شکل های جانبی باید طریقی محدود گردند که اثرات ثانویه ناشی از بارگذاری قائم باعث شکست وانهدام سازه نگردند.

در حد بهره برداری ،اولا تغییر شکل ها باید به مقادیری محدود شوند که اعضای غیرسازه ای نظیر درها و آسانسورها، بخوبی عمل نمایند.ثانیا باید برای جلوگیری از ترک خوردگی وافت سختی، از ازدیاد و تشدید تنش در سازه جلوگیری نمود و از توزیع بار بر روی اعضای غیرسازه ای نظیر میانقابها ونماها خودداری کرد.

ثالثا سختی سازه باید در اندازه ای باشدکه حرکتهای دینامیکی آن محدود شده و باعث اختلال ایمنی وآرامش استفاده کنندگان وایجاد مشکل در تاسیسات حساس ساختمان نگردد.

کنترل تغییر مکانهای جانبی ازاهمیت بسیاری برخوردار است.

لازم به تاکید است که گرچه برای شاخص جابجایی مقادیری نظیر پیشنهاد شده واستفاده از آن هم متداول است، ولی این مقدار الزاما شرایط ایمنی وآسایش دینامیکی را تامین نمی کند چنانچه جابجایی سازه بیش از حد باشد میتوان با اعمال تغییراتی در شکل هندسی سازه، افزایش سختی خمشی اعضاء افقی یا سخت ترکردن گره ها و یا حتی با شیب دادن ستونهای خارجی، جابجایی را کاهش داد.

گاهی در شرایط بحرانی از میراگرهای مختلف نیز استفاده میشود.

در هر صورت باید جابجایی کاملا کنترل گردد، در غیر اینصورت ساختمانی که از نظر سازه ای بدون نقض است غیرقابل بهره برداری میگردد.

زمانیکه سازه تحت بارگذاری شتابنگاشت های زمین، به صورت ارتجاعی تحلیل می شود نیروهای وارد بر سازه خیلی بیشتر از آن است که آیین نامه ها مقرر می دارند.بنابراین سازه هایی که با آیین نامه های متداول زلزله محاسبه شده اند، تحت یک زلزله شدید و یاحتی متوسط تغییر شکل های زیادی خواهند داد.

این تغییر شکل های زیاد با تسلیم شدن بسیاری از اعضا سازه همراه خواهد بود.

به عبارت دیگر، برای اکثر ساختمانها از نظر اقتصادی قابل قبول نیست که اندازه اعضا آنها به حدی بزرگ باشند که در یک زلزله شدید بطور ارتجاعی عمل نمایند لذا شکل پذیر بودن یک خاصیت اساسی برای سازه های مقاوم در برابر زلزله می‌باشد.

شکل پذیری مناسب در ناحیه غیرارتجاعی نیروهای وارده از زلزله را می راند واعضا میتوانند قبل از فروریختن تغییر شکل های غیرارتجاعی یا خمیری قابل ملاحظه ای را تحمل نمایند.

همچنین سازه در بارگذاری های تکراری (رفت وبرگشتی) نباید رفتار نامناسب از خود نشان دهد و مقاومت آن در برابر بارهای تکراری زوال نیابد و در مرحله غیرخطی نیز عملکرد خوبی داشته باشد.

به عنوان مثال، قابهای مهاربندی هم مرکز دارای سختی مناسبی هستند ولی به دلیل کمانش بادبندها تحت اثر نیروی فشاری دارای رفتار غیرخطی بسیار نامناسبی هستند و ظرفیت استهلاک انرژی بسیار پایینی دارد و انرژی جذب شده در مرحله حلقه های مختلف بر روی هم انباشته شده وباعث گسیختگی بادبند می شود.

علاوه بر شکل پذیری سازه، باید از مصالح شکل پذیر نیز استفاده گردد.

به عنوان نمونه شکل (2-1)نمودار نیرو- تغییر شکل مصالح شکننده مانند بتن وآجر ومصالح شکل پذیر مانند فولاد وآلومینیوم را نشان می‌دهد.]15[ 2-2-رفتار مناسب سازه تحت بارگذاری متناوب سطح زیرمنحنی تنش –کرنش، متناسب با انرژی جذب شده توسط جسم می‌باشد.

هر قدر سطح زیرمنحنی بزرگتر باشد قابلیت جذب انرژی جسم بیشتر می‌باشد، بنابراین مقاومت جسم در مقابل گسیختگی بیشتر خواهد شد.

از تمام انرژی که به جسم وارد می شود فقط بخشی مربوط به ناحیه ارتجاعی باز پس گرفته می‌شود و باقی انرژی به صورت فرم های خمیری در جسم تلف شده وعملا غیرقابل برگشت می‌باشد اگر جسم ارتجاعی نباشد ویا بارگذاری از حد ارتجاعی گذشته باشد، تغییر فرم بصورت داخلی در جسم باقی می ماند.

در چنین حالتی پس از باربرداری کاملا به نقطه شروع برنگشته وبه نقطه دیگری مانند نقطه O1 در شکل (2-2) می رسد و اگر نیروی فشار به کششی تبدیل شود به نقطه B می رسد و پس از باربرداری نیز به نقطه O2 می رسد.

سطح داخلی منحنی حلقه ای شکل (هیسترزیس) عبارت از مقدار انرژی تلف شده می‌باشد وهر قدر هسیترزیس چاق تر باشد این انرژی تلف شده بیشتر خواهد بود.]15[ رفتارمنحنی هیسترزیس به دو دسته تقسیم بندی می شود که عبارت است از: الف) هیسترزیس ثابت(خوب) ب)هیسترزیس کاهنده(بد) شکل (2-3) رفتار خوب یا ثابت را در برابر زلزله نشان میدهد،که نشان دهنده شکل پذیری زیاد، ظرفیت اتلاف انرژی زیاد وچرخه های پسماند پایدار می‌باشد.

همچنین عدم کاهش مقاومت وعدم کاهش سختی در اثر تناوب بارگذاری وجابجایی های زیاد از خصوصیت های این رفتار می‌باشد.

شکل (2-4) رفتار کاهنده یا بد را در برابر زلزله نشان میدهد.

ظرفیت اتلاف انرژی کوچک بوده ومقاومت قاب براثر تکرار بارگذاری کاهش پیدا می‌کند.

در این حالت بعد از اینکه جابجایی از مقدار متناظر با مقاومت حداکثر افزایش می یابد، مقاومت رو به زوال رفته وشکل پذیری سازه نیز کم می شود.

2-3-ضریب رفتار سازه ها طراحی در برابر زلزله به هیچ عنوان به این معنی نیست که سازه در برابر زلزله هیچ خسارتی ندیده ویا وارد مرحله پلاستیکی نشود، بلکه به منظور اقتصادی بودن طرح باید در برابر زلزله های شدید به سازه اجازه وارد شدن به مرحله غیرخطی داده شود و با 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 نموده و سازه را برای برش پایه کمتری طرح می کنند.

]25[و]18[ این ضریب عبارت است از: که: :مقاومت الاستیک مورد نیاز زلزله :مقاومت طراحی شده سازه می‌باشد.

با توجه به روشهای طراحی بارنهایی وبار مجاز به ترتیب برابر خواهد بود وداریم: =روی بار نهایی =روش بار مجاز حال با توجه به شکل (2-5) تعاریف زیر را خواهیم داشت: الف)ضریب شکل پذیری کل سازه عبارت است از نسبت تغییر شکل حداکثر به تغییر شکل جانبی نسبی ب)ضریب کاهش در اثر شکل پذیری عبارت است از نسبت نیروی نهایی وارده به سازه در صورتیکه سازه کاملا الاستیک بماند به نیروی متناظر با حد تسلیم کلی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی ج)ضریب کاهش در اثر اضافه مقاومت عبارت است از نسبت نیروی متناظر با حد تسلیم کلی سازه در هنگام تشکیل مکانیزم خرابی )( به نیروی متناظر با تشکیل اولین مفصل خمیری در سازه د)ضریب تنش مجاز (Y)عبارت است از نسبت نیرو متناظر با تشکیل اولین مفصل پلاستیک در سازه به نیرو در حد تنشهای مجاز شکل (2-1)-نمودار نیرو- تغییر شکل مصالح شکل (2-2)-نمودار پسماند شکل (2-3)-رفتار ثابت سازه ها تحت بار افقی تکراری شکل (2-4)-رفتار کاهنده سازه ها تحت بار افقی تکراری شکل (2-5)-رفتارسازه الاستیک و غیر الاستیک فصل سوم ملاحظات طراحی سازه ها 3-1-مقدمه خواص شکل پذیری زیاد فولاد ونسبت بالای مقاومت به وزن آن، فولاد را به عنوان یکی از مصالح ساختمانی مقاوم در برابر زلزله معرفی کرده است واستفاده از آن به عنوان مصالحی اقتصادی و مقاوم در حالی افزایش می‌باشد که هر روزه محدوده وسیعتری ازاشکال سازه ای با استفاده از فولاد قابل دستیابی است.

علی رغم رفتار نسبتا خوب سازه های فولادی وشکل پذیری مناسب، فولاد عمدتا به علت ناپایداری موضعی وترکهای ترد همیشه رفتاری نرم نشان نمی دهد.

پدیده هایی همچون کمانش موضعی اجزا ورق با نسبت پهنا به ضخامت بالا، کمانش مهاربندی ها و ستونهای با طول زیاد، کمانش جانبی وپیچشی تیرها وتیرستونها وهچنین اثرات در قابهای تحت بارهای قائم زیاد، باعث ناپایداری هایی در این نوع قابها می گردند]19[ یک مهندس سازه باید این مسائل را در سازه های فولای حل نماید تا شاهد شکل پذیری کافی وظرفیت اتلاف انرژی مناسب سازه باشیم.

3-2-اهمیت سیستم سازه ای بهترین سیستم سازه ای، انتخابی است که در آن اعضای اصلی، ترکیبهای مختلف بارهای قائم وافقی را به صورت بهینه تحمل نمایند.

ولی درعمل معمولا ملاحظات غیرسازه ای تاثیرات بسیاری مهمی بر انتخاب فرم سازه دارند وممکن است تعیین کننده باشند.]1[ تعدادی از مسائلی که در سیستم سازه ای دخالت می کنند عبارتند از پلان: داخلی،معماری وشکل خارجی ساختمان، موقعیت سیستم های تاسیساتی، بارجانبی وارتفاع ساختمان وغیره.

هر چه ساختمان بلندتر ولاغرتر باشد ،عوامل سازه ای از درجه اهمیت بیشتری برخوردار می گردند و نیاز به انتخاب سیستم مناسب سازه ای نیز بیشتر می شود]1 [ 3-3-عوامل موثر در مقاومت سازه 3-3-1-پلان ساختمان ونسبت ابعاد درساختمانها اشکال متفاوتی ایجاد میگردد که برای مقاومت در برابر نیروهای جانبی موثر خواهند بود، از جمله: پیش آمدگی وفرورفتگی ها در پلان، ترازهای نامساوی در طبقات، بام های شیبدار وقوسی،بازشوها وغیره.

به طور مثال ایجاد جرم های متفاوت که به یکدیگر پیوسته می باشند مشکلاتی را ایجاد می نماید، که در شکل (3-1) نمونه هایی از آن ها قابل مشاهده می‌باشد.

لذا به طور کلی در طرح پلان ساختمان مهندس معمار باید مسائل بسیاری را در نظر داشته باشد، به همین خاطر مهندس معمار باید اطلاعات کلی درباره سیستم های مقاومت دربرابر بارهای جانبی داشته باشد تا طرح های غیر عملی ونامناسبی برای سازه ایجاد ننماید.]17[ 3-3-2-ارتفاع ساختمان ونسبت ارتفاع به ابعاد علاوه بر طرح پلان ساختمان، توزیع جرم درارتفاع ساختمان در پاسخ نیروی زلزله موثر است.شکل (3-2) نشان می‌دهد که پاسخ ساختمان دربرابر زلزله می تواند با توجه به ارتفاع ساختمان وپریدطبیعی ارتعاش سازه متفاوت باشد.

در هنگام زلزله ساختمانهای کوتاه انرژی بیشتری جذب می نمایند واز طرفی ساختمانهای بلند و لاغر در ضمن ارتعاش که انجام می دهند انرژی لرزه ای را جذب نموده واینگونه ساختمانها ممکن است در مدهای مختلف مرتعش شده وتغییر مکان های جانبی متفاوتی ایجاد نمایند.

چگونگی توزیع جرم در طبقات و نسبت ارتفاع به ابعاد ساختمان در پایداری ساختمان اثرات بسیاری زیادی دارد.

هر چه نسبت ارتفاع به ابعاد ساختمان زیادتر باشد مشکلات واژگونی ساختمان افزایش یافته و باید در طرح سازه توجهات بیشتری مبذول داشت.

3-3-3-طبقه نرم هر نوع گسیختگی که باعث یک تغییر ناگهانی درسازه شود معمولا از نوع تغییر حالت غیرعادی در سازه تلقی می گردد.

این موضوع در مورد نیروهای دینامیکی بحرانی تر می گردد.

هر گونه افزایش یا کاهش سختی ناگهانی در سازه باعث تغییرات در تغییر شکل ونیروهای وارده به سازه می‌شود.

یک نمونه از این تغییرات را وجود طبقه نرم در سازه می توان نام برد که در شکل (3-3) مشاهده می نمایید.

اکثرا این وضعیت در ساختمانهایی اتفاق می افتد که در طبقه همکف نیاز به پارکینگ دارند ویا مکانهایی که در طبقه همکف آنها نیاز به ارتفاع بلند و بازشوهای زیاد دارند.

می توان این مشکل را با سخت کردن آن طبقه به روشهای مختلف از جمله افزایش تعداد یا سختی ستونها در آن طبقه و یا با استفاده از مهاربند در آن طبقه جبران نمود.

3-3-4-طبقه ضعیف طبقه ضعیف در واقع ناپیوستگی در مقاومت سازه می‌باشد.

طبق تعریف UBC طبقه ضعیف به طبقه ای از سازه استناد می گردد که در آن مقاومت طبقه کمتر از 80 درصد مقاومت طبقه بالایی آن باشد.

لازم به ذکر است نرم بودن طبقه بر مبنای سختی و یا مقاومت طبقه در برابر تغییر شکل جانبی می‌باشد وضعیف بودن طبقه بر مبنای مقاومت آن در برابر نیروهای استاتیکی و یا دینامیکی می‌باشد.

3-3-5-اثرات نامتقارنی ساختمان اثرات پیچش وچرخش بر روی ساختمان در هنگام زلزله بحرانی بوده ومشکلات بسیاری را ایجاد می نماید.

مساله مهم فاصله بین مرکز جرم(نقطه ای که نیروی زلزله در آن اثر می‌کند) ومرکز سختی(نقطه ای که برآیند سختی در آن نقطه قراردارد) می‌باشد،که البته هنگامی مرکز جرم بر مرکز سختی منطبق می‌باشد که شکل ساختمان و سیستم مقاوم نیروهای جانبی آن کاملا متقارن باشد.

بنابراین می توان گفت چنانچه پلان سازه متقارن باشد برآیند نیروهای جانبی به مرکز سختی سیستم مقاومت جانبی اثر می‌کند.چنانچه شکل سازه متقارن باشد آنالیز نیروهای وارده بر آن ساده تر خواهد بود و اگر نیروهای وارده بر سازه و شکل سیستم مقاوم جانبی پیچیده باشد،آنالیز وطراحی سازه پیچیده می گردد و منجر به ارائه نقشه ها وجزئیات پیچیده تری خواهد شد.

در صورتی طرح سیستم های پیچیده سازه قابل قبول است که ضرایب اطمینان کافی رعایت شده و زمان طراحی و هزینه های آن در نظر گرفته شده باشد.

3-3-6-تاثیر اعضاء غیر سازه ای به طور کلی استفاده از اعضاء غیر سازه ای در ساختمان در طرح سازه ها موثر می باشندکه باید در نظر گرفته شوند.

اعضای غیرسازه ای با توجه به سختی کمی که دارند نیروهای جانبی بر آنها منتقل شده وبه علت پایین بودن مقاومت آنها تحمل نیروهای وارده را نداشته و آسیب می بینند،لذا برای جلوگیری از آسیب اعضای غیرسازه ای بایداز اعمال نیروهای جانبی بر روی اینگونه اعضا جلوگیری نمود و با تقویت سیستم های مهاربندی وایجاد درزهای کنترل، اندرکنش اعضا غیرسازه ای باسازه اصلی را به حداقل رساند.

از جمله اعضاء غیرسازه ای درساختمان، نصب موتوربرق و سیستم های آبرسانی وتهویه و..

می‌باشد که حفاظت از اینگونه اعضا غیرسازه ای در هنگام حادثه ای اضطراری از اهمیت بالایی برخوردار است.

سازه اینگونه تجهیزات علاوه بر اینکه باید بطور مستقل مهاربندی شده باشند،باید از سیستم مهاربندی جانبی کل ساختمان نیز جد اشده باشند.

3-4-بارگذاری 3-4-1-بارهای قائم بارهای قائم توسط تیرها و تاوه های سازه ها تحمل می شوند ودر سازه های کوتاه وبلند تفاوتی نمی کنند، ولی مجموع بارهای اعمالی بر ستونها و دیوارهای سازه های بلند بسیار بیشتر از بارهای نظیر در سازه های کوتاه می‌باشد.

بارزنده براساس نوع بهره برداری از فضاها به صورت بارگسترده یکنواخت روی کفها تعریف می شود، بارهای زنده پیشنهادی آیین نامه با استفاده از آزمایش ونتایج مطالعات تجربی محل تخمین زده شده اند.]10[ و]11[ 3-4-2-بارهای اجرایی معمولا بارهای اجرایی بحرانی ترین بارهایی هستندکه سازه تحمل می کند، آمار نشان می‌دهد ساختمانهای منهدم شده بسیاری در مرحله اجرا اتفاق افتاده اند.

بارهای اجرایی که شامل وزن قالبها و بتن تازه کفها می باشند، معمولا حدود دوبرابر بار مرده کف خواهند شد.این بارها توسط شمع ها به سه یا چهار طبقه زیرین منتقل می گردند.

در حال حاضر با فراهم آمدن امکانات ساخت، هر طبقه جدید به فاصله زمانی دو یا سه روز واستفاده از بتن رقیق برای پمپ کردن آن، توجه بیشتر به موضوع ضروری به نظر می رسد، زیرا کفهای ساخته شده قبلی به جای اینکه بارهای اجرایی طبقات بالاتر را تحمل کنند، خود احتیاج به تکیه گاه خواهند داشت.بالابرها نیز از جمله بارهای اجرایی می باشند که معمولا بار خود را به تعدادی از طبقات زیرین منتقل می کنند.]10[و]11[ 3-4-3-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[ 3-4-4-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[ کمیت بار زلزله، حاصل پاسخ دینامیکی ساختمان به ارتعاش زمین است.

برای تخمین بارلرزه ای، دو روش که در آنها ویژگیهای سازه وآمار واطلاعات زلزله های گذشته منطقه در نظر گرفته می‌شود، وجود داردکه در ادامه به آنها اشاره می شود.

3-4-4-1-بارجانبی معادل در روش اول که روش بارجانبی معادل نامیده می شود از یک تخمین ساده برای پرید اولیه سازه و حداکثر شتاب و یا سرعت پیش بینی شده ای همراه با عوامل موثر دیگر برای تخمین حداکثر برش پایه استفاده می گردد.

سپس بار جانبی معادل این برش با روش های مشخصی در ارتفاع ساختمان توزیع شده وآنالیز استاتیکی سازه انجام می شود.

این روش بسیارساده وسریع می‌باشد وبرای ساختمانهای با ارتفاع وشکل هندسی متعارف پیشنهاد شده است.

ضمنا از روش فوق می توان برای طرح اولیه ساختمانهای بلندتر وبا ترکیبهای سازه ای غیرمتعارف استفاده کرد تا در مراحل بعد آنالیز بارهای جانبی لرزه ای با روشهای مناسب تر انجام پذیرد.]8[ و]11[ 3-4-4-2-آنالیز مودال روش دوم که روش جامع تری می‌باشد، روش آنالیز مودال است.

در این روش فرکانس مدهای سازه آنالیز شده وسپس آنها را همراه با طیف طراحی زلزله برای تخمین حداکثر پاسخ های مدی استفاده می کنیم.

از ترکیب این نتایج حداکثر کمیت های پاسخها به دست می آید.

این روش بسیار طولانی تر وپیچیده تر از روش بار جانبی معادل بوده ولی بسیار دقیقتر است و در ضمن قابلیت اعمال تقریبی رفتار غیرخطی سازه را نیز دارد.]16[ شکل (3-1)-حرکات نسبی در سازه های پیوسته شکل (3-2)-توزیع جرم در ارتفاع شکل (3-3)-طبقه نرم فصل چهارم سیستم های سازه ای 4-1-مقدمه اگر بارهای جانبی مانند زلزله وجود نداشته باشند، هر ساختمانی فقط برای بارهای ثقلی طراحی می شود، اینچنین طراحی تفاوتی به جهت ارتفاع تحمیل نخواهد کرد.

از آنجائیکه که روشی برای پرهیز کردن از بارهای ثقلی از جمله زنده و مرده وجود ندارد، حداقل مصالح ممکن برای یک ساختمان با هر تعداد طبقه نمی تواند کمتراز مقدار مورد نیاز برای بارهای ثقلی به صورت تنها باشد.

اثرات بارجانبی روی ساختمان کاملا متغیرند وبا افزایش ارتفاع به سرعت افزایش می یابند.

برای مثال تحت بار جانبی، لنگر واژگونی در پایه ساختمان به نسبت مربع ارتفاع ساختمان تغییر می نماید]1[ سه فاکتور اصلی در ارزیابی همه سازه ها وجود دارد:مقاومت، سختی وپایداری.

در طراحی همه ساختمانها،سیستم سازه ای همه سه فاکتور را باید برآورده نماید.

شرط مقاومت در طراحی سازه های کوتاه فاکتور مهمی باشد ولی با افزایش ارتفاع سختی وپایداری شروط مهمی شده و اغلب فاکتور اساسی در طراحی هستند.

به طور کلی دو روش برای ارضا کردن این شروط در سازه وجود دارد، روش اول افزایش ابعاد اعضاست، ولی این روش دارای محدودیت بوده و غیرعملی وغیر اقتصادی است.

روش دوم که روشی جالبتر است، تغییر فرم سازه می‌باشد، تا به سختی واستحکام بیشتری برای محدوده کردن تغییر شکل وافزایش پایداری برسیم.

در هر صورت تغییر مکان سازه باید برای قابلیت استفاده و راحتی ارزیابی گردد]1[ ساختمان ها باید برای داشتن شکل پذیری مناسب برای تحمل تغییر مکان بزرگ در مدت فعالیت لرزه ای طراحی گردد و همچنین لازم است در طراحی مقاوم دربرابر زلزله از خرابی کامل ساختمان تحت زلزله های شدید جلوگیری شود وخطرات غیرسازه ای در مدت لرزه های وافر زمین به حداقل برسد.]18[ 4-2-سیستم های سازه ای مختلف اولین سوال مهندس سازه در مرحله طراحی این است که کدام سیستم سازه ای برای ساختمان اقتصادی است.

با توجه به تخمین های اولیه،یک تجربه متعارف است که هزینه سازه ای ساختمان فلزی از مجموع فولاد مصرفی ناشی نمی شود، بلکه هزینه ساخت وتولید ونصب آن نیز جزئی از این هزینه می‌باشد.اگر چه ساخت فولاد وقیمت نصب آن به میزان زیادی تحت تاثیر تعداد ونوع اتصالات است ولی به اجمال می توان فرض کردکه این هزینه ها برای طرح های سازه ای مختلف وجود دارد.

با اینکه این موضوع باعث می شود نسبت به شرایط واقعی بیش از حد ساده سازی گردد اما به عنوان یک نقطه شروع برای انتخاب طرح سازه ای مناسب می‌باشد]1[ هدف تعیین سیستم سازه ای است که مقدار فولاد مصرفی را حداقل گرداند، بدون اینکه به توافقات گران به خاطر شیوه های دیگر مورد نیاز باشد.به عنوان یک قانون کلی، در شرایط یکسان ساختمان بلندتر به شناسایی سیستم سازه ای مقاوم مناسب برای بارهای جانبی نیاز بیشتری دارد.

در هر پروژه اولین پایه گذاری توسط معمار انجام می پذیرد وشناسایی شکل کل ساختمان، تخمین طبقات واندازه وموقعیت مراکز سرویس دهی آن مشخص می گردد.

مهندس سازه در این مرحله امکان انتخاب سیستم سازه ای رابررسی می نماید و یک سیستم را که شاید از نظر سازه ای اقتصادی به نظر نمی رسد ولی از نظر شرایط دیگر مناسب است را پیشنهاد می نماید.

نیازی به گفتن نیست که هر ساختمان محصول یک سری هماهنگی بین مقتضیات متناقض بوده و وظایف بسیار پرزحمت وجالب مهندس سازه در انتخاب طرح سازه ای می باشد.

برای تعیین اقتصادی ترین سیستم لازم است که هر دو سیستم قاب کف افقی و المانهای قائم سازه ای ارزیابی می شوند.

قابل توجه است که دراینجا بر روی سیستم قاب جانبی متمرکز می شویم.

امروزه سیستم های سازه ای مختلفی وجود دارند که میتوانند برای مهاربندی جانبی استفاده شوند که میتوان به مهمترین آنها به صورت زیر اشاره نمود:]1[ و]10[ و]12[ 1-قاب خمشی صلب 2-قاب مهاربندی شده هم مرکز 3-قاب مهاربندی شده خارج از مرکز 4-قاب مهاربندی شده با قاب صلب 5-قاب با خرپای کمربندی و میانی 6-قاب لوله ای ساده 7-قاب لوله مهاربندی شده 8-قاب لوله ای دسته شده 9-قاب لوله در لوله 10-قاب با سیستم خرپای یک در میان 11-سازه های معلق 12-سازه های پیوندی 4-3-قاب خمشی صلب (MRF): قاب صلب شامل تیرهای افقی با ستونهای قائم می باشد که با اتصالات صلب به یکدیگر متصل شده اند.

اتصالات صلب دارای چنان سختی هستند که زاویه میان اعضا آن بدون تغییر تحت اثر بار باقی می ماند.

بار جانبی با توجه به سراسری بودن اعضا در گره ها که با اتصالات صلب متصل شده اند بوسیله خمش اصل تیرها وستونها تحمل می گردد.

به شکل (4-1) توجه نمایید.]1[ در هنگام بروز زلزله، اتلاف انرژی به طور عمده به عملکرد خمیری اتصال تیروستون بستگی خواهد داشت.

چنانچه فلسفه تیر ضعیف و ستون قوی رعایت گردد و برای اتصال جزئیات مناسبی فراهم گردد، قاب خمشی شکل پذیری قابل ملاحظه ای خواهد داشت.

شکل (4-2) مکانیزم تغییر شکل یک قاب صلب را نشان می دهد که از 3 قسمت اصلی تشکیل گردیده است: 1-تغییر شکل ناشی از خمش ستون 2-تغییر شکل ناشی از خمش تیر 3-تغییر شکل ناشی از ناحیه تقاطع تیر وستون (panel zone) قابهای MRF دارای شکل پذیری بالاو ظرفیت اتلاف انرژی زیادی می باشند.

همانطور که در شکل (4-3) مشاهده می نمایید چرخه های پسماند پایداری دارند، بدون اینکه دارای کاهش مقاومت باشند.این نوع قابها نسبتا انعطاف پذیر بوده و سختی آنها کم می باشد ومعمولا در ساختمانهای بلند و باریک که محدودیت تغییر مکان حاکم بر طراحی اعضا می‌باشد، غیراقتصادی است .]10[و]18[ از مزایای این قاب می توان به موارد زیر اشاره نمود: 1-یکپارچگی وشکل پذیری خوبی تحت بارهای لرزه ای دارند.

2-فواصل ستونها در اختیار معمار بوده ومی توان از بازشو در قسمتهای مختلف داخل وخارج استفاده کرد.

3-به محض اجرا قابلیت تحمل نیرو را دارند.

از معایب این قاب نیز می توان گفت: 1-اغلب ستونهای این قاب دارای مقاطع بزرگتری نسبت به سایر سیستم ها می باشند که جای بزرگتری را می طلبد و همچنین اغلب از انواع دیگر مهاربندی گرانتر می باشد.

2-اجرای اتصالات آن نسبت به دیگر قابها مشکل تر است.

3-به دلیل داشتن سختی پایین، در ساختمانهای بلند و باریک محدودیت استفاده پیدا می کند.

4-4-قابهای مهاربندی شده 4-4-1-مقدمه سیستم قاب صلب خالص برای ساختمانهای بلند چندان موثر نیست زیرا تغییر شکل تولید شده به خاطر خمش ستونها وتیرها باعث تغییر مکان جانبی زیادی در ساختمان می گردد.قاب مهاربندی شده سیستی برای بهبود قاب خمشی بوسیله حذف عملکرد خمشی واضافه نمودن یک سیستم خرپای طره ای می باشد، در این حالت برش وارده در ابتدا توسط اعضاء قطری جذب شده وبرش را به صورت نیروی فشاری وکشش تبدیل کرده و به سیستم قائم انتقال می دهند.]1[ در مهاربندی قابها می توان از اتصالات صلب و یا اتصالات مفصلی به همراه سیستم مهاربندی استفااده نمود.

با افزایش دهانه مهار شده می توان سازه صلبتری ایجاد کرد.

از نظر سازه ای این مهار بندها یک خرپای قائم طره ای ایجاد می نمایند که در پایه گیردار هستند.]1[ در سازه هایی که ستونها نزدیک به هم هستند مهاربندی در یک دهانه تغییر شکل های زیادی را باعث می شود ولی اگر مهاربندی ها در دهانه های بزرگ قرار گیرند نیروهای تولید شده کاهش یافته وتغییر شکل ها نیز کاهش می یابند.

در مجموع با استفاده از مهاربندی در کل طول یا عرض سازه و یا هر جایی که معماری امکان پذیر باشد، می توان صلیب سازه را افزایش داد.]1[ محاسن ومعایب این سیستم به موارد زیر میتوان اشاره نمود: 1-برای ساختمانهای کوتاه، اغلب چندمهاربند کافیست ولی در ساختمانهای نیمه مرتفع این مهارها چشمگیر خواهند بود وسطح مقطع آنها نیز افزایش می یابد.

2-با تغییر شکل مهاربند، می توان بازشوهای مورد نیاز را به کار برد.

3-هنگامی که مهارها به صورت کششی طرح می گردند ابعاد آنها کوچک بوده ودر دیوارها پنهان می گردند.

4-می توان از مهارها به عنوان یک فرم معماری استفاده نمود.

4-4-2-انواع مهاربندی انواع شکلهای مختلف را می توان به عنوان مهاربندی بکار برد.

مهاربند می تواند از یک مهار قطری ساده در یک دهانه تا یک سیستم مهاربندی متشکل از تعدادی اعضا در یک دهانه استفاده کرد.

چند نوع مهاربندی را میتوانید در شکل (4-4)مشاهده نمائید.

انتخاب نوع مهاربندی تابع سختی مورد نیاز می باشد ولی باز شو مورد نیاز نیز روی آن موثر است.

پیدا کردن یک سیستم مهاربندی با بازده خوب واقتصادی برای ساختمانها یک فرصت فوق العاده را به مهندس سازه می دهد تا از تصورات طراحی ابتکاری خود استفاده نماید.

می توان الگوهای منطقی مهاربندی با دهانه های چند تایی و یا تنها را طراحی نمود، ولی به شرط اینکه برش در هر طبقه تحمل گردد و تغییر مکان مناسبی داشته باشد.

در هر صورت قابلیت استفاده از خرپای مهاربندی یک ارزیابی عمده واصلی به شمار می رود.

پیدا کردن فضایی برای اینگونه مهاربند با عرض بهینه بدون بر هم زدن پلان معماری همیشه ممکن نیست و مهندس سازه را مجبور به استفاده از سیستم های مهاربندی با کارایی کمتر می نماید.

به طور کلی می توان مهاربندها را به دو نوع تقسیم نمود: 1-مهاربندهای هم مرکز 2-مهاربندهای خارج از مرکز 4-4-2-1-مهاربندهای هم مرکز (CBF) در این نوع قابها خط محور تیر ستون ومهاربندی همدیگر را در یک نقطه مشترک قطع می‌نمایند.

اصولا این نوع قابها دارای سختی کافی جهت رعایت محدودیت تغییر مکان نسبی مجاز طبقه بدون اضافه کردن هزینه برای ساختمان دارند.

مهاربندی های هم مرکز در برابر نیروهای جانبی لرزه ای در هنگام بروز زلزله های خفیف مقاومت موثری خواهند داشت ولی در زلزله های بزرگ عموما مهاربندی ها کمانش خواهند کرد و مفاصل پلاستیکی در تیر تشکیل خواهند شد.شکل (4-5) این مورد را نشان می دهد.