بررسی عوامل موثر در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

بررسی عوامل موثر در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

بخشهایی از متن:

مقدمه :

دو عامل تعیین كننده در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی مانند سیستمهای مهاربند،‌دیوارهای برشی فولادی، قابهای ممان گیر، دیوارهای برشی بتنی و غیره سختی[1] و مقاومت [2] آنها میباشد. كه به كمك دیاگرام بار – تغییر مكان جانبی آنها تعیین میگردد. در شكل 6-1 یك نمونه از این دیاگرامها در یك تصویر كلی نشان داده شده است.

در دیاگرام مذكور شیب خط OA سختی سیستم مقاوم نامیده می شود و F_u مقاومت و یا بار نهایی سیستم مذكور می باشد. همانطور كه در شكل 6-1 b مشاهده میگردد رابطه بین بار و تغییر مكان جانبی در محیط الاستیك بصورت زیر است:

(6-1) F=KU

برای تعیین سختی سیستم در هر تراز دلخواه میتوان از رابطة (6-1) استفاده نمود،
(شكل6-2).

شكل 6-1 تصویر كلی دیاگرام بار – تغییر مكان جانبی سیستم

(6-2)

سختی و مقاومت :

با توجه به لزوم كنترل تغییر مكان جانبی در ساختمانها،‌ سختی سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. طبیعتاً همانطور كه در شكل 6-1- b مشاهده می گردد سیستم هایی كه دارای سختی بیشتری می باشند، تغییر مكان جانبی آنها در مقابل بارهای جانبی كمتر است.

از جمله عواملی كه در رابطه با آنها لزوم كنترل تغییر مكان جانبی نقش اساسی دارد، میتوان به موارد زیر اشاره نمود.

شكل 6-2 تعیین سختی سیستم در تراز دلخواه

- اثرات

- آسیب دیدن اجزاء غیر سازه ای

- حفظ تجهیزات و لوازم حساس در ساختمانهای خاص

- تأمین ایمنی

در عمل،‌ هنگامی كه بارهای جانبی به سازه اعمال میگردد، سازه جا به جا شده و در نتیجه بارهای قائم نسبت به محورهای قابها و دیوارها خارج از محوری پیدا می نمایند. متعاقب آن سازه تحت اثر لنگری اضافه قرار می گیرد. جابجایی اضافی، باعث لنگر داخلی بیشتر برای تعادل با لنگر اعمالی ناشی از بارهای قائم خواهد شد. این اثر بار قائم ‍P بر تغییر مكان جانبی به اثر موسوم است . اثر مذكور در یك طره در شكل 6-3 بصورت ساده نشان داده شده است.

...

پایداری :

یكی از عوامل تعیین كننده و حساس در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی، پایداری می باشد. هر گونه ناپایداری در این سیستم ها منجر به خرابی كلی و یا موضعی سازه و نهایتاً ساختمان گردد. عموماً ناپایداری به صورت های زیر در سیستم های مذكور اتفاق می‌افتد.

- ناپایداری اجزای اصلی

- ناپایداری اجزای فرعی

- ناپایداری موضعی

ناپایداری اجزای اصلی مانند ستونها بسیار خطرناك بوده واغلب منجر به تخریب قسمتی از سازه و یا كل سازه میگردد. لذا دقت در تأمین پایداری، به ویژه تأمین پایداری اجزاء اصلی سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی بخصوص بارهای جانبی ناشی از زلزله از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. گر چه میتوان با كمی درایت در طراحی سیستم های مذكور از ناپایداری اجزاء فرعی و حتی ناپایداری های موضعی نیز جلوگیری نمود.

در زلزله های نسبتاً شدید و شدید انتظار میرود سیستم مقاوم وارد ناحیة پلاستیك شده و با جذب انرژی، ارتعاش را میرا نماید. در این حالت كه سیستم خودبه علت جاری شدن اجزاء و احتمالاً اتصالات دچار مشكل می باشد، میتوان تصور نمود وجود ناپایداری در آن چه اثرات مخربی میتواند برای آن به همراه داشته باشد. در چنین شرایطی بروز هرگونه ناپایداری بر روی منحنی های هیسترزیس سیستم اثر گذاشته و خود را در منحنی های مذكور نشان داده و باعث كاهش جذب انرژی سیستم میگردد.

در دیوارهای برشی فولادی، ستونها علاوه بر تحمل بارهای قائم محوری كه ناشی از بارهای ثقلی می باشند، می بایست نیروهای نهائی وارده از ورق فولادی را نیز كه در شكل های 6-6 و 9-1 نشان داده شده است، تحمل نمایند. لازم است ستونها از نظر كمانش در صفحة دیوار برشی و كمانش خارج از صفحه مذكور با ضریب اطمینان خوبی طراحی گردند. بطوریكه وقتی ورق فولادی برای جذب انرژی به حالت پلاستیك میرود، دارای استحكام كافی بوده و دچار كمانش نشوند. همچنین رابطة (6-46) كه در بحث 6-2 (اثر صلبیت تیرها و ستونها روی ورق فولادی) ارائه گردیده است در مورد ستونهای دیوارهای برشی فولادی می بایست اعمال گردد.

در رابطه با تیرهای طبقات در دیوارهای برشی فولادی، با توجه به اینكه نیروهای وارده از ورقهای فولادی به آنها در دو طبقه مجاور، به علت اختلاف ناچیز خنثی می گردد (شكل 9-1) لذا از نظر پایداری بامشكل خاصی روبرو نمی باشند. فقط تیرهای انتهایی كه صرفاً نیروهای وارده از طرف یك ورق فولادی را تحمل می نمایند، (شكل 1-9)، می بایست دارای استحكام كافی باشند. در این ارتباط لازم است رابطة (6-47) در مورد آنها اعمال گردد. همچنین در صورتی كه به علت اختلاف فاحش بین نیروهای برشی دو طبقه مجاور در دیوار برشی فولادی، اختلاف نیروهای وارده از ورق های فولادی مجاور به تیر میانی قابل توجه باشد، لازم است رابطة (6-47) برای تیر مذكور برای مابه التفاوت نیروهای وارده كنترل گردد.

[1] - Stiffness

[2] - Strength