ssu.ac.irssu.ac.ir/.../khadamatkarkonan/mofidother/shearwall.docx · web view“steel plate shear...

34

Click here to load reader

Upload: trandien

Post on 08-Apr-2018

222 views

Category:

Documents


7 download

TRANSCRIPT

Page 1: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

همه چیز درباره دیوار برشی دیوار برشی

با نیروهای جانبی مؤثر بر یک سازه ) در اثر باد یا زلزله ( به طرق مختلف مقابله می شود که اثر زلزله بر ساختمانها از سایر اثرات وارد بر آنها کامال متفاوت می باشد . ویژگی اثر زلزله در

این است که نیروهای ناشی از آن به مراتب شدیدتر و پیچیده تر از سایر نیروهای مؤثر می باشند . عناصر مقاوم در مقابل نیروهای فوق شامل قاب خمشی ، دیوار برشی و یا ترکیبی از

آن دو می باشند . استفاده از قاب خمشی به عنوان عنصر مقاوم در مقابل نیروهای جانبی بخصوص اگر نیروهای جانبی در اثر زلزله باشند احتیاج به جزئیات خاصی دارد که شکل پذیری

کافی قاب را تأمین نماید .این جزئیات از لحاظ اجرایی غالبا دست و پاگیر بوده و در صورتی می توان از اجرای دقیق آنها مطمئن شد که کیفیت اجرا و نظارت در کارگاه خیلی باال باشد از لحاظ برتری می توان گفت که دیوار برشی اقتصادی تر از قاب می باشد و تغییر مکانها را کنترل می کند در حالی که برای سازه های بلند قاب به تنهایی نمی تواند در این زمینه جوابگو باشد . حال

 به ذکر چند نمونه از دیوارهای برشی می پردازیم :

-دیوار های برشی فوالدی : بعضی مواقع ورقهای فوالدی به عنوان دیوارهای برشی بکار می1 روند . برای جلوگیری از کمانش موضعی چنین دیوارهای برشی فوالدی الزم است از تقویت

 ای قائم و افقی استفاده شود.کننده ه

-دیوارهای برشی مرکب : دیوارهای برشی مرکب شامل : ورقها ی تقویت شده فوالدی مدفون2 در بتن مسلح ، خرپاهای ورق فوالدی مدفون در داخل دیوار بتن مسلح و دیوارهای مرکب ممکن

 دیگر ، که تماما با یک قاب فوالدی و یا با یک قاب مرکب تؤام هستند می شود .

- دیوارهای برشی مصالح بنایی : از دیر زمان در ساختمانهای مصالح بنایی از دیوارهای مصالح3 بنایی توپر غیر مسلح استفاده می شده است ولی روشن شده است که این دیوارها از نقطه نظر مقاومت در مقابل زلزله ضعف دارند و لذا اکنون به جای آنها از دیوارهای برشی مسلح

-دیوارهای برشی بتن4نظیر دیوارهای با آجر تو خالی و پر شده با دوغاب استفاده می شود . مسلح : نوع دیگری از دیواهای برشی ، دیوارهای برشی بتن مسلح است که در این مقاله به آن می پردازیم. یکی از مطمئن ترین روشها برای مقابله با نیروهای جانبی استفاده از دیوار برشی بتن مسلح است . دیوار برشی به عنوان یک ستون طره بزرگ و مقاوم در برابر نیروهای لرزه ای عمل می کند و یک عضو ضروری برای سازه های بتن مسلح بلند و یک عضو مناسب برای

سازه های متوسط و کوتاه می باشد .انواع دیوار برشی بتن مسلح :

 دو نوع دیوار برشی بتن مسلح وجود دارد :  :در دیوار برشی در جا به منظور حفظ یکنواختی و پیوستگی میلگرد های -دیوار برشی در جا 1

 دیوار ، به قاب محیطی قالب می شوند . -دیوار برشی پیش ساخته : در دیوار های برشی پیش ساخته یکنواختی و پیوستگی با تهیه کلیه2

های ذوزنقه شکل در طول لبه های پانل و یا از طریق اتصال پانلها به قاب توسط میخهای فوالدی صورت می گیرد . تأثیر شکل دیوار : تعبیه بال در دیوارها برای پایداری و شکل پذیری

  . سازه بسیار مفید می باشدنیروهایی که به دیوارهای برشی وارد می شوند :

 به طور کلی دیوار های برشی تحت نیروهای زیر قرار می گیرند : -نیروی برشی متغیر که مقدار آن در پایه حداکثر می باشد .1 -لنگر خمشی متغیر که مقدار آن مجددا در پای دیوار حداکثر است و ایجاد کشش در یک لبه2

Page 2: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

) لبه نزدیک به نیروها و فشار در لبه متقابل می نماید ( با توجه به امکان عوض شدن جهت نیروی باد یا زلزله در ساختمان ، کشش باید در هر دو لبه دیوار در نظر گرفته شود.

-نیروی محوری فشاری ناشی از وزن طبقات که روی دیوار برشی تکیه دارد .3

در صورتی که ارتفاع دیوار برشی کم باشد ، غالبا نیروی برشی حاکم بر طراحی آن توجه : خواهد بود لیکن اگر ارتفاع دیوار برشی زیاد باشد لنگر خمشی حاکم بر طراحی آن خواهد بود .

به هر حال دیوار باید برای هر دو نیروی فوق کنترل و در مقابل آنها مسلح گردد.

 طراحی دیوار برشی در مقابل برش : تالش برشی نهایی در مقطع مورد طراحی باشد بر طبق آیین نامه ایران بایدVuاگر

Vu=5υchd=φchd(fc)^0.5  : تعیین نیروی برشی مقاوم نهایی بتن  :Vc=υcbwdالف- حالتی که دیوار تحت اثر برش یا تحت اثر تؤام برش و فشار قرار دارد

در اینVc=υc(1+Nu/(3Ag))bwd (A)ب- حالتی که دیوار تحت اثر برش و کشش فرار دارد : در این رابطه منفی می باشد حالNu ( می باشد و N/mm^2 بر حسب ) Nu/Agرابطه کمیت

( با جزئیات بیشتر مورد نظر باشد آنرا برابر باVcاگر محاسبه نیروی برشی مقاوم نهایی بتن ) + Vc=1.65υchdکمترین مقدار به دست آمده از دو رابطه زیر در نظر گرفته می گیریم و

(Nud)/(5Lw)و Vc=(0.3υc+(Lw(0.6υc+0.15Nu/(Lwh)))/(Mu/Vu-Lw/2))hd Nu  منفی باشدMu/Vu-Lw/2نیروی محوری برای فشار مثبت و برای کشش منفی است چنانچه

برای کلیه مقاطعی که در فاصله ایVc بکاربرده نمی شود . نیروی برشی مقاوم نهایی Aرابطه از پایه دیوار قرار دارند برابر با مقاومت برشی مقطعhw/2 و Lw/2کمتر از کوچکترین دو مقدار

 در کوچکترین این دو مقدار در نظر گرفته می شود . Vs = φsAvfy d/S2( از رابطه زیر محاسبه می شود Vsنیروی برشی مقاوم نهایی آرماتور ها )

Av  سطح مقطع آرماتور برشی در امتداد برش و در طول فاصله S2 می باشد چنانچه مقدار Av سپس به کمکVs=Vu-Vc   را از رابطه زیر به دست آوردVsرا در اختیار نداشتیم می توان

عالوه بر آرماتور های برشVs را به دست می آوریم . برای تأمین برش مقاوم Avرابطه فوق آرماتور های برشی قائم نیز باید در دیوار پیش بینی شود آرماتور گذاری در دیوارAvافقی

( از هم نباید از مقادیرS2 فاصله میلگرد های )Vu=0.0025مطابق زیر انجام می شود : چنانچه سطح مقطع کل بتن در امتداد برش / سطح مقطع آرماتورρn= 3h Lw/5 350زیر بیشتر باشد :

و یا کمتر از مقدار زیر در نظر گرفته شود0.0025برشی در امتداد عمود بر برش نباید کمتر از :ρn=0.0025+0.5(2.5-hw/Lw)( ρh-0.0025)لزومی ندارد   ρn>ρhدر نظر گرفته شود . طراحی

دیوار برشی در مقابل خمش : چنانچه ارتفاع دیوار برشی بلندتر از دو برابر عمق آن باشد مقاومت خمشی آن مشابه تیری که آرماتور گذاری آن در لبه های آن متمرکز است محاسبه می

 شود . یک دیوار برشی مستطیلی نظیر دیوار برشی این چنین محاسبه می شود :Muمقاومت خمشی

Mr=0.5AsφsFyLw(1+Nu/(AsφsFy))(1-C/Lw) : در رابطه فوق Mrمقاومت خمشی نهایی سطح مقطع کل آرماتور های قائم دیوار   As نیروی محوری موجود در مقطع دیوار:  Nuدیوار :

Fy  : تنش تسلیم فوالد :  Qs  ضریب تقلیل ظریب فوالد Lw  طول افقی دیوار مقدار : C/Lwاز از روابط زیر به دست میβ 1 مقدار C/Lw=(w+α)/(2w+0.85β1)  رابطه زیر به دست می آید

Fc=55 N/mm^2 → β1=0.65، w=As/(Lwh)*(φsFy)/( φcfc) φs=0.85 φc=0.6آید : a=Nu/(Lw*h*φcfc) h   : عرض دیوارFc مقاومت فشاری بتن ابتدا با توجه به آرماتور های قائم

حداقل که به علت نیازهای برشی در دیوار تعبیر شده اند ظرفیت خمشی مقطع را به دست می آوریم . همواره باید ظرفیت خمشی بزرگتر یا مساوی نیروی خمشی نهایی دیوار باشد.

(Mr>=Muچنانچه ظرفیت خمشی کمتر از نیروی خمشی دیوار به دست آید باید یا با کاهش ) آنقدر افزایش یابد تا خمش بزرگتر از لنگرAsفواصل یا افزایش قطر آرماتور های قائم مقدار

خمشی مقطع گردد . شکست برشی لغزشی : در شکست برشی لغزشی ، دیوار برشی به طور

Page 3: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

افقی حرکت می کند برای جلوگیری از این نوع شکست آرماتورهای تسلیح قائم که به طور یکنواختی در دیوار قرار گرفته اند مؤثر خواهد بود و تسلیح قطری نیز می تواند مؤثر باشد . در قسمت زیر انواع مودهای شکست یک دیوار برشی طره ای گفته شده است : الف ـ گسیختگی

خمشی ب ـ شکست لغزشی ج ـ شکست برشی د ـ دوران پی دیوارهای برشی با بازشو ها: شکست برشی یک دیوار برشی با بازشو ها ، اگرچه می توان با به کار بردن مقدار زیادی

خاموت باعث اتالف انرژی شد اما نمی توان انتظار شکل پذیری زیادی از آن داشت بنابراین بهتراست در چنین شرایطی از تسلیح قطری استفاده کرد .

 ديوار برشي راه حل مقابله با زلزله ميالدي هم زمان با فعاليت هاي گسترده بازسازي1950علم مهندسي زلزله ساختمان ها در سال

 پس از پايان جنگ جهاني دوم شروع گرديد. تالش هاي اوليه به منظور مقاوم سازي ساختمان ها، براساس فرضياتي نه چندان دقيق بر روي

واکنش سازه در اثر ارتعاش زمين صورت گرفت که بدليل کمبود ابزار تحليل مناسب و سوابق اطالعاتي کافي در مورد زلزله، روش هاي ناقصي بودند. مشاهده عملکرد سازه ها در هنگام وقوع

زلزله و همچنين مطالعات تحليلي و کارهاي آزمايشگاهي و جمع آوري اطالعات مربوط به زمين لرزه هاي چهار دهه اخير، امکان ارايه روشي مدرن براي طراحي سازه هاي مقاومت در

 برابر زلزله را فراهم آورده است. ، سيستم ”قاب خمشي شکل پذير“ از سيستم ”قاب خمشي“ که در آن زمان1950در طي دهه

تنها سيستم مقاوم در ساختمان هاي چندين طبقه بتني و فوالدي بود ، منشا گرفت و به دليل ادامه يافت. در طي اين1970رفتار مناسب اين سيستم در برابر زلزله، کاربرد آن تا اواخر دهه

مدت سيستم هاي جديدتر و کارآمدتري نظير ديوارهاي برشي و يا خرپاها براي تحمل فشار جانبي باد در ساختمان هاي بلند رايج شدند و تقريباً روش ساخت به صورت قاب تنها در اين

 ساختمان ها، کنار گذاشته شد. ميالدي منجر80 و 70 و 60تحقيقات تجربي و تئوري انجام شده در سراسر جهان طي دهه هاي

به جمع آوري اطالعات مفصلي در رابطه با واکنش سيستم هاي ساختماني داراي ديوار برشي در هنگام زلزله شد که اين مطالعات بر اهيمت قاب خمشي شکل پذير در کاهش بار زلزله تأکيد

داشتند. با توجه به اينکه سازه هاي داراي صلبيت بيشتر )يعني شکل پذيري کمتر( در هنگام زلزله، تحت نيروهاي به مراتب قوي تري قرار مي گيرند و از آنجا که وجود ديوار برشي در ساختمان ها

باعث افزايش صلبيت آنها مي شود، کاربرد ديوارهاي برشي، نامناسب تشخيص داده شد و بيشترً ساختمان ها به روش قاب خمشي ساخته شدند. براي نمونه در برخي از کشورها خصوصا

کشورهاي توسعه نيافته بدون رعايت حداقل ضوابط شکل پذيري، قاب هاي ساختماني از انواع شکننده و فاقد قابليت تحمل زلزله هاي قوي بدون وارد آمدن آسيب شديد به ساختمان، اجرا

شدند و همانگونه که در زمين لرزه هاي چهار دهه اخير مشاهده شد، بسياري از ساکنين خود را در ”تله هاي مرگ“ گرفتار کردند. آنچه در زير مي آيد، بيان خالصه اي از رفتار سازه هاي ديوار

سال اخير قرار داشته اند.30برشي است که در حوادث زمين لرزه هاي

  شيلي:1960زلزله ماه مه سال اولين گزارش در ارتباط با رفتار ساختمان هاي داراي ديوار برشي، مربوط به اين زلزله مي باشد

تجربيات در زلزله شيلي، کاربرد ديوارهاي برشي در زلزله هاي شديد را درکاهش خسارات سازه اي و غيرسازه اي، تأييد مي کند. در چند مورد، ديوارهاي برشي ترک خورده اند اما رفتار کلي

ساختمان تغيير نکرده است.

  يوگسالوي:1963زلزله ماه ژوئيه سال در اين زمين لرزه، ديوارهاي بتني غيرمسلح بکار رفته )مثالً در هسته ساختمان و يا در طول آن(

Page 4: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

توانستند با مهار کردن پيچش بين طبقات از خسارات عمده جلوگيري کنند و تنها در چند مورداستثنائي قسمت هاي تحتاني تيرهاي محيطي، در اثر لرزش هاي شديد، جدا شده بود.

  سن فرناندو )کاليفرنيا(:1971زلزله ماه فوريه سال با سيستم مرکب قابIN-DIAN HILL طبقه مرکز پزشکي 6پس از وقوع اين زلزله، ساختمان

HOLLY طبقه بيمارستان 8و ديوار برشي، تنها نياز به ترميم داشت در حاليکه ساختمان CROSSدر کنار آن بدليل اينکه سيستم قاب تنها در آن بکار رفته بود. به شدت آسيب ديد و

نهايتاً تخريب شد.

  بخارست )روماني(:1977زلزله ماه مارس سال ساختمان چندين طبقه به طور کامل ويران شد، صدها ساختمان بلند و35در اين زلزله که

برج هاي آپارتماني که در آنها از ديوارهاي بتني در امتداد کريدورها و يا سرتاسر ساختماناستفاده شده بود، بدون خسارات عمده، سالم و قابل استفاده باقي ماندند.

  مکزيکوسيتي )مکزيک(:1985زلزله ماه اکتبر سال ويراني هاي اين زلزله در مکزيک، به خوبي عواقب عدم استفاده از ديوارهاي برشي تقويت کننده

ساختمان چند طبقه با سيستم قاب تنها، به دليل280را نشان داد. در اين زمين لرزه حدود نداشتن ديوار برشي به طور کامل تخريب شده و از بين رفتند.

  ارمنستان:1988زلزله ماه دسامبر سال دليل ديگري بر نتايج منفي حذف ديوارهاي برشي در1988زلزله ارمنستان در سال

ساختمان به دليل نداشتن ديوار برشي،72ساختمان هاي چندين طبقه است. در اين زمين لرزه وKirovakan و Spitak و Leninakam ساختمان در چهار شهر 149به کلي ويران شده و

Stepomavan ساختمان با پانل هاي بزرگ21 دچار آسيب هاي شديد شدند. با اين وجود کليه موجود در اين چهار شهر هيچگونه آسيبي نديده و در ميان ويرانه هاي ساختمان هاي ديگر، پابرجا

ماندند.

در دهه هاي اخير روش هاي شکل پذير ساختن سيستم هاي سازه اي که گاهي قابليت افزايش مقاومت در برابر زلزله را نداشتند مورد توجه قرار گرفت که ضمن ايجاد احساس امنيت کاذب،

هيچگونه بازدهي کافي نداشتند. در ابتداي پيدايش علم مهندسي زلزله، بسياري از متخصصين ( اشتباه کردند و در نتيجهflexibility( را با انعطاف پذيري )ductilityمفهوم شکلي پذيري )

سازه هاي انعطاف پذير زيادي در مناطق زلزله خيز جهان ساخته شد. با اينکه تعدادي از آنها شکل پذير بودند اما هنگام وقوع زلزله، در اثر پيچش زياد بين طبقات، خسارات غير قابل جبراني

درصد کل مخارج مربوط به20به اين ساختمان ها وارد شد. در ساختمان سازي امروزي که تنها هزينه در سيستم سازه اي و مابقي صرف مخارج کارهاي معماري و تأسيسات برقي و مکانيکي مي شود. انتخاب يک سيستم سازه اي مناسب که امنيت جاني و مالي افراد را در برداشته باشد از اهميت ويژه اي برخوردار بوده و يکي از راه هاي رسيدن به چنين امنيتي استفاده از ديوارهاي

 برشي در سازه هاي بتني مي باشد. جزئيات شکل پذيري ديوارهاي برشي که بعد از مطالعات اخير، در برخي آئين نامه ها ذکر شده اند

هنوز در زلزله هاي واقعي مورد آزمايش قرار نگرفته اند. بدون شک استفاده از اين جزئيات، باعث شکل پذيرتر شدن ديوارها مي شود ولي ميزان دقيق بهره وري از شکل پذيري بايد در

زلزله هاي واقعي و يا مطالعات پيچيده پاسخ هاي ديناميکي ديوار در اثر زلزله مشخص شود. طراحي ديوار به صورت شکل پذير هنگامي صحيح است که مقاومت آن از طريق خمش صورت

بگيرد نه از طريق برش و همچنين ظرفيت برشي ديوار در هر مقطع از برش آن مقطع که بر مبناي مقاومت خمشي ديوار به دست مي آيد، بيشتر باشد. عالوه بر اين نه تنها ظرفيت برشي

Page 5: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

نهائي بلکه رفتار عضو بين حالت شروع ترک خوردگي و حالت گسيختگي برشي نيز مشخصباشد.

 نتيجه سال اخير، از فوالد کمتر از مقدار توصيه شده توسط30با اينکه سازه هاي ديوار برشي در

آئين نامه هاي فعلي آمريکا برخوردار بوده اند اما با اين وجود در برابر زلزله هاي اين سه دهه به به بعد روي عملکرد اين سازه ها،1963خوبي مقاومت کرده اند. بررسي هاي انجام شده از سال

هنگام وقوع زلزله، نشان داده اند که با وجود مشاهده ترک هاي مختلف، حتي يک مورد ويراني يا تلفات جاني در سازه هاي با ديوار برشي گزارش نشده است. اغلب خسارات ساختمان هاي با

سيستم قاب، در اثرپيچش طبقات )و در نتيجه گسيختگي برشي ستون ها( بوده است. البته اين دليل بر عدم مقاومت سازه هاي قابي طرح شده به روش هاي جديد، در برابر زلزله نمي باشد

بلکه هدف نمايش قابليت باالي ديوارهاي برشي حتي در صورت آرماتورگذاري با شيوه هاي نيکاراگوئه1972قديمي و غير علمي است. با مشاهده ويراني ساختمان ها تحت زلزله هاي اخير )

ارمنستان(، تأکيد بر استفاده از ديوارهاي برشي )مخصوصاً در1988 مکزيک و 1985و ساختمان هاي مسکوني( امري معقول به نظر مي رسد و نشان مي دهد که ساخت سازه هاي

بدون ديوار برشي در مناطق با زلزله حيزي شديد يک نوع ريسک محسوب شده که با توجه بهعواقب ناگوار آن قابل توصيه نمي باشد.

 ترمیم و تقویت سازه های بتنی توسط دیوار برشی چکیده

سال اخیر مورد توجه15دیوار برشی فوالدی برای مقاوم سازی ساختمان های فوالدی در حدود خاص مهندسان سازه قرار گرفته است. ویژگی های منحصر به فرد آن باعث جلب توجه بیشتر

همگان شده است ، از ویژگی های آن اقتصادی بودن ، اجرای آسان ، وزن کم نسبت به سیستم های مشابه ، شکل پذیری زیاد ، نصب سریع ، جذب انرژی باال و کاهش قابل مالحظه تنش

پسماند در سازه را می توان نام برد. تمام دالیل ما را به این فکر آن وا داشت که استفاده از آن را درترمیم ساختمان های بتنی مورد مطالعه قراردهیم. چون این سیستم دارای وزن کم بوده ، به سازه بار اضافی وارد نکرده و حتی با اتصاالتش باعث تقویت تیر وستونهای اطراف خود می

شود. همچنین این سیستم نیازی به تجهیزات خاص ندارد و می توان بدون تخلیه ساختمان و تخریب اعضا سازه ای به بقیه اجزای سازه ای وصل شود. البته طراحی این سیستم در

ساختمان های بتنی بغیر از حالت ترمیمی اقتصادی به نظر نمی آید. در این مقاله توضیحات اولیه ای از دیوار برشی فوالدی جهت آشنایی بیشتر ارائه شده ، و در قسمت های بعدی بررسی رفتار

در تقویت وترمیم سازه های بتنی مورد مطالعه قرار خواهد گرفتLYP1پانلهای برشی فوالدی و تفاوت آن با سیستم بادبندی مشابه مورد توجه قرار خواهد گرفت ، و در آخر نتایج آزمایشات

بررسی خواهند شد.

- مقدمه1 برای گرفتن نیروهای جانبی زلزله و باد در ساختمان های بلند درSSW2دیوارهای برشی فوالدی

سالهای اخیر مطرح و مورد توجه قرار گرفته است . این پدیده نوین که در جهان به سرعت رو به گسترش می باشد در ساخت ساختمان های جدید و همچنین تقویت ساختمان های موجود به

خصوص در کشورهای زلزله خیزی همچون آمریکا و ژاپن بکار گرفته شده است . استفاده از آنها % صرفه جویی در مصرف فوالد را در ساختمان ها به50در مقایسه با قابهای ممان گیر تا حدود

همراه دارد. دیوار های برشی فوالدی از نظر اجرائی ، سیستمی بسیار ساده بوده و هیچگونه پیچیدگی خاصی در آن وجود ندارد . لذا مهندسان ، تکنسین ها و کارگران فنی با دانش فنی موجود و بدون نیاز به

کسب مهارت جدید می توانند آنرا اجرا نمایند . دقت انجام کار در حد دقت های متعارف در

Page 6: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

اجرای سازه های فوالدی بوده و با رعایت آن ضریب اطمینان اجرائی به مراتب باالتر از انواع سیستم های دیگر می باشد . با توجه به سادگی و امکان ساخت آن در کارخانه و نصب آن در

محل ، سرعت اجرای سیستم باال بوده واز هزینه های اجرائی تا حد باالیی زیادی کاسته می شود.

شکل می باشد ،Xسیستم از نظر سختی برشی از سخت ترین سیستم های مهاربندی که سخت تر بوده و باتوجه به امکان ایجاد باز شو در هر نقطه از آن ، کارائی همه سیستم های

مهاربندی را از این نظر دارا می باشد . همچین رفتار سیستم در محیط پالستیک و میزان جذب انرژی آن نسبت به سیستم های مهار بندی بهتر است . در سیستم دیوار های برشی فوالدی به علت گستردگی مصالح و اتصاالت ، تعدیل تنش ها به مراتب بهتر از سیستمهای مقاوم دیگر در برابر بارهای جانبی مانند قاب ها

وانواع مهاربندی که معموأل در آنها مصالح به صورت دسته شده و اتصاالت متمرکز می باشند ،صورت گرفته و رفتار سیستم بخصوص در محیط پالستیک مناسب تر می باشد .

میالدی در آزمایشگاه سازه دیویس2000گزارش اولیه تحقیقات انجام شده در تابستان سال هال دانشگاه برکلی کالیفرنیا نشان می دهد ، ظرفیت دیوار های برشی فوالدی برای مقابله با

خطراتی مانند زلزله ، طوفان و انفجار در مقایسه با دیگر سیستم ها مثل قابهای ممان گیر ویژه % بیشتر می باشد . در آزمایشگاههای تحقیقاتی استفاده گردیده است که ظرفیت آن25حداقل می باشد . آزمایش های مذکور نشان می دهد ، دیوارهای برشی فوالدی دارای6670KNحدودأ

شکل پذیری بسیار باالئی هستند . به لحاظ اهمیت موضوع بودوجه این تحقیقات که به منظور دستیابی به یک سیستم مطمئن جهت ساخت ساختمان های فدرال آمریکا برای آنکه بتوانند در مقابل خطراتی مانند زلزله ، طوفان و بمب مقاومت نمایند ، توسط بنیاد ملی علوم آمریکا و

 اداره خدمات عمومی آمریکا تأمین گردیده است . : شکلی از دیوار برشی فوالدی در سازه های فوالدی )با سخت کننده و بدون سخت(1- ساختمان های ساخته شده با استفاده از دیوار برشی فوالدی2

اولین ساختمان ساخته شده با استفاده از این روش بیمارستانی در لس آنجلس به نام بود. یکی از بزرگترین سازه های ساخته شده با سیستم دیوار برشی فوالدیSylmarبیمارستان

طبقه بوده و ارتفاع آن از51 در توکیو است که این ساختمان دارای 3ساختمان شینجوکونومورا مترآن پایین تر از سطح27.5 طبقه آن درزیر زمین واقع بوده و 5 متر است . 211سطح زمین

زمین قرار دارد و ، برای اجتناب از بکارگیری دیوار برشی بتنی ، از سیستم دیوار برشی فوالدی در هسته های مرکزی ساختمان که اطراف آسانسور ها ، پله ها و رایزرهای تاسیساتی می

باشد ، استفاده گردید. یکی از کاربردهای این پانلها در تقویت سازه های بتنی در ساختمان مرکز درمانی در چارلستون

آسیب دیده بود این ساختمان متشکل از ساختمان های1963می باشد این سازه در اثر زلزله متر مربع است . برای32500متعددی از یک تا پنج طبقه می باشد که زیر بنای آنها نزدیک به

تقویت این سازه از بهترین تیم طراحی وتحقیقاتی استفاده گردید . بعد از بررسی های فراوان این سیستم را با توجه به دالیل زیر مناسب دانستند :

• جلوگیری از اخالل در کار روزانه و کاهش مشکالت برای بیماران ، بعلت سرعت نصب آن• جلوگیری از کاهش زیر بنای مفید و اتالف فضاها

• پیش بینی امکان تغییرات در آینده ، زیرا در دیوار برشی فوالدی به سادگی می توان تغییراتمورد نظر را اعم از

• جابجائی معماری و یا ایجاد بازشو به خاطر عبور تاسیسات داد • جلو گیری از ازدیاد وزن سازه

به جز ساختمان های باال سازه های فراوانی از جمله طبقه بانک وان ملون در پیتسبورگ پنسیلوانیای آمریکا54ساختمان مرکزی

طبقه واقع در سان فرانسیسکو51ساختمان مسکونی

Page 7: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

طبقه در ادمونتون کانادا25ساختمان (Byer-Hochhaus طبقه بایرهویچ هوس در لورکوزن آلمان )32ساختمان طبقه دادگاه فدرال در سیاتل آمریکا20ساختمان

( را می توان نام برد کهOregon state libraryبرای تقویت ساختمان بتنی کتابخانه ایالتی اورگ ) در آن برای تقویت از دیوار برشی فوالدی برشی فوالدی استفاده شده است .

 [3- معرفی سیستم دیوار برشی فوالدی برای تقویت سازه های بتنی ساخته شده ]3 که زلزله مهیبی بود ، باعث کشته و مجروح شدنHugoken-Nanbu4 زلزله در 1995سال

انسانهای زیادی شد . ساختمان های بسیاری آسیب جدی دیدند و ساختمان هایی که قبل از سال ساخته شده بودند ، خسارت شدیدی را متحمل گردیدند و حتی1971 و مخصوصأ قبل از 1981

برخی از آنها فرو ریختند . این امر نشانگراین است که آیین نامه و مقررات قدیمی برای طراحی ساختمان به نحو مناسبی

نیروهای زلزله و شکل پذیری سازه ای را در نظر نگرفته اند . تایوان نیز باعث زیان فراوان و تخریب بسیاری از سازه هاchi -chi زلزله در 1999در سال

طراحی و ساخته شده بودند ، تخریب1983شد . دوباره این ساختمان هایی که قبل از سال تمام مقررات و آیین نامه های زلزله مورد باز بینی قرار گرفته1999شدند و بعد از زمین لرزه

و همه مقررات قبلی لغو شدند . ضرایب لرزه ای منطقه ای در هرناحیه تایوان تولید و ایجاد افزایش یافت .0.33g به 0.23g از Taichungگردید . برای مثال شتاب زمین لرزه در منطقه

مطابق با مقررات طراحی جدید احتیاج به مقاومTaichungدر نتیجه تقریبا همه ساختمانها در سازی پیدا کردند. هدف این پروژه افزایش و بهبود بخشیدن مقاومت لرزه ای ساختمان های بتن

مسلح می باشد . این پروژه شامل سه زیر مجموعه است که شامل : • پیدا کردن و پی بردن به میزان کمبود مقاومت لرزه ای ساختمان های بتن آرمه موجود بر

اساس آیین نامه جدید• مساله نیروهای وارد بر سازه کناری و همجوار بعلت تغییر مکانهای بیش از اندازه جانبی آنها

• تحقیق در مورد دو روش برای جذب انرژی توسط پانلهای برشی فوالدی و بادبند فوالدی برای بهبود مقاومت لرزه ای سازه های موجود .

 (LYP- مشخصات لرزه ای پانلهای برشی فوالدی با نقطه تسلیم پایین )4 استفاده از دیوار برشی فوالدی باعث بهبود مقاومت لرزه ای سیستم در طراحی ساختمان های

جدید و مقاوم کردن ساختمان های ساخته شده می شود . صفحات فوالدی نازک تمایل بهکمانش دارند و از این رو ظرفیت جذب انرژی در این رو صفحات محدود است .

اخیرا روشهای جدید و تکنولوژی های بدست آمده در زمینه فلزات ، صفحات فوالدی جدید را در دسترس ما گذاشته است . این نوع فوالد دارای تنش تسلیم کمتر افزایش طول باال می باشند و توانایی تغییر شکل دادن و جذب انرژی بیشتری را قبل از شکستن از خود نشان می دهند . یکی

دیگر از ویژگی های آن پایین بودن نقطه تسلیم است که این باعث افزایش ناحیه پالستیک آنمی شود و باعث جذب بیشتر تنش می شود .

توانایی جذب و اتالف انرژی زیادی را دارند ، و میLYPپانلهای برشی فوالدی ساخته شده از توانند در ساختمان های جدید مورد استفاده قرار گیرد . این نوع پانلها همانند دیوار برشی فوالدی نسبت به نیروهای زلزله طراحی و ساخته می شوند . چون این پانلها دارای ویژگی جذب و اتالف

انرژی باالیی هستند ، می توان از آنها بعنوان میراگر برای میرا کردن انرژی لرزه ای استفاده کرد . این نوع میراگر فلزی در هنگام جذب انرژی استحکام کافی را دارند و همچنین نسبت به

 میراگرهای که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند ، نیاز به نگهداری و تعمیر ندارد . هردو تحت تاثیر میزان کرنش وارده است . در اینLYPنقطه تسلیم و نقطه نهایی صفحات

تحقیق تاثیر میزان کرنش و نحوه بارگذاری بر روی مشخصات مقاومت لرزه ای پانل صفحه ایمورد آزمایش قرار گرفته است .

LYPمجموعه آزمایشات انجام شده ، مطالعه روی رفتار پانلهای برشی ساخته شده از فوالد  تحت سرعت های بارگذاری متفاوت و جابجایی های نموی ، است .

Page 8: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

 LYP- مطالعات آزمایشگاهی بروی پانل برشی فوالد 4-1 پانل فوالدی برشی ، ساخته شده از فوالد با نقطه تسلیم پایین ، عامل موثری برای جذب انرژی زیادی است . با طراحی و ساخت مناسب پانلهای برشی فوالدی می توان در جذب و تلف کردن مقدار زیادی از انرژی لرزه ای بهره برد . اما رفتار سازه ای این نوع پانل برشی متاثر از شدت

کرنشی است . نمونه تست شده در آزمایش ، می خواهیم رفتار آنها را در هر یک از نحوه بارگذاری9در

3 نحوه طراحی نمونه ها را نشان می دهد . شکل 2متفاوت مورد ارزیابی قرار دهیم. شکل گرفته50چگونگی آزمایش ها را نشان می دهد . در این نمونه ها نسبت عرض به ضخامت پانل

شده است . لبه های بیرونی اعضأ به خاطر جلوگیری از ترک خوردن اتصاالت بین لبه و پانل و صفحه پای ستون تراشیده شده است . این کار بخاطر اجتناب تمرکز تنش و سوق دادن صفحه

به ناحیه پالستیک که قبال بحث آن را کردیم . در این تحقیق تاریخچه بارگذاری پانل برشی فوالدی انتخاب شدهmm/sec 10 و 5 ، 2.5آزمایش و بررسی شده است . سه سرعت بارگذاری

است. برای دستیابی به سرعت کرنشی این نمونه ها بارگذاری تدریجی به جای بار لرزه ای اعمال می

را در هر دوره بارگذاری آزمایش3δy و δy ، 2δyشود . برای هر سه حالت متفاوت جابه جایی مقاومت نهایی رسید80را می پذیریم . آزمایش روی سازه تا زمانی که مقاومت به زیر %

 متوقف می شود. - بررسی در نتایج آزمایشات :4-2

% است که بیشتر از زاویه تغییر5 آن ها بیشتر از ۵مطالعات نشان می دهد که چرخش نسبی % که بیشتر از2.5مکان جانبی مورد نیاز سازه می باشد که معموال چرخش نسبی سازه ها را

آن موجب تخریب در سازه می شود ، در نظر می گیرند . با تغییر شکل اطراف المان و تغییر % به نظر می رسد که برای پانل برشی کافی5شکل مورد انتظار و زاویه تغییر شکل جانبی

می باشد . بدیهی است که تمام نمونه های آزمایش شده زا ویه تغییر مکان جانبی آنها بیشتر از نشان داده شده است . در آنها می توان دید که بارگذاری سریع و1% خواهد بود که در جدول 5

 % تفاوت ایجاد کرده است.16کند حدودا با با افزایش بارگذاری یکنواخت ، تأثیرLYPتفاوت روی مقاومت نهایی پانل فوالدی برشی

نسبت بارگذاری بر روی مجموع ظرفیت استهالک انرژی قابل صرف نظر کردن است . از شکل می توان دریافت که پانل فوالدی آزمایش شده دارای استحکام و جذب انرژی قابل توجهی4

است و نسبت به دامنه تغییر مکان در شرایط بارگذاری یا تغییر در دامنه حرکت بی تفاوت است.

مقدار انرژی تلف شده پانلهای برشی در هر شرایط بارگذاری لرزه ای ثابت می ماند . مشخصات نمودار بار - جابه جایی پانل برشی شدیدا تحت تأثیر کمانش برشی صفحات نازک

فوالدی است . معموال مقاومت نهایی به تدریج بعد از اینکه کمانش برشی اتفاق افتاد ، کاهشمی یابد .

ظرفیت تغییر شکل نهایی پانل برشی متأثر از نسبت عرض به ضخامت پانل است . در این می گیریم وشروع کمانش برشی50مطالعه نسبت عرض به ضخامت نمونه آزمایش شده را

% برسد . تأخیر در کمانش برشی به4وقتی اتفاق می افتد که زاویه تغییر شکل جانبی آن به تنهایی نشان دهنده افزایش ظرفیت شکل پذیری پانل برشی نیست اما کم شدن آسیب المان

های غیر سازه ای وابسته و مربوط به پانل برشی است

مجموع انرژی تلف شده بستگی به بارگذاری و افزایش جابه جایی ندارد . چون که پریود لرزشی طبیعت تصادفی دارد این مطالعات نشان می دهد انرژی به نسبت تاریخچه بارگذاری بی تفاوت

است و این یکی از مزایای پانل برشی همانند میراگرهای لرزه ای است . در پانلهای برشی استهالک انرژی موثر تحت چرخه بار گذاری تصادفی ثابت می ماند . پانل فوالدی می تواند برای

تقویت ساختمان های موجود موثر باشد . مطالعات آزمایشی برای تقویت قابهای بتنی توسط

Page 9: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

 میراگرهای برشی فوالدی در قسمت بعدی توضیح داده می شود . - مقاومت لرزه ای سازه ها با استفاده از مقاومت نهایی پایین در قابهای مهار بندی و پانلهای5

 برشی کمانش قاب مهاربندی شده )بادبند(

تجربیات قبلی نشان می دهد که ساختمان هایی که مطابق مقررات امروزی طراحی وساخته نشده اند ، نمی توانند در مقابل نیروی زلزله مقاومت کرده و متحمل خسارتهایی می شوند . در تایوان این ساختمانها اکثرا سازه های بتن آرمه هستند و نیاز به ترمیم برای بهبود مقاومت لرزه

( و پانلهای برشی فوالدی ثابت شده که دارای مقاومت باال وBIBای دارند . قابهای ممان گیر ) شکل پذیری باال و حلقه های هیستریسس ثابتی وپایداری دارد . قاب مهار شده با بادبند شامل

المانهای باربر و المانهای مهاربندی برای بارهای جانبی هستند . بارهای محوری توسط المانهای حمال )تیر( مهار می شوند و که تکیه گاههای جانبی المان کار

مانند یکLYPجلوگیری از کمانش عضو را به عهده دارند . دیوار برشی فوالدی ساخته شده از المان باربر برشی زمانی که به خوبی ، طراحی شود ، می تواند رفتار خوبی در برابر نیروهای

لرزه ای داشته باشد . در این تحقیق قابهای قابهای ممان گیر ودیوار برشی فوالدی برای مقاومسازی قابهای بتنی مورد استفاده شده اند و کارایی هر یک از آنها مورد آزمایش قرار می گیرد .

روش آزمایش: نشان دهنده جزئیات قاب بتنی را نشان6 ساخته شده است . شکل 0.8قاب بتنی با مقیاس

طراحی شده است .MRFمی دهد . یکی از قابهای بتنی بدون تقویت تست می شود که طبق طراحیBIBLYP مهار شده که طبق LYP100دومین نمونه توسط بادبند ، ساخته شده از فوالد

طراحی شده است . چهارمینBIBA36 و طبق A36شده است . سومین نمونه بادبند از فوالد   مهار شده است .LYP100نمونه توسط دیوار برشی فوالدی ساخته شده از فوالد

هر عضو تقویت کننده همانند بادبند و دیوار برشی فوالدی متصل به قالب فوالدی شکل که به نشان داده شده8 شکل ساخته شده در شکل H200*200*8*12بتن بسته است واز چهار تا

در قاب بتنی فرو رفته است . گل میخ های برشی به صفحات جانHاست . که محور کوچکتر Hشکل جوش داده می شوند . بادبند ها و دیوار برشی فوالدی به این صورت در طول قاب

فوالدی به قاب بتنی متصل می شود ، که درون قاب فوالدی وبتنی قرار می گیرد . آمده است . ومقاومت فشاری2مشخصات مکانیکی فوالد استفاده شده در لیستی در جدول

وBIB-LYP و MRF به ترتیب برای Mpa 23.7 و 25 و 20.7 و 21.8بتن در هنگام آزمایش BIB-A36 و SSW-LYPبدست آمده است . بارگذاری چرخه ای بطور رفت وبرگشت از طریق

جک که کامال به تیر محکم گشده وارد می شود ،.

 نتیجه آزمایش و تحقیق که هر دو تحت فشار و کشش قرار می گیرند درA36 و LYPجمع شدگی قطری بادبند از نوع

تغییر شکلLYPنتیجه ترکهای گسترده ای در ستون ایجاد می شود . دیوار برشی فوالدی از نوع غیر متقارنی از خود نشان داده است . زمانی که بار از طرف راست اعمال می شود در اثر لنگر

 خمشی قاب فوالدی از قاب بتنی جدا می شود . نتایج آزمایشات نشان می دهد که ممانعت از کمانش بادبند و دیوار برشی فوالدی درتقویت قابها

موثر است . سختی و مقاومت و شکل پذیری قاب ها بعد از تقویت کردن آنها بصورت جزئیاتاتصال بین قاب بتنی و قاب فوالدی بادبند عامل موثر موثراست . و ساخت آسانی دارد .

بادبند ها باعث بهبود مقاومت و شکل پذیری می شود . بهرحال جزئیات تقویت کننده های قابهابرای دیوار برشی فوالدی نیاز به مطالعات زیادی دارد.

 نتیجه گیری کلی متاثر ار نسبت کرنشی است . مقاومت نهاییLYP مقاومت تسلیم و مقاومت نهایی فوالد    -1

Page 10: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

به سرعت بارگذاری آن بستگی دارد . در این مطالعهLYPپانلهای برشی ساخته شده از فوالد % است. یعنی اگر سرعت بارگذاری به16اختالف مقاومت نهایی با سرعت باال و کم حدودا

بیشتر از حالتی است که بطور کند بارگذاری شود .16طور سریع باشد % فوالد به چرخش نسبی %LYP- ساخت و طراحی صحیح پانلهای برشی ساخته شده از فوالد 2  رسیده است که الزمه اتالف انرژی باالیی است .5 - تحت بارپانل برشی ابتدا تسلیم موضعی رخ می دهد و با افزایش بار کمانشپانل رخ می دهد3

ودر نتیجه پانل به بیرون قوس ورداشته وباعث کشش مقطع می شود . بعد از تسلیم شدن کامل پانل نوارهای بیرونی صفحه از همه آخر باعث جذب انرژی می شود . یعنی ابتدا وسط

صفحه باعث جذب انرژی شده و کم کم که به نقطه تسلیم می رسند این جذب انرژی به طرف پانل منتقل می شود که در آخر تمام صفحه به نقطه تسلیم می رسند . که باعث اتالف و جذب

انرژی بسیار زیادی می شوند.

مراجع- کتاب مقدمه ای بر دیوار برشی فوالدی نوشته دکتر سعید صبوری12 -Astaneh-Asl, A. (2000). “Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic

Fracture Issues in Steel Structure, San Francisco.3 -Seismic Assessment and Strengthening Method of Existing RC Buildings in

Response to Code Revision Shun-Tyan Chen -Van Jeng- Sheng-Jin Chen-Cheng-Cheng Chen

 طراحی دیوار برشی ، طراحی دیوار برشی می باشد . این برنامه قادر استETABSیکی از مهمترین مزایای برنامه

 دیوارها را بر اساس شرایط دو بعدی و سه بعدی طراحی کند .  دیوارها را با سه روش طراحی می کند که انتخاب روش توسط کاربر می باشد.ETABSبرنامه

  عبارتند از :ETABSسه روش طراحی برنامه Simppified T and C تحت عنوان –* روش المان مرزی

Uniform Reinforceing تحت عنوان –* روش میلگردگذاری بکنواخت  General Reinforceing تحت عنوان –* روش عمومی و کامل بر اساس میلگردگذاری دلخواه

، طراحی دیوار برشی می باشد . این برنامه قادر استETABSیکی از مهمترین مزایای برنامه  دیوارها را بر اساس شرایط دو بعدی و سه بعدی طراحی کند .

  دیوارها را با سه روش طراحی می کند که انتخاب روش توسط کاربر می باشد.ETABSبرنامه   عبارتند از :ETABSسه روش طراحی برنامه

 Simppified T and C تحت عنوان –· روش المان مرزی  Uniform Reinforceing تحت عنوان –· روش میلگردگذاری بکنواخت

 General Reinforceing تحت عنوان –· روش عمومی و کامل بر اساس میلگردگذاری دلخواه روش المان مرزی روشی ساده وسریع است و معموال در محاسبات دستی از آن استفاده می

 شود . دو روش بعدی بر اساس منحنی اندرکنش سه بعدی هستند و دقت بسیار باالئی دارند . در روش دوم مقطع دیوار با میلگردهایی که دارای شماره و فاصله یکسان هستند طراحی می شود . اما

 در روش سوم فاصله و شماره میلگردها دلخواه است . پارامترهای طراحی این سه روش و در کل روند طراحی آنها متفاوت می باشد .

در اینجا برای اختصار روش دوم را توضیح میدهم ) فرض میکنم در مدل کردن دیوار هیچ اشکالی ندارید و فقط روند طراحی را توضیح می دهم . ( و انشاالله در آپهای آتی ، روند مدل

کردن و طراحی دیوار برشی و همینطور نکاتی که در طراحی دیوار برشی باید به آنها توجه داشت را بطور کامل توضیح خواهم داد.

Page 11: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

 Uniform Reinforceing تحت عنوان –روش میلگردگذاری بکنواخت در این روش میلگردهایی با فواصل یکسان و با شماره یکسان مسلح می شود . سپس مقطع

  طراحی خواهد شد .P-M-Mبدست آمده بر اساس منحنی اندرکنش سه بعدی این روش کامال دقیق می باشد و برای هر نوع مقطعی قابل استفاده است و تنها محدودیت آن

 فاصله و شماره یکنواخت میلگردها می باشد .در ادامه به توضیح پارامترهای طراحی و همینطور روند طراحی می پردازم :

Designبرای دسترسی به پارامترهای طراحی دیوار ، یک دیوار را انتخاب کرده و سپس فرمان > Shear Wall Design > View/Revise Overwrites. را کلیک کنید  

 توصیه های تحلیل و طراحی امروزه تحلیل و طراحی سازه ها عمدتاً با استفاده از فناوری رایانه ای صورت می گیرد.

اگر چه سرعت و سهولت در تعریف مدل های تحلیلی و اخذ جواب می تواند فرصت کنترل و بررسی جواب ها را محدود نماید، معهذا با توجه نمودن به نکات ذکر شده در این مقاله در جهت

کسب اطمینان از درستی و مناسب و بجا بودن اطالعات ورودی سازنده مدل و روش تحلیلی بکار گرفته شده، می توان از بروز خطاهایی که به راحتی پیش می آید اجتناب نمود.

البته خطاهای بنیادی ناشی از قضاوت نامناسب مهندسی و تعبیر نامناسب واقعیت های فیزیکی سازه ای )واقعی( خارج از شمول بحث این مقاله است

 - نرم افزارهای مورد استفاده1 وETABS ، STAAD Proبرای یک سازه ی "معمولی" استفاده از نرم افزارهایی مثل برنامه های

SAP مناسب و کافی می باشد. بعضی از نرم افزارها مثل ANSYSامکانات بیشتری داشته و در  عین حال سنگین تر می باشد.

برای یک ساختمان مسکونی )یا اداری، تجاری( قابلETABSبه لحاظ کاربری، نرم افزار برای تحلیل سازه های متنوع تری می تواندSAPاستفاده تر است. در صورتی که نرم افزاری مثل

مفید باشد. به هر حال چون اصول و مبانی مورد استفاده در این نرم افزارها یکسان می باشد، علیرغم ظاهر متفاوت، در صورتی که کاربرد خاصی را پوشش دهند، با هم فرقی نخواهند

 داشت. قبل از کاربری یک نرم افزار، باید با ویژگی های آن آشنا شد. در این مورد هدف اصلی از آشنایی،

این نیست که به سرعت مدل ساخت و تحلیل نمود )گرچه چنین تسلطی نیز مفید است( بلکه منظور از آشنایی با یک نرم افزار عبارت است از آشنایی با اصول و مبانی بکار رفته در هر

 دستوری از نرم افزار. الزم است روش های تحلیلی مورد نظر ابتدا در مورد چند مثال ساده امتحان شده و پس از

کسب آشنایی با روش، شرایط تکیه گاهی ...، نوع بارگذاری، حاالت بارگذاری... در مورد سازه های )پیچیده( بکار رود. برای مثال های حل شده می توان از مراجع مختلف تحلیل سازه ها

 کمک گرفت. ( که در آن کلیه ی دستورات برنامه شرح داده شده است،Helpدر ضمن دستور کمک و راهنما )

 به طور معمول دارای پرونده ها و پوشه های زیر است: ( از نحوه ی شروع کار با نرم افزار )برای مبتدیان( امکانات مختلفExamplesمثال هایی )

نرم افزار مثل انواع تحلیل های استاتیکی، دینامیکی، بارهای فزاینده و... مثال های تأیید نرم افزار )Verification Examplesکه جواب های مثال های خاصی از مراجع مختلف برگرفته و با جواب های )

مدل نظیر نرم افزار مقایسه شده است. مراجع نظری و یا استانداردهای مورد استناد نرم افزارها)گاهی بعضی از این مراجع نیز پیوست نرم افزار است(

 - پیش فرض های نرم افزارها2 هر نرم افزاری در موارد متعددی برمبنای پیش فرض هایی کار می کند که این پیش فرض ها )یا

موارد قرارداری اولیه( بیشتر برمبنای عرف و عادت رایج مهندسان کشور تهیه کننده ی نرم افزار، در مصالح فوالدی مبنای فوالد قراردادی و یا پیشSAPانتخاب شده است. برای نمونه نرم افزار

Page 12: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

می باشد منظور نموده است وS235JR (ST37-2 که تا حدودی قوی تر از فوالد )A36فرض را  کاربر باید از این فرض آگاه باشد.

در مثالی دیگر، در طراحی اعضاء یک سازه ی اسکلتی، نرم افزار، پارامترهای طراحی را به صورت ترکیبی از پیش فرض ها و داده های مدل در نظر گرفته و به نسبت تنش می رسد، در

طراحی یک عضو، متغیرهای متعددی دخیل می باشد، همچون طول عضو )ضریب طول موثر...( طول آزاد بال فشاری و... طراح باید از تک تک متغیرها آگاه باشد.

مثالً ممکن است در شرایطی برای تیر داخل یک کف، در جایی که بال فشاری آن مقید است نرم افزار هیچ گونه قید جانبی منظور ننماید و یا مثالً در شبیه سازی یک تیر النه زنبوری، متغیرهای

 طراحی مناسب فرض شده است یا خیر؟ - تغییر شکل ها و تعادل نیروها3

تعادل نیروهای وارد به سازه در شرایط مختلف، با استفاده از واکنش های تکیه گاهی، همیشه باید مورد بررسی و ارزیابی قرار گیرد. چنین تعادلی به سادگی می تواند بهم بخورد )در واقع در روش

تحلیل، تعادل همواره برقرار است ولی شرایطی غیر از شرایط مورد نظر می تواند ایجاد شود( و این حالت می تواند اثرات سویی داشته باشد.

در بررسی تعادل نیروها باید دقت داشت که بسیاری از نرم افزارها، واکنش های مربوط به انواع متفاوت تکیه گاه ها )مثالً بدون نشست و تکیه گاه های فنری( را در یک صفحه )پنجره ی( واحد

 نشان نمی دهد و باید به این نکته توجه نموده و جداگانه مقدار هر یک و یا جمع آنها را دید. در عین حال به تغییر شکل های سازه نیز باید توجه کافی داشت. از طرف دیگر حدود تغییر شکل

 و حدود نیرو، هر دو، مهم است. - کف های صلب و نیمه صلب4

با امکانات نرم افزاری و سخت افزاری امروز به تعریف کف های صلب طبق تعریف آیین نامه ی و یا بررسی نیمه صلب بودن آن نیازی نیست. به راحتی می توان کف ها را با بریدگی ها و2800

 شکل های هندسی خاص خود در نظر گرفت. در این شبیه سازی به ابعاد و جهت تیرریزی ها و ضخامت دال )بتنی( روی تیرها باید توجه نمود.

در یک مدل سه بعدی تغییر جهت تیرریزی، روی پخش بار )استاتیکی( و روی پخش جرم، که در تحلیل دینامیکی مورد استفاده قرار می گیرد تأثیر خواهد داشت. به این ترتیب در مدل سه بعدی

 خروج از محوری ها را، به صورت واقعی تری، می توان منظور نمود. - اجزای سازه ای مدل5|

چه اجزایی از سازه را باید در مدل منظور نمود؟ امکانات نرم افزاری و سخت افزاری، امروزه، بسیاری از محدودیت ها را از بین برده است.

بنابراین شاید این تصور پیش آید که هر چه اجزای سازه ای بیشتر و یا حالت های بارگذاری بیشتر و... یا رفتارهای سازه ای پیچیده تری منظور شود بهتر خواهد بود.

پیچیدگی مدل نباید چنان شود که اجزای فرعی بر اجزای اصلی سایه افکنده، مدل از کننترل خارج شده و امکان نتیجه گیرری روشن تحلیل، خدشه دار شود. ممکن است در یک مدل سازی

تحقیقاتی و یا بررسی های خاص، مدل های پیچیده ای در نظر گرفته شود ولی معمول پروژه های عادی نیست. چنانچه الزم باشد می توان از رده های متفاوتی از مدل ها استفاده نمود.

 - بررسی مدل6 مدل باید تحت کنترل تحلیل گر باشد و به عبارت دیگر جنبه های مختلف مدل )که بهتر است

” باشد( همچون هندسه، میزان بارها، حاالتCheck listبه صورت نوشته/ سیاهه/ چک لیست “ بارگذاری، تکیه گاهها )انواع و محل آنها(، و... کنترل شود.

به همین صورت جواب های مدل )خروجی ها( به صورت کامل باید بازبینی شود. بعضی از اشکاالت را به سادگی می توان از تصاویر اولیه ی سازه و یا از تصاویر بعد از تحلیل )تغییر شکل یافته( دید. مثالً اینکه، آیا تکیه گاهها سرجای خود قرار دارند و یا اعضا به هم متصل شده است یا

 خیر. ولی عالوه بر این اشکاالت ظاهری، اشکاالتی نیز در تحلیل می تواند بروز نماید که از نوع

Page 13: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

"نهفته" است و با نگاهی سطحی نمی توان به وجود آنها پی برد. باید توجه شود که در بسیاری از موارد، این نوع اشکاالت تأثیرگذاری جدی در جواب ها دارد.

 - بررسی حساسیت ها7 اگر چنانچه برخی از فرضیه های محاسبه، شفاف نباشد و به دالیل مختلفی مقادیر آنها امکان تغییر یابد، باید به جای اینکه تحلیل فقط برای میزان مشخص و معینی از متغیرها انجام یابد،

برای محدود محتملی از آنها صورت پذیرد. برای مثال، اگر سازه ای نسبت به نشست یک یا چند تکیه گاه حساس باشد، در آن مورد الزم است تحلیل حساسیت صورت گیرد تا از پیامدهای ناشی

 از میزان متفاوت نشست آگاه شد. یا مثالی دیگر، فرض تکیه گاه گیردار کامل و یا مفصلی کامل )که اغلب موارد به صورت ایده آل

وجود خارجی ندارند( باعث ازدیاد نیروهای داخلی اعضا )و کمانش و یا کشش زیادی آنها( به ویژه در بارهایی مثل بارهای حرارتی و یا در مقابل حالت های بارگذاری زلزله خواهد شد، درصورتی

که اگر، رهاسازی حتی جزیی تکیه گاهی نیز منظور شود، میزان تغییر شکل ها، نیروها و واکنش های تکیه گاهی تغییرات منطقی تر خواهد داشت.

 - تحلیل با آخرین تغییرات8 گاهی بر مبنای جواب های به دست آمده از تحلیل های )ابتدایی(، تحلیل گر تغییراتی در سازه

 اعمال می نماید. برای مثال مقاطع اعضا سبک و یا سنگین می شود و.... اعمال چنین تغییراتی باعث تغییر شکل و

یا در حا لت کلی تغییر نیروی اجزا می شود. بنابراین الزم است پس از انجام تغییرات )جدی(، تحلیل دوباره ای از مدل صورت گیرد.

 - مستندسازی تحلیل9 کارکرد منظم و مستندسازی باید از اهم ویژگی های الزم یک تحلیل و یک تحلیل گر باشد. با انجام

مستندسازی یک تحلیل و به ویژه انجام آن طبق یک روال و دستورالعمل جامع مشخص و معین از (، به جرأت می توان گفت که، در یک سازه متعارف، امکان بروزCheck listپیش تعیین شده )

 اشکال در تحلیل محو خواهد شد. این مستندات باید شامل اطالعاتی از قبیل اسم تحلیل گر )و یا تحلیل گران(، مشخصات )شماره

و تاریخ انتشار( نرم افزار ... و تاریخ انجام آخرین تغییرات در مدل... باشد. الزم است، پس از تأیید مدل، نسبت به "قفل نمودن" و یا "منجمدسازی" مدل اقدام شود و برای مثال در وسایل

 "فقط خواندنی- غیرقابل بازنویسی" حفظ شود. - بازتاب تحلیل در نقشه ها10

هدف نهایی بسیاری از تحلیل ها عبارت از اجرای سازه ی مدل است، و این کار از طریق نقشه ها به مهندس مجری می رسد. الزم است نقشه های )سازه ای( با فرضیه های مدل و جواب های مدل مقایسه گردیده و اطمینان حاصل شود که، ویژگی های اساسی مدل در آن بازتاب یافته و دچار

 خدشه نشده باشد. گرچه در نقشه ها به تحلیل )شماره و تاریخ مستندات تحلیل( فعالً اشاره نمی شود ولی، انجام این

امر بسیار مفید خواهد بود و حداقل الزم است این کار روی نسخه ی )شخصی( سخت افزاری و یا نرم افزاری مهندس طراح، منعکس گردد.

 - ارائه ی مدل و جواب های تحلیل11 جواب های کامل یک تحلیل )سازه ای( رایانه ای، برای یک سازه نه چندان پیچیده به راحتی به چند

صد صفحه خواهد رسید. ارائه ی چاپی کامل چنین جواب هایی چندان مفید نبوده و باعث اتالف وقت )و اتالف کاغذ و مضر به محیط زیست!( خواهد شد. در صورت نیاز به ارائه ی کل جواب ها

 نیز، می توان آنها را به صورت نرم افزاری ارائه داد. در حالت کلی ارائه ی مدل و جواب های تحلیل باید طبق یک استاندارد و الگوی مشخص و معین

باشد. در این مورد روش های زیر پیشنهاد می شود: ارائه مدل تحلیلی نرم افزاری؛ از محاسن این روش این است که همه ی کلیات و جزییات مدل قابل دسترسی خواهد بود و از اشکاالت آنکه،

در صورت در دسترس نبودن آن نرم افزار و یا انتشار خاصی که تحلیل با آن انجام گرفته است،

Page 14: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

باز کردن مدل ممکن نخواهد بود، در ضمن آشنایی به نرم افزار نیز الزم ا ست. ارائه فرضیه ها و جواب های کلیدی؛ از محاسن این روش وقت بر نبودن آن، الزم بودن آشنایی فرد )بیننده ی

جواب ها( با اصول مهندسی سازه و اصول تحلیل است. از شرایط کافی بودن این روش، تعریف دقیق و مناسب "جواب ها و فرضیه های کلیدی" می باشد. جواب ها بهتر است به صورت ترکیبی،

توضیحاتی از نمودارها، تصاویر دوبعدی و یا سه بعدی، جداول و لیست ها، آمار ... حداکثرها )و یا حداقل ها( و حتی المقدور به صورت نرم افزاری باشد. در مورد نمودارها و تصاویر باید دقت شود که برای مفید بودن آنها، الزم است معیار مقایسه ای به طور روشن همراه آنها ارائه شود. برای

تحلیل هایی مثل تاریخچه ی زمانی، تصویر "گام به گام" )و یا فیلم( تهیه شود و چنین امکاناتی در نرم افزارها میسر است.

 - بازبینی12 برای اطمینان از صحت مدل الزم است، در شرایط متفاوت )و بهتر است در زمانی دیگر( توسط تحلیل گر مورد بازبینی قرار گیرد. البته اگر بازبینی توسط شخص دیگری انجام گیرد

می تواند بسیار مفیدتر و مؤثرتر باشد. در واقع انجام چنین امری در طرح های پیچیده و خاص یک ضرورت است.

حتی در مواردی الزم خواهد بود که تحلیلی مجدد و مستقل انجام پذیرد. از بازبینی و یا بازبینی ها فقط آنهایی مؤثر تلقی گردد که مستند شده باشد )به صورت نرم افزاری و یا سخت افزاری( و

 گرنه، بازبینی مستند نشده، همانند انجام نیافتن آن است. منبع : تارنمای مهندسی ایران                                      ·

·  بررسی رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو به روش طراحی بر

 اساس سطح عملكردخالصه

یكی از انواع سیستمهای مقاوم در برابر زلزله سیستم دیوار برشی بتنی است كه به دلیلعملكرد مناسب آن در زلزله های گذشته مورد توجه مهندسین قرار گرفته است.

اما برخی محدودیتهای معماری مهندس محاسب را مجبور به تعبیه بازشو در دیوارهای برشی می نماید. به ویژه در سازه های بلند دارای هسته مركزی بتنی، پیرامون اتاق آسانسور محل مناسبی برای نصب دیوار برشی و متصل نمودن آنها در جهت عمود بر یكدیگر و ایجاد نمودن دیوار برشی

بالدار می باشد اما به منظور تعبیه درب آسانسور ناچار به ایجاد بازشو در یكی از دیوارها می باشیم كه این امر بر رفتار دیوار برشی تاثیرگذار خواهد بود. نسبت ابعاد بازشو و همچنین درصد

آرماتور بكار رفته در دیوار از مهمترین عوامل تاثیرگذار بر رفتار غیرخطی دیوار برشی بتنی دارای بازشو می باشند كه روشهای نوین طراحی براساس سطح عملكرد، امكان بررسی

رفتارغیرخطی و شكل پذیری چنین سازه ای را بخوبی فراهم آورده است. در تحقیقات گذشته از تیرهای كوپله برای مدلسازی كامپیوتری بازشوها در دیوارهای برشی

برای بازشوهای با ارتفاع كم خطای نسبتا زیادی در استفاده شده است، این تقریب به ویژه پاسخهای سازه ایجاد می نماید. لذا برای رفع این نقیصه در تحقیق حاضر دیوار برشی بتنی

بصورت یك صفحه دارای سوراخ مدل گردیده و تاثیر نسبت عرض بازشو به عرض دیوار و نسبت ارتفاع بازشو به ارتفاع دیوار بر رفتار غیرخطی سازه، به ازاء درصد آرماتورهای مختلف، به

روش طراحی بر اساس سطح عملكرد مورد بررسی قرار گرفته است.مقدمه

احداث دیوار های برشی چه در ساختمانهای بلند و چه متوسط وحتی در ساختمانهای كوتاه موجب می شود كه مقاومت ساختمان بطور قابل توجهی افزایش یابد و در مقایسه با ساختن

قابهای خمشی اقتصادی تر خواهد بود و بهترین شیوه برای كنترل خیز جانبی ساختمانها می باشد. امروزه بخوبی می توان از دیوارهای برشی در كنار قابهای خمشی به نحوی استفاده كرد

Page 15: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

كه رفتار مجموعه سازه نرم، مقاوم و شكل پذیر باشد. در غالب موارد دیوارهای برشی قادرند بیشترین سهم نیروی برش پایه را تحمل كنند كه موجب افزایش چشمگیر سختی ساختمان و

كاهش قابل مالحظه خسارت به عناصر غیرسازه ای می گردند و همچنین دیوارهای برشی قادرند حتی پس از پذیرش تركهای زیاد، بارهای ثقلی ساختمان را تحمل كنند كه ستونها فاقد

چنین خاصیتی هستند و در كل چنین عواملی دیوارهای برشی را قابل اطمینان تر از قابهایخمشی ساخته است.

تحقیقات نشان داده است كه درصورت اجرای صحیح و آرماتورگذاری كافی، شكل پذیری مناسبی از خود نشان می دهند. در دیوارهای برشی دارای بازشو اگر دیوار در پایین ترین قسمت

خود دارای یك یا چند بازشو باشد هریك از اجزاء دیوار در طرفین بازشو را پایه های دیواری وبخشی از دیوار كه بین بازشوی باالیی و پایینی واقع می شود را تیر همبند یا كوپله می نامند.

Zhaoو همكاران به بررسی تاثیر ارتفاع تیر كوپله و درصد آرماتور برشی آن در آزمایشگاه شبیه2پرداختند و به این نتیجه رسیدند كه تیرهای كوپله با نسبت دهانه به ضخامت كمتر از

تیرهای عمیق رفتار می كنند و در برش دچار شكست می شوند. همچنین به این نتیجه رسیدند كه تیرهایكوپله با درصد آرماتور برشی كمتر دچار گسیختگی برشی-كششی می شوند اما نمونه های با آرماتور برشی بیشتر، اغلب دچار گسیختگی لغرشی- برشی می شوند و دارای شكستی

ترد هستند.Paulayبه بررسی شكل پذیری دیوارهای كوپله پرداخت و به این نتیجه رسید كه دیوارهای كوپله

محاسن ویژه ای دارند كه عبارتند از:- كنترل تغییر مكان بسیار عالی دارند.

- یك سیستم كوپله قوی، امكان استفاده از دیوارهای الغر بدون به خطر انداختن حدود مجازتغییر شكل نسبی طبفقات را فراهم می نماید.

- حدود تغییر شكلها در خالل یك پاسخ شكل پذیر، متاثر از مدهای دینامیكی باالتر نمی باشد. - با یك آرماتورگذاری مناسب و كافی، میرایی هیسترتیك بزرگتری نسبت به ساختمانهای سنتی با

دیوار برشی از خود نشان می دهد. صفاری و قهرمانی به این نتیجه رسیدند كه افزایش ارتفاع تیر كوپله باعث افزایش مقاومت

% ارتفاع طبقه گردد، تاثیر33نهایی می گردد اما درصورتیكه ارتفاع تیر كوپله بیش از حدود زیادی در مقاومت نهایی دیوار ندارد و شكل پذیری را نیز كاهش می دهد.

هدف از انجام این تحقیق بررسی تاثیر بازشوها و همچنین تاثیر میزان آرماتورگذاری، بر رفتار طبقه با سیستم دیوار8غیرخطی و سطح عملكرد دیوارهای برشی می باشد. یك ساختمان

برشی دارای بازشو مورد تحلیل غیر خطی قرار گرفته و رفتار غیر ارتجاعی و سطح عملكرد آن طبقه با شرایط بارگذاری مشابه12 و 8 و 4بررسی شده است. پس از آن سازه های

ساختمان اجرا شده و با حداقل و حداكثر آرماتور ذكر شده در آیین نامه، به منظور بررسی تاثیر میزان آرماتورگذاری بر رفتار غیرخطی و سطح عملكرد سازه ها و كنترل ارضای نیازهای آیین

نامه، مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه نحوه تعیین نقطه عملكرد سازه به روش ضرایب تغییر مكان بیان شده است و سپس

رفتار غیر االستیك دیوارهای برشی مورد بررسی قرار گرفته است. در نهایت كلیات طرح و مشخصات مدل های مورد استفاده در این مقاله و نتایج نهایی مربوط به هر مدل در انتها ارایه

گردیده است.تعیین نقطه ی عملكرد سازه به روش ضرایب تغییرمكان:

تحلیل استاتیكی فزاینده غیرخطی روش موثری برای ارزیابی عملكرد سازه ها در هنگام زلزله می باشد. در این روش، سازه طرح شده تحت الگوی بارگذاری جانبی مشخصی قرار می گیرد و بارهای جانبی تا رسیدن سازه به تغییر شكل نهایی به طور تدریجی افزایش می یابد. با استفاده

از این روش منحنی برش پایه در برابر تغییر مكان جانبی بام سازه رسم می گردد كه به آن منحنی ظرفیت سازه می گویند، در نهایت با توجه به نتایج به دست آمده از منحنی ها، ارزیابی

( تعیین شده برای آنPerformance Pointهایی به منظور كنترل رفتار سازه در نقطه عملكرد )

Page 16: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

سازه انجام می پذیرد. به منظور تعیین نقطه عملكرد سازه در این تحقیق از روش ضرایب تغییر مكان ذكر شده در

استفاده شده است. به این صورتATC-40دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران و دستورالعمل كه تغییر مكان نقطه ای روی بام به عنوان تغییر مكان هدف سازه درنظر گرفته می شود و

مقدار این تغییر مكان توسط رابطه ی زیر محاسبه می گردد:δ_t=C_0 C_1 C_2 C_3 S_a  (T_e^2)/〖4π〗^2  g

كه در آن:C0.ضریب اصالحی برای تبدیل واكنش یك درجه آزاد به سیستم چند درجه آزاد C1ضریب اصالحی برای مرتبط ساختن حداكثر تغییر مكان غیر ارتجاعی سیستم، با تغییرمكان

آمده از طیف ارتجاعی خطی. به دستC2ضریب اصالحی جهت لحاظ نمودن تاثیر رفتار هیسترزیس در تغییر مكان طیفی حداكثر

سازه .C3( ضریب اصالحی برای منظور كردن تاثیرات مرتبه دوم P – Δ.می باشند )

آوردن تغییر مكان هدف، كلیه اعضا سازه باید با معیارهای ذكر شده در پس از به دست و یا دستورالعمل بهسازیFEMAو یا ATC- 40دستورالعملهای مقاوم سازی نظیر دستورالعمل

لرزه ای ایران كنترل شوند كه تا رسیدن به تغییرمكان هدف، ظرفیت اعضا از حدود بیان شدهبرای سطوح عملكرد مورد نظر فراتر نرفته باشند.

رفتار غیراالستیك دیوار برشی: تحقیقات انجام شده بر روی دیوارهای برشی بتن مسلح نشان می دهد دیوارهایی كه به حد

كافی و به نحو مناسب آرماتورگذاری شده اند نسبت به دیوارهای با آرماتورگذاری كمتر، تركها را  در محدوده وسیعتری از سطح خود پخش كرده اند و اغلب این تركها بسته هستند به ویژه

هنگامی كه فوالدها به حد جاری شدن نرسیده باشند. همچنین مشخص شده كه آرماتورگذاریپیرامون بازشوها، تاثیر مهمی بر ظرفیت دیوار برشی دارد.

دیوارهای برشی دارای بازشو نیز چنانچه به نحو مناسبی طراحی و آرماتورگذاری شده باشند، رفتار شكل پذیر مناسب و خاصیت استهالك انرژی باالیی دارند كه به همین دلیل توصیه می شود

تا حد امكان از آنها در ساختمانها استفاده شود. این دیوارها در واقع مركب از دو یا چند دیوار هستند كه توسط تیرهای كوپله به یكدیگر متصل شده اند لذا باید نحوه تخریب هر دو قسمت

بررسی شود. اغلب شكستهایی كه در این دو قسمت، در سازه ها مشاهده شده است عبارتنداز:

شكست ناشی از شكست خود دیوارهای برشی: در تخریبهای انجام شده در دیوارهای برشی طی زمینلرزه های گذشته مشخص شده كه غالبا

كه باید در طراحی، آنها را شناسایی و چهار نوع ضعف موجب چنین تخریب هایی می شوندتدابیر الزم جهت جلوگیری از آن اتخاذ نمود این تخریبها عبارتند از:

الف- تخریب خمشیب- تخریب برشی

ج- تخریب لغزندگید- تخریب چرخشی پایه شالوده

در تخریب خمشی، مفصل یا لوالی خمیری در پای دیوار تشكیل می شود كه محل حداكثر نیروی برشی نیز می باشد. منطقه اصلی مفصل خمیری در ارتفاعی است كه به آن طول لوالی

خمیری می گویند. برای كنترل برش طول این ناحیه را معموال بین یك تا یك و نیم برابر طول دیوار درنظر می گیرند. در تخریب ناشی از برش، تركهای ناشی از خمش در منطقه مفصل

پالستیك در ضخامت و طول بزرگتر شده و سپس با تركهای ناشی از كشش قطری تركیب می شوند كه نهایتا پس از چند تناوب، بتن دیگر قادر به تحمل برش نمی باشد و تمامی برش باید

توسط آرماتورها تحمل شود. در تخزیب لغزندگی، دیوار در جهت افقی دچار حركت می شود كه در محل درزهای اجرایی نیز اتفاق می افتد. تخریب ناشی از چرخش شالوده موجب بلند شدن

Page 17: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

فونداسیون می شود كه از قدرت استهالك انرژی به شدت می كاهد و موجب بوجود آمدن تخریبهای دیگر در سازه نیز می شود.

-شكست ناشی از شكست تیرهای كوپله:2 در واقع مهمترین ضعف در دیوارهای برشی دارای بازشو، تیرهای كوپله هستند. این تیرها دارای طولی كوتاه و عمقی زیاد هستند و اگر ضخامت آنها كم باشد، تبدیل به تیر عمیق می شوند كه رفتار مطلوبی ندارند. تیرهای كوپله معموال از دیوارها ضعیفترند و بر اثر حركت جانبی-خمشی

دیوارها، چرخش قابل مالحظه ای در محل اتصال دیوارها به تیرها اعمال می گردد و همین چرخش موجب تولید لنگر قابل توجه و نهایتا جاری شدن مقاطع تیرها می شود. اغلب سه نوع

عبارتند از: تخریب در تیرهای كوپله مشاهده می شود كه به ترتیبالف- تخریب خمشی

ب- شكست كششی قطری ج- شكست قطری فشاری و كششی

طراحی دیوارها باید به نحوی باشد كه از تشكیل لوالی خمیری )جاری شدن آرماتورها( مطمئن باشیم به نحویكه شكست قطری كششی كه شكستی ترد است، نه در دیوار و نه در تیرهای

كوپله رخ ندهد، و بطور كلی دیوارها به نحوی رفتار كنند كه لوالی خمیری ابتدا در تیرهای كوپله و سرانجام در دیوارها تشكیل شود.

كلیات طرح و مشخصات مدل های مورد استفاده: طبقه اجرا شده در شهرستان سبزوار8در تحقیق حاضر از مشخصات مربوط به یك ساختمان

استفاده شده است. سیستم مقاوم در برابر زلزله، دیوارهای برشی بتن آرمه بوده كه در پیرامون آسانسورهای ساختمان قرار گرفته اند. به منظور تعبیه درب آسانسورها بازشوهایی

می باشد.IIIمنظم در دیوارهای برشی درنظر گرفته شده است. زمین محل احداث, از خاك نوع می باشد. طول دیوار برشیρ = 0.0088 و نسبت آرماتورهای افقی و قائم 30cmضخامت دیوار

3.0m 1 و طول بازشوهاm 2.0 ارتفاع بازشوm 3.0 و ارتفاع طبقه برابرm.می باشد fc = 250 روزه بتن 28 و مقاومت  2500kg/cm3مشخصات مصالح بتن: وزن مخصوص بتن

Kg/Cm و ضریب پواسون ν = 0.15پارامترهای مدلسازی خطی و غیرخطی توسط روابط آیین نامه آبا و دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران درنظر گرفته شده است.

و مدل االستیسیته یfy= 4000 Kg/Cm  مشخصات مصالح فوالد: مقاومت جاری شدن فوالد در نظر گرفته شده است.E=2100000 Kg/Cm2فوالد

" استفاده شده است و در مدلسازی سختیCSI perform-3Dبرای مدلسازی دیوار از نرم افزار" و مقاومت مصالح، منحنی سه خطی با كاهش مقاومت نهایی بكار گرفته شده است. همچنین

این نرم افزار قابلیت آن را دارد كه تاثیر ترك خوردگی بتن در خمش و برش و خردشدگی آن درفشار و همچنین جاری شدن آرماتورها را نیز لحاظ می نماید.

پس از بررسی سازه اجرا شده، جهت مطالعه تاثیر میزان آرماتورگذاری بر رفتار غیرخطی و نیازهای لرزه ای آیین نامه ایران با مقادیر سطح عملكرد دیوارهای دارای بازشو, و كنترل تطبیق

طبقه با بارگذاری و شرایط مشابه12 و 8 و 4آرماتور ذكر شده در آن، سازه هایی با دیوارهای سازه اجرا شده،با درصد آرماتور حداقل و حداكثر ذكر شده در آیین نامه طرح و اجرای

نسبی آرماتورهای ساختمانهای بتن آرمه ایران "آبا" مدلسازی و تحلیل گردیده است. درصدهایدر نظر گرفته شده در دیوارهای برشی عبارتند از :

ρν,min= 0.0012حداقل نسبت آرماتور قائم در دیوار برشی: ρh,min=0.002حداقل نسبت آرماتورافقی در دیوار برشی:

ρmax= 0.2  حداكثرنسبت آرماتور در دیوار برشی: برای توزیع بار جانبی در ارتفاع سازه، از الگوی بارگذاری مثلثی ذكر شده در دستورالعمل

بهسازی لرزه ای ایران استفاده شده است و به كمك تحلیل منحنی ظرفیت سازه به دست آمده

Page 18: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

است. سپس به كمك روش ضرایب تغییرمكان، تغییرمكان هدف آن ها استاتیكی فزاینده ( محاسبه و مقادیر دوران در تیر های كوپله و پای دیوار با مقادیر ذكر شدهpush overغیرخطی )

در دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران كنترل گشته است. همچنین جهت بررسی عملكرد كل كنترل شدهATC-40سازه، تغییر شكل نسبی كلی طبقات با مقدار ارایه گردیده در دستورالعمل

است. طبقه اجرا شده:8نمونه اول: ساختمان

طبقه اجرا شده می پردازیم . در این ساختمان8در این بخش به مطالعه یك نمونه از ساختمان از قاب فوالدی ساده جهت انتقال بار قائم استفاده شده است. سیستم مقاوم در برابر زلزله،

دیوارهای برشی پیرامون آسانسور هستند كه ابعاد بازشو و مشخصات مصالح آن در باال ذكر 9.4cm و تغییرمكان ton 20.2شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد كه در برش پایه

نخستین آرماتور كششی جاری شده و در محل بیرونی ترین تار فشاری نیز، مصالح بتنی دچار نخستین آرماتور 18.6cm و تغییرمكان 25.4tonاندكی خرد شدگی شده است. در برش پایه

فشاری، در پایه فشاری جاری شده است. این نقطه به بعد جاری شدن آرماتورهای كششی و شكست26.4tonخرد شدگی بتن فشاری بطور ناگهانی افزایش می یابد و در برش پایه ی

را ببینید( تیرهای كوپله صدمه3برشی در پایه دیوار رخ می دهد و دیوار منهدم شده است)شكل ای ندیده اند و تنش كششی زیاد در تراز پی و تراز سقف طبقه اول، عامل اصلی تخریب دیوار و

محاسبه شده است كه در اینδt =10.3 cm  نقطه ضعف سازه می باشد. تغییرمكان هدف قرارLsتغییرمكان، عملكرد كلی سازه و همچنین دوران كلیه تیرهای كوپله در سطح ایمنی جانی

 دارند.

در ادامه ی مقاله، تحقیقات انجام شده بر روی دیواهای برشی با حداقل و حداكثر آرماتور ذكر شده در آیین نامه مورد بررسی قرارمی گیرد كه ضخامت دیوارها، ابعاد بازشوها، بارگذاری و

  طبقه اجرا شده كه در باال ذكر گردید می باشد.8مشخصات كلیه مصالح مشابه ساختمان طبقه با نسبت آرماتور حداقل:4نمونه دوم: ساختمان

طبقه ذكر شده در بخش قبل8 طبقه با تمام ویژگیهای ساختمان 4در این بخش یك ساختمان در نظر گرفته شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج حاصل نشان می دهد در برش پایه

13.8 ton 0.55 و تغییر مكان cmآرماتور طولی در كشش به حد جاری شدن رسیده است در ترك خوردگی بتن در پایه دیوار و جاری شدن4.44cm و تغییرمکان 15tonبرش پایه ی

را4آرماتورهای كششی به طور ناگهانی افزایش یافته و تا انهدام دیوار پیش می رود )شكل ببینید( تیرهای كوپله صدمه ای ندیده اند و تنش كششی زیاد در تراز پی موجب تخریب دیوار

محاسبه شده است كه در این تغییرمكان، عملكرد كلیδt= 4.0cmگشته است. تغییرمكان هدف قرارLS  سازه و همچنین دوران تیرهای كوپله بحرانی( تیر طبقه اول(در سطح ایمنی جانی

دارند. طبقه با نسبت آرماتور حداكثر:4نمونه سوم: ساختمان

این ساختمان همانند ساختمان نمونه دوم بوده و تنها از نسبت آرماتور حداكثر استفاده شده اولین آرماتور3.57cm و تغییرمكان ton 42.3است. نتایج نشان می دهد كه در برش پایه ی تیرهای كوپله در6.4cm و تغییرمكان 50tonكششی جاری شده شده است. در برش پایه

طبقات اول و دوم دچار شكست برشی می شوند و منحنی ظرفیت با یك افت، تا برش پایه ی20 ton 9.9 و تغییرمكانcmكه در آن تمام تیرهای كوپله دچار شكست شده اند پایین می آید و

پس از آن سازه تا انهدام نهایی دیوار كه به دلیل كشش زیاد در پایه دیوار رخ می دهد، مقاومت می باشد كه عملكرد كل سازه و دورانδt =4.1 cm  ( مقدار تغییر مكان هدف5می كند)شكل

  محاسبه شد ه است.LSتیرهای كوپله در سطح ایمنی جانی طبقه با نسبت آرماتور حداقل:8نمونه چهارم: ساختمان

طبقه اجرا شده با نسبت آرماتورهای حد اقل مد نظر می باشد.8در این بخش همان ساختمان آرماتورcm 2.0 و تغییرمكان ton 12.5نتایج طیف ظرفیت نشان می دهد كه در برش پایه

Page 19: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

6.8 و تغییر مكان ton 10.5طولی در كشش به حد جاری شدن رسیده است و در برش پایه cm  ترك خوردگی بتن پایه و جاری شدن آرماتورهای كششی به طور ناگهانی افزایش یافته و تا

را ببینید( تیرهای كوپله صدمه ای ندیده اند و تنش كششی6انهدام دیوار پیش می رود )شكل زیاد در تراز پی و تراز سقف طبقه اول موجب شكست و تخریب دیوار گشته است. تغییرمكان

محاسبه شده است كه در این تغییرمكان، عملكرد كلی سازه و همچنینδt = 10.0 cmهدف   قرار دارند.LSدوران تیرهای كوپله بحرانی در سطح ایمنی جانی

طبقه با نسبت آرماتور حداكثر:8نمونه پنجم: ساختمان این ساختمان همانند ساختمان نمونه ی سوم بوده و تنها از نسبت آرماتور حداكثر استفاده شده

  را ببینید( نشان می دهد كه در برش پایه ی7است. نتایج بررسی طیف ظرفیت )شكل 30.2ton 12.3 و تغییرمکان cmاولین آرماتور كششی جاری شده شده است و اندكی

تغییرمكان38ton  خردشدگی بتن در بیرونی ترین تار فشاری رخ داده است. در برش پایه ی21.5cmتیرهای كوپله در طبقات اول، دوم، سوم و چهارم دچار شكست برشی شدند. در این

نقطه یك افت در منحنی ظرفیت سازه ایجاد شده كه به دلیل شكست تیرها بوده است و پس از ، تمامی تیرها 54.5cm تغییرمكان 32.7ton  آن منحنی به سمت باال باز می گردد در برش پایه ی

دچار شكست می شود و یك افت شدید در منحنی ایجاد می شود، پس از آن شاهد افزایش مقاوم هستیم كه ناشی از مقاومت دیوارها است و سازه تا تخریب نهایی دیوار كه به دلیل جاری

 شدن آرماتور كششی در پایه كششی دیوار و خرد شدگی بتن مقاومت می كند. مقدار محاسبه شده است كه عملكرد كل سازه و دوران تیرهای كوپله وδt = 4.1 cmتغییرمكان هدف

  می باشد.LSپایه ها در سطح ایمنی جانی طبقه با نسبت آرماتور حداقل:12ششم: ساختمان

طبقه ذكر شده در بخش های8 طبقه با تمام ویژگیهای ساختمان 12در این بخش یك ساختمان قبل در نظر گرفته شده و مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج طیف ظرفیت این ساختمان

آرماتور طولی در كشش به حد جاری5.4cm و تغییر مكان 9.5tonنشان می دهد در برش پایه آرماتور طولی در تیركوپله طبقه11cm و تغییر مكان 10.9tonشدن رسیده است و در برش پایه

آرماتورهای فشاری پایه23.1cm و تغییر مکان 11.7tonاول جاری شده است. در برش پایه ی جاری شده اند و خرد شدگی بتن نیز اتفاق افتاده است، از این نقطه به بعد افزایش مقاومتی در

دیوار مشاهده نمی شود و خردشدگی بتن فشاری و جاری شدن آرماتورهای كششی افزایش را ببینید( تیرهای كوپله محاسبه صدمه ای ندیده اند8یافته و تا انهدام دیوار پیش می رود)شكل

و تنش كششی زیاد در تراز پی و تراز سقف طبقه اول موجب تخریب دیوار گشته است. محاسبه شده است كه در این تغییرمكان، عملكرد كلی سازه وδt = 13.9 cmتغییرمكان هدف

  قرار دارندLSهمچنین دوران تیرهای كوپله بحرانی در سطح ایمنی جانی طبقه با نسبت آرماتور حداكثر:12نمونه هفتم: ساختمان

این ساختمان همانند ساختمان نمونه پنجم بوده و تنها از نسبت آرماتور حداكثر استفاده شده 24.5ton را ببینید( نشان می دهد كه در برش پایه ی 9است. نتایج بررسی طیف ظرفیت)شكل

اولین آرماتور كششی جاری شده و اندكی خرد شدگی در بیرونی ترینcm 28.15و تغییرمكان تیرهای كوپله ی55.5cm و تغییرمكان ton 32تار فشاری بتن رخ داده است. در برش پایه ی

طبقات اول، تا ششم، دچار شكست برشی می شوند و یك افت شدید در منحنی ظرفیت ایجاد و تغییرمكان25tonمی شود منحنی دوباره به سمت باال باز می گردد، تا اینكه در برش پایه ی

145.6cmتمام تیرهای كوپله می شكنند و پس از آن سازه اندكی مقاومت می نماید و به دلیل كشش زیاد در پایه كششی و خرد شدگی پایه فشاری تا تخریب نهایی دیوار پیش می رود.

محاسبه شده است كه عملكرد كل سازه و دوران تیرهای كوپله وδt = 17.7 cmتغییرمكان هدف    می باشد. LSپایه ها در سطح ایمنی جانی

نتیجه گیری مقایسه و دوران تیرهای كوپلهATC-40- تغییرمكان نسبی بام سازه با مقادیر ذكر شده در 1

Page 20: ssu.ac.irssu.ac.ir/.../KhadamatKarkonan/MofidOther/shearwall.docx · Web view“Steel plate shear walls,” U. S.-Japan Workshop onSeismic Fracture Issues in Steel Structure, San

بحرانی و پایه های دیوار، با مقادیر ذكر شده در دستورالعمل بهسازی لرزه ای ایران كنترل LSگردید و مشخص شد كه عملكرد كلی و دوران تیرهای كوپله و پایه ها در محدوده ایمنی جانی

 قرار دارند. در سازه های مرتفع، تاثیر مهمی بر - میزان آرماتور طولی بكار رفته در دیوارها به ویژه2

مقاومت و شكل پذیری آنها دارد، بنحویكه دیوارهای با درصد آرماتور كمتر با افزایش برش پایه، سریعا دچار شكست كششی در تراز پی و طبقات پایین می شوند ولی در دیوارهای با درصد آرماتور بیشتر، پایه ها به خوبی در مقابل كشش مقاومت می كنند تا اینكه تیرهای كوپله دچار

شكست می شوند. - افزایش بار قائم روی دیوارها موجب می شود كه پایه های دیوار در هنگام زمینلرزه، دیرتر به3

حد جاری شدن برسند و این امر عملكرد غیرخطی دیوار را بهبود می بخشد. -ضعف اصلی در دیوارهایی كه آرماتور طولی مناسبی دارند در تیرهای كوپله است كه غالبا4

دچار شكست برشی- لغزشی می شوند و افزایش بیش از حد ارماتور برشی تاثیر قابل توجهیبر مقاومت برشی آنها نمی گذارد و موجب ترد شكنی نیز می شود.

- چنانچه دیوارهای برشی دارای بازشو به نحوی طراحی شوند كه تیرهای كوپله قبل از دیوارها5 جاری شوند، این تیرها نه تنها نقطه ضعف دیوارها نیستند بلكه در مقابل بارهای جانبی بزرگ، به منزله فیوز عمل می كنند و قبل از آنكه دیوار كه وظیفه انتقال بار جانبی و قائم را دارد صدمه

قابل توجهی ببیند می شكنند، كه این خود موجب استهالك انرژی زیاد و شكل پذیری باالتر درحركات رفت و برگشتی درطی زلزله می شود كه ویژگی بسیار مطلوبی در رفتار سازه است.