بررسي عوامل موثر در سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي

بررسي عوامل موثر در سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي

بخشهايي از متن:

مقدمه :

دو عامل تعيين كننده در سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي مانند سيستمهاي مهاربند،‌ديوارهاي برشي فولادي، قابهاي ممان گير، ديوارهاي برشي بتني و غيره سختي[1] و مقاومت [2] آنها ميباشد. كه به كمك دياگرام بار – تغيير مكان جانبي آنها تعيين ميگردد. در شكل 6-1 يك نمونه از اين دياگرامها در يك تصوير كلي نشان داده شده است.

در دياگرام مذكور شيب خط OA سختي سيستم مقاوم ناميده مي شود و F_u مقاومت و يا بار نهايي سيستم مذكور مي باشد. همانطور كه در شكل 6-1 b مشاهده ميگردد رابطه بين بار و تغيير مكان جانبي در محيط الاستيك بصورت زير است:

(6-1)                                    F=KU

براي تعيين سختي سيستم در هر تراز دلخواه ميتوان از رابطة (6-1) استفاده نمود، 
(شكل6-2).

شكل 6-1 تصوير كلي دياگرام بار – تغيير مكان جانبي سيستم

(6-2)                                   

سختي و مقاومت :

با توجه به لزوم كنترل تغيير مكان جانبي در ساختمانها،‌ سختي سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي از اهميت خاصي برخوردار مي باشد. طبيعتاً همانطور كه در شكل 6-1- b مشاهده مي گردد سيستم هايي كه داراي سختي بيشتري مي باشند، تغيير مكان جانبي آنها در مقابل بارهاي جانبي كمتر است.

از جمله عواملي كه در رابطه با آنها لزوم كنترل تغيير مكان جانبي نقش اساسي دارد، ميتوان به موارد زير اشاره نمود.

شكل 6-2 تعيين سختي سيستم در تراز دلخواه

- اثرات

- آسيب ديدن اجزاء غير سازه اي

- حفظ تجهيزات و لوازم حساس در ساختمانهاي خاص

- تأمين ايمني

در عمل،‌ هنگامي كه بارهاي جانبي به سازه اعمال ميگردد، سازه جا به جا شده و در نتيجه بارهاي قائم نسبت به محورهاي قابها و ديوارها خارج از محوري پيدا مي نمايند. متعاقب آن سازه تحت اثر لنگري اضافه قرار مي گيرد. جابجايي اضافي، باعث لنگر داخلي بيشتر براي تعادل با لنگر اعمالي ناشي از بارهاي قائم خواهد شد. اين اثر بار قائم ‍P بر تغيير مكان جانبي  به اثر  موسوم است . اثر مذكور در يك طره در شكل 6-3 بصورت ساده نشان داده شده است.

...

پايداري :

يكي از عوامل تعيين كننده و حساس در سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي، پايداري مي باشد. هر گونه ناپايداري در اين سيستم ها منجر به خرابي كلي و يا موضعي سازه و نهايتاً ساختمان گردد. عموماً ناپايداري به صورت هاي زير در سيستم هاي مذكور اتفاق مي‌افتد.

- ناپايداري اجزاي اصلي

- ناپايداري اجزاي فرعي

- ناپايداري موضعي

ناپايداري اجزاي اصلي مانند ستونها بسيار خطرناك بوده واغلب منجر به تخريب قسمتي از سازه و يا كل سازه ميگردد. لذا دقت در تأمين پايداري، به ويژه تأمين پايداري اجزاء اصلي سيستم هاي مقاوم در برابر بارهاي جانبي بخصوص بارهاي جانبي ناشي از زلزله از اهميت خاصي برخوردار مي باشد. گر چه ميتوان با كمي درايت در طراحي سيستم هاي مذكور از ناپايداري اجزاء فرعي و حتي ناپايداري هاي موضعي نيز جلوگيري نمود.

در زلزله هاي نسبتاً شديد و شديد انتظار ميرود سيستم مقاوم وارد ناحية پلاستيك شده و با جذب انرژي، ارتعاش را ميرا نمايد. در اين حالت كه سيستم خودبه علت جاري شدن اجزاء و احتمالاً اتصالات دچار مشكل مي باشد، ميتوان تصور نمود وجود ناپايداري در آن چه اثرات مخربي ميتواند براي آن به همراه داشته باشد. در چنين شرايطي بروز هرگونه ناپايداري بر روي منحني هاي هيسترزيس سيستم اثر گذاشته و خود را در منحني هاي مذكور نشان داده و باعث كاهش جذب انرژي سيستم ميگردد.

در ديوارهاي برشي فولادي، ستونها علاوه بر تحمل بارهاي قائم محوري كه ناشي از بارهاي ثقلي مي باشند، مي بايست نيروهاي نهائي وارده از ورق فولادي را نيز كه در شكل هاي 6-6 و 9-1 نشان داده شده است، تحمل نمايند. لازم است ستونها از نظر كمانش در صفحة ديوار برشي و كمانش خارج از صفحه مذكور با ضريب اطمينان خوبي طراحي گردند. بطوريكه وقتي ورق فولادي براي جذب انرژي به حالت پلاستيك ميرود، داراي استحكام كافي بوده و دچار كمانش نشوند. همچنين رابطة (6-46) كه در بحث 6-2 (اثر صلبيت تيرها و ستونها روي ورق فولادي) ارائه گرديده است در مورد ستونهاي ديوارهاي برشي فولادي مي بايست اعمال گردد.

در رابطه با تيرهاي طبقات در ديوارهاي برشي فولادي، با توجه به اينكه نيروهاي وارده از ورقهاي فولادي به آنها در دو طبقه مجاور، به علت اختلاف ناچيز خنثي مي گردد (شكل 9-1) لذا از نظر پايداري بامشكل خاصي روبرو نمي باشند. فقط تيرهاي انتهايي كه صرفاً نيروهاي وارده از طرف يك ورق فولادي را تحمل مي نمايند، (شكل 1-9)، مي بايست داراي استحكام كافي باشند. در اين ارتباط لازم است رابطة (6-47) در مورد آنها اعمال گردد. همچنين در صورتي كه به علت اختلاف فاحش بين نيروهاي برشي دو طبقه مجاور در ديوار برشي فولادي، اختلاف نيروهاي وارده از ورق هاي فولادي مجاور به تير مياني قابل توجه باشد، لازم است رابطة (6-47) براي تير مذكور براي مابه التفاوت نيروهاي وارده كنترل گردد.

[1] - Stiffness

[2] - Strength