ارزیابی لرزه ای سوله و ساختمان های موجود، یک موضوع کلیدي در هر ناحیه ي زلزله خیز می باشد. در حقیقت، زلزله هاي متوسط تا قوي زندگی افراد زیادي را تهدید میکنند و در مقیاس ناحیه اي، با وارد کردن خسارات سنگین به سازه ها زندگی عادي و اقتصادي را با وقفه و رکود مواجه میسازند[1]. (کلیدواژه: تغییر کاربری سوله)

مقدمه

از طرفی ساختمان هاي صنعتی یکی از اجزاي اصلی و مهم در رشد صنعتی یک کشور محسوب می شوند. با توجه به روند رو به رشد صنعت در کشور ایران ساخت سالن های صنعتی افزایش یافته است[2]. این ساختمانها چنانکه از نامشان بر می آید براي کاربري هاي صنعتی و تولیدي مورد استفاده قرار میگیرند، ولی چون ساختمان انبارها، آشیانه هاي هواپیما، سالنهاي ورزش و نظایر آنها وضع تقریبا مشابهی از نظر شکل و سیستم سازهاي با ساختمان هاي صنعتی دارند، میتوان ساختمان هاي اخیر را نیز در این گروه به حساب آورد[3]. (کلیدواژه: تغییر کاربری سوله)

ارزیابی و طراحی لرزه ای سوله و ساختمانها در برابر زلزله هاي ضعیف به گونه اي است که آنها بعد از وقوع زلزله همچنان قابل استفاده باقی بمانند. در نظر گرفتن این هدف، رفتار ساختمان را به محدوده ي رفتار ارتجاعی و خطی، محدود میکند. اما اهداف طراحی و ارزیابی لرزه ای ساختمانها و سوله ها در برابر زلزله هاي متوسط، شدید و ماکزیمم متفاوت از اهداف طراحی در برابر زلزله هاي ضعیف است و لزوم رفتار کاملاً ارتجاعی از ساختمان، مورد نظر نیست؛ لذا ساختمانها می توانند در برابر این سطوح زلزله، رفتار غیرارتجاعی داشته باشند. علت این موضوع مربوط به مباحث اقتصادي است[4].

مراجع فراوانی در زمینه ي ارزیابی و بهسازي لرزه اي از جمله ATC-40، NEHRP و FEMA–356 وجود دارد. در ایران دستورالعمل بهسازي لرزه ای سوله ساختمانهاي موجود نشریه360 [5] و تفسیر آن با استناد به نشریه FEMA–356 در سال 1385در اختیار جامعه مهندسی کشور قرار گرفت. در این پژوهش، ارزیابی لرزه ای سوله و کنترل ضوابط پذیرش با مبنا قرار دادن ضوابط پذیرش نشریه 360 صورت پذیرفته است.(کلیدواژه: تغییر کاربری سوله)

معرفی مدل های مورد بررسی

در ابتدا سوله ها مطابق ویرایش سوم استاندار 2800 ایران [6] و براي کاربري بدون جرثقیل طراحی شده اند. طراحی سوله ها به صورت سه بعدي صورت گرفته است. سیستم سازه اي در جهت طولی، قاب ساده همراه با بادبند و در جهت عرضی، قاب خمشی متوسط میباشد. طول سالن تمامی مدلها 30متر شامل شش قاب با فواصل 6متر میباشد. شیب سقف 20درصد و مقاطع تیر و ستون، تیرورق هاي به صورت “I” شکل و با مقطع متغیر می باشند.

 از میلگرد به عنوان بادبندهاي جانبی و سقفی در دهانه هاي ابتدا و انتها استفاده شده است. محل احداث سوله ها در شهر اهواز میباشد. پس از تغییر کاربري و اعمال بار جرثقیل 5 تن، براي ارزیابی لرزه ای مدلهاي مورد مطالعه، با توجه به تیپ بودن تمام تیرها و ستونها در هر سوله، قابهاي سوله به صورت دو بعدي در نظر گرفته شده اند، شکل1

ارزیابی لرزه ای سوله
شکل 1 پلان مدل های مورد بررسی

در این مطالعه شش مدل با سه تیپ ارتفاعی متفاوت و دو تیپ عرض دهانه ي مختلف مورد بررسی قرار گرفته اند. ارتفاع ستون قابهاي موردبحث 6متر، 8متر و 10متر و عرض دهانه ي قابها 20متر و 25متر میباشد. براي نامگذاري مدلها از فرمت Hz By استفاده شده است که در آن z ارتفاع ستون قاب سوله و y عرض دهانه ي سوله میباشد. به عنوان مثال H6 B20 نشان دهنده ي مدلی با ارتفاع ستون 6متر و عرض دهانه ي 20متر است. نماي جانبی قابهاي سوله و مقاطع تیرها و ستونها در شکل 2نشان داده شده است.(کلیدواژه: تغییر کاربری سوله)

ارزیابی لرزه ای سوله
شکل2: (الف) نماي جانبی قاب سوله (ب)مقطع تیرها (ج) مقطع ستونها

بار مرده سقف، بار برف و بار دیوارهاي جانبی به ترتیب برابر 50kgf/m2 ،30 kgf/m2 و 400 kgf/m2 در نظر گرفته شده است. شهر اهواز داراي سرعت و فشار مبناي باد به ترتیب برابر 110 km/hو 40/5 kg/m2 است. محل احداث سوله ها در فضاي خارج از شهر با ساختمانها و درختان پراکنده فرض گردیده است. مقادیر فرض شده براي بارگذاري زلزله و مشخصات مصالح در جدولهاي 1و2 آورده شده است.

ارزیابی لرزه ای سوله
جدول1: مقادیر فرض شده براي بارگذاري زلزله
ارزیابی لرزه ای سوله
جدول2: مشخصات مصالح

آیین نامه هاي مورد استفاده در بارگذاري و زلزله، مبحث ششم مقررات ملی ایران، ویرایش سوم استاندار 2800 ایران و نشریه ي 325 سازمان مدیریت و برنامه ریزي کشور و جهت طراحی، مبحث دهم می باشند. طراحی به روش ASD صورت گرفته است. در تحلیل و طراحی از
نرمافزار (SAP 2000 (Version 14.2.4 استفاده شده است.

تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون

تحلیل بارافزون (پوش آور)، تحلیل تقریبی است که در آن پس از اعمال بارهاي ثقلی، سازه در معرض بارهاي جانبی با یک الگوي مشخص که به صورت تدریجی افزایش مییابد قرار داده میشود. در هر گام که بارهاي جانبی به صورت تدریجی افزایش مییابند، سختی سازه اصلاح میگردد. به عبارت دیگر در هر گام معادله ي تعادل استاتیکی ∆ F=k کنترل شده و این عمل تا زمانیکه مرکز جرم بام (نقطه کنترل) به یک مقدار تعریف شده جابجایی هدف یا نقطه عملکرد برسد و یا قبل از فروریزي (ناپایداري)، ادامه می یابد. حاصل این مرحله منحنی ظرفیت است که بصورت تغییرات جابجایی مرکز جرم بام و برش پایه نمایش داده میشود. نیروهاي داخلی و همچنین تغییر شکلهاي اعضا در هر مرحله نظیر تغییر مکان هدف و یا تغییر مکان قبل از فروریزي با ظرفیت آنها مقایسه میگردد. [7] تغییر مکان هدف طبق نشریه 360 به صورت رابطه ي (1) محاسبه میشود.(کلیدواژه: تغییر کاربری سوله)

blank

الگوی بارگذاری

بر اساس ضوابط “دستورالعمل بهسازي لرزهاي ساختمانهاي موجود” براي بررسی اثر همزمان بارهاي ثقلی و زلزله باید در هنگام اعمال نیروهاي جانبی، مقداري از بار محتمل ثقلی نیز روي سازه قرار داده میشود. با توجه به اینکه پس از نصب جرثقیل در سوله، جرثقیل به صورت دائم نصب باقی خواهد ماند، پس با بار جرثقیل همانند بار مرده رفتار خواهد شد. همچنین به علت عدم وجود بار زنده، بار برف جایگزین خواهد شد و با بار برف همانند بار زنده رفتار میشود. لذا در ترکیب بارگذاري ثقلی و جانبی حد بالا و پایین اثرات بار ثقلی، QG باید از روابط زیر محاسبه شود.

blank

منحنی ظرفیت

یکی از مهمترین نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی، نمودار برش پایه در مقابل تغییرمکان است، که منحنی ظرفیت سازه نامیده میشود. این منحنی، ظرفیت سازه را به نمایش میگذارد که با بررسی آن پارامترهاي مهمی از قبیل شکلپذیري، مقاومت افزون و زوال سختی استخراج میشود[8]. شکل3 (الف)

ایده آل سازی منحنی ظرفیت

منحنی ظرفیت سازه معمولا براي ساده سازي با یک منحنی دوخطی تقریب زده میشود، شکل (3) ب براي این کار طبق ضوابط دستورالعمل و نشریه 360به این نکات باید توجه داشت:[5]
1- محل برخورد قسمت اول منحنی دوخطی با منحنی غیرخطی بایستی در 0.6Vy باشد. Vy برش پایه نظیر تسلیم سازه میباشد.
2- سطح زیر نمودار دو خطی و منحنی ظرفیت تا تغییر مکان هدف یکسان باشد.

ارزیابی لرزه ای سوله
شکل3: (الف) تعیین پارامترهاي مؤثر در طراحی لرزهاي سازه ها با استفاده از منحنی پوشآور [9] (ب) نمایش دوخطی منحنی پوش آور [5]

که در این پژوهش براي ایده آل سازي منحنی ظرفیت از نرم افزار Excel 2013 استفاده شده است. با استفاده از دوخطی سازي منحنی ظرفیت میتوان پارامترهاي مؤثر در طراحی لرزهاي از قبیل ضریب شکل پذیري، ضریب مقاومت افزون و ضریب رفتار را بدست آورد.

پارامترهای لرزهای مورد بررسی

ضریب شکل پذیری کلی سازه (μ)

ضریب شکل پذیري سازه هر قدر بزرگتر و مقاومت آن کاهش کمتري داشته باشد، قدرت جذب انرژي آن در حالت غیر ارتجاعی بیشتر بوده و رفتار مطلوبی خواهد داشت. به عبارت ساده تر شکل پذیري را میتوان قابلیت پذیرش تغییر مکانهاي زیاد ساختمان بدون فرو ریختن آن تعریف کرد.
با ایده آل سازي منحنی رفتار کلی سازه به منحنی ارتجاعی – خمیري (الاستیک – پلاستیک) کامل، ضریب شکلپذیري کلی سازه به صورت خارج قسمت حداکثر تغییرمکان جانبی (∆௫به تغییرمکان جانبی نسبی تسلیم ) (∆௬تعریف میشود): [8]

blank

لازم به ذکر است که معمولا شکل پذیري کلی متأثر از سطوح عملکردي را شکل پذیري ظرفیت میگویند.

ضریب مقاومت افزون

مقاومتی که سازه بعد از تشکیل نخستین لولاي خمیري تا مرحله ي مکانیزم از خود بروز میدهد مقاومت افزون نامیده میشود.

ضریب رفتار (Ω0)

با استفاده از ضریب رفتار، نیروهاي زلزله کاهش مییابند. در نتیجه به دلیل طراحی در ناحیه ارتجاعی به مقدار قابل توجهی پروسه ي طراحی تحت بارهاي جانبی ساده میشود. بنابراین تنها کافی است مهندس طراح براي محاسبه ي نیروهاي طراحی یک آنالیز الاستیک انجام دهد. ضریب رفتار سازه ها در طراحی بر اساس، ASD همانند آیین نامه ی AISC-ASD و مبحث دهم مقررات ملی براي سازه هاي فولادي برابر است با:

blank

کهY ضریب تنش مجاز و R ضریب کاهش شکل پذیري میباشد. براي محاسبه ضریب کاهش شکل پذیري روشهاي فراوانی وجود دارد. در این تحقیق R از روش نیومارك و هال محاسبه شده است.(کلید واژه:ارزیابی لرزه ای سوله فولادی با قاب خمشی )

تحلیل مدلها و نتایج آنها (کلیدواژه: تغییر کاربری سوله)

ویژگی های مدل های تحلیلی

تحلیل استاتیکی غیرخطی در این تحقیق با الگوي کنترل جابجایی صورت پذیرفته است. ابتدا بارهاي ثقلی با نسبتهاي مشخص اعمال میشوند و پس از آن سازه تحت تأثیر بار جانبی اعمالی تحلیل میشود. مفاصل پلاستیک در تیرها از نوع خمشی و برشی و در ستونها از نوع فشاري و فشاري-خمشی در محلهاي 0/05و 0/95 طول اعضا در نظر گرفته شده اند.

انجام تحلیل و مقایسه منحنی ظرفیت مدلها

ابتدا بارهاي ثقلی به صورت نیروهاي گسترده و متمرکز بر مدل ها اعمال و سپس بار جانبی به سازه تحمیل میشود. اعمال بار جانبی تا رسیدن جابجایی تاج قاب سوله، به میزان تغییر مکان هدف محاسبه شده از نشریه 360، محدود شده است. حد تغییرات قابل قبول براي همگرایی در روش نیوتن-رافسون به میزان 1E10-7 در نظر گرفته شده است.
نتایج تحلیل استاتیکی غیرخطی مدلها، به تولید منحنی هاي ظرفیت مربوط به مدل هایی که پس از طراحی و سرویس دهی به آن جرثقیل اضافه شده است منجر شده که براي تمامی این مدلها در شکل4، قابل مشاهده است.

ارزیابی لرزه ای سوله
شکل4: منحنی ظرفیت مدلها پس از نصب جرثقیل

نتایج دوخطی سازی منحنی ظرفیت مدلها

منحنیهاي ظرفیت نشان داده شده در شکل 4 با استفاده از روش طیف ظرفیت یادشده در تفسیر نشریه360، توسط نرم افزار Excel 2013 دوخطی شده اند که نتایج آن در شکل 5ارائه گردیده است. با توجه به نمودارهاي دو خطی مشاهده میگردد که سختی الاستیک با افزایش ارتفاع ستون قابها کاهش و با افزایش عرض دهانه ی قابها افزایش مییابد. اما سختی ناحیه ي پلاستیک از رابطهي خاصی با تغییر در ارتفاع ستون و عرض دهانه ها تبعیت نمیکند.

ارزیابی لرزه ای سوله
شکل5: نمایش دوخطی منحنی ظرفیت مدلها

نتایج پارامترهای مؤثر در طراحی لرزهای مدلها

پس از دوخطی سازي منحنی ظرفیت مدلها و با توجه به روابط ارائه شده، مقادیر پارامترهاي ضریب شکل پذیري، ضریب مقاومت افزون و ضریب رفتار بدست خواهند آمد. مقادیر مستخرج و محاسبه شده از منحنیهاي ظرفیت در جدولهاي 3و ،4و نتایج پارامترهاي لرزهاي در شکلهاي 6 الی 8 ارائه شده است.
با توجه به شکل 6 مشاهده میگردد که قابهاي سوله مورد بررسی پس از تغییر کاربري اعمال شده، شکل پذیري قابل توجهی ندارند و به نظر میرسد که با افزایش ارتفاع ستون قابها، بجاي در نظر گرفتن قاب خمشی با شکل پذیري متوسط، قاب خمشی با شکل پذیري معمولی مناسب باشد.
با توجه به شکل7 می توان دریافت که با تغییر ارتفاع ستونها و عرض دهانه ي قابها، ضریب مقاومت افزون تغییر محسوسی نخواهد داشت.
پس ضریب مقاومت افزون مستقل از تغییر ارتفاع ستونها و عرض دهانه ي قابها میباشد که نتایج بدست آمده این موضوع را نشان میدهد. از طرفی به طور متوسط ضریب مقاومت افزون تمامی مدلها 1/1میباشد که این نتیجه به این معناست که سازه هاي مورد بررسی اضافه مقاومتی از خود نشان نمیدهند.

ارزیابی لرزه ای سوله
جدول3: مقادیر مستخرج از منحنیهاي ظرفیت براي محاسبه ي شکلپذیري
blank
جدول4: مقادیر محاسبه شده از منحنیهاي ظرفیت براي بدست آوردن ضریب رفتار
ارزیابی لرزه ای سوله
شکل6: مقایسه ي شکلپذیري مدلها
ارزیابی لرزه ای سوله
شکل7: مقایسه ي ضریب مقاومت افزون مدلها
ارزیابی لرزه ای سوله
شکل8: مقایسه ي ضریب رفتار مدلها

نتیجه گیری (کلیدواژه: ارزیابی لرزه ای سوله)

با توجه به مباحث ذکر شده در این پژوهش، نتایج زیر به صورت خلاصه بدست می آیند:
1- نتایج ارزیابی لرزه ای قاب سوله هاي مورد بررسی نشان میدهد که قابهاي خمشی فولادي سوله داراي شکل پذیري قابل توجهی نیستند.
همچنین با تغییر در ارتفاع قابها و عرض دهانه ها، تغییري در مقدار ضریب شکل پذیري نخواهیم داشت، که متوسط این مقدار براي تمامی مدلها 1.7= omega0 میباشد.
2- نتایج تحلیلهاي صورت گرفته در قابهاي مورد بررسی نشان میدهد ضریب مقاومت افزون از رابطه ي خاصی پیروي نمیکند

3- بر اساس تحلیل هاي انجام شده مشخص گردید که با افزایش ارتفاع ستونهاي قاب هاي مورد بررسی، ضریب رفتار به صورت تدریجی کاهش یافته که بیشینه مقدار این کاهش به 22/8 درصد میرسد. دلیل اصلی این کاهش در ضریب رفتار کاهش قابل توجه سختی جانبی قابهاي مورد بررسی میباشد. اما با افزایش عرض دهانه ها نمیتوان رابطهي مشخصی را تعریف نمود و به طور تقریبی ضریب رفتار با افزایش عرض دهانه تغییر قابل ملاحظه ای نخواهد داشت.

نویسندگان اصلی این مقاله : علی اکبر پیراسته ، احسان عطارروشن ، عدي یباري \/ این سایت مقاله را بازنشر داده است.

مراجع (کلیدواژه: ارزیابی لرزه ای سوله)

1.Seyedkazemi, A. and Beygi, M.H. (2012). “Seismic Retrofitting of Steel Ordinary Moment Frame Buildings,” Proceedings of the 4th International Conference on Seismic Retrofitting, Tabriz, Iran.

2. عباسی طرئی، م. و مهروند، م. و حقاللهی، ع. ،(1392) “طراحی جامع سازه هاي صنعتی سوله، مثالهاي کاربردي با نرم افـزار،” تهران: علم عمران.

3. ضوابط طرح و محاسبه ساختمانهاي صنعتی فولادي، نشریه  ،(1385) .325تهران: وزارت مسکن و شهرسازي، مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن.

4. محمودي صاحبی، م.” ،(1388) “فلسفه طراحی لرزهاي بر اساس عملکرد”،تهران: دانشگاه شهید رجایی.

5. دستورالعمل بهسازي لرزهاي ساختمانهاي موجود، نشریه  ،(1385) .360تهران: معاونت امور فنی، دفتر امور فنی، تدوین معیارها و کاهش خطر پذیري ناشی از زلزله.

6. آیین نامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله، استاندارد  ،2800 ویرایش سوم. (1384)، تهران: مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن.

7. نیکنام، ا. و میمندي پاریزي، ع. ا. و پاكنیت، ش. ،(1391)”بهسازي لرزهاي سازه هاي فولادي و تحلیل بارافزون (Pushover) با استفاده از نرم افزارهاي  “،SAP2000 – ETABS تهران: متفکران.

8. معصومی، ع. و شکاري، م. و احمدي، م.، (1392) “ارزیابی مقاوم سازي لرزهاي قاب هاي فولادي مهاربندي شده به کمک دیوارهاي برشی فولادي”، مجله ي علمی – پژوهشی عمران مدرس، دوره ي چهاردهم، شماره ی ،4صفحات .65 -78

9. تقی نژاد، ر.،(1392) “طراحی و بهسازي لرزهاي سازه ها بر اساس سطح عملکرد با استفاده از تهران: نشر کتاب دانشگاهی. تحلیل پوشآور “،SAP2000 – ETABS

10. Izadian, M. and Rahgozar, M.A. and Mohammadrezaei, O. (2012). “Respons Modification Factor for Steel Moment-Resisting Frames by Different Pushover Analysis Methods,” Journal of Constructional Steel Research 79, pp 83-90