برنامهریزي براي تغییرات سامانههاي آبرسانی در شهرهاي بزرگ پس از زلزله بررسی ضریب رفتار و رفتار لرزهاي قابهاي ترکیبی فولادي بتنی به روش آنالیز پوشآور تطبیقی (APA) علی چیگویی دانشجوي کارشناسی ارشد زلزله دانشگاه آزاد اسلامی واحد شهرکرد چهارمحال بختیاري محمدعلی رهگذر استادیار دانشکده فنی و مهندسی گروه مهندسی عمران دانشگاه اصفهان اصفهان چکیده در حال حاضر بهترین روش برآورد پارامترهاي لرزهاي سازهها تحلیل دینامیکی غیرخطی میباشد. ولی به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن آن محققین و آییننامههاي مدرن اخیرا کاربرد تحلیلهاي استاتیکی غیرخطی موسوم به پوشآور مرسوم را پیشنهاد نمودند. با توسعه کاربرد تحلیل پوشآور در سالهاي اخیر روشهاي پوشآور پیشرفته متعددي براي لحاظ کردن رفتار واقعبینانه سازهها از جمله اثر مودهاي بالاتر و یا اثر تغییرات مشخصات مودال سازه در طول تحلیل ناشی از تسلیم اعضاء پیشنهاد شده است. جهت رفع نواقص روش پوشآور مرسوم آنالیز پوشآور تطبیقی به عنوان یکی از روشهاي جایگزین پیشنهاد گردیده که در آن در هرگام با توجه به کاهش سختی المانهاي سازه الگوي بارگذاري اصطلاحا به هنگام گردد. در بعضی از موارد نیروهاي زلزله چندین برابر مقداري هستند که از محاسبات نیروي زلزله که بر اساس ضوابط آییننامهها به دست میآید. این کاهش به وسیله ضریبی به نام ضریب رفتار انجام میشود. در این تحقیق شیوه طراحی لرزهاي سازهها و پارامترهاي مو ثر در طراحی لرزهاي سازههاي ترکیبی با استفاده از منحنی ظرفیت به دست آمده از تحلیل پوشآور تطبیقی توضیح داده شده است. در این تحقیق ضریب رفتار ضریب شکلپذیري و ضریب اضافه مقاومت قاب ترکیبی یا دوگانه خمشی بتنی همراه با مهاربند هم محور فولادي و قاب خمشی فولادي همراه با دیوار برشی بتنی با استفاده از آنالیز پوشآور تطبیقی به دست آمده است. براي این منظور از شش قاب ترکیبی با تعداد طبقات پنج ده و پانزده که بر مبناي آییننامه 2800 (ویرایش سوم) طراحی شدهاند استفاده شده است. همچنین از طیف زلزله مرتبط با 22 شتابنگاشت معرفی شده آییننامه FEMA695 براي FAR-FEILD در آنالیز پوشآور تطبیقی (APA) استفاده شده است. ضریب رفتار به دست آمده در این مقاله به صورت میانگین از جداول ضریب رفتار با استفاده از آنالیز پوشآور تطبیقی براي قابهاي ترکیبی یا دوگانه برابر با 7/22 به دست آمده است. با توجه به جداول و نمودارهاي رفتار لرزهاي شکل- پذیري قاب خمشی بتنی با مهاربند هم محور فولادي از قابهاي دیگر بالاتر بوده و این مورد رفتار مناسبتر این قاب ترکیبی را در برابر زلزله و اهمیت این قاب را در امر بهسازي سازهها میرساند. با توجه به نتایج حاصل از ضریب رفتار و تفاوت ضرایب در ارتفاع به نظر میرسد اگر ضریب رفتار با توجه به ارتفاع ساختمان مشخص شود بهتر است. کلیدواژهها: قاب ترکیبی یا دوگانه آنالیز پوشآور تطبیقی (APA) ضریب رفتار ضریب اضافه مقاومت ضریب شکلپذیري 1- مقدمه نیاز به ساخت ساختمانهاي بلند و برجها از همان اوایل شکلگیري تمدن بشري مورد توجه خاصی بوده است. اینگونه سازهها در ابتدا با اهداف دفاعی ساخته شده و با رشد و توسعه جوامع بشري از دهه 80 قرن نوزدهم کاربرد تجاري و مسکونی به خود گرفته است. یکی از مساي ل مهم و اساسی در طراحی و ساخت سازههاي بلند مقاومسازي و حفظ پایداري آنها در مقابل نیروهاي جانبی ب ه ویژه نیروي جانبی زلزله میباشد. امروزه روشهاي متنوعی جهت مقاومسازي جانبی سازهها ب ه کار میرود که یکی از مهمترین و رایجترین آنها 57 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
علی چیگویی و محمدعلی رهگذر در کشور ما کاربرد سیستمهاي دوگانه قاب- دیوار میباشد. این سیستمها شامل ترکیبی از سیستمهاي قاب خمشی با دیوار برشی یا مهاربند بوده که حاصل این ترکیب افزایش کاربري و کارایی این سیستمها تا ارتفاع 50 طبقه و حتی بیشتر جهت مقابله با نیروهاي جانبی است. بارهاي قاي م عمدتا توسط قابهاي ساختمانی کامل تحمل میشوند و مقاومت در برابر بارهاي جانبی توسط مجموعهاي از دیوارهاي برشی یا قابهاي مهاربندي شده همراه با مجموعهاي از قابهاي خمشی صورت میگیرد. سهم برش- گیري هر یک از دو مجموعه با توجه به سختی جانبی و اندرکنش آن دو در تمام طبقات تعیین میشود [2-1]. طی مطالعاتی که در آییننامه 2800 صورت گرفته ضریب رفتار براي سازه ترکیبی قاب خمشی بتنی با مهاربند هم محور فولادي اراي ه نشده و تعداد طبقات سازه تا ثیري در مقدار ضریب رفتار کلیه سیستمهاي سازهاي نداشته است. همچنین هیچ اشارهاي به ضریب اضافه مقاومت و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري در سازههاي ترکیبی یا دوگانه نشده که تمامی این موارد به طور جداگانه مورد تحلیل قرار گرفته است. در سیستمهاي مرکب از قابهاي خمشی با دیوارهاي برشی یا مهاربندها عوامل متعددي بر عملکرد سیستم همچنین نحوه توزیع نیروهاي جانبی بین اجزاء سیستم و عناصر تشکیلدهنده سازه مو ثر میباشد که شناخت این عوامل و چگونگی تا ثیرگذاري آنها نقش بسزایی در بهبود طراحی و افزایش کارایی و اقتصاديتر شدن طرح خواهد داشت [2]. در این مقاله ضمن بررسی رفتار سیستمهاي دوگانه قاب- دیوار و قاب- مهاربند با استفاده از نرمافزار Seismostruct به بررسی رفتار سیستمهاي ترکیبی در ارتفاع و رفتار مناسبتر هر کدام از سیستمها در زلزلههاي مختلف بررسی میشود [3]. با استفاده از منحنی پوش ب ه دست آمده از منحنی غیرخطی رفتار لرزهاي و ضریب رفتار قابهاي مختلف به صورت جداگانه ب ه دست آمده و با هم مقایسه شده است. به این منظور از شش قاب دوگانه یا ترکیبی با سیستمها و ارتفاع مختلف استفاده شده است. 2- تحلیل پوشآور تطبیقی در حال حاضر به نظر میرسد بهترین روش انجام آنالیزهاي لرزهاي آنالیز دینامیکی غیرخطی باشد ولی به دلیل پیچیدگی و زمان بر بودن آن محققین را بر آن داشته است تا طیف وسیعی از مطالعات در مورد آنالیزهاي استاتیکی غیرخطی موسوم به پوشآور مرسوم داشته باشند. مشکل اساسی روشهاي پوشآور معمولی موجود در آیین- نامهها و دستورالعملهاي جاري در این نکته نهفته است که این روشها عموما محدود به پاسخ یک مود تنها بوده و توانایی لحاظ کردن اثرات مودهاي بالاتر همچنین اثر تغییر مشخصات مودال سازه ناشی از تسلیم اعضاء را ندارد. هنگام اعمال بار جانبی به سازه در تحلیل پوش آور اعضاء کمکم به ویژه در محل اتصالات از حالت ارتجاعی خارج گردیده و به حوزه غیرارتجاعی وارد میشوند. با محاسبه سختی لحظهاي اعضاء و در نتیجه ماتریس سختی کل در هر گام از آنالیز در هنگام اعمال بار جانبی به سازه شاهد کاهش سختی سازه خواهیم بود. این موضوع نه تنها باعث تغییر پاسخ سازه به حرکات زمین میگردد بلکه همچنین باعث تغییر توزیع نیروهاي اینرسی در ارتفاع سازه خواهد شد. براي تحقق این فرضیات باید از آنالیز پوشآور تطبیقی استفاده شود. همچنین در هر گام با توجه به کاهش سختی المانهاي سازه باید الگوي بارگذاري اصطلاحا به هنگام گردد [5-4]. آنتونیو و پینهو [5-4] اساس روش پوشآور تطبیقی - - - - را با توجه به الگوي بار اعمالی که میتواند هم نیرو باشد و هم جابهجایی به دو گونه اراي ه دادند: پوشآور تطبیقی 2 1 مبتنی بر نیرو و مبتنی بر جابهجایی. الگوریتم تعریف شده جهت انجام آنالیز داراي چهار مرحله اصلی است: تعریف بردار بار و جرم اینرسی محاسبه ضریب بار محاسبه بردار مقیاس همپایه شده جهت اعمال به سازه به هنگام نمودن بردار نیروي بارگذاري. پوشآور مبتنی بر جابهجایی نیز همانند روش پوشآور مبتنی بر نیرو است بردار جابهجایی U استفاده میشود. بزرگی بردار P با این تفاوت که به جاي بردار نیرو P از از رابطه زیر به دست میآید: 58 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
بررسی ضریب رفتار و رفتار لرزهاي قابهاي ترکیبی فولادي بتنی به روش آنالیز پوشآور تطبیقی (APA) P λ P 0 (1) پس از اعمال بردار بار در هر مرحله نیروي طبقات در هر مود به قرار زیر به دست میآید: F Γ φ M S ( j) ij j ij i a (2) در رابطه (2) ضریب مشارکت مود j ام و : Γ i شمارة مود : j شمارة طبقه : i : φ ij مقدار مود شکل همپایه شده به جرم در طبقه i ام و مود j ام و : M i جرم طبقه i ام و( j : S a ( شتاب طیفی متناظر با مود j ام میباشد. مو لفههاي نیمرخ بار جانبی هر مود ارتعاشی که از معادلات فوق حاصل شده به یکی از روشهاي SRSS یا CQC نظیر به نظیر با یکدیگر ترکیب شده و نهایتا یک نیمرخ منفرد حاصل میشود. نظر به اینکه شکل الگو مورد نیاز است نه بزرگی آن مو لفههاي این الگو به نسبت مجموع کل نیروها طبق رابطه زیر همپایه میگردند: F F i i N F i i 1 (3) با دانستن بردار مقیاس همپایه شده F ضریب بردار افزایشی λ t و بردار نیروي اسمی اولیه P 0 بردار بار اعمالی P t تطبیقی (4) در هر گام t به قرار زیر حاصل خواهد شد: P P + λ t F t 1 t t P 0 روش تشریح شده با نام " هب هنگام جزي ی" از جملهشیوه- هاي تطبیق بردار نیرو با وضعیت سختی جاري سازه است. دیگر روش به هنگام نمودن بردار بار تطبیقی " ب ههنگام کلی" میباشد که در آن بردار بار مقیاس شده در هر گام به طور کامل جانشین بردار قبلی میگردد و بردار قبلی هیچگونه سهمی در بردار بار اعمالی به سازه در گام جدید نخواهد داشت. 3- محاسبه ضریب رفتار در سال 1991 محقق آمریکایی یوانگ با استفاده از نمودار منحنی ظرفیت سازه براي محاسبه ضریب رفتار رابطهاي به صورت زیر معرفی نمود [6]: (5) R R µ Ω ک ه R µ V eu / V y ضریب کاهش نیرو در اثر شکلپذیري V eu سازه V y حداکثر برش پایه در حالت ارتجاعی سازه مقاومت سازه در استانه تسلیم و Ω ضریب مقاومت افزون میباشد شکل (1). شکل (1): نمودار منحنی ظرفیت یک سازه متعارف. به طور کلی میتوان گفت طراحی صحیح سازه منجر به شکلپذیرتر شدن سازه خواهد شد. در این وضعیت سازه میتواند به حداکثر مقاومت خود که با پارامتر V y معرفی میشود برسد. در نتیجه میتوان گفت هرچه از مقاومت حداکثر اعضاء در هنگام آنالیزهاي لرزهاي استفاده شود طرحی بهینهتر حادث میشود. m (1) در شکل حداکثر تغییرشکل نسبی ایجاد شده در طبقه میباشد که میتوان گفت محاسبه مقدار V y V s با مقاومت حد خمیري سازه یا مقاومت نهایی به هنگام ایجاد مکانیزم گسیختگی متناظر بوده و احتیاج به تحلیل غیرخطی دارد. به همین علت براي مقدار V y به صورت مستقیم رابطهاي مشخص نگردیده است. از این رو جهت مقاصد طراحی در برخی از آییننامهها مقدار V y را به مقدار V s کاهش میدهند. پلاستیک در کل سازه میباشد. متناظر با تشکیل اولین مفصل اختلاف مقدار نیروهاي V y و V s را اصطلاحا مقاومت افزون و نسبت آنها را با ) Ω ( نشان داده میشود رابطه (6). Vy Ω V s (6) ضریبY بر اساس نوع آییننامههاي طراحی (بار مجاز یا بار نهایی) تعیین میشود و مقدار آن نسبت نیرو در هنگام تشکیل اولین مفصل پلاستیک ) w (V میباشد. (7) ) s V) به نیروي طراحی سازه Vs Y V w 59 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
علی چیگویی و محمدعلی رهگذر طبق نتایج به دست آمده ضریبY در محدوده /1 4 تا 1/5 میباشد و براي مثال نتایج آییننامه AISC-ASD1989 مطابق رابطه (8) برابر با 1/44 میباشد. Vs Y V w M M p w ZF y S(0.6F y 4 ) 3 1.15F 0.8F y y 1.44 (8) 4 3 در رابطه (8) Z مدول خمیري S مدول ارتجاعی میباشد و اضافه تنش مجاز به هنگام اثر نیروهاي زلزله است. طبق پارامترهاي تعریف شده فوق رابطه (9) براي محاسبه ضریب رفتار توسط روش یوانگ معرفی گردیده است V V eu Veu y Vs R Rµ Ω Y V V V V s y s w.[6] (9) 4- ضریب کاهش نیرو توسط شکلپذیري در این تحقیق جهت محاسبه R µ از روشهاي نیومارك و هال کراوینکلر و نصر و میراندا و برترو استفاده گردیده است. 1-4- نیومارك و هال نیومارك و هال [7] رابطهاي را پیشنهاد کردند که با استفاده از آن میتوان ضریب کاهش ناشی از شکلپذیري ) µ ( R را براي سیستمهاي ارتجاعی- خمیري یکدرجه آزاد در طی رابطههاي (10) (11) و (12) محاسبه نمود. براي زمانهاي تناوب کمتر از 0/03 ثانیه (فرکانسهاي بالاي 33 هرتز): (10) R µ 1/ 0 براي زمانهاي تناوب بین 0/12 ثانیه 0/5 ثانیه (فرکانسهاي بین 2 و 8 هرتز): R µ 2µ 1 (11) براي زمانهاي تناوب بزرگتر از 1 ثانیه (فرکانسهاي کوچکتر از 1 هرتز): (12) 2-4- کراوینکلر و نصر R µ µ کراوینکلر و نصر [8] رابطهاي براي سیستمهاي یکدرجه آزادي بر روي زمینهاي صخرهاي با خاك سخت توسعه دادند. آنها نتایج مطالعات آماري را بر پایه 15 نگاشت حرکت زمین در غرب آمریکا براي زلزلههایی در محدوده بزرگی از 5/7 تا 7/7 ریشتر مورد استفاده قرار دادند. رابطه کراوینکر و نصر با فرض میرایی معادل 5 درصد میرایی بحرانی به صورت رابطه (13) است: Rµ [ c( µ 1) + 1] 1/ c (13) که مقدار c از رابطه (14) به دست میآید: a T c( T, α) 1+ T a + b T (14) در این رابطه: α سختی بعد از تسلیم بوده و به صورت درصدي از سختی ارتجاعی بیان میشود. α α و b که پارامترهاي برازش (رگرسیون) هستند براي مقادیر مختلف از جدول (1) به دست میآیند. جدول (1): ضرایب پیشنهادي کراوینکلر و نصر براي محاسبه [8]. R µ b 0/42 0/37 0/29 a 1/00 1/00 0/80 α 0/00 0/02 0/10 3-4- میراندا و برترو میراندو و برترو [9] با مرور رابطههاي اراي ه شده توسط پژوهشگران دیگر از جمله نیومارك و هال [7] ریدل و و] نیومارك [10 کراوینکلر و نص ر [8] رابطههاي T - µ - R µ را براي زمینهاي صخرهاي رسوبی با استفاده از 124 نگاشت حرکت زمین توسعه دادند. رابطههاي اراي ه شده توسط این محققان براي محاسبه ضریب کاهش ناشی از شکلپذیري طبق رابطه (15) میباشد: µ 1 Rµ +1 Φ Φ به شرح زیر میباشد: (15) که در رابطه (15) مقدار براي زمینهاي سنگی: 1 1 Φ 1+ e 10T µ T 2T 15 [ ln( T ) 0.6] 2 (16) براي زمینهاي رسوبی: 1 2 Φ 1+ e 12T µ T 5T 2 [ ln( T ) 0.2] 2 (17) براي زمینهاي با خاك نرم: Φ T 3T e 4T 2 g g 3(ln( T / Tg ) 0.35) 1+ 3T (18) 60 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
بررسی ضریب رفتار و رفتار لرزهاي قابهاي ترکیبی فولادي بتنی به روش آنالیز پوشآور تطبیقی (APA) 5- معرفی مدلهاي سازهاي با سیستم ترکیبی نرمافزار SeismoStruct نرمافزاري جهت انجام انواع آنالیزهاي استاتیکی و دینامیکی غیرخطی میباشد. این نرم- افزارکه توسط پینهو اراي ه گردید 3 از المانهاي فیبري براي مدلسازي استفاده کرده و رفتار غیرخطی المانها توسط مدل رفتاري مصالح و نوع المان تعیین میشود [3]. قابهاي اراي ه شده در این رساله سیستم قابها در پنج ده و پانزده طبقه و هر قاب در دو حالت قاب خمشی فولادي همراه با دیوار برشی بتنی و قاب خمشی بتنی همراه با مهاربند هم محور فولادي استفاده شده است. ارتفاع تمام طبقات 3 متر و داراي سه دهانه مساوي با طول 5 متر میباشد و میرایی 5 درصد در نظر گرفته شده است. تغییرمکان هدف براي قابهاي با زمان تناوب کمتر از 0/7 ثانیه کمتر از 0/025 ارتفاع و براي زمان تناوب بیشتر از 0/7 ثانیه کمتر از 0/020 ارتفاع میباشد. لازم به ذکر است که قابهاي پنج و ده طبقه زمان پریود آنها کمتر از 0/7 ثانیه و قاب پانزده طبقه بیشتر از 0/7 ثانیه میباشد [1]. در این تحقیق ابتدا مدلهاي دو بعدي قابها طبق اصول آییننامه 2800 ایران توسط نرمافزار Etabs تحلیل و طراحی گردیده و سپس آنالیز لرزهاي پوشآور تطبیقی توسط نرمافزار انجام گرفته است. شتاب مبناي طرح A 0/35 SeismoStruct و خاك منطقه از نوع II و بار زنده کلیه طبقات 200 کیلوگرم بر متر مربع در نظر گرفته شده است. شکل (2) نمونهاي از قاب خمشی بتنی با مهاربند هممحور فولادي و قاب خمشی فولادي با دیوار برشی بتنی را نشان میدهد. 6- مشخصات زلزلههاي به کار رفته در این مطالعه 4 22 شتابنگاشت حوزه- دور مطابق آییننامه FEMA695 براي آنالیز پوشآور تطبیقی استفاده شده است. تمامی شتابها به صورت واقعی و بدون تغییر در تحلیل استفاده شده است جدول (2) [11]. جدول :(2) 22 شتاب آییننامه FEMA695 براي.[11] FAR-FIELD شماره نام زلزله شتاب زلزله 0/52 Northridge- Beverly Hills-Mulhol 1 0/48 Northridge-Canyon Country-WLC 2 0/82 Duzce, Turkey-Bolu 3 0/34 Hector Mine Hector 4 0/35 Imperial Valley Delta 5 0/38 Imperial Valley El Centro Array 6 0/51 Kobe, Japan Nishi-Akashi 7 0/24 Kobe, Japan Shin-Osaka 8 0/36 Kocaeli, Turkey Duzce 9 0/22 Kocaeli, Turkey Arcelik 10 0/24 Landers Yermo Fire Station 11 0/42 Landers Coolwater 12 0/53 Loma Prieta Capitola 13 0/56 Loma Prieta Gilroy Array #3 14 0/51 Manjil, Iran Abbar 15 0/36 Superstition Hills El Centro Imp. 16 0/45 Superstition Hills Poe Road Temp 17 0/55 Cape Mendocino Rio Dell Overpass 18 0/44 Chi-Chi, Taiwan CHY101 19 0/51 Chi-Chi, Taiwan TCU045 20 0/21 San Fernando LA - Hollywood Stor 21 0/35 Friuli, Italy Tolmezzo 22 شکل (2): قاب خمشی بتنی با مهاربند هم محور فولادي ده طبقه و قاب خمشی فولادي با دیوار برشی بتنی ده طبقه. 61 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
علی چیگویی و محمدعلی رهگذر 7- بررسی قابهاي مختلف و اراي ه نمودارها در این مقاله با استفاده از روش پوشآور تطبیقی (تحلیل بار افزون) رفتار لرزهاي قاب خمشی فولادي متوسط با دیوار برشی بتنی و قاب خمشی بتنی متوسط با مهاربند هممحور فولادي مورد بررسی قرار گرفته و نمونهاي از منحنیهاي تغییرمکان نسبی طبقات و منحنیهاي پوش نشان داده شده است. در نهایت نمونهاي از منحنیهاي خطی و معادلات خطی برگرفته از ضرایب رفتار و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکل- پذیري و ضریب اضافه مقاومت براي قابهاي ترکیبی متفاوت اراي ه شده است. به عنوان نمونه دو منحنی پوش و دو منحنی تغییرمکان نسبی طبقات براي دو نوع سیستم سازهاي با تعداد طبقات پانزده در اشکال (3) و (4) نشان داده شده است که از شتابنگاشتهاي 17 تا 20 جدول (2) نتیجهگیري شده است. با توجه به منحنی پوش سطح زیر منحنی قاب خمشی بتنی متوسط+ مهاربند فولادي هم محور متوسط از قاب خمشی فولادي متوسط + دیوار برشی بتنی بیشتر بوده که بیشتر بودن سطح زیر منحنی پوش تحمل برش بیشتر و شکل- پذیري بالاتر را نشان میدهد ولی رفتار قابها در ارتفاعهاي مختلف یا تعداد طبقات مختلف متفاوت است. با توجه به معادلات اراي ه شده در جدول (3) میتوان رفتار متفاوت را در تعداد طبقات متفاوت مقایسه کرد (در منحنیهاي نشان داده شده اعداد 17 تا 20 مطابق با جدول شتابنگاشتهاي برگرفته از آییننامه FEMA695 میباشد). در شکل (5) نمونهاي از نمودار ضریب رفتار در مقابل شتاب و دیگريضریب کاهش نیروناشی ازشکلپذیريرا درمقابل شتاب نشان میدهد. شکل (5) براي قاب خمشی فولادي متوسط + دیوار برشی بتنی میباشد. با داشتن PGA هر منطقه و داشتن تعداد طبقات سازه میتوانضریب رفتار و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري را براي سیستم سازهاي ترکیبی به دست آورد. ضرایبرفتارو ضرایب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري به صورت میانگین از سه روش اراي ه شده در بخش 3 به دست آمده است (در شکل (5) اعداد بعد از آن تعداد طبقات را نشان میدهد). شکل (3): نمونهاي از نمودارهاي منحنی ظرفیت قاب خمشی فولادي متوسط + دیوار برشی بتنی متوسط پانزده طبقه و منحنی ظرفیت قاب خمشی بتنی متوسط + مهاربند فولادي هم- محور متوسط پانزده طبقه حاصل از آنالیز پوشآور تطبیقی با استفاده از طیف 17 تا طیف 20. شکل (4): نمونهاي از نمودارهاي تغییرمکان نسبی داخلی طبقات قاب خمشی بتنی متوسط + مهاربند فولادي هم محور متوسط پانزده طبقه و قاب خمشی فولادي متوسط + دیوار برشی بتنی متوسط پانزده طبقه حاصل از آنالیز پوشآور تطبیقی با استفاده از طیف 17 تا طیف 20. 62 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
ه ب بررسی ضریب رفتار و رفتار لرزهاي قابهاي ترکیبی فولادي بتنی به روش آنالیز پوشآور تطبیقی (APA) جدول (3): معادله خط برگرفته ازΩ, R, Rµ در مقابل PGA براي قاب خمشی بتنی متوسط + مهاربند فولادي هم محور متوسط و قاب خمشی فولادي متوسط + دیوار برشی بتنی متوسط. معادله خط نوع سازه Ω Rµ R 0/8PGA+2/3-0/2PGA+2/ 4 1/2PGA+8/ قاب خمشی بتنی با مهاربند هممحور فولادي پنج طبقه 7-0/5PGA+1/7-0/3PGA+4/ 7-0/6PGA+10/ قاب خمشی بتنی با مهاربند هممحور فولادي ده طبقه 7-0/6PGA+2/5 0/4PGA+2/ 2-0/8PGA+8/ قاب خمشی بتنی با مهاربند هممحور فولادي پانزده طبقه 1 0/1PGA+1/3 0/3PGA+2/ 3 0/4PGA+4/ 5 قاب خمشی فولادي با دیوار برشی بتنی پنج طبقه -0/5PGA+1/9 0/7PGA+2/ 7-0/3PGA+7/ 2 قاب خمشی فولادي با دیوار برشی بتنی ده طبقه -1/3PGA+2/6 1/4PGA+1/ 9 0/5PGA+6/ 5 قاب خمشی فولادي با دیوار برشی بتنی پانزده طبقه سیستم سازهاي ترکیبی ب ه دست آورد. معادلات زیر براي تعداد طبقات پنج ده و پانزده طبقه به دست آمده است. شکل (5): نمودار ضریب رفتار در مقابل شتاب و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري در مقابل شتاب قاب خمشی فولادي متوسط + دیوار برشی بتنی پانزده طبقه حاصل از آنالیز پوشآور تطبیقی با استفاده از طیف 1 تا طیف 22. معادلات نشان داده شده در جدول (3) براي ضریب رفتار ضریب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري و ضریب مقاومت افزون در مقابل شتاب ب ه دست آمده است که به صورت میانگین از نتایج تحلیل حاصل از 22 شتاب آییننامه FEMA695 اراي ه شده در جدول (2) میباشد. از طریق معادلات زیر با داشتن PGA هر منطقه و تعداد طبقات سازه میتوان ضریب رفتار مختص آن منطقه را براي دو نوع 8- نتیجهگیري در نتیجهگیري نهایی ضریب رفتار ب ه دست آمده در این مقاله به صورت میانگین از نتایج آنالیز استاتیکی پوشآور تطبیقی (تحلیل بارافزون) براي قابهاي ترکیبی یا دوگانه (قاب خمشی متوسط (فولادي یا بتنی) + دیوارهاي برشی بتنی متوسط یا مهاربند هممحور فولادي) برابر با 7/22 به دست آمده است. ضریب رفتار براي قاب خمشی فولادي متوسط+ دیوار برشی بتنی برابر با 6/1 و براي قاب خمشی بتنی متوسط+ مهاربند هممحور فولادي برابر با 9/2 دست آمده است. با توجه به معادلات ضریب رفتار و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري میتوان ضریب رفتار و ضریب کاهش نیرو ناشی از شکلپذیري را به نسبت شتابهاي مختلف براي قابهاي مختلف به دست آورد. طراحی سازهها با استفاده از مقاطع مختلف و یا استفاده از سیستم سازهاي متفاوت در ضریب شکلپذیري و ضریب رفتار آن سازه تا ثیر دارد. با توجه به نتایج حاصل از ضریب رفتار و تفاوت ضرایب در ارتفاع به نظر میرسد اگر ضریب رفتار با توجه به ارتفاع ساختمان مشخص شود بهتر است. با در نظر گرفتن آنالیز پوشآور تطبیقی مبتنی بر جابه- جایی نه تنها به دست آمدن نتایج دقیقتر (پروفیلهاي دریفت طبقات و منحنی ظرفیت) تضمین میشوند بلکه تمام اجزاي ارزیابی سازه داراي نتیجه روشن و منطقی میباشند. 63 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91
علی چیگویی و محمدعلی رهگذر 7. Newmark, N.M. and Hall, W.J. (1982). Earthquake spectra and design, Journal of Earthquake Engineering, 214-232. 8. Krawinkler, H. and Nassar, A.A. (1992). Seismic design based on ductility and cumulative damage demands and capacities, nonlinear seismic analysis and design of reinforced concrete buildings, P. Fajfar and H. Krawinkler, eds., Elsevier Applied Science, New York. 9. Miranda, E. and Bertero, V.V. (1994). Evaluation of strength reduction factors for earthquakeresistance design, Journal of Engineering Structures, 2(10), 357-379. 10. Riddell, R. and Newmark, N.M. (1979). Statistical analysis of the response of nonlinear systems subjected to earthquake, Structural Research Series No. 468, Department of Civil Engineering, University of Illinois, Urbana Illinois. 11. FEMA696 (2009). Prestandard and commentary for the seismic rehabilitation of buildings, FEMA696, Washington (DC): Federal Emergency Management Agency. 10- پانوشت 1- Force- Based Adaptive, Pushover Analysis 2 - Displacement - Based Adaptive Pushover Analysis 3 - Fiber Based Element 4 - Far-Field سطح زیر منحنی پوش قاب خمشی بتنی با مهاربند هم- محور فولادي بیشتر از قاب خمشی فلزي با دیوار برشی بتنی میباشد که این مورد شکلپذیري بالاتر و رفتار مناسبتر این قاب ترکیبی را در برابر زلزله و اهمیت این قاب را در امر بهسازي سازهها میرساند. 9- مراجع مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن آییننامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله استاندارد 2800-84 (1385). ویرایش سوم مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن تهران. ناطقیالهی فریبرز (1372). طراحی ساختمان براي نیروهاي باد و زمین لرزه پژوهشگاه بینالمللی زلزله- شناسی و مهندسی زلزله تهران. 3. SeismoSoft (2004). SeismoStruct- A computer program for static and dynamic nonlinear analysis of framed structures [online], Available from URL: http://www.seismosoft.com. 4. Antoniou, S. and Pinho, R. (2004). Advantages and limitations of adaptive and non- adaptive force-based pushover procedures, Journal of Earthquake Engineering, 8(4), 497-522. 5. Antoniou, S. and Pinho, R. (2004). Development and verification of a displacement-base adaptive pushover procedures, Journal of Earthquake Engineering, 8(5), 643-661..1.2 6. Uang, C.M. (1991). Establishing R (or Rw) and Cd factors for building seismic provisions, ASCE, Journal of Structural Engineering, 117(1), 19-28. 64 پژوهشنامه زلزلهشناسی و مهندسی زلزله سال پانزدهم شماره سوم پاییز 91