شکل (۳-۴): نمای سه بعدی ساختمان ۴ طبقه ۴۱

شکل(۵-۳): پنجره تعریف الگوی توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیکی غیر خطی ۴۷

شکل(۶-۳)- پنجره های مربوط به تعریف مشخصات مفصلی ۴۸

شکل (۷-۳):منحنی نیرو- تغییرمکان ۴۹

شکل (۸-۳):منحنی لنگر- دوران ۴۹

شکل (۹-۳):منحنی نیرو- تغییرمکان ۵۰

شکل(۱۰-۳): منحنی تغییرشکل پلاستیک ۵۱

شکل(۴-۱): تعیین نقطه عملکرد به روش طیف ظرفیت ۵۹

شکل(۴-۲): مقایسه تغییرمکان هدف در روش های ظرایب تغییرمکان و طیف ظرفیت ۶۰

شکل(۴-۳): منحنی ظرفیت برای سازه ۴ طبقه تحت الگوهای بارگذاری جانبی(push2) 61

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

شکل(۴-۵): شتاب نگاشت زلزله Kobe 64

شکل(۴-۶): شتاب نگاشت زلزله Northridge 64

شکل(۴-۷): شتاب نگاشت زلزله بم ۶۵

شکل(۴-۸): پنجره معرفی حالت بارگذاری تاریخچه زمانی ۶۷

شکل(۴-۹): نمودار تغییر مکان بام مدل ۴ طبقه تحت زلزله بم ۶۸

فصل اول:کلیات

۱-۱- لزوم انجام تحلیل های غیرخطی

با توجه به اینکه اکثر سازه های متداول در هنگام زلزله وارد ناحیه غیرخطی شده واز خود رفتار غیرارتجاعی نشان می دهند لذا با بهره گرفتن از روش های مرسوم و سنتی آیین نامه ها که بر پایه تحلیل های خطی استوار است نمی توان کنترلی بر رفتار سازه پس از ورود آن به ناحیه غیر ارتجاعی داشت. از طرف دیگر تحلیل دینامیکی غیرخطی که اغلب به عنوان دقیق ترین روش در بررسی رفتار سازه ها در حین زلزله از آن یاد می شود، به علت پرهزینه و وقت گیر بودن، نمی تواند مناسب برای مسایل کاربردی و مهندسی باشد. در این میان ایده تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون مطرح شده است که ضمن اینکه مشکلات و پیچیدگی های روش دینامیکی غیر خطی را ندارد، می تواند با تقریب قابل قبولی رفتار سازه را در ناحیه غیرارتجاعی مورد ارزیابی قرار دهد. تحلیل استاتیکی غیرخطی پایه روش طراحی بر اساس عملکرد می باشد. طراحی براساس عملکرد درحقیقت به روشی اطلاق می شود که در آن معیار طراحی سازه به صورت دستیابی به یک رفتار و عملکرد هدف تشریح می شود. این روش تقابلی است با معیار طراحی سازه های مرسوم که در آن معیار طراحی سازه تنها با محدودکردن نیروهای اعضاء که ناشی از اعمال مقادیر مشخصی از بارهای طراحی می باشند تعریف می گردد. در این روش با سطح بندی خطر زمین لرزه به کارفرما این اختیار داده می شود تا میزان خطر پذیری را برای طراح سازه انتخاب کند. از سوی دیگر با قابل پیش بینی شدن رفتار سازه با خطر پذیری معین می توان نسبت به کاربری و آسیب پذیری سازه پس از زلزله تصمیم گرفت.

۱-۲- موضوع پایان نامه

در جریان یک پروژه بهسازی، در ابتدا نیاز به جمع آوری اطلاعات از سازه موجود می باشد، در ادامه لازم است سازه مورد نظر به طریقی مدل سازی و تحلیل شود، تا رفتار و عملکرد سازه هنگام زلزله مشخص گردد. حال برای

۲

کنترل نتایج به دست آمده نیاز به معیارهای خاصی می باشد تا در نهایت لزوم یا عدم لزوم به بهسازی برای ساختمان های موجود مشخص شود و پس از انجام کلیه این اقدامات و با در نظر گرفتن نتایج حاصل و در صورت نیاز به بهسازی، روش اجرایی بهسازی تعیین گردد.

با توجه به مطالب بیان شده و آغاز اقدامات مورد نیاز جهت بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود در کشور، دستورالعملی توسط سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور تهیه شده است که مبنای مطالعات بهسازی ساختمان- ها قرار گیرد. این دستورالعمل با بهره گرفتن از آیین نامه ای است که اخیراً در آمریکا جهت بهسازی ساختمان ها تدوین و توصیه شده است. این آیین نامه از طرف انجمن مهندسین عمران امریکا (ASCE) و آژانس مدیریت بحران فدرال (FEMA) تهیه شده و تحت عنوانFEMA440& FEMA356 & FEME273 منتشر گردیده است.

هدف اصلی این پایان نامه ارزیابی کارایی شیوه های تعیین سطح عملکرد سازه، مطرح شده در دستورالعمل بهسازی لرزه در برآورد سطح عملکرد ساختمان فولادی دارای سیستم دوگانه مهاربند ضربدری و قاب خمشی می باشد. در واقع میزان دقت تحلیل استاتیکی با تحلیل دینامیکی غیرخطی مقایسه می گردد. همچنین به این پرسش پاسخ داده می شود که ساختمان طراحی شده با آیین نامه ۲۸۰۰ ویرایش سوم در چه سطحی از عملکرد بر اساس ضوابط دستورالعمل بهسازی لرزه ای قرار می گیرد و آیا این که ساختمان مورد نظر هدف آیین نامه ۲۸۰۰ را برآورده می کند. روش کار در پایان نامه به این گونه است که سه ساختمان متقارن و منظم۴، ۸، ۱۶ طبقه فولادی سیستم دوگانه قاب خمشی - مهاربند ضرب دری و مهاربند ۷ شکل ، با نرم افزار ETABS به صورت سه بعدی (۳D) بر اساس آیین نامه ۲۸۰۰ ویرایش سوم، و بر روی خاک نوع ۲ در برابر زلزله طراحی شده اند. سپس این سه ساختمان به همان صورت سه بعدی در نرم افزار ETABSver9 تحلیل استاتیکی غیر خطی بارافزون (Pushover) گشته و نتایج حاصل از آن با تحلیل دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی مدل ها در نرم افزار SAP2000ver12 مورد مقایسه قرار گرفته اند.

۳

۳

فصل دوم

مروری بر مفاهیم ومبانی بهسازی لرزهای ساختمان

۴

۴

۲-۱- مقدمه

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

درسالهای اخیر باتوجه به ارزش اقتصادی ساختمانهای موجود، سعی براین بوده است که پایداری ساختمانها از دید حداقل های لازم مورد بررسی قرار گرفته و در همین رابطه دستورالعملهای مقاوم سازی تدوین شدهاند. با توجه به فلسفه این دستورالعملها ضرایب ایمنی درنظر گرفته شده درآئین نامه های طراحی باید قاعدتاً از ضرایب ایمنی این دستورالعملها بزرگتر باشد. باتوجه به بحث فوق انتظار می رود که سازه های طراحی شده مطابق آئین نامه های طراحی معمول، توسط دستورالعمل مقاوم سازی هم تایید شوند. در واقع روش های مقاوم سازی سازه ها که در دستورالعملهایی  نظیرFEMA356 و دستورالعمل مقاوم سازی کشورمان به تفصیل بیان شده اند را میتوان روشهایی دقیقتر و منطبق بر طراحی سازه های موجود دانست.

۲-۲- مروری بر مقدمات بهسازی لرزه ای

در این بخش به مروری برخی از تعاریف اولیه و مقدمات بهسازی لرزه ای، سطوح عملکرد ساختمان و سطوح خطر زلزله از دید دستور العمل مقاوم سازیپرداخته می شود. به علت خلاصه کردن تعاریف و روشها برخی از این تعاریف و روشها در این پایان نامه نیامده که در صورت نیاز به دستورالعمل بهسازی ارجاع داده می شود.

۵

۲-۲-۱- هدفهای بهسازی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۲-۲- ۱-۱- بهسازی مبنا

در بهسازی مبنا انتظار می رود که تحت زلزله « سطح خطر –۱ » ایمنی جانی ساکنین تأمین گردد.

۲-۲-۱-۲ - بهسازی مطلوب

در بهسازی مطلوب انتظار میرود هدف بهسازی مبنا تأمین گشته و علاوه برآن تحت زلزله« سطح خطر- ۲ » ساختمان فرو نریزد.

۲-۲-۱-۳- بهسازی ویژه

در بهسازی ویژه نسبت به بهسازی مطلوب عملکرد بالاتری برای ساختمان مدنظر قرار می گیرد. بدین منظور سطح عملکرد بالاتری برای ساختمان تحت همان سطح خطر زلزله مورد استفاده در بهسازی مطلوب در نظر گرفته شده یا با حفظ سطح عملکرد مشابه با بهسازی مطلوب سطح خطر زلزله بالاتری مد نظر قرار گرفته می شود.

۲-۲-۱-۴ - بهسازی محدود

در بهسازی محدود عملکرد پائین تری از بهسازی مبنا در نظر گرفته می شود، به گونه ای که حداقل یکی از اهداف زیر بر آورده شود:

۱-  تحت زلزله خفیف تر از زلزله « سطح خطر-۱ » ، ایمنی جانی ساکنین تأمین گردد.

۲-  تحت زلزله خفیف تر از زلزله « سطح خطر -۱ » ، ساختمان فرو نریزد یا ایمنی جانی محدود ساکنین تأمین گردد.

۶

۲-۲-۱-۵ ـ بهسازی موضعی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

در بهسازی موضعی بخشی از یک طرح بهسازی کلی مطابق بخشهای (۱-۲-۱-۱ ) تا (۱-۲-۱-۴ ) دستورالعمل بهسازیانجام می شود که به دلایلی در شرایط موجود فقط بخشی از آن اجرا میشود. در این حالت بهسازی باید به گونه ای پیش بینی و اجرا گردد که هدف بهسازی بخشهای دیگر در مراحل بعدی برآورده شود]۱[.

بهسازی موضعی باید با توجه به موارد زیر انجام شود:

۱-  بهسازی بخشی از ساختمان نباید منجر به پائین آمدن سطح عملکرد کل ساختمان شود.

۲-  بهسازی نباید منجر به نامنظم شدن یا افزایش بی نظمی ساختمان شود.

۳-  بهسازی نباید منجر به افزایش نیروهای ناشی از زلزله در اعضایی که وضعیت بحرانی تحت زلزله دارند شود.

۲-۲-۲- سطوح عملکرد ساختمان

سطوح عملکرد ساختمان بر مبنای عملکرد اجزای سازه ای و غیر سازه ای تعریف شده و به اختصار با یک شماره برای عملکرداجزای سازه ای و یک حرف برای عملکرد اجزای غیر سازه ای نشان داده می شود.

۲-۲-۲-۱- سطوح عملکرد اجزای سازه ای

سطوح عملکرد اجزای سازه ای شامل چهار سطح عملکرد اصلی و دو سطح عملکرد میانی است . سطوح عملکرد اصلی عبارتند از:

۷

الف ) سطح عملکرد ۱- قابلیت استفاده بی وقفه:

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

این سطح عملکرد، به سطح عملکردی اطلاق می شود که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله مقاومت و سختی اجزای سازه ای تغییر قابل توجهی پیدا نکند و استفاده بی وقفه از آن ممکن باشد.

ب ) سطح عملکرد ۳- ایمنی جانی:

این سطح عملکرد، به سطح عملکردی اطلاق می شود که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی در سازه ایجاد شود، اما میزان خرابیها به اندازه ای نباشد که منجر به خسارت جانی شود.

پ ) سطح عملکرد ۵- آستانه فرو ریزش:

این سطح عملکرد، به سطح عملکردی اطلاق می شود که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی گسترده در سازه ایجاد گردد و اما ساختمان فرو نریزد و تلفات جانی به حداقل برسد.

سطوح عملکرد میانیعبارتند از:

ت ) سطح عملکرد ۲- خرابی محدود :

این سطح عملکرد، به سطح عملکردی اطلاق می شود که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی در سازه به میزان محدود ایجاد شود، به گونه ای که پس از زلزله با انجام مرمت بخشهای آسیب دیده ادامه بهره برداری از ساختمان میسر باشد.

ث ) سطح عملکرد ۴- ایمنی جانی محدود :

این سطح عملکرد، به سطح  عملکردی اطلاق  می شود که پیش بینی شود در اثر وقوع زلزله خرابی در سازه ایجاد شود، اما میزان خرابیها به اندازه ای باشد که خسارت جانی به حداقل برسد.

۸

۲-۲-۳- تحلیل خطر زلزله و طیف طراحی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

بر آورد پارامترهای حرکت قوی زمین برای سطوح خطر مختلف به یکی از دو روش استفاده از طیف طرح استاندارد و طیف طرح ویژه ساختگاه صورت می پذیرد. استفاده از روش اول برای مقاصد بهسازی محدود، مبنا و مطلوب بلا مانع است. برای بهسازی ویژه استفاده از روش دوم الزامی است.

۲-۲-۳-۱- تعریف سطوح خطر زلزله

برای تعیین طیف طرح شتاب سطوح خطر زلزله بصورت زیر تعریف می شود:

۱- سطح خطر –۱ :

این سطح خطر بر اساس %۱۰ احتمال رویداد در ۵۰ سال که معادل دوره بازگشت ۴۷۵ سال است، تعیین می شود. سطح خطر -۱ در استاندارد ۲۸۰۰ ایران « زلزله طرح » (DBE) نامیده شده است.

۲- سطح خطر –۲ :

این سطح خطر بر اساس %۲ احتمال رویداد در ۵۰ سال که معادل دوره بازگشت ۲۴۷۵ سال است، تعیین می شود. سطح خطر – ۲ در استاندارد ۲۸۰۰ ایران در بیشینه زلزله متحمل »(MPE) نامیده میشود.

۲-۲-۳-۲- طیف طرح استاندارد

طیف طرح استاندارد از حاصلضرب مقادیر طیف ضریب بازتاب ساختمانB و شتاب مبنای طرح A حاصل می شود.برای بدست آوردن شتاب مبنای طرح A می توان از نقشه های معتبر پهنهبندی لرزه ای که در آن میزان بیشینه شتــاب زمین برای دوره های بازگشت مختلف ارائه شده است، استفاده نمود. میــزان شتاب مربوط به « سطح خطر –۱ » با استــفاده از نقشه پهنه بندی شتــاب موجــود که در آن دوره بــازگشت ۴۷۵ ســال (%۱۰ احتمال وقوع در۵۰ سال ) درج شده باشد تعیین می گردد. برای « سطح خطر ـ۲ » در صورت نبود نقشه های پهنه بندی معتبر بایستی با انجام مطالعات لازم و تحلیل خطر ساختگاه میزان شتاب مبنای طرح بر آورد گردد. طیف ضریب بازتاب برای « سطح خطر ـ ۱ » مطابق استاندارد ۲۸۰۰ ایران برای میرایی %۵ تعیین می شود]۲[.

۹

۲-۳- مروری بر روش های تحلیلی و معیارهای پذیرش دستورالعمل مقاوم سازی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

در این بخش به مروری بر ضوابط کلی تحلیل، روش های تحلیل اعم از روش های خطی استاتیکی، خطی دینامیکی، غیر خطی استاتیکی، غیر خطی دینامیکی و معیارهای پذیرش اعضا در هر یک از این روشها از دید دستورالعمل مقاوم سازی می پردازیم.

۲-۳-۱- مدلسازی

۲-۳-۱-۱- فرضیات اولیه

سازه باید به صورت سه بعدی مدلسازی شود. در موارد ذکر شده در این بخش برای تحلیل های غیر خطی می توان از مدل دو بعدی نیز استفاده نمود. در صورتی که سازه دارای دیافراگم صلب باشد و اثرات پیچش در سازه ملحوظ شده باشد از مدل دو بعدی در تحلیلهای غیر خطی می توان استفاده نمود. هنگامی که سازه در تحلیل های غیر خطی دو بعدی مدل می گردد، باید برای محاسبه سختی و مقاومت اجزاء و اعضای سازه خواص سه بعدی آنها مد نظر قرار گیرد.

در تحلیل های غیر خطی، اگر اتصالات ضعیف تر و یا دارای شکل پذیری کمتر از اعضای متصل شونده باشد و یا به نحوی تخمین زده شود که با در نظر گرفتن اتصالات در مدل، نتایج حاصل بیش از ۱۰ درصد تغییر خواهد داشت، اثر آنها باید به نحو مناسب در مدل سازه منظور گردد.

۱۰

۲-۳-۱-۲- اعضای اصلی و غیر اصلی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

اعضای سازه ای که در سختی جانبی و یا توزیع نیروها در سازه مؤثر بوده و یا در اثر تغییر مکان جانبی سازه تحت تأثیر نیرو قرار می گیرند به دو گروه اصلی و غیر اصلی تقسیم می شوند. اعضای اصلی اعضایی هستند که برای مقابله با فرو ریزش ساختمان در اثر زلزله در نظر گرفته شده اند. سایر اعضایی که برای تحمل بار جانبی در مقایسه با اعضای اصلی در نظر گرفته نشده اند به عنوان اعضای غیر اصلی شناخته می شوند . این اعضاء حتی ممکن است تحت تأثیر بار جانبی قرار گیرند.اعضای اصلی باید برای نیروها و تغییر شکلهای ناشی از زلزله در ترکیب با بارثقلی و اعضا غیر اصلی باید برای تغییر شکلهای ناشی از زلزله در ترکیب با آثار بارثقلی ارزیابی شوند.

۲-۳-۱-۳- طبقه بندی اجزای کنترل شونده توسط تغییر شکل و نیرو در سازه هایفولادی و بتنی

در این بخش طبقه بندی اجزای کنترل شونده توسط تغییر شکل و نیرو را در سازه های فولادی بیان می کنیم. طبقه بندی اجزای ساختمانهایفولادی به اجزای کنترل شونده توسط تغییر شکل و نیرو در قابهایسیستم دوگانه فولادی مطابق جدول (۲ ـ ۱ ) است.

۱۱

جدول(۲- ۱) : طبقه بندی اجزای کنترل شونده توسط نیرو و تغییر شکل در قابهای سیستم دوگانه فولادی[۱]

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

عضو	تلاش مربوطه	کنترل شونده توسط نیرو یا تغییر شکل
ستون	نیروی محوری فشاری	نیرو
ستون	نیروی محوری کششی	تغییر شکل
ستون	برش	نیرو
ستون	خمش	تغییر شکل
تیر	خمش	تغییر شکل
تیر	برش	نیرو
تیر	پیچش	نیرو
اتصال تیر به ستون	-	نیرو

۱۲

۲-۳-۱-۳-پیچش

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

چنانچه دیافراگم های کف مطابقبند(۳-۲-۴) دستورالعمل بهسازی ازنوع نیمه صلب ویاصلب محسوب  شوند،مقدارلنگرپیچشی درهرطبقه برابربامجموع مقادیرپیچش واقعی وپیچش اتفاقی درنظرگرفته می شودامادرساختمانهای بادیافراگم نرم محاسبه پیچش لازم نیست.

۲-۳-۱-۳-۱-پیچش واقعی

مقدارپیچش واقعی درهرطبقه ی ساختمان برابربامجموع حاصلضرب نیروهای جانبی طبقات فوقانی درفاصله ی افقی مرکز جرم آن طبقات درجهت عمودبرراستای بار،نسبت به مرکزصلبی طبقه ی موردبررسی است.

۲-۳-۱-۳-۲- پیچش اتفاقی

این پیچش ناشی ازخروج ازمرکزیت اتفاقی جرم بوده وبادرنظرگرفتن خروج ازمرکزیتی برابربا۵%بعدساختمان درجهت عمودبرراستای بارجانبی محاسبه می شود.

۲-۳-۱-۴-دیافراگم ها

دیافراگم هابه صورت صلب،نیمه صلب ویانرم دسته بندی میشوند.توضیحات کامل در بند(۳-۲-۴) دستورالعمل بهسازی آمده است.

۲-۳-۱-۵-اثرات P −Δ

درمحدوده ی رفتارخطی یاغیرخطی مصالح بایددرهرنوع تحلیل سازه(استاتیکی ودینامیکی،خطی یاغیرخطی( اثرات P −Δ مطابقبند(۳-۲-۵)دستورالعمل بهسازی بایدمنظورشود.

۱۳

۲-۳-۱-۶- ترکیب بارگذاری ثقلی و جانبی

فصل۲: مروری بر مفاهیم مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

در ترکیب بارگذاری ثقلی و جانبی، حد بالا و پائین اثرات بار ثقلی، Q_Gاز روابط زیر مطابق دستورالعمل بهسازیمحاسبه شود:

(۲-۱)                       ( _L ( Q_D  +  Q1/1   Q_G=

(۲-۲)                                       Q_D  ۹/۰ = Q_G

که در آن Q_D بار مرده و Q_Lبار زنده  مؤثر بر اساس دستورالعمل بهسازی می باشد.

۲-۳-۲ ـ روش های تحلیل سازه

به منظور برآورد نیروهای داخلی و تغییر شکلهای اجزای سازه در اثر زلزله سطح خطر انتخاب شده، لازم است سازه به یکی از روش های زیر، تحلیل شود.

۱ ـ روش تحلیل استاتیکی خطی

۲ ـ روش تحلیل دینامیکی خطی

۳ ـ روش تحلیل استاتیکی غیر خطی

۴ ـ روش تحلیل دینامیکی غیر خطی

۲-۳-۲- ۱ ـ تحلیل استاتیکی خطی

برای استفاده از روش تحلیل استاتیکی خطی باید به محدودیت های اشاره شده دربخش (۲-۳) دستورالعملبهسازیتوجه شود.فرضیات اساسی روش عبارتند از :

۱۴

۱ ـ رفتار مصالح خطی است.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۲ ـ بارهای ناشی از زلزله ثابت ( استاتیکی ) است.

۳ ـ کل نیروی وارد بر سازه برابر ضریبی از وزن ساختمان است.

در این روش نیروی جانبی ناشی از زلزله طوری انتخاب می شود که برش پایه حاصل از آن برابر نیروی برش پایه مطابق رابطه (۳ ـ ۶) دستورالعمل بهسازی شود. مقدار برش پایه در این روش چنان انتخاب شده است ، که حداکثر تغییر شکل سازه با آنچه که در زلزله سطح خطر مورد نظر پیش بینی میشود مطابقت داشته باشد. چنانچه تحت اثر بار وارده، سازه به طور خطی رفتار کند، نیروهای بدست آمده برای اعضای سازه نیز نزدیک به مقادیر پیش بینی شده هنگام زلزله خواهند بود، ولی اگر سازه رفتار غیر خطی داشته باشد، نیروهای محاسبه شده از این طریق بیش از مقادیرجاری شدن مصالح خواهند بود. به همین جهت هنگام بررسی معیارهای پذیرش در بخش (۳-۴-۱) دستورالعمل بهسازینتایج حاصل از تحلیل خطی برای سازه هایی که هنگام زلزله رفتار غیر خطی دارند، اصلاح می گردد.

۲-۳ ـ ۲ ـ ۲ - تحلیل دینامیکی خطی

تحلیل دینامیکی خطی می تواند به دو روش طیفییا تاریخچه زمانی انجام شود. فرضیات خاص این روش در محدوده رفتار خطی عبارتند از :

۱ ـ رفتار سازه را می توان بصورت ترکیبی خطی از حالت های مودهای ارتعاشی مختلف سازه که مستقل از یکدیگرند محاسبه نمود.

۲ ـ زمان تناوب ارتعاشات سازه در هر مود در طول زلزله ثابت است.

۱۵

در این روش، مشابه روش تحلیل استاتیکی خطی، پاسخ سازه در زلزله سطح خطر مورد نظر در ضرایبی مطابق بند (۳-۳-۲-۴ ) دستورالعمل بهسازی ضرب می شود تا حداکثر تغییر شکل سازه با آنچه که در زلزله پیش بینی می شود مطابقت داشته باشد. به همین علت نیروهای داخلی در سازه های شکل پذیر که در هنگام زلزله رفتار غیر خطی خواهند داشت بزرگتر از نیروهای قابل تحمل درسازه برآورد می شوند. به همین جهت هنگام بررسی معیارهای پذیرش در بخش (۳-۴-۱) دستورالعمل بهسازی نتایج حاصل از تحلیل خطی برای سازه هایی که هنگام زلزله رفتار غیر خطی دارند، اصلاح میگردد. محدودیت های استفاده از این روش در بخش (۲-۳) دستورالعمل بهسازی آمده است.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۲-۳-۲ - ۳ - تحلیل استاتیکی غیر خطی

در این روش، بار جانبی ناشی از زلزله، استاتیکی و به تدریج بصورت فزاینده به سازه اعمال می شود تا آنجا که تغییر مکان در یک نقطه خاص (نقطه کنترل)، تحت  اثر بار جانبی، به مقدار مشخصی ( تغییر مکان هدف ) برسد و یا سازه فرو ریزد.

۲-۳ - ۲ -۳- ۱- ملاحظات خاص مدلسازی و تحلیل

۲-۳ - ۲ -۳- ۱-۱- کلیات

تحلیل استاتیکی غیرخطی میتواند به دو روش کامل و ساده شده انجام شود:

۱- در روش کامل، اعضای اصلی و غیراصلی در مدل وارد شده و رفتار غیرخطی آن ها تا حد امکان نزدیک به واقعیت انتخاب می شود. همچنین اثرات کاهندگی به نحوی وارد محاسبات میشود.

۲- در روش ساده شده، فقط اعضای اصلی مدل می شوند. رفتار غیرخطی اعضای اصلی توسط مدل دو خطی شبیه سازی می شود و از اثرات کاهندگی صرف نظر می شود. هنگام استفاده از این روش، معیار پذیرش مطابق بند(۳-۴-۲-۲) دستورالعمل بهسازی درنظرگرفته می شود. چنانچه تعداد کمی از اعضای اصلی توسط این معیار پذیرفته نشوند، می توان آن ها را در دسته ی اعضای غیراصلی فرض کرده و از مدل خارج نمود.

۱۶

۲-۳ - ۲ -۳-۱-۲- نقطه ی کنترل

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

در تحلیل استاتیکی غیرخطی، مرکز جرم بام به عنوان نقطه ی کنترل تغییرمکان سازه انتخاب میشود (مرکز جرم سقف خرپشته به عنوان نقطه ی کنترل انتخاب نمی شود).

۲-۳ -۲ -۳-۱-۳- توزیع بار جانبی

توزیع بار جانبی بر مدل سازه باید تا حد امکان شبیه به آنچه که هنگام زلزله رخ خواهد داد، باشد و حالت های بحرانی تغییرشکل و نیروهای داخلی را در اعضا ایجاد نماید .به همین جهت باید حداقل دو نوع توزیع بار جانبی مطابق بند(۳-۳-۳-۱-۳) دستورالعمل به شرح زیر، بر روی سازه اعمال شود.

۱- توزیع نوع اول

به عنوان توزیع نوع اول باید بار جانبی به یکی از سه روش زیر محاسبه و بر مدل سازه اعمال شود. برای سازه هایی که دارای زمان تناوب اصلی بزرگتر از یک ثانیه هستند فقط می توان از روش سوم این نوع توزیع بار استفاده نمود.

۱-۱- توزیع متناسب با توزیع بار جانبی در روش استاتیکی خطی مطابق رابطه(۳-۱۰) دستورالعمل بهسازی، از این توزیع هنگامی می توان استفاده نمود که حداقل ۷۵% جرم سازه در مود ارتعاشی اول در جهت موردنظر مشارکت کند. در صورت انتخاب این توزیع، توزیع نوع دوم باید از نوع یکنواخت انتخاب شود.

۱۷

۱-۲- توزیع متناسب باشکل مود اول ارتعاش در جهت موردنظر، از این توزیع زمانی میتوان استفاده نمود که حداقل ۷۵% جرم سازه در این مود مشارکت کند.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۱-۳- توزیع متناسب با نیروهای جانبی حاصل از تحلیل دینامیکی خطی طیفی، برای این منظور تعداد مودهای ارتعاشی مورد بررسی باید چنان انتخاب شود که حداقل ۹۰% جرم سازه در تحلیل مشارکت کند.

۲- توزیع نوع دوم

به عنوان توزیع نوع دوم باید بارجانبی به یکی از دو روش زیر محاسبه و بر مدل سازه اعمال شود.

۲-۱- توزیع یکنواخت که در آن بار جانبی متناسب با وزن هر طبقه محاسبه می شود.

۲-۲- توزیع متغیر که در آن توزیع بارجانبی برحسب وضعیت رفتار غیرخطی مدل سازه در هر گام افزایش بار با بهره گرفتن از یک روش معتبر تغییر داده میشود.

بار جانبی که به ترتیب فوق انتخاب می شود باید جداگانه در دو جهت مثبت و منفی به سازه وارد شود و رابطه بین برش پایه و تغییرمکان نقطه ی کنترل باید برای هر گام افزایش نیروهای جانبی تا رسیدن به تغییرمکانـی حداقل ۱.۵ برابر تغییرمکان هدف ثبت شود.

۲-۳-۲-۳-۱-۴- مدل رفتار دوخطی نیرو– تغییرمکان سازه

رفتار غیرخطی سازه که ارتباط بین برش پایه و تغییرمکان نقطه ی کنترل را مطابق شکل (۱-۱) مشخص می نماید به منظور محاسبه ی سختی جانبی موثر(K_e) و برش تسلیم موثر (V_y) باید با یک مدل رفتار دو خطی ساده جایگزین شود .برای ساد ه سازی مدل رفتار غیرخطی، نقطه یB باید چنان انتخاب شود که سطح زیر مدل رفتار دو خطی برابر سطح زیرمنحنی رفتار غیرخطی باشد و همچنین طول پاره خط AD برابرAB 6/0 باشد. در آن صورت نیروی مربوط به نقطه ی B برش تسلیم موثر(V_y) بوده و برای برش پایه ی V_y6/0 در منحنی رفتار غیرخطی، مدول سکانت بیانگر سختی جانبی موثر (K_e) می شود. در مدل ساد ه شده باید دقت شود که V_y بزرگ تر از بیشینه برش پایه در منحنی رفتار غیرخطی نشود.

۱۸

۱۹

در سازه هایی که پس از تسلیم دارای سختی مثبت هستند (α > 0 ) مدل رفتاری مطابق شکل (الف) است و در سازه هایی که پس از تسلیم دارای سختی منفی هستند (α <0) مدل رفتاری مطابق شکل(ب) می باشد.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۲-۳-۲-۳-۱-۵- محاسبه ی زمان تناوب اصلی موثر

زمان تناوب اصلی موثر Te در امتداد مورد بررسی براساس مدل رفتار دو خطی برابر است با:

(۲-۳)

که در آن T_i زمان تناوب اصلی ساختمان با فرض رفتار خطی است و K_i سختی جانبی ارتجاعی مطابق شکل (۲-۱) می باشد.

۲-۳-۲-۳-۲-برآورد نیروها و تغییرشکلها

تغییرمکان هدف برحسب نوع دیافراگم مطابق بندهای (۳-۳-۳-۲-۱) تا (۳-۳-۳-۲-۳) دستورالعمل بهسازی تعیین می شود. در سازه هایی که دارای دیافراگم صلب یا نیمه صلب هستند تغییرمکان هدف باید به دلیل پیچش مطابق بند (۳-۲-۳) دستورالعمل بهسازی اصلاح شود.

۱۹

دیافراگم طبقات باید برای نیرویی برابر یکی از دو مقدار بندهای (۳-۳-۱-۵)و(۳-۳-۲-۳) دستورالعمل بهسازی طراحی شود. اثر زلزله در امتداد عمود بر امتداد مورد نظر در صورت لزوم باید مطابق بند (۳-۲-۷) دستورالعمل بهسازی درنظرگرفته شود.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

شکل( ۲-۱): منحنی ساده شده نیرو- تغییرمکان[۱]

۲-۳-۲-۳-۲-۱- ساختمان با دیافراگم صلب

تغییرمکان هدف برای سازه با دیافراگم های صلب باید با درنظرگرفتن رفتار غیرخطی سازه برآورد شو د. به عنوان یک روش تقریبی می توان مقدار تغییرمکان هدف را از رابطه (۲-۴) محاسبه نمود.

(۲-۴)

که در آن T_e زمان تناوب اصلی موثر ساختمان مطابق رابطه (۱-۳) برای امتداد موردنظر است.

C₀ ضریب اصلاح برای ارتباط تغییرمکان طیفی سیستم یک درجه آزادی به تغییرمکان بام سیستم چند درجه آزادی است که برابر یکی از مقادیر زیر انتخاب می شود:

- ضریب مشارکت مود اول

۲۰

- مقادیر تقریبی مطابق جدول (۲-۲)

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

جدول (۲-۲): مقدار ضریب C0[1]

C1 ضریب تغییر مکان ارتجاعی، از رابطه زیر محاسبه می شود.

(۲-۵)

در هر صورت مقدار C₁ نباید کوچک تر از ۱ و بزرگ تر از مقدار آن براساس بند (۳-۳-۱-۲) دستورالعمل اختیار شود. در این رابطه R نسبت مقاومت است که از رابطه (۲-۶) محاسبه می شود.

(۲-۶)

در این رابطه S_a شتاب طیفی به ازای زمان تناوب اصلی موثر T_e است و C_mضریب جرم موثر در مود اول است که می تواند با بهره گرفتن از جدول (۲-۱) یا از تحلیل دینامیکی به دست آید.

ضریب C2اثرات کاهش سختی و مقاومت اعضای سازه ای را بر تغییرمکان ها به دلیل رفتار غیر ارتجاعی آن ها منظور می کند و مقدار آن با بهره گرفتن از جدول (۲-۳) تعیین می شود.

۲۱

جدول (۲-۳): مقادیر ضریب C2[1]

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

دراین جدول قاب های نوع یک شامل سیستم های سازه ای هستند که در آن ها بیش از ۳۰% بارجانبی توسط اعضایی حمل می شود که هنگام زلزله کاهش سختی و مقاومت دارند. قاب های خمشی معمولی، قاب های مهاربندی شده با محورهای متقارب، قاب های با اتصالات نیمه صلب، قاب های با مهاربندهای لاغر که فقط برای کشش طراحی شده اند، دیوارهای بنایی غیرمسلح و دیوارهای غیر شکل پذیر در برش از این نوع می باشند. سایر سیستم های سازه ای از نوع دو محسوب می شوند. برای مقادیر Tبین ۱/۰ و Ts و مقدار C2 با بهره گرفتن از درون یابی خطی محاسبه میشود.

C3 ضریب اثر P-Δ برای سازه هایی که پس از تسلیم دارای سختی مثبت هستند

(α > 0) برای سازه هایی که پس از تسلیم دارای سختی منفی هستند

(α < 0) از رابطه زیر محاسبه می شود.

(۲-۷)

مقدار C₃لزومی ندارد بزرگتر از مقادیر داده شده در بند (۳-۳-۱-۲) دستورالعمل درنظرگرفته شود.

۲۲

۲ - ۳ - ۲-۴ - تحلیل دینامیکی غیر خطی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

در روش تحلیل دینامیکی غیر خطی، پاسخ سازه با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی مصالح و رفتار غیر خطی هندسی سازه محاسبه می شود. در این روش فرض بر این است که ماتریس سختی و میرایی از یک گام به گام بعد می تواند تغییر کند، اما در طول هر گام زمانی ثابت است و پاسخ مدل تحت شتاب زلزله به روش های عددی و برای هر گام زمانی محاسبه می شود. با توجه به اینکه تمرکز این پایان نامه روی تحلیلهای غیرخطی استاتیکی می باشد، توضیح بیشتری روی این روش داده نمیشود. برای آشنایی بیشتر می توان به دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمان های موجود یا دستورالعمل FEMA356 یا ATC40 مراجعه کرد.

۲- ۳-۳ - معیارهای پذیرش

معیارهای پذیرش مختلف اعضای سازه بر حسب روش تحلیل سازه و نوع رفتار هر عضو آن مطابق بند (۳-۴) دستورالعمل بهسازی طبقه بندی می شود. ما فقط به ذکر معیارهای پذیرش روش های غیرخطی می پردازیم.

۲- ۳-۳ – ۱- معیارهای پذیرش روش های غیر خطی

در اعضای اصلی و غیراصلی که کنترل شونده توسط تغییرشکل هستند نباید تغییرشکلهای حاصل از تحلیل غیرخطی بیش از ظرفیت آنها باشد. برای این منظور ظرفیت تغییرشکل اعضا باید با در نظرگرفتن کلیهی تلاشهایی که هم زمان بر عضو وارد می شود، براساس فصل های ۵ و ۶ دستورالعمل بهسازی برآورد شود. در این حالت برش پایه ی نظیر تغییرمکان هدف(V_t ) نباید کم تر از ۸۰% برش تسلیم موثر سازه(V_y ) مطابق تعریف بند(۳-۳-۳-۱-۴) باشد. تلاش های اعضای اصلی و غیراصلی برحسب سطح عملکرد مورد نظر برای ساختمان، باید توسط معیار پذیرش اعضای غیراصلی کنترل شوند. به عبارت دیگر معیار پذیرش برای اعضای اصلی و غیراصلی یکسان است. اما در صورتیکه از روش ساده شده ی تحلیل استاتیکی غیرخطی استفاده شده باشد به دلیل ساده سازی در تحلیل، معیار پذیرش برای اعضای اصلی سازه محدودتر می باشد به همین جهت تلاشهای این اعضا برحسب سطح عملکرد موردنظر برای ساختمان، باید توسط معیار پذیرش اعضای اصلی کنترل شوند و بر اعضای غیراصلی برحسب سطح عملکرد موردنظر برای ساختمان، تلاش ها باید توسط معیار پذیرش اعضای غیراصلی کنترل شوند.

۲۳

۲- در اعضای اصلی و غیراصلی کنترل شونده توسط نیرو باید نیروهای طراحی کوچک تر از کرانهی پایین مقاومت اعضا با درنظرگرفتن کلیهی تلاش هایی که هم زمان بر عضو وارد می شوند، باشد.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۲۴

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

جدول( ۲-۴ ) پارامترهای مدل سازی و معیارهای کمی پذیرش برای روش غیر خطی اجزای سازه ای فولادی [۱]

۲۵

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

ادامه جدول( ۲-۴ ) پارامترهای مدل سازی و معیارهای کمی پذیرش برای روش غیر خطی اجزای سازهای فولادی

۲۶

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

ادامه جدول( ۲-۴ ) پارامترهای مدل سازی و معیارهای کمی پذیرش برای روش غیر خطی اجزای سازه ای فولادی

۲۷

جدول(۲-۵) پارامترهای مدل سازی و معیارهای کمی پذیرش برای روش های غیر خطی اجزای سازهای فولادی

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

۲۸

۲-۴- روش طیف ظرفیت

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

تحلیل طیف ظرفیت مانند دیگر روش های طراحی بر اساس عملکرد دارای دو جز پایه ای ظرفیت و نیاز است. ظرفیت بستگی به ویژه گی های سازه مورد بررسی دارد و نیاز به پارامتر های حرکت شدید زمین وابسته است. روش طیف ظرفیت بر مبنای تحلیل استاتیکی غیر خطی استوار است. با انجام تحلیل استاتیکی غیر خطی یک منحنی نیرو- تغییر مکان افزایشی برای هر یک از نقاط سازه حاصل می شود که معمولا برای یک سازه ساختمانی منحنی برش پایه در برابر جابجایی بام تعیین می گردد که به اصطلاح منحنی ظرفیت گفته می شود.گام بعدی استخراج منحنی نیاز لرزه ای سازه از روی منحنی نیاز الاستیک با توجه به وضعیت غیر ارتجاعی سازه می باشد. در ناحیه پلاستیک به علت افزایش میرایی سازه که ناشی از میرایی هیسترزیس می باشد نیاز لرزه ای کاهش می یابد. در روش طیف ظرفیت در هر مرحله بارگذاری، برای تعیین منحنی ظرفیت مقدار میرایی متناظر با آن محاسبه می شود که با استفاده ازآن می توان مقدارکاهش نیروی زلزله طرح را مشخص نمود. پس از بدست آوردن منحنی ظرفیت نقطه ای بر روی منحنی ظرفیت تعیین می گردد که سازگار با جابجایی نیاز زلزله طرح باشد نقطه مذکور را نقطه عملکرد می گویند.

۲-۵ - تهیه طیف های ظرفیت و نیاز در فرمت ADRS

برای انطباق منحنی های نیاز و ظرفیت باید این دو منحنی به یک فرمت مشترک تبدیل شوند فرمت مشترک انتخاب شده برای این دو منحنی طیف پاسخ شتاب- جابجایی(ADRS) می باشد. برای تبدیل منحنی ظرفیت که به صورت برش پایه در مقابل جابجایی است به طیف ظرفیت در فرمت ADRS از روابط ATC40 استفاده می شود. همچنین در تبدیل منحنی نیاز لرزه ای استاندارد که به صورت شتاب طیفی (S_a) در برابرپریود(T) است به فرمتADRS که به صورت شتاب طیفی(S_a) در برابر تغییر مکان طیفی(S_d) می باشد از رابطه زیر استفاده می شود:

۲۹

(۲-۸)

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

میرایی ویسکوز معادل که شامل میرایی ذاتی سازه و میرایی هیسترزیس می باشد از رابطه زیر بدست می آید.

(۲-۹)

در رابطه فوق   میرایی هیسترتیکی است که بصورت ویسکوز معادل بیان می شود و K ضریب کاهنده میرایی است که بر اساس توانایی سازه در استهلاک انرژی مشخص می شود. E_D انرژی تلف شده در اثر میرایی هیسترتیک و E_so انرژی کرنشی ماکزیمم است. پس از تعیین نقطه عملکرد میرایی معادل موثر نقطه عملکرد و ضریب کاهش طیف نیاز متناظر با نقطه عملکرد محاسبه می شود وطیف نیاز کاهش یافته ترسیم می گردد. سپس طیف طراحی تا حدی بزرگ می شود که طیف کاهش یافته آن از نقطه عملکرد بگذرد. طیف حاصل طیف طراحی معادل نقطه عملکرد سازه خواهد بود.

بر خلاف روش (الف) که در آن تغییرمکان هدف با بهره گرفتن از یک رابطه محاسبه می شود در این روش تغییر مکان هدف از تلاقی منحنی ظرفیت (منحنی نیرو- تغییرمکان جانبی) با طیف پاسخ تعیین می شود.

مراحل مختلف این روش به شرح زیر می باشد:

گام ۱- تهیه مدل سازه

گام ۲- اعمال بار جانبی همزمان با بار های ثقلی.

گام ۳- انتخاب ضریب بار جانبی به گونه ای که در بحرانی ترین اعضا تنش حدود ۹۵% تنش تسلیم باشد.

گام ۴- ثبت نیروی برش پایه و تغییر مکان در تراز بام.

گام ۵- افزایش تدریجی ضریب بار جانبی.

۳۰

گام ۶- تعیین نقاطی از سازه که در آنها تسلیم رخ داده است.

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

گام ۷- اصلاح ماتریس سختی با توجه به نقاط تسلیم شده.

گام ۸- تکرار گام های ۵ تا ۷ تا رسیدن به یک حالت حدی نهایی. حالت حدی ممکن است ناپایداری به دلیل آثار P – Δ یا تغییر شکل بیش از حد طبقات باشد.

گام ۹-ترسیم نتیجه حاصل به صورت منحنی برش پایه- تغییرمکان که منحنی ظرفیت نامیده می شود.

گام ۱۰- ترسیم طیف پاسخ شتاب- تغییرمکان (طیفADRS) برای زلزله. پس از مشخص شدن منحنی ظرفیت، برای تعیین اثر زلزله بر روی سازه، طیف ارتجاعی با میرایی ۵% در دستگاه مختصات تغییرمکان و شتاب ترسیم می شود.

شکل(۲-۲):طیف ارتجاعی در دستگاه مختصات تغییرمکان و شتاب[۲]

در این دستگاه مختصات (طیف ADRS)، هر خط راستی که از مرکز مختصات عبور کند متناظر با یک زمان تناوب ارتعاش ثابت است. زیرا:

(۲-۱۰)

گام ۱۱- تعیین میرایی موثر با بهره گرفتن از تقریب منحنی ظرفیت سازه به صورت دو خطی. برای این منظور ابتدای منحنی، توسط خطی که شیب آن برابر شیب منحنی در مبدا مختصات است تقریب زده می شود و مابقی منحنی توسط خط دیگری بگونه ای تقریب زده می شود که سطح زیر منحنی برابر سطح زیر این دو خط شود (برای dpi باید یک مقدار اولیه فرض شود).

۳۱

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

شکل(۲-۳): تقریب منحنی ظرفیت سازه به صورت دوخطی[۲]

گام ۱۲- محاسبه میرایی موثر بر حسب درصد با بهره گرفتن از روابط زیر:

(۲-۱۱)

(۲-۱۲)

در این روابط، E_D سطح محصور در منحنی هیسترزیس رفتار سازه می باشد که به صورت خط چین در شکل نشان داده شده است و Eso سطح هاشور خورد در این شکل می باشد. K پارامتری است که در گام بعد محاسبه می شود.

۳۲

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

شکل(۲-۴): منحنی هیسترزیس رفتار سازه

گام ۱۳- محاسبه ضریب k، این ضریب که اثر شکل حلقه هیسترزیس را بر میرایی موثر اعمال میکند، با بهره گرفتن از جداول زیر انتخاب یا محاسبه می شود.

جدول(۲-۶): تعیین نوع سازه

جدول(۲-۷): تعیین مقادیرk

۳۳

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

گام ۱۴- ترسیم منحنی ADRS کاهش یافته بر اساس میرایی موثر. برای این منظور از ضرایب کاهش زیر استفاده می شود:

شکل(۲-۵): طیفADRS کاهش یافته[۲]

مقادیر فوق به هر حال نباید از مقادیر مندرج در جدول ذیل کوچکتر باشد.

جدول(۲-۸):مقادیر حداقل SR[2]

گام ۱۵- ترسیم منحنی ظرفیت در دستگاه مختصات (S_a,S_d)، محل برخورد منحنی ظرفیت با طیف شتاب – تغییرمکان کاهش یافته، حداکثر تغییرمکان سازه d_pi را نشان می دهد. این تغییر مکان همان تغییرمکان هدف است و نیروهای متناظر با آن با بهره گرفتن از نتایج تحلیل غیر خطی استاتیکی تعیین میشود. برای ترسیم منحنی ظرفیت در دستگاه مختصات(S_a,S_d)، از روابط زیر استفاده می شود:

۳۴

(۲-۱۳)

فصل۲: مروری بر مفاهیم و مبانی بهسازی لرزه ای ساختمان

در این روابط، PM₁، ضریب جرم موثر در مود اول،  ،ضریب مشارکت مود اول، V ،برش پایه، W، وزن کل ساختمان با احتساب درصدی از بار زنده،  ،شکل مود اول در طبقه بام می باشد.

شکل(۲-۶): تعیین حداکثر تغییرمکان سازه[۲]

گام ۱۶- مقایسه d_pi حاصل از گام ۱۵ با مقدار فرض شده آن در گام ۱۱. چنانچه اختلاف در حد قابل قبول باشد، تحلیل پایان یافته است. اما اگر اختلاف زیاد باشد با در نظر گرفتن مقدار d_pi جدید، گام های ۱۱ تا ۱۵ تا رسیدن به همگرایی تکرار می شود ]۲[.

۳۵

فصل سوم: انتخاب مدل و طراحی

۳۶

۳-۱- مقدمه

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

در این فصل با ارائه فرضیات اولیه در خصوص هندسه، پیکربندی و بارگذاری، اقدام به تهیه مدل های اولیه و جهت تحلیل و طراحی با رعایت ضوابط “آیین نامه طراحی ساختمان ها در برابر زلزله – استاندارد ۲۸۰۰ ایران” و مبحث۶ استفاده می گردد.

۳-۲- تعاریف مدل های اولیه

به منظور مقایسه نتایج طراحی ساختمان های فولادی با مهاربند فولادی هم محور بر مبنای ضوابط استاندارد ۲۸۰۰ ایران و ارزیابی ساختمان ها بر مبنای ضوابط “دستورالعمل بهسازی لرزه ای ساختمانهای موجود و همچنین مقایسه بین نتایج حاصل از ارزیابی مدل ها به روش استاتیکی غیر خطی و دینامیکی غیرخطی بعنوان روش مبنا، اقدام به تهیه ۳ مدل متقارن و منظم ۴,۸,۱۶ طبقه فولادی دارای سیستم دوگانه مهاربند ضربدری و قاب خمشی متوسط و۳ مدل متقارن و منظم ۴,۸,۱۶ طبقه فولادی دارای سیستم دوگانه مهاربند۷ شکل همگرا و قاب خمشی متوسط گردیده است.

برای هر سه مدل:

*اندازه دهانه ها در هر دو جهت برابر ۱۴ متر می باشد (شکل شماره۳-۱).

*ارتفاع همکف ۳متر و طبقات برابر ۳.۲ متر می باشد.

*سیستم ساختمانی در هر دو جهت برای ۳ مدل سیستم دوگانه مهاربند ضربدری و قاب خمشی متوسط و۳ مدل سیستم دوگانه مهاربند ۷ شکل و قاب خمشی متوسط می باشد (شکل شماره ۳-۲ و ۳-۳).

۳۷

۳۷

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل (۳-۱): پلان مدل های طراحی شده

۳۸

۳۸

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل (۳-۲): نحوه قرار گرفتن مهاربندها در دهانه ۱و۵

۳۹

۳۹

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل (۳-۳):نحوه قرار گرفتن بادبند در دهانه A,E

۴۰

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل (۳-۴): نمای سه بعدی ساختمان ۴ طبقه

۴۱

۳-۳- بارگذاری ثقلی

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

به منظور بارگذاری مرده و زنده در ساختمان های فوق، مقادیر بارهای ثقلی طبق آیین نامه بارگذاری ایران مطابق جدول ۳-۱ لحاظ گردید.

جدول (۳-۱): مقادیر بارهای زنده و مرده در بارگذاری ثقلی

مجموع	واحد	شدت بار	شرح بار	نوع بار
۶۴۰	Kg/m^2	۵۴۰	بار کفسازی	مرده طبقات
	Kg/m^2	۱۰۰	بار معادل تیغه بندی
۶۲۰	Kg/m^2	۵۴۰	بار کفسازی	مرده بام
	Kg/m^2	۸۰	پوکه ریزی و قیرگونی
۲۰۰	Kg/m^2	۲۰۰	طبقات	زنده
۱۵۰	Kg/m^2	۱۵۰	بام	زنده
۸۰۰	Kg/m	۸۰۰	بار دیوارهای خارجی	مرده
۲۴۰	Kg/m	۲۴۰	بار جان پناه	مرده

۳-۴- بارگذاری لرزه ای

برای لحاظ نمودن اثرات بارگذاری زلزله، ، از روش بارگذاری استاتیکی معادل استفاده شده است. مقادیر پارامترهای لرزه ای به شرح زیر انتخاب می گردد.

شتاب مبنای طرح: منطقه۲- پهنه با خطر نسبی زیاد، A=0.3g

نوع زمین: (T0=0.1 , S=1.5) خاک نوع دو

ضریب اهمیت: گروه۳- ساختمان با اهمیت متوسط، I=1.0

حال مقادیر پریود های تجربی، ضریب زلزله، در طبقات برای هر چهار مدل محاسبه شده و در جداول ذیل نشان داده شده است.

۴۲

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

جزئیات بارگذاری لرزه ای ساختمان ۴ طبقه:

جدول(۳-۲): پارامترهای مورد استفاده در بارگذاری لرزه ای ساختمان ۴ طبقه

واحد	مقدار	پارامتر
g	۰/۳	A
-	۱	I
-	۷	R
m	۱۲/۶	H
sec	۰/۳۳	T=0.05H^(3/4)
-	۱/۵	S
-	۲/۵	B
-	۰/۱۲۵	C=ABI/R

جزئیات بارگذاری لرزه ای ساختمان ۸ طبقه:

جدول(۳-۳):پارامترهای مورد استفاده در بارگذاری لرزه ای ساختمان ۸ طبقه

واحد	مقدار	پارامتر
g	۰/۳	A
-	۱	I
-	۷	R
m	۲۵/۴	H
sec	۰/۵۶	T=0.05H^(3/4)
-	۱/۵	S
-	۲/۵	B
-	۰/۱۲۵	C=ABI/R

۴۳

جزئیات بارگذاری لرزه ای ساختمان ۱۶ طبقه:

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

جدول(۳-۴):پارامترهای مورد استفاده در بارگذاری لرزه ای ساختمان۱۲ طبقه

واحد	مقدار	پارامتر
g	۰/۳	A
-	۱	I
-	۷	R
m	۳۸.۲	H
sec	۰/۷۸	T=0.05H^(3/4)
-	۱/۵	S
-	۱/۸	B
-	۰/۰۹	C=ABI/R

۳-۵- مدل سازی

به منظور مدل سازی، تحلیل و طراحی مدل های مفروض از نرم افزار کامپیوتری ETABS ver9.1.2 استفاده شده است. شایان ذکر است که نرم افزار یاد شده توانایی تحلیل و طراحی سه بعدی سازه های ساختمانی را مطابق با آیین نامه های معتبر دنیا دارا می باشد ]۳[.

۳-۶- تحلیل

پس از تعیین نیروهای ثقلی، بارهای لرزه ای و همچنین تهیه مدل های سازه ای، این مدل ها مورد تحلیل و آنالیز نیرویی قرار می گیرند. نکته قابل توجه آنکه آنالیز P- Δ ، برای کلیه مدل ها به صورت پیش فرض انجام شده است.

۴۴

۳-۷- طراحی

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

به منظور لحاظ کردن ضوابط طرح لرزه ای طراحی سازه های فولادی از آیین نامه UBC97-ASD استفاده شده است و به علت اینکه ترکیبات بار طراحی این آیین نامه با بار آیین نامه ۲۸۰۰ ایران تطابق ندارد،ترکیبات بار را به صورت ذیل در قسمت Define > load combinations وارد می کنیم]۵[.

DL+LL

۰.۷۵(DL+LL+EL)

۰.۷۵(DL+LL-EL)

۰.۷۵(DL+EL)

۰.۷۵(DL-EL)

پروفیل های انتخاب شده برای تیرها از نوع IPE، و ستون ها برای ساختمان ۴ طبقه از نوع دوبل IPE و برای ساختمان های ۸ و ۱۶طبقه از نوع BOX می باشد.

مقادیر نسبت تنش ها در طراحی سعی شده است که در حدود ۰.۷ الی ۱ باشد.

٣-۸ معرفی شیوه تحلیل در پروژه

۳-۸- ۱ تحلیل استاتیکی غیرخطی

روش تحلیل استاتیکی رانشی غیرخطی شامل دو مرحله اصلی می باشد، در مرحله اول تغییرمکان هدف تعیین می گردد و در مرحله دوم نیروهای جانبی به طور رانشی به سازه اعمال می شود، این نیرو تا دستیابی به تغییرمکان هدف ادامه می یابد. از روش هایی که برای تعیین تغییرمکان هدف مورد توجه محققین قرار گرفته است روش ضرایب تغییرمکان و روش طیف ظرفیت می باشد در ادامه به بررسی این دو روش و مقایسه نتایج پرداخته می شود ]۶[.

۴۵

ساختمان های معرفی شده پس از بارگذاری، تحلیل، و نهایی شدن مقاطع اعضا، به ترتیبی که در ادامه ذکر می گردد تحلیل استاتیکی غیرخطی شده اند و نمودار برش پایه- تغییرمکان بام آنها تحت الگوهای مختلف بارگذاری رسم شده است.

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

۳-۸-۲- هدف بهسازی

ازآنجا که هدف بررسی ضوابط آئین نامه۲۸۰۰ می باشد، لذا بهسازی مبناء که درآن هدف، ارضاء سطح عملکرد ایمنی جانی در زلزله سطح خطر-۱ می باشد، انتخاب گردید.

۴-۸-۳- توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیکی غیرخطی

از آنجایی که نحوه توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیکی غیرخطی بر صحت نتایج بسیار تاثیر گذار است لذا انتخاب الگوی مناسب جهت توزیع بار جانبی از اهمیت خاصی برخوردار است. در انجام این تحلیل ها از ۳ الگوی مختلف بارگذاری استفاده شده است.

بارگذاری ثقلی سازه جهت فراهم آمدن شرایط اولیه در تحلیل تحت اثر نیروهای جانبی (Gravity)

بارگذاری مطابق با بار استاتیکی معادل آیین نامه۲۸۰۰، این الگو حاصل توزیع نیروی جانبی پیشنهادی در آیین نامه طرح ساختمان ها در برابر زلزله است (شکل شماره۴-۱). در این روش نیروی جانبی زلزله بر مبنای زمان تناوب اصلی نوسان ساختمان و با بهره گرفتن از طیف بازتاب طرح تعیین می شود. (Push2)

بارگذاری یکنواخت و متناسب با جرم طبقه (Push4).

در این نوع توزیع بار برش پایه ساختمان به طور یکسان بر مرکز جرم طبقات وارد می شود.

۴۶

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل(۳-۵): پنجره تعریف الگوی توزیع بار جانبی در تحلیل استاتیکی غیر خطی

۳-۸-۳-۱ معرفی و اختصاص مفاصل پلاستیک

رفتار غیرخطی سازه با تعریف مفاصل پلاستیک در مدل اعمال می شود. لازمه انجام هرگونه تحلیل غیرخطی معرفی مشخصات مفاصل غیرخطی می باشد. این مفاصل در نقاطی از اجزای سازه که احتمال تجاوز نیروهای داخلی عضو از نیروهای حد تسلیم وجود دارد تعریف می شوند. در تحلیل غیرخطی برنامه ETAB&SAP الگوی بارگذاری معرفی شده بصورت مرحله ای اعمال می شود و هر بار ماتریس سختی بر اساس هندسه تغییر شکل یافته اصلاح می شود. علاوه بر این در هر مرحله مقدار نیروی داخلی اعضا در محل مفاصل تعریف شده، با مقدار نیروی حد تسلیم مفصل معرفی شده مقایسه می شود. اگر نیروی داخلی به حد تسلیم نرسیده باشد با حفظ سختی مرحله قبل مقداری به بار سازه اضافه می شود ولی اگر نیروی داخلی از حد تسلیم مفصل گذشته باشد سختی مفصل و به تبع آن سختی سازه با توجه به منحنی نیرو- تغییرمکان اصلاح می شود. این بارگذاری مرحله ای تا رسیدن به حد مکانیزم یا رسیدن به معیار تغییرمکانی که توسط کاربر مشخص شده ادامه می یابد. به این ترتیب برنامه منحنی نیرو- تغییرمکان تک تک مقاطع را براساس مشخصات هندسی آنها و الگوی ارائه شده تولید می کند. خرابی یک تیر در یک قاب خمشی در اثر بالا رفتن مقادیر لنگر و برش در دو سر تیر و در نتیجه بروز مفصل های پلاستیک خمش و برش در دو انتها می باشد. لذا میبایست مفصل های برشیV₂ را به دو انتهای تیر و و خمشیM₃ را به وسط تیر نسبت داد. در ستون ها مفصل های محوریP و مفصل های PMM می توانند تشکیل شوند لذا این مفاصل را به دو انتهای ستون اختصاص میدهیم پارامترهای مدلسازی و معیارهای پذیرش برای معرفی مفاصل در روش های غیر خطی مطابق جدول(۵-۳) دستورالعمل بهسازی لرزه ای لحاظ می گردد (شکل شماره ۳-۶) ]۷[.

۴۷

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل(۳-۶)- پنجره های مربوط به تعریف مشخصات مفصلی

آژانس مدیریت بحران فدرال،FEME، در زمینه مفاصل غیر خطی پیشنهاداتی ارائه داده است که برنامه هایSAP2000ver11&ETABSver9 نیز برای شکل مفاصل غیرخطی از ضوابط آیین نامه FEME356 استفاده می کنند. شکل مفاصل بستگی به نوع مفصل(خمشی، برشی، محوری …) و نوع عضو دارد و هر یک از مفاصل دارای رفتار غیرخطی در یکی از مولفه های نیرویی می باشد. در ادامه به خواص مفاصل فولادی مطابق FEME356 اشاره می شود]۸[.

۴۸

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

الف) مفصل محوری

*شیب بین نقاط B,C برابر ۳٪ سختی کرنش است.

*طول مفصل مفروض برابر Δy طول عضو می باشد.

*شیب اولیه در فشار مانند شیب اولیه در کشش است.

*نقاطB,C,D بر مبنای FEMA356 دربرابر کشش مهار شده اند.

* نقاطB’,C’,D’ بر مبنای FEMA356 دربرابر فشار مهار شده اند (شکل شماره ۳-۷).

شکل (۳-۷):منحنی نیرو- تغییرمکان

ب) مفصل کوپلP-M-M

*شیب بین نقاط B,C برابر ۳٪ سختی کل کرنش است.

*سطح تاثیر متقابل مفصلPMM و θy براساس معادلات

موجود در مدارک FEME356 محاسبه می گردد.

*نقاط E,D,C بر مبنای مدارک FEME356 برای <     می باشد.

منحنی PMM شبیه منحنی M3 است بجز اینکه همیشه نسبت به مبدا متقارن است (شکل شماره ۳-۸).

۴۹

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

شکل (۳-۸):منحنی لنگر- دوران

ج) مفصل برشی

*منحنی حول مبدا متقارن است (شکل شماره ۳-۹).

* شیب بین نقاط B,C برابر ۳٪ سختی کرنش است.

*نقاط D,C بر مبنای جداول موجود درFEME356 می باشد.

شکل (۳-۹):منحنی نیرو- تغییرمکان

د) منحنی تغییرشکل پلاستیک

شکل(۳-۱۰) منحنی نیرو- تغییرمکان یا لنگر- دوران است این

منحنی دارای پنج نقطه A,B,C,D,E می باشد. همچنین

می توان این منحنی را بصورت قرینه یا با اختلاف در نقاط

مثبت یا منفی نشان داد. این نقاط عبارتند از:

*نقطه A، نقطه اصلی است، شیب خط AB،شیب الاستیک است.

۵۰

۴۹

*نقطه B، نقطه تسلیم است و صرف نظر از مقادیر مشخص شده تغییرشکل در نقطهB هیچ تغییرشکلی در محدوده بالای نقطه B رخ نمی دهد. تغییرمکان(دوران) در نقطهB تابعی از تغییرمکان های رخ داده در نقاط C,D,E است صرفاً تغییرشکل آنسوی نقطهB توسط مفصل ارائه می شود.

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

*نقطه C، معرف ظرفیت نهایی در تحلیل Pushover است، شیب خطBC، شیب سخت شدگی کرنش است.

*نقطه D، معرف مقاومت پسماند در تحلیل Pushover است.

*نقطه E، معرف نقطه شکست یا مکانیزم خرابی است که آنسوی نقطه E مفصل با کاهش بار مواجه می شود]۹[.

شکل(۳-۱۰): منحنی تغییرشکل پلاستیک

۳-۸-۴- تعیین تغییرمکان هدف به روش ضرایب تغییرمکان

از روال تعیین تغییرمکان هدف که در فصل ۲ به تفصیل به آن اشاره شد، جهت برآورد حداکثر تغییرمکان محتمل طی حرکت زمین استفاده شده است. قبل از اشاره به روند تعیین تغییر مکان هدف اشاره به یک نکته ضروری است، در گزارش FEME356 جهت تعیین زمان تناوب موثر سازه دو روش پیشنهاد شده است اول استفاده از رابطه تجربی و دوم استفاده از زمان تناوب محاسبه شده بر مبنای تحلیل دینامیکی خطی سازه اما در دستورالعمل ATC40 فقط زمان تناوب محاسبه شده بر مبنای تحلیل دینامیکی ملاک قرار داده شده است ]۱۰[.

۳-۹- تحلیل دینامیکی غیرخطی

در روش تحلیل دینامیکی غیر خطی، پاسخ سازه با در نظر گرفتن رفتار غیر خطی مصالح و رفتار غیر خطی هندسی سازه محاسبه می شود. در این روش فرض بر این است که ماتریس سختی و میرایی از یک گام به گام بعد می تواند تغییر کند، اما در طول هر گام زمانی ثابت است و پاسخ مدل تحت شتاب زلزله به روش های عددی و برای هر گام زمانی محاسبه می شود]۱۱[.

۵۱

از مهمترین کار بردهای نظریه دینامیک سازه ها ، تحلیل پاسخ سازه در برابر تکان زمین به هنگام زلزله می باشد [١٢] .

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

در تعیین پاسخ یک سازه در مقابل زلزله ، مشکل ترین ومبهم ترین مرحله، تعریف یک تابع مناسب حرکت زمین می باشد. هنگامی که یک تابع مناسب تحریک تکیه گاه انتخاب شود، محاسبه تنشها وتغییر شکلهای بوجود آمده در هر سازه یک مسأله متعارف دینامیکی است که می توان آنرا به روش های مختلف تحلیل دینامیکی حل کرد . تنها وجه تمایز زلزله در مقایسه با انواع دیگر بار دینامیکی در این است که تحریک سیستم به جای بارهای خارجی توسط حرکت تکیه گاه ها صورت می گیرد. بنا بر این، موضوع اصلی ارائه روشهایی برای تعریف تابع مؤثر بار خارجی حاصل از یک حرکت تکیه گاه است .حرکت تکیه گاه توسط یک زلزله را میتوان توسط شتاب نگاشت ها تعریف کرد [١۳].

پس از انجام مدل سازی ونیز بارگذاری برای رسیدن به نتایج درست نیاز به انجام یک تحلیل دقیق میباشد. برای طراحی سازه ها روش های گوناگونی جهت اعمال نیروی زلزله بر سازه مطرح شده است.

برای طراحی سازه های میان مرتبه ، خصوصاً روش نیروی جانبی معادل که در آیین نامه ها تعریف شده است، مورد استفاده قرار می گیرد و نیز توصیه می شود که طرح به کمک طیف طراحی نظیر شرایط سازه مورد تأیید قرارگیرد .

برای تحلیل سازه های نسبتاً بزرگ ومهم روش مدی مورد استفاده قرار می گیرد. این روش همچنین برای سازه هایی که توزیع سختی وجرم آنها در ارتفاع یکنواخت نیستند مناسب است بطوری که با تجمع اثر مدها پاسخ ارتعاش مطلوب حاصل می شود . بالعکس، در روش استاتیکی معادل بااین فرض که توزیع سختی وجرم در ارتفاع سازه یک توزیع متداول است ، تنها مد اول پاسخ ارتعاشی استفاده میشود .

۵۲

برای ساختمانهای بسیار بزرگ ویا خیلی مهم وسازه های بالقوه خطر ناک معمولاً تحلیل دینامیکی غیر الاستیک مورد استفاده قرار می گیرد تا از ایمنی سازه در شرایطی که تحت زلزله های شدید قرارمیگیرد اطمینان حاصل شود [۱۴].

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

در ویرایش سوم آیین نامه ٢٨٠٠ ایران ، روش های تحلیل ساختمانها در برابر زلزله به دو دسته تقسیم می شوند ، روش تحلیل استاتیکی معادل و روش های تحلیل دینامیکی. در این پایان نامه به علت عدم کارایی روش استاتیکی معادل در اعمال اثر مؤلفه قائم زمین لرزه این روش کنار گذاشته شد و روش تحلیل دینامیکی مورد استفاده قرار گرفت .

نکته قابل توجه آنکه آنالیز P- Δ ، برای کلیه مدل ها به صورت پیش فرض انجام شده است تا بند(۲-۶) استاندارد ۸۴-۲۸۰۰ ایران، در این تحلیل ها ارضا گردد.

۵۳

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

۳-۱۰ ملاحظات خاص مدلسازی و تحلیل

در مدل سازی باید کلیه اعضای اصلی و غیراصلی را منظور نمود و رفتار غیرخطی آنها تا حد امکان نزدیک به واقعیت مدلگردد. در صورت وجود کاهندگی اثرات آن نیز باید در مدل رفتاری عضو منظور شود.

علاوه برآن در تحلیل باید موارد زیر منظور شود.

شتاب زمین باید مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ انتخاب شود.

تحلیل سازه باید در هر امتداد حداقل برای سه شتاب نگاشت انجام شود.

اثر زلزله در دو جهت عمود برهم باید مطابق آیین نامه ۲۸۰۰ در نظر گرفته شود.

پاسخ سازه باید برای هر یک از شتاب نگاشت ها محاسبه شود. چنانچه در هر امتداد کمتر از ۷ شتاب نگاشت درنظرگرفته شود پاسخ سازه باید برابر مقدار حداکثر پاسخ ها فرض شود. اما اگر در هر امتداد ۷ شتاب نگاشت یا بیش تر درنظرگرفته شود پاسخ سازه می تواند برابر متوسط مقدار پاسخ ها انتخاب شود.

تحلیل دینامیکی غیرخطی دقیق ترین روشی است که در تحلیل سازه ها مورد استفاده قرار میگیرد. تحلیل دینامیکی غیرخطی با دو روش کلی انتگرال گیری مستقیم و تحلیل مودال انجام می شود. روش انتگرال گیری مستقیم نیز شامل روش های گوناگونی از جمله روش هوبولت، تفاوت میانی، ویلسون θو نیومارک می باشد.

یکی از روشهایی که عموماً در آنالیز سیستمهای غیرخطی دلخواه دارایکاربرد است، انتگرال گیری گام بهگام معادلات کوپله حرکت می باشد. در این روش، آنالیز سیستم های چند درجه آزادی دقیقاً مشابه با آنالیز سیستمهای خطی یک درجه آزادی انجام میپذیرد. تابع پاسخ، به بازه های زمانی کوتاه و یکسان تقسیم شده و در طول هر بازه زمانی پاسخ برای یک سیستم خطی با ویژگیهایی که در شروع فاصله زمانی تعیین شده است، محاسبه میگردد. در پایان هر فاصله زمانی ویژگی های سیستم ترمیم می شود تا با وضعیت تغییر شکل و تنش در آن زمان مطابقت داشته باشد. بنابراین آنالیز غیرخطی به کمک دنباله ای از سیستم های خطی که پشت سر هم تغییر می یابند تقریب زده میشوند. روش انتگرال گیری گام به گام برای سیستم های خطی نیز کاربرد دارد، که در این حالت روش محاسباتی به طور قابل ملاحظه ای ساده می شود زیرا نیاز به اصلاح ویژگی های سازه در هر گام زمانی نیست. در بعضی مواقع، استفاده از این روش انتگرال گیری مستقیم مفیدتر از روش بر همنهی مودها است زیرا نیازی به تعیین شکل مودها و فرکانس ها، که در سیستم های با درجات آزادی زیاد یک کار محاسباتی بسیار بزرگ به حساب می آید، نیست. در حالت کلی، انتگرال گیری گام به گام بهترین شیوه در تعیین پاسخ سازه های پیچیده و بزرگی است که تحت تاثیر بارهای ضربه ای کوتاه مدت قرار گرفته و تمایل به تحریک مود های ارتعاشی زیادی داشته و در عین حال پاسخ سازه نیز برای مدت زمانی کوتاه مورد نیاز می باشد.

۵۴

۳-۹-۱ تحلیل به روش دینامیکی غیرخطی

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

در این بخش مدل های ارائه شده به کمک روش دینامیکی غیرخطی تاریخچه زمانی (شیوه انتگرال گیری مستقیم)، تحلیل می گردند.

۳-۹-۲- شتاب نگاشت های مورد استفاده در آنالیز دینامیکی غیرخطی

شتاب نگاشت هایی که برای تحلیل دینامیکی غیرخطی انتخاب می شوند باید حتی الامکان دارای مشخصات هماهنگی با ساختگاه سازه باشند. این مشخصات شامل PGA، محتوای فرکانسی، مدت زمان دوام حرکات شدید و هماهنگی با طیف طرح می باشد[۱۴]. برای آنکه بتوان از شتاب نگاشت در تحلیل دینامیکی غیر خطی استفاده نمود باید طیف این شتاب نگاشت تا حد امکان با طیف طرح ساختگاه سازه همخوانی داشته باشد. در واقع قبل از استفاده از شتاب نگاشت ها باید آنها را همپایه کرد. نحوه همپایه کردن شتاب نگاشت ها در ادامه آمده است.

۵۵

۳-۶-۲-۱ همپایه کردن PGA

فصل۳: انتخاب مدل و طراحی

این روش ساده ترین روش همپایه کردن شتاب نگاشت ها می باشد روش کار به این صورت می باشد که همه شتاب نگاشتها بر PGA خود تقسیم می شوند و همگی در مقدار شتاب مبنای طرح منطقه ضرب می شوند. بدین ترتیب شتاب نگاشت هایی خواهیم داشت که دارای PGA یکسان و برابر با شتاب مبنای طرح منطقه خواهند بود. همانطور که بیان شد باید شتاب نگاشتهای انتخابی با طیف طرح منطقه نیز سازگار باشند ولی در این روش تنها مقدار شتاب آنها است که با منطقه سازگار می شود و بقیه پارامترها مانند انرژی، محتوای فرکانسی و … ممکن است با طیف منطقه سازگار نباشند.

۳-۶-۲-۲ همپایه کردن طیف

در این روش شتاب حداکثر هر یک از شتاب نگاشت ها به ۱g مقیاس می شود. سپس پاسخ سازه یک درجه آزادی در مقابل این شتاب نگاشت (طیف شتاب نگاشت)، محاسبه می شود و سطح زیر این طیف بین دوره تناوب های ۱/۰و۳ ثانیه به دست می آید. سطح زیر منحنی طیف طرح بین این دو دوره تناوب نیز محاسبه می شود. با ضرب شتاب نگاشت مقیاس شده به ۱g در نسبت سطح طیف طرح ساختگاه به سطح طیف شتاب نگاشت و در پایان در شتاب طرح ساختگاه شتاب نگاشت مقیاس شده با منطقه بدست می آید. در این روش انرژی شتاب نگاشت ها با طیف طرح سازگار می شود.

۵۶

فصل چهارم: آنالیز و استخراج نتایج

۴-۱- مقدمه

فصل۴: آنالیز و استخراج نتایج

در این فصل به تعیین سطح عملکرد و پیش بینی رفتار سازه های طراحی شده در فصل ۳ مطابق با دستورالعمل های بهسازی لرزه ای و تحقق اهداف آیین نامه ۲۸۰۰ به کمک روش استاتیکی رانشی غیرخطی و دینامیکی غیر خطی، به عنوان روش مبنا، پرداخته می شود.

۴-۲ تعیین تغییرمکان هدف به روش ضرایب تغییرمکان

از روال تعیین تغییرمکان هدف که در فصل ۲ به تفصیل به آن اشاره شد، جهت برآورد حداکثر تغییرمکان محتمل طی حرکت زمین استفاده شده است. قبل از اشاره به روند تعیین تغییر مکان هدف اشاره به یک نکته ضروری است، در گزارش FEME356 جهت تعیین زمان تناوب موثر سازه دو روش پیشنهاد شده است اول استفاده از رابطه تجربی و دوم استفاده از زمان تناوب محاسبه شده بر مبنای تحلیل دینامیکی خطی سازه اما در دستورالعمل ATC40 فقط زمان تناوب محاسبه شده بر مبنای تحلیل دینامیکی ملاک قرار داده شده است. در جدول(۴-۱الف و ب) مقادیر تغییرمکان هدف نمونه های مورد مطالعه به روش ضرایب تغییرمکان مطابق با دستورالعمل بهسازی لرزه ای ارائه شده است.

نوع ساختمان (سیستم دوگانه با مهاربند ضربدری)	Te	Co	C1	C2	C3	Sa	تغییرمکان هدف(cm)
۴ طبقه	۷۶۱/۰	۳۵/۱	۱	۱/۱	۱	۷۵/۰	۹۸/۳
۸ طبقه	۰۸۴/۱	۴۵/۱	۱	۱/۱	۱	۷۵/۰	۵۲/۱۴
۱۶ طبقه	۴۶۸/۱	۵/۱	۱	۱/۱	۱	۵۴/۰	۰۵/۲۰

جدول(۴-۱-الف): تغییرمکان هدف به روش ضرایب تغییرمکان مطابق با دستورالعمل بهسازی جدول(۴-۱-ب): تغییرمکان هدف به روش ضرایب تغییرمکان مطابق با دستورالعمل بهسازی

۵۷

۵۷

نوع ساختمان (سیستم دوگانه با مهاربند ۷ شکل)	Te	Co	C1	C2	C3	Sa	تغییرمکان هدف(cm)
۴ طبقه	۷۹۱/۰	۴۲/۱	۱	۱/۱	۱	۷۵/۰	۴۵/۴
۸ طبقه	۱۸۴/۱	۴۹/۱	۱	۱/۱	۱	۷۵/۰	۵۲/۱۸
۱۶ طبقه	۵۵۸/۱	۵۸/۱	۱	۱/۱	۱	۵۴/۰	۵۹/۲۷

فصل۴: آنالیز و استخراج نتایج

فصل۴: آنالیز و استخراج نتایج

۴-۳ - تعیین تغییرمکان هدف به روش طیف ظرفیت

در روش طیف ظرفیت تغییرمکان هدف از تلاقی منحنی ظرفیت با طیف پاسخ بدست میآید. در این روش سازه تحت الگوی بار جانبی آنالیز Pushover می شود با افزایش گام به گام بارگذاری جانبی در نقاطی از سازه تسلیم (لولای پلاستیک) رخ می دهد. در ابتدا که هنوز سیستم در حالت خطی است نسبت میرایی سازه مطابق معمول ۵٪ در نظر گرفته می شود و بتدریج که لولا های پلاستیک در نقاط مختلف به وجود میآیند میرایی سازه افزایش یافته و منحنی هیسترزیس بر اساس مفاصل پلاستیک ایجاد شده در آن مرحله ترسیم می گردد و متناسب با سطح حلقه هیسترزیس میرایی تعیین میگردد سپس بر اساس میرایی به دست آمده طیف اصلاح میگردد و وضعیت دو منحنی ظرفیت وطیف در دستگاه مختصات ADRS بررسی می شود. در صورت تقاطع دو منحنی با یکدیگر تغییرمکان هدف به دست میآید.

بدین منظور می توان از نرم افزار SAP2000ver11 که قابلیت انتقال طیف معرفی شده توسط کاربر را به مختصات ADRS دارا میباشد بهره جست. همچنین میتوان منحنی ظرفیت سازه را در محیط EXCEL با طیف آیین نامه ۲۸۰۰ تلاقی داده (شکل ۴-۱) و به جابجایی متناظر با نقطه عملکرد سازه دست یافت. در جدول (۴-۲) مقادیر تغییرمکان هدف نمونه های مورد مطالعه به روش طیف ظرفیت مطابق با تفسیر دستورالعمل بهسازی لرزه ای ارائه شده است.

۵۸

فصل۴: آنالیز و استخراج نتایج

شکل(۴-۱): تعیین نقطه عملکرد به روش طیف ظرفیت

جدول(۴-۲): تغییرمکان هدف به روش طیف ظرفیت مطابق با تفسیر دستورالعمل بهسازی لرزه ای