لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 16
بررسی رفتار کلی قابهای میان پر تحت اثر نیروهای جانبی
ابوالفضل سمیعی دلوئی
دانشجوی کارشناسی ارشد سازه دانشگاه فردوسی مشهد
samieia@yahoo.com
چکیده:
قاب میان پر عبارتست از قابی که درون آن با مصالح بنائی پر شده باشد، وجود همین میانقاب باعث تغییر رفتار سازه تحت اثر بارهای جانبی می‌گردد. افزایش سختی و مقاومت در این نوع قابها بسیار حائز اهمیت بوده و بدین لحاظ در دهه‌های اخیر تحقیقات فراوانی در زمینه های مختلف اثر میانقابها بر رفتار سازه‌ها انجام شده است . اثرات مطلوب و یا نامطلوب میانقابها در زلزله‌ها و تاثیر این تغییرات بر رفتار کل ساره حداقل عاملی است که آشنائی با رفتار قابهای میان پر را ملزم می‌سازد.
در این مقاله سعی شده است چکیده‌ای از تحقیقات انجام شده پیرامون نحوه رفتار قابهای میان پر وعوامل مؤثر بر سختی و مقاومت آنها ، نحوه توزیع تنش در میانقابها، و حالتهای شکست بصورت اجمالی بیان شود.
مقاله این هدف را دنبال می‌کند که مهندسان ، طراحان و دانشجویان بتوانند با دید بازتری نسبت به تاثیر وجود میانقابها در سازه‌ها نگاه کنند واز رفتار واقعی قابهای میان پر بر اثر بارهای جانبی آگاه شوند.
کلمات کلیدی :
میانقاب، قاب میان پر ، رفتار سازه ، حالتهای شکست
مقدمه:
به قابهای ساختمانی که درون آنها با دیوارهای بنائی پر شده باشد قاب میان‌پر گفته می‌شود مصالح پرکننده ممکن است از نوع آجری و یا بتنی باشند که به آنها میانقاب نیز گفته می‌شود. به‌عبارت دیگر معمولاً در هر ساختمان دیوارهایی وجود دارد که برای جدا کردن فضاها از همدیگر (فضابندی) مورد استفاده قرار می‌گیرند. چنانچه این دیوارها در درون یک قاب واقع شوند در این صورت به آنها جداگرهای میانقابی اطلاق می‌شود.
هنگامیکه درون قابی با دیوار پر شود خواص مکانیکی آن در برابر نیروهای جانبی نظیر سختی، مقاومت، نرمی و شکل‌پذیری و ... به‌طور چشمگیری تغییر می‌کند به گونه‌ای که نمی‌توان با جمع سادة خواص قاب لخت و دیوار تنها به این خواص دست یافت تفاوت رفتار قابهای میان‌پر با قابهای لخت خود باعث تغییر رفتار سازه می‌گردد. به‌طوریکه وجود میانقابها به‌نحویکه در زلزله‌ها مشاهده شده، ممکن است اثرات مطلوب و یا نامطلوبی بر روی رفتار لرزه‌ای سازه‌ها داشته باشد.
دلایل اهمیت میانقابها:
اثر میانقابها بر رفتار سازه‌ها تحت اثر بارهای جانبی (لرزه‌ای) از دیدگاههای مختلف حائز اهمیت است در حقیقت وجود این اثرات، ضرورت شناخت رفتار قابهای میان‌پر را ملزم می‌سازد ،بطورکلی می‌توان عوامل زیر را در این زمینه مورد توجه قرار داد:
1- تحلیل نادرست ناشی از تخمین نادرست پریود سازه: روش‌های معمول تحلیل لرزه‌ای به یک تخمین خوب از پریود سازه بستگی دارد. از طرفی برای محاسبة پریود به سختی سازه احتیاج داریم نتایج به‌دست آمده توسط پژوهشگران نشان می‌دهد که سختی سازه‌های دارای میانقاب، تفاوت چشمگیری با سختی سازه‌های بدون میانقاب دارد به‌طوریکه پولیاکف با در نظر گرفتن اثر باد بر روی یک ساختمان 14 طبقه دارای میانقاب و همچنین براثر مشاهدات انجام شده بر روی ساختمانهای بلند در مسکو، سختی واقعی این ساختمانها را بین 10 تا 20 برابر سختی آنها بدون در نظر گرفتن میانقابها گزارش نموده است . در تحقیق دیگری که توسط چوپرا بر روی یک ساختمان واقعی انجام شد نتایج زیر برای پریود اصلی این ساختمان به‌دست آمد [M1]
جدول 1- مقایسه پریود اصلی ساختمان Kajme International Building
جهت ارتعاش
X
Y
پریود به روش تحلیلی و بدون در نظر گرفتن میانقاب (ثانیه)
3.19
3.31
پریود از آزمایش پیش از زلزله سن فرناندو (ثانیه)
1.88
1.32
پریود مشاهده شده در هنگام زلزله سن فرناندو (ثانیه)
2.77
2.48
لذا ، در صورت عدم توجه به تغییرات سختی ناشی از وجود میانقابها در حقیقت نمی‌توان تحلیل لرزه‌ای درستی ارائه نمود و در نتیجه، طراحی براساس این نتایج غیر واقعی، نادرست خواهد بود .
2- اصلی اساسی در کار طراحی لرزه‌ای وجود دارد و آن این است که حتی المقدور از عناصری که وزنشان به سازه تحمیل شده است برای بالا بردن مقاومت استفاده شود به‌طوریکه نسبت مقاومت به وزن سازه هرقدر ممکن است بیشتر شود دلیل این امر روشن است زیرا عناصری که وزن قابل توجه دارند به همان میزان نیروی زلزله را افزایش می‌دهند و در مقابل اگر نقشی در باربری لرزه‌ای نداشته باشند سازه را در مقابل زلزله تضعیف خواهند کرد. لذا با توجه به وزن زیاد میانقابها از یکسو و نقش چشمگیر آنها در افزایش مقاومت جانبی سازه از سوی دیگر کاملاً منطقی می‌نماید که در طراحی لرزه‌ای به کار گرفته شوند. [م1]
3- با توجه به افزایش شدید سختی ناشی از میانقابها، ممکن است مرکز سختی یک طبقه ساختمان فاصله زیادی با مرکز جرم پیدا کند. (به‌علت نحوة آرایش نامتقارن میانقابها در پلان ) در این حال ساختمانی را که به هنگام طراحی (براساس سختی قابهای خالی) متقارن و فارغ از پیچش فرض شده است با پیچش‌های مخربی مواجه می‌شود لذا اگر قرار است از مقاومت حاصل از میانقابها صرف نظر شود لااقل باید تأثیر آنها را در سختی منظور کرد تا از پیچش‌های ناخواسته جلوگیری شود. [م1]
4- اگر در سازه‌های دارای میانقاب ، برخی از طبقات فاقد میانقاب ،و یا نسبت به طبقات مجاور دارای میانقاب کمتری باشند (آرایش غیر یکنواخت میانقابها در ارتفاع ) در اینصورت طبقه‌های به اصطلاح نرم در سازه بوجود آمده و رفتار جانبی سازه بشدت تغییر خواهد نمود. [F1]
5- چنانچه در سازه‌ای تعدادی از قابها میان‌پر بوده و سایر دهانه‌ها بدون میانقاب باشند به‌علت سختی زیاد قابهای پرشده، عمدة نیروی زلزله، جذب این دهانه‌ها شده و بقیه دهانه‌ها تقریباً بی‌اثر می‌شوند این در حالی است که در طراحی این مسئله مورد توجه قرار نگرفته است و باعث اثرات نامطلوبی خواهد شد در قابهای بتنی این نیروی تمرکز یافته، موجب عکس العمل شدید میانقاب در برابر قاب شده، ستون بتنی را در محل اتصال خرد می‌کند. در حالیکه در صورت آگاهی طراح از اثر میانقاب ، ستون با گذاشتن تنگ‌های اضافی در محل اتصال تقویت می‌شد. [م1]
6- با توجه به توسعه روش‌های تحلیل و در نظر گرفتن اثرات در تحلیل‌های غیر خطی، امروزه نقش میانقابها بیش از گذشته در سازه‌ها مورد توجه می‌باشد زیرا میانقابها باعث تغییر در سختی سازه و در نتیجه سبب تغییر در مقدار جابجایی آن می‌شود لذا در صورت عدم توجه به تأثیر میانقابها بر رفتار سازه، نتایج تحلیل‌های غیر خطی دور از واقعیت خواهد بود. [S3]
7- افزون بر دلائل کلی که در بالا بیان شد میانقابها در معماری ایران تأثیر مضاعف دارند زیرا تیپ غالب ساختمانهای شهری، عبارتست از یک اسکلت فولادی با اتصالات خورجینی که قابلیت انتقال لنگر آنها نامشخص می‌باشد مدل سازه‌ای این نوع ساختمانها فاقد ظرفیت باربری افقی است بنابراین در مقابل زلزله ناپایدار تلقی می‌شوند اما با توجه به اینکه این قابها به‌وسیله دیوار پر می‌شوند، لذا مقاومت جانبی قاب از صفر به رقم قابل توجهی تبدیل می‌شود و میانقابها در مقابل نیروهای زلزله رأساً مقاومت می‌کنند. به‌طوریکه در زلزله سال 1369 منجیل عملکرد ساختمانهای معمولی شهر رشت که اکثراً فاقد سیستم‌های کلاسیک لرزه بر نظیر بادبند، اتصالهای صلب و دیوار برشی بتن مسلح بودند نشان داد که میانقابها بار اصلی مقاومت را به دوش داشته و با ترکها و خرد شدنها انرژی زلزله را جذب کرده‌اند. [م1]
نگاهی به ضوابط آئین‌نامه ایران در مورد میانقابها:
با توجه به اهمیت وجود میانقابها در طراحی لرزه‌ای سازه‌ها آئین‌نامه 2800 در قسمتهای مختلف پیشنهادهای مختلفی ارائه نموده که خلاصه آنها رابصورت زیر می‌توان بر شمرد:
1- این آئین‌نامه با کاهش 20% درصدی زمان تناوب اصلی سازه ،برای ساختمانهایی که دارای میانقاب می‌باشند ، در حقیقت سختی قابهای میان‌پر و در نتیجه نیروی زلزله بیشتر وارد بر آنها را، مد نظر قرار داده است.
2- سیاست کلی آئین‌نامه مخصوصاً برای ساختمانهای با اهمیت زیاد که دارای میانقاب هستند آن است که : باید با جداسازی قاب از میانقاب ، مانع ایجاد محدودیت میانقاب برای حرکت جانبی قاب شد .در غیر اینصورت باید اثرات اندرکنشی قاب و میانقاب ،و سختی دیوارها در تحلیل سازه برای نیروهای جانبی مد نظر قرار گیرند.
اندرکنش قاب و میانقاب:
قاب میان‌پر را می‌توان جمع دو عنصر قاب و دیوار دانست. اگر نمودارهای نیرو – جابه‌جایی را برای قاب خالی و دیوار بدون قاب در یک دستگاه مختصات رسم کرده، و با هم جمع کنیم نمودار حاصل به هیچ وجه بر نمودار مربوط به قاب میان‌پر منطبق نیست. بلکه نمودار مربوط به قاب پر شده رفتار متفاوتی نسبت به مجموع رفتار قاب و دیوار دارد. خاصیت فوق نشانگر این مطلب است که بین قاب و دیوار اندرکنش وجود دارد و رفتار قاب میان‌پر یک رفتار مرکب بین قاب و دیوار می‌باشد. همانند رفتار بتن مسلح که خواصش از جمع خواص فولاد و بتن به‌دست نمی‌آید. بلکه به‌صورت محیطی مرکب مورد مطالعه قرار می‌گیرد. [م1]
تبدیل رفتار خمشی به رفتار خرپائی
رفتار یک قاب صلب در برابر نیروهای جانبی بصورت کنش خمشی، و رفتار یک دیوار بدون قاب تحت بار جانبی همانند یک تیر طره‌ای می‌باشد. این در حالی است که رفتار قاب میان پر که شامل قاب و میانقاب است بطور کلی با رفتار هر کدام از قاب ودیوار تفاوت دارد و بصورت کنش خرپایی در مقابل نیروهای جانبی مقاومت می‌نماید.حاصل این امر سختی و مقاومت بسیار بیشتر، و تغییر مکان و انعطاف پذیری کمتر ، قاب میان پر در مقایسه با قاب خالی می باشد. بدین ترتیب شاید ساده‌ترین توضیحی که برای رفتار قابهای میان‌پر بتوان یافت تبدیل کنش خمشی به کنش خرپائی می‌باشد.
تنش و کرنش در میانقاب تحت اثر بار جانبی
به‌خاطر وجود بارهای جانبی، بین قاب و میانقاب اندرکنش ایجاد می‌شود و نیروهای اندرکنشی که بر روی محیط دیوار ایجاد شده‌اند موجب ایجاد تنش‌های صفحه‌ای درون دیوار می‌شوند. لازم به ذکر است که نیروهای اعمالی به میانقاب که در سطوح تماس قاب و میانقاب وارد می‌شوند به عواملی همچون مقدار نیروی خارجی، سختی نسبی قاب و میانقاب و نحوة اتصال آن دو ، بستگی دارد.
با توجه به آزمایش‌های که بر روی قابهای میان‌پر انجام شده نتایج زیر را در مورد نحوة توزیع تنش و کرنش در میانقاب به‌دست آورد. [M1,S1]
1- تنش کششی روی قطر کششی در دو انتها صفر و در وسط به اوج می‌رسد
2- تنش فشاری روی قطر فشاری در دو انتها بیشترین مقدار و در وسط کمترین مقدار را داراست.
3-بیشینه تنش کششی حدود یک سوم کمینه تنش فشاری بر روی قطر ها می‌باشد.
4- مقدار کاهش طول قطر فشاری 8 تا 10 برابر میزان افزایش طول قطر کششی می‌باشد.
5- میزان کرنش متوسط در قطر فشاری تابعی است از مربع شدت بار جانبی
تحقیق درباره بررسی رفتار کلی قابهای میان پر تحت اثر نیروهای جانبی 16 ص
