: شتاب طیفی دوره تناوب اول
(اداری)
لس­آنجلس
بار جانبی معادل
: ظرفیت مجاز شمع
: ظرفیت باربری مجاز خاک
: روش آنالیز
F_v:
F_a:
: شتاب طیفی در دوره تناوب کوتاه
: ضریب اهمیت ساختمان
: طبقه ­بندی اهمیت ساختمان
: آیین­ نامه
: موقعیت سازه
: طبقه ­بندی لرزه­ای زمین
مقدار ضریب رفتار در این مطالعه برای قاب مهاربندی شده با مهاربند همگرای ویژه برابر R=6 و برای مهاربند مقاوم در برابر کمانش برابر R=8 فرض شده است.

شکل۳-۳۲: پلان و مقطع طولی مدل مورد مطالعه
آنالیز بار جانبی
آیین­ نامه با در نظر گرفتن مقدار ضریب C_t ( ضریب محاسبه دوره تناوب سازه ) بزرگ­تر برای سیستم BRB، شکل­پذیری بزرگ­تر سیستم را لحاظ کرده است که نتیجه آن بدست آمدن مقدار بزرگ­تر دوره تناوب سازه است. افزایش دوره تناوب سازه باعث کاهش مقدار ضریب بازتاب زلزله می­ شود. تاثیر دوره تناوب بر ضریب بازتاب در شکل ۳-۳۳ نشان داده شده است. دیده می­ شود که هم برای مدل ۳ طبقه و هم مدل ۶ طبقه، سیستم BRB مقدار ضریب بازتاب کم­تری نسبت به سیستم SCB دارد.
شکل۳-۳۳: طیف پاسخ لرزه­ای
با توجه به مقدار ضریب رفتار ( R ) بزرگتر و نیز دوره تناوب بزرگ­تر ( ضریب بازتاب کوچکتر ) برای سیستم BRB، مقدار ضریب برش پایه ( C_s ) برای BRB کم­تر از سیستم SCB می­ شود. در نتیجه مقدار برش پایه برای مدل مهاربندی شده با BRB کم­تر از مدل مهاربندی شده ویژه بدست می ­آید ( هم برای مدل سه طبقه و هم مدل ۶ طبقه ).
: سازه ۳طبقه با مهاربند همگرای ویژه
: سازه ۳طبقه با مهاربند مقاوم در برابر کمانش
: سازه ۶طبقه با مهاربند همگرای ویژه
: سازه ۶طبقه با مهاربند مقاوم در برابر کمانش
بار جانبی شامل پیچش تصادفی، مطابق روابط آیین­ نامه مورد استفاده، بصورت افقی و قائم توزیع شده است. به دلیل منظم بودن پلان و اینکه مهاربندها در اطراف محیط سازه قرار گرفته­اند، مقدار ضریب افزایش برای هر ۴ مدل برابر واحد در نظر گرفته شده است.
طراحی مدل سازه
به دلیل برش پایه کم­تر سیستم BRB در مقایسه با سیستم SCB و در نتیجه نیروهای داخلی کم­تر، اعضای مدل مهاربندی BRB سبک­تر از مدل مهاربندی SCB بدست می ­آید.
سیستم فونداسیون کم­عمق و عمیق برای همه مدل­ها طراحی شده است. به دلیل نیروی واژگونی بزرگ­تر، ابعاد فونداسیون مدل مهاربندی SCB به­ طور قابل ملاحظه­ای بزرگ­تر از سیستم مهاربندی BRB شده است. برای سازه­های بلندتر با سیستم مهاربندی SCB در خاک­های ضعیف، لازم است جهت کاهش ابعاد فونداسیون ( اقتصادی و اجرایی شدن ابعاد فونداسیون ) تعداد دهانه­های بیشتری مهاربندی شوند.
از آنجایی­که اتصالات طوری طراحی می­شوند که مقاومت آنها از مقاومت مهاربند بیشتر باشد، مشخصه سطح مقطع خالص کوچکتر برای مهاربند BRB، مقدار بار طراحی اتصالات کمتری را نتیجه می­دهد. بنابراین صرفه­جویی در آهن مصرفی به عنوان صفحات اتصال و نیز کاهش طول جوش در سیستم مهاربندی BRB مشهود می­باشد.
مقدار و هزینه مصالح
مجموع وزن مقادیر بدست آمده برای سیستم مهاربندی BRB نشان می­دهد که مقدار قابل ملاحظه­ای صرفه­جویی در وزن مصالح شده است. با وجود اینکه عضو مهاربند سیستم مهاربندی BRB نسبت به مقطع HSS خیلی گران­تر تمام می­ شود، با این وجود کاهش هزینه ناشی از صرفه­جویی مصالح در ستون­ها، تیرها، اتصالات و فونداسیون باعث کاهش زیاد هزینه­ها می­ شود.
کاهش هزینه­ های ایجاد شده توسط مهاربند BRB در سازه­های بلندتر بیشتر قابل توجه می­باشد، زیرا امتیاز اصلی مهاربند BRB نسبت به SCB، یعنی افزایش دوره تناوب و کاهش برش پایه، با افزایش ارتفاع ساختمان بیشتر می­ شود. در شکل ۳-۳۴ نمودار کاهش هزینه­ها به ازای افزایش ارتفاع ساختمان نشان داده شده است.

شکل ۳-۳۴: نمودارنسبت کاهش هزینه به ارتفاع ساختمان
در نهایت در شکل ۳-۳۵ می­توان هزینه اجرای تک­تک اعضای ساختمان و نیز کاهش هزینه­ های ناشی از استفاده از مهاربند BRB را مشاهده کرد. با توجه به شکل دیده می­ شود که در یک سازه ۶ طبقه کاهش هزینه­ های استفاده از مهاربند BRB برابر ۳۴% کل هزینه­ های استفاده از مهاربند SCB می­باشد.

(ب)
(الف)
شکل ۳-۳۵: هزینه اجرای اعضای ساختمان
(الف) ساختمان ۶طبقه با مهاربند مقاوم در برابر کمانش (ب) ساختمان ۶طبقه با مهاربند همگرای ویژه
از داده ­های به­دست­آمده بالا می­توان این­گونه نتیجه گرفت که سیستم مقاوم در برابر نیروی جانبی با مهاربندی BRB کاهش هزینه­ های قابل توجهی نسبت به سیستم مهاربندی سنتی SCB را در بر می­گیرد. این کاهش هزینه­ها، ناشی از کاهش وزن مصالح مصرفی و ابعاد فونداسیون می­باشد که ناشی از کاهش برش پایه و کاهش در مقدار ضریب بازتاب است. کاهش هزینه­ها با افزایش ارتفاع ساختمان بیشتر نیز می­ شود، حتی با وجود افزایش هزینه­ های ساخت مهاربند BRB.
در کل روش­های طراحی مهاربند BRB شامل یک پروسه ساده می­باشد. هم­چنین این سیستم نسبت به سیستم­های مهاربندی سنتی SCB عملکرد لرزه­ای بهتری دارد. این عوامل باعث استقبال روز­افزون مهندسین سازه از این سیستم شده است. هم­چنین کاهش هزینه­ های ناشی از استفاده از BRB، باعث افزایش محبوبیت این سیستم در بین کارفرماها و پیمانکاران ساختمان شده است. این عوامل باعث افزایش استفاده از مهاربندهای مقاوم در برابر کمانش در دهه اخیر شده است.
فصل چهارم: سیستم مهاربند جدید مهاربند مقاوم در برابر کمانش

مقدمه

در فصل­های قبل انواع سیستم­های فولادی متداول مقاوم در برابر نیروهای جانبی تشریح گردید. قاب مهاربندی شده همگرا یکی از سیستم­های متداول در ایران می­باشد که جهت مقاومت در برابر بارهای جانبی مورد استفاده قرار می­گیرد. با این وجود این سیستم دارای معایبی می­باشد که از جمله آن می­توان به ضعف این سیستم در بارگذاری­های چرخه­ای اشاره کرد، به­خصوص در حالتی­که این مهاربند در مود فشاری قرار گرفته و دچار کمانش می­ شود. در نتیجه رفتار چرخه­ای مهاربند پیچیده بوده و رفتار نامتقارن در کشش و فشار از خود نشان می­دهد و همچنین به دلیل رفتار نامتقارن مهاربند در کشش و فشار، استهلاک انرژی در این حالت مطلوب نمی ­باشد. در این راستا و جهت رفع این نقیصه مهاربندهای مقاوم در برابر کمانش معرفی گردید. مهاربند مقاوم در برابر کمانش سیستم جدیدی از مهاربندهای همگرا می­باشد که در آن، هسته به عنوان عضو تحمل­کننده نیروی محوری عمل کرده و توسط یک مکانیزم خارجی از کمانش­های نامطلوب هسته جلوگیری می­ شود. به این ترتیب مهاربند دارای منحنی چرخه­ای نسبتا متقارن و رفتار یکسان در کشش و فشار بوده و رفتار سازه از لحاظ پایداری و قابلیت جذب انرژی بهبود می­یابد. این سیستم نیز به نوبه خود با محدودیت­هایی در اجرا مواجه می­باشد. از جمله اینکه ساخت این مهاربند تا حدودی دشوار و پیچیده می­باشد و تکنولوژی ساخت آن در انحصار چند شرکت می­باشد. از این­رو ایده استفاده از یک سیستم مهاربند مقاوم در برابر کمانش که مکانیزم ساده و قابل اجرا داشته باشد، مورد توجه قرار گرفته و در این تحقیق به آن پرداخته خواهد شد. ایده اولیه این سیستم برگرفته از مهاربند مورد آزمایش آقای سریدهارا می­باشد که در آن از مواد پرکننده استفاده نشده بود. در سیستم جدید مهاربند ارائه شده هسته مهاربند از جنس فولاد سردنورد می­باشد که توسط یک غلاف فولادی از کمانش­های جانبی آن جلوگیری شده است.
جهت تشریح این سیستم ابتدا بایستی کلیه مراحل انجام کار به صورت مرحله به مرحله بیان شود. بنابراین در این فصل از آن­جایی­که هسته مهاربند از فولاد جدار نازک می­باشد، نخست مقاطع جدار نازک و رفتار کلی و روش­های طراحی آنها شرح داده می­ شود. در ادامه رفتار مطلوب مهاربند تحت زلزله­های خفیف، متوسط و شدید مطالعه می­ شود. در گام بعدی روش طراحی بر اساس سطح عملکرد سازه­ای تشریح شده و در آخر روش انجام تحقیق به طور کامل شرح داده شده و نتایج به تفصیل بیان خواهد شد.

فولاد جدار نازک^[۴۰]

در ساختمان­های فولادی، دو خانواده اصلی اعضای سازه­ای وجود دارد. یک گروه از آنها دسته آشنای مقاطع گرم­نورد شده و اعضای ساخته شده از ورق­ها می­باشد. دسته دیگر که کمتر شناخته شده و اخیراً به مقدار زیادی در صنعت ساختمان­سازی مورد استفاده قرار می­گیرد، مقاطع سرد­نورد شده فولادی بوده که از ورق، نوار یا تسمه­های صاف در ماشین­های غلتک یا دستگاه پرس یا دستگاه­های خم­کن شکل داده می­شوند که تحت عنوان اعضای سازه­ای فولادی سرد نورد شده نامیده می­ شود. ضخامت ورق­ها یا نوارهای فولادی که معمولا در اعضای سازه­ای سرد نورد شده استفاده می­ شود، بین ۴/۰ میلیمتر تا حدود ۴/۶ میلیمتر می­باشد. ورق­های فولادی و میلگردهای به قطر ۲۵ میلیمتر نیز دارای قابلیت نورد سرد به شکل­های سازه­ای می­باشند.]۲۳[
استفاده از فولاد سرد در ساختمان­ها در حدود سال­های ۱۸۵۰ در ایالات متحده و بریتانیای کبیر شروع شد، با این وجود استفاده از این مقاطع چندان رایج نبود. تا اینکه استفاده از این مقاطع در ساختمان­های فولادی توسط وینتر^[۴۱] مورد بازبینی قرار گرفت و از سال ۱۹۴۰ به طور گسترده در ساختمان­ها مورد استفاده قرار گرفت. از سال ۱۹۴۶ استفاده و توسعه ساختمان­های فولادی با مقاطع جدار نازک سرد نورد شده در ایالات متحده با انتشار ویرایش­های مختلف ” ضوابط طراحی برای اعضای سازه­ای سرد نورد شده” مربوط به موسسه آهن و فولاد آمریکا ( AISI ) شتاب بیش­تری پیدا کرد. ]۲۳[
به طور کلی، اعضای سازه­ای فولاد سرد نورد شده مزیت­های زیر را برای ساختمان­ها فراهم می­ کند:
در مقایسه با مقاطع گرم­نورد شده اعضای سبک سرد نورد شده می­توانند برای بارگذاری­های سبک و یا دهانه­های کوتاه تولید شوند.
اشکال غیر متعارف مقاطع (شکل ۴-۱) می­توانند به طور کاملاً اقتصادی به وسیله عملیات نورد سرد تولید شوند و در نتیجه نسبت­های مطلوب مقاومت به وزن برای آنها حاصل می­گردد.