تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی در ساختمان های بلند 11 w

لینک دانلود و خرید پایین توضیحات

فرمت فایل word  و قابل ویرایش و پرینت

تعداد صفحات: 11

تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی در ساختمان های بلند

مرتضی کاظمی تربقان،دانشجوی کارشناسی ارشد سازه،دانشگاه علوم وفنون مازندران

چکیـده

سازه های بلند دارای فرم های سازه ای مختلفی می باشد.یکی‌ از‌ این‌ فرم‌های‌ سازه‌ای،‌ سازه‌های‌ با مهار‌ بازویی‌ می‌باشد‌ این فرم‌ سازه‌ای‌ دارای‌ یک‌ هسته مرکزی‌ که متشکل‌ از دیوارهای‌ برشی‌ و یا قاب‌‌های‌ مهار‌بندی‌ شده‌ می‌باشد، که هسته مرکزی‌ توسط‌ خرپاهای‌ باز‌و مانند‌ یا شاه‌ تیرها‌یی به نام مهار بازویی به ستون‌های‌ خارجی‌ متصل‌ می‌شود.این مهارها از چرخش هسته جلوگیری می کنند و باعث می شوند که تغییر مکان های جانبی و لنگر های هسته از حالتی که به تنهایی بارها را تحمل می کند کمتر گردد.از سازه‌هایی‌ که این فرم‌ سازه‌ای‌ را دارا بودند‌ می‌توان به ساختمان ‌WTC در آمریکا‌ اشاره نمود.

در این پژوهش موقعیت‌ بهینه‌ مهار‌ بازویی‌ با استفاده از روش‌های متعارف‌ موجود درحالت های استفاده از یک و دو مهار بازویی مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.همچنین تاثیر انواع بارگذاری جانبی بر این موقعیت بهینه نیز مورد ارزیابی واقع شده است.

پارامتری که مبنای تعیین این موقعیت بهینه قرارگرفته شده است،تغییر مکان جانبی بالای سازه می باشد.

کلمات کلیدی:مهار بازویی،قاب محیطی،هسته،موقعیت بهینه

مقدمـه

هنگامی که فرم سازه‌ای،شامل قاب محیطی و هسته می‌‌باشد، جهت انتقال نیروها از قاب محیطی به هسته بایستی از یک تیر عمیق به نام مهار بازویی استفاده نمود. هنگامی که ساختمان تحت اثر بار افقی قرار می‌گیرد، مهارهای بازویی از چرخش هسته جلوگیری می‌کنند و باعث می‌شوند که تغییر مکان‌های جانبی و لنگرهای هسته از حالتی که به تنهایی بارها را تحمل می‌کند کمتر گردد.یکی از مهم ترین مسا یل در این فرم سازه ای تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی می باشد.در این پژوهش سعی شده است این موقعیت با استفاده از روش های متعارف موجود تعیین گردد.هم چنین اثر انواع بارگذاری بر موقعیت بهینه مهار بازویی مورد بررسی قرارگرفته شده است.نرم افزار استفاده شده جهت آنالیز ETABS می باشد.شایان ذکر است، پارامتری که مبنی تصمیم‌گیری در تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی در این پژوهش قرار گرفته است، تغییر مکان افقی بالای سازه می‌باشد.

فرضیات آنالیـز

1ـ رفتار سازه الاستیک خطی در نظر گرفته شده است.

2ـ از سختی خمشی کف‌‌ها صرف‌نظر شده است.

3ـ مهارهای بازویی به صورت صلب، به هسته و هسته به صورت صلب، به پی متصل شده است.

4ـ خواص هندسی مقطع هسته، ستون‌ها و مهارهای بازویی، در راستای ارتفاع یک‌نواخت در نظر گرفته شده است.

5ـ مهار بازویی صلب در نظر گرفته شده است.

با فرض‌هایی انجام شده، مدل تحلیلی برای مثال مزبور، یک تیره طره مقید بوده، که می‌توان از روش‌های کلاسیک موقعیت بهینه مهار بازویی را تعیین نمود.

تعیین موقعیت‌ بهینه‌ مهار بازویی

در ابتدا، روابط کلی جهت تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی ارائه شده است. و سپس این موقعیت بهینه در حالت‌های مختلف و براساس روابط ارائه شده تعیین می‌گردد.

تعیین لنگرگیرداری اعمالی از مهار بازویی به هسته

برای نشان دادن روش آنالیز، از یک سازه با دو مهار بازویی استفاده شده است (شکل1). آنالیز سازه‌هایی با کمتر یا بیشتر از دو مهار بازویی را نیز می‌توان براساس همین روش محاسبه نمود.

جهت بدست آوردن لنگر گیرداری اعمالی از مهار بازویی به هسته، از روابط سازگاری تعادل بین چرخش هسته و چرخش مهار بازویی در هر تراز مهار بازویی استفاده می‌شود. چرخش هسته برحسب تغییر شکل خمشی آن، و چرخش مهاربازویی برحسب تغییر شکل‌های محوری ستون‌ها و خمش مهار تعریف می‌گردد. [1]

میزان چرخش هسته را می‌توان با استفاده از روش لنگر ـ سطح در ترازهای مختلف تعیین نمود.

(1)

(2)

در روابط فوق:

EI = صلبیت خمشی کل هسته

H = ارتفاع کل هسته

= چرخش هسته در تراز 1

= چرخش هسته در تراز 2

= شدت بار افقی

و = فاصله مهارهای بازویی 1 و 2 از بالای هسته

و = لنگرهای گیرداری مهارهای بازویی 1 و 2 در اتصال به هسته.

چرخش مهارهای بازویی شامل دو مولفه می‌باشد: یک چرخش ناشی از تغییر شکل‌‌های محوری ستون‌ها و یک چرخش، ناشی از خمش مهار بازویی. با توجه به فرض صلبیت مهار بازویی، چرخش ناشی از خمش مهار بازویی صفر می‌باشد. [2]

در نتیجه چرخش انتهای داخلی مهار بازویی در ترازهای مختلف را می‌توان از روابط زیر تعیین نمود:

(3)

(4)

که در روابط فوق K عبارت است از

(5)

حال با مساوی قرار دادن چرخش هسته و مهارهای بازویی در ترازهای مختلف خواهیم داشت:

چرخش در تراز 1

چرخش در تراز 2

پس از ساده‌سازی روابط (6) و (7) و حل هم‌زمان آن‌ها می‌توان مقادیرM1 و M2 را نیز محاسبه نمود

پس از تعیین لنگرهای گیرداری، لنگر موجود در هسته به صورت زیر بدست می‌آید:

(8)

تعیین تغییر مکان افقی

تغییر مکان افقی سازه را می‌توان با استفاده از نمودار لنگر خمشی مربوط به هسته و از روش لنگر ـ سطح محاسبه نمود.

با توجه به این‌که محاسبه رابطه عمومی تغییر مکان در ارتفاع سازه بسیار پیچیده خواهد بود، لذا، تنها جابه‌جایی بالای سازه تعیین می‌شود. [3]

(9)

لازم به ذکر می‌باشد، جمله اول رابطه (9)، تغییر مکان بالای هسته ناشی از بار گسترده یکنواخت می‌باشد، و چنان‌چه نوع بارگذاری تغییر نماید، آن عبارت نیز تغییر خواهد نمود.

تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی

برای تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی بایستی محلی را پیدا نمود، که چنان‌چه مهار بازویی در آن محل قرار گیرد، تغییر مکان افقی بالای سازه کم‌ترین مقدار خود را داشته باشد. تعیین این محل با حداکثر نمودن میزان کاهش جابه‌جایی[ دومین جمله سمت راست رابطه (9)] صورت می‌گیرد. [4]

برای یک سازه با دو مهار بازویی، دومین جمله رابطه تغییر مکان(رابطه 9) با مشتق‌گیری، ابتدا نسبت به و سپس نسبت به به حداکثر مقدار خود می‌رسد، در نتیجه:

(10 الف)

(10 ب)

با حل هم‌زمان روابط(10) مقادیر و که مبین ترازهای بهینه مهارهای بازویی می‌باشند تعیین می‌شود.

تعیین موقعیت بهینه مهار بازویی دریک سازه تحت بار جانبی گسترده یک‌نواخت

بر طبق آنچه قبلاً توضیح داده شد می‌توان موقعیت بهینه‌ مهار بازویی در یک سازه تحت بار جانبی گسترده یک‌نواخت ( شکل2) را به صورت زیر تعیین نمود:

شکل 2 سازه‌ با یک‌ مهار‌بازو‌یی تحت بار‌ جانبی گسترده یکنواخت

با توجه به روابط ذکر شده تغییر مکان بالای سازه در این حالت برابر است با:

(11)

با مشتق گرفتن از رابطه (11) نسبت به x و برابر صفر قرار دادن آن، موقعیت بهینه مهار بازویی محاسبه می‌گردد.

(12)

حال جهت بررسی نتیجه بدست آمده از حالت تئوری و مدل واقعی، یک قاب صلب 50 طبقه، که در دهانه وسط آن یک دیوار برشی به عنوان هسته قرار دارد به وسیله نرم‌افزار مدل گردیده، و مهار بازویی در طبقات مختلف قرار داده شده و در هر یک از حالات تغییر مکان افقی بالای سازه اندازه‌گیری شده است. نتایج حاصل از این اندازه‌گیری‌ها را می‌توان در شکل (3) مشاهده نمود. جهت سهولت در مقایسه، نمودار برحسب تغییر مکان افقی بالای سازه هنگامی که مهار بازویی در آن تراز واقع شده باشد، مقیاس شده است در ادامه با توجه به این‌که از سختی خمشی کف صرف‌نظر شده است، یک مهار بازویی در بالای سازه قرار داده شده است، و مهار بازویی دیگر در ترازهای مختلف جابه جا شده است. که می‌توان نتایج حاصل از این آنالیز را نیز در شکل (3) مشاهده نمود.

شکل 3 موقعیت بهینه مهار بازویی در یک سازه تحت بار جانبی یکنواخت

تعیین موقعیت بهینه‌ مهار بازویی در سازه غیر یکنواخت

در مبحث قبل موقعیت بهینه مهار بازویی هنگامی‌که سطح مقطع اعضا ثابت بود مورد بررسی واقع شد، ولی با توجه به اینکه استفاده از سطح مقطع ثابت باعث غیراقتصادی شدن سازه می‌گردد. به منظور مقایسه و درک اثر تغییر در سطح مقطع ستون‌ها، در این قسمت همان سازه در نظر گرفته می شود،