بادبند BRB ، دیوار برشی فولادی
یکی از متداولترین روشهای ترمیم و مقاوم سازی سازه های فلزی، استفاده از مهاربندی فولادی ( بادبند BRB ، دیوار برشی فولادی ) است.
نتایج تحقیقات نشان میدهد که استفاده از این سیستم در مقایسه با دیگر روش ها از جمله دیوار برشی یا مصالح بنایی یک روش مناسب برای مقاوم سازی ساختمانهای موجود در برابر نیروهای جانبی ناشی از زلزله است که منجر به کنترل جابجایی افزایش شکل پذیری و مقاومت ساختمان می شود.
در این مقاله سعی بر آن است که اثر انواع مختلفی از این مهاربندیها بر رفتار جانبی ساختمانها مورد بررسی و تعمق قرار گیرد. مدلها به روش استاتیکی تحلیل شده و نتایج تحلیلهای فوق به صورت پارامترهای سازه ای شامل سختی و مقاومت نهایی بیان شده است. هدف از این رساله انجام مطالعه دقیق بر روی رفتار قابهای فلزی که توسط بادبند K و دیوار برشی فولادی مقاوم سازی شده اند در مقابل بارگذاری زلزله و ارزیابی ظرفیت پارامترهای اصلی این نوع سازه ها می باشد.
مقدمه درباره بادبند BRB و دیوار برشی فولادی
در این فصل به بررسی بیان مسئله تحقیق اهداف فرضیات اهمیت و ضرورت انجام تحقیق و همچنین جنبه نوآوری آن پرداخته شده و در انتهای فصل کلیات مورد بررسی در پایان نامه ارائه شده است.
۲-۱- بیان مسئله
کشور ایران به دلیل قرارگیری بر روی کمربند زلزله خیز آلب هیمالیا جزء کشورهای زلزله خیز جهان به شمار می رود. از این رو اهمیت استفاده از سیستمهای سازه ای مقاوم و اقتصادی که رفتار لرزه ای مناسبی را در هنگام وقوع زلزله از خود نشان دهد کاملاً احساس میشود. امروزه فلسفه اصلی آئین نامه های طرح لرزه ای سازه ها جلوگیری از تلفات جانی کنترل خسارت و طرح اقتصادی آنها می باشد.
بدین منظور در سالهای اخیر تحقیقات زیادی در خصوص دستیابی مناسب به سه عامل سازه ای مقاومت، سختی و شکل پذیری در طراحی سازه ها صورت گرفته است. سیستم هایی که سه پارامتر سازه ای فوق در آنها به خوبی تامین شده باشد از پتانسیل کافی برای تحمل بارهای جانبی برخوردارند.
بر این اساس سیستم های باربر جانبی زیادی تاکنون مطرح و مورد استفاده قرار گرفته اند که هر کدام از این سیستم های سازه ای متداول در فرآیند مقابله با نیروهای جانبی در ناحیه خطی و غیر خطی دارای مزیت ها و معایبی هستند.
بعنوان مثال سیستم قاب مقاوم خمشی به علت داشتن فاصله آزاد قابل توجه بین ستون ها برای تعبیه بازشوها از لحاظ معماری سیستم مناسبی است و از شکل پذیری و قابلیت استهلاک انرژی نسبتاً مطلوبی برخوردار است؛ ولی به علت سختی جانبی کم تغییر مکان افقی زیادی در مقابل نیروهای جانبی از خود نشان داده و لذا از اثر P-A به شدت رنج میبرد که این مساله باعث تغییر اقتصادی شدن این سیستم در مقایسه با سایر سیستم ها می شود.
علاوه بر این قابهای مهاربندی شده یکی دیگر از شکلهای متداول اجرای سازه های فولادی در ایران است. سیستمهای مهاربندی ساختمانها در برابر زلزله ممکن است به روش های مختلف طرح و اجرا شوند. کاربرد هر کدام از انواع مهاربندها بستگی به شرایط خاص خود دارد.
از متداول ترین سیستمهای مهاربندی که در ایران طراحی و اجرا می شوند می توان به سیستم های مهاربندی هفت (۷) هشت (۸) و (X) اشاره کرد که با توجه به اینکه در پژوهش حاضر، هدف اصلی بررسی اثر مهاربند BRB و دیوار برشی فولادی بر عملکرد سازه می باشد، در ادامه به تشریح این نوع از مهاربندها پرداخته شده است .
مهاربند یکی از متداول ترین انواع مهاربندی در ایران است که طرح و اجرای آن در بیشتر ساختمان های فولادی به چشم می خورد و به دو نوع مهاربند هم مرکز و مهاربند خارج از مرکز تقسیم می شود. در قاب هایی که مهاربند هم مرکز دارند محور مهاربندها تقریباً از محل محورهای تیر و ستون عبور می کند. از خصوصیات ویژه این نوع مهاربندی سختی بسیار زیاد آن است که کاربرد این نوع سیستم سازه ای را بسیار رایج نموده است.
در صورتی که اعضای مهاربند ضربدری در مرکز به یکدیگر به گونه مناسبی اتصال داشته باشند. باعث کاهش طول کمانش مهاربند میشوند؛ بنابر این دیده میشود که اعضای ضربدری مهاربند بیشتر در وسط به یکدیگر متصل است. ممکن است اتصالات مفصلی قابهایی که مهاربندی می شوند. شکل های مختلفی داشته باشد که این فرم اتصالات با نظر طراح و توان اجرایی مجری ساختمان انتخاب می شود. در محاسبات این اتصالات مفصلی فرض میشوند و هیچ تفاوتی از نظر گیرداری با یکدیگر ندارند. در حالی که در اجرای این اتصالات چنین نیست و همواره درصدی گیرداری بر حسب نوع اتصال در آنها به وجود می آید.
علاوه بر سیستم های متداول مذکور اخیراً استفاده از دیوارهای برشی فولادی به عنوان یک گزینه اقتصادی و سهل الاجرا برای مقاوم سازی سازه ها و مقاومت در برابر بارهای جانبی پیشنهاد شده و توسط مهندسین سازه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. دیوار برشی فولادی از دهه ۱۹۷۰ میلادی به عنوان سیستم مقاوم در برابر نیروهای جانبی مانند یاد و زلزله در ساختمانها خصوصاً ساختمان های بلند مورد توجه قرار گرفته است. این پدیده نوین که اخیراً بصورت گسترده ای ترویج یافته، در ساخت ساختمان های جدید و همچنین تقویت ساختمانهای موجود به خصوص در کشورهای زلزله خیزی همچون ژاپن و آمریکا بکار گرفته شده است.
تکنولوژی طراحی و ساخت دیوار برشی فولادی طی سالهای اخیر پیشرفت چشمگیری داشته است و ضوابط طرح و اجرای آن در آیین نامه های مختلف مانند آیین نامه فولاد کانادا آیین نامه لرزه ای AISC و ضوابط FEMA450 وارد شده است. این سیستم دارای سختی مناسبی برای کنترل تغییر شکل سازه و همچنین دارای مکانیزم شکست شکل پذیر و اتلاف انرژی بالا می باشد. سختی و اتلاف انرژی دیوارهای برشی فولادی بهتر از دیوارهای برشی بتنی بوده و اجرای آنها در یک ساختمان به مراتب ساده تر است.
مطالعات نشان داده اند که انواع مجموعه های خمشی مقاوم در برابر بارهای جانبی را می توان اعضایی از مجموعه سازه طره ای دانست که در هنگام اعمال بار جانبی به آنها در مد خمشی و برشی متفاوتی تغییر مکان می دهند ۲ و ۳ پاسخ خمشی شامل ترکیب خمش کلی مجموعه در اثر تغییر شکل های محوری اعضای قائم و خمش یک انحنایی آنها میباشد. پاسخ برشی کنش رفتار طره ای قاب در اثر تغییر شکل اعضای جان است.
رفتار طره ای در قابهای مهاربندی شده ناشی از تغییر شکلهای محوری تیرها و مهاربندها بوده و در دیوار برشی ناشی از خمش ستونها و تیرها میباشد. از نظر تشوری و با توجه به سختی های نسبی دیوارها و تیرها دیوار برشی قادر است در مد خمشی و برشی پاسخگوی نیاز سازه باشد. و به همین دلیل استفاده از این سیستم برابر جانبی در سالهای اخیر با اقبال زیادی مواجه شده است.
در طراحی سازه باید کنترل خرابی زلزله و کنترل تغییر شکلهای ساختمان لحاظ گردد. در واقع تامین ایمنی جانی برای ساکنان در زلزله های شدید باید در نظر گرفته شود بدین منظور اگر سازه طوری طراحی شود که در برابر زلزله ای شدید در محدوده ارتجاعی بماند سازه از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و در ضمن نمی توان بزرگترین زلزله ای که سازه در طی عمر خود تجربه میکند را بطور تقریبی تعیین نمود
فلسفه طراحی در ساختمانهای امروزه مبتنی بر این اصل است که سازه در برابر زلزله های کوچک در محدوده ارتجاعی باقی بماند ولی در زلزله های متوسط و بزرگ وارد ناحیه غیر خطی شده و با حفظ پایداری خود نیروی زلزله را مستهلک کند. با توجه به مطالب فوق نیاز به تحلیلهای غیر خطی می باشد.
ولی بدلیل مشکل بودن و پرهزینه بودن این تحلیل ها آیین نامه ها شیوه دیگری را اتخاذ کرده اند، بدین صورت که پس از بدست آوردن نیروی برش پایه از تحلیل خطی آن را با تقسیم کردن در ضریب رفتار کاهش داده و در واقع سازه را برای مقاومتی کمتر از آنچه که برای نگهداشتن آن در حالت ارتجاعی مورد نیاز است طراحی می کنند.
سیستم های مقاومت جانبی دوگانه از دو سیستم تشکیل شده اند که یکی از آنها قاب خمشی می باشد. و سیستم مقاوم جانبی دیگر میتوان انواع بادبند یا دیوار برشی باشد از طرفی با توجه به زمانبر بودن و هزینه بالای انجام آزمایشات و دقت پایین روشهای تحلیلی در تحلیل غیر خطی سازه ها در تحقیق حاضر جهت صرفه جویی زمانی و کاهش محاسبات و ….. امکان بررسی متغیرهای بیشتر و ارائه نتایج شماتیک و
کاملتر با استفاده از نرم افزار ANSYS به شبیه سازی اثر دیوار برشی و مهاربندهای BRB در ساختمان های مهاربندی شده پرداخته می شود.
با توجه به مطالب فوق الذکر در پژوهش حاضر سعی خواهد شد تا به کمک مدلسازی های کامپیوتری با استفاده از نرم افزار ANSYS ، تاثیر عملکرد دیوار برشی فولادی و مهاربندهای BRB بر رفتار سازه های فولادی با روش تحلیل پوش اور مورد بررسی قرار گیرد.
اهمیت و ضرورت انجام تحقیق درباره بادبند BRB و دیوار برشی فولادی
با مشاهده نقشه لرزه خیزی جهان میتوان به این نکته پی برد که کشور ایران از جمله کشورهای زلزله خیز بوده و بر روی تعداد زیادی گسل قرار گرفته است که این امر سبب شده تا هر چند وقت یک بار اخبار زلزله ای شدید در نقاط مختلف کشور به گوش برسد و به دنبال آن خطرات و خسارات جبران ناپذیری به وجود آید بدین ترتیب در نظر گرفتن نیروی زلزله و سیستم باربر جانبی مناسب با آن برای طراحی سازه های جدید توسط مهندس طراح غیر قابل انکار بوده و این امر میتواند در کاهش خسارت و تلفات، نقش بسیار موثر و مفیدی داشته باشد.
تاکنون سیستمهای باربر جانبی زیادی طرح گشته و مورد استفاده قرار گرفته اند که هر کدام به نوبه خود دارای مزایا و معایبی هستند؛ با مروری بر فرمهای سازه ای میتوان گفت که در حالت عمومی، برای ساختمانها بارهای جانبی را مجموعه های خمشی سخت نظیر قابهای خمشی قابهای صلب قابهای مهاربندی شده دیوارهای برشی و … تحمل می کنند.
اهداف علمی درباره بادبند BRB و دیوار برشی فولادی
در پژوهش حاضر سعی بر آن است تا با بررسی رفتار پوش آور ساختمانهای مهاربندی شده تحت تاثیر مهاربندهای BRB و دیوار برشی با استفاده از نرم افزار ANSYS دقت استفاده از روش غیر خطی در این دو نوع سیستم مقاوم باربر جانبی بر عملکرد سازه مورد ارزیابی قرار گیرد.
