ساختمان فولادی تحلیل استاتیکی تحلیل دینامیکی تنش مجاز، ضرایب بار و مقاومت
انتخاب بهینه ترین روش تحلیل و طراحی به گونه ای که منجر به اقتصادی تر شدن مقاطع سازه ای گردد میتواند به عنوان یکی از بهترین و موثرترین تصمیم گیریها به منظور کاهش وزن ساختمان تلقی شود. با توجه به اینکه برای برخی از ساختمانها و در چارچوب آیین نامه ها، بکارگیری هر یک از روشهای مختلف تحلیل لرزه ای و روشهای مختلف طراحی مجاز شمرده شده است، لذا انتخاب مناسب از میان این گزینه های مجاز منجر به اقتصادی ترین طرح خواهد شد.
در این تحقیق ساختمان فولادی منظمی با تعداد طبقات مختلف و با سه سیستم سازه ای قاب مهاربندی شده قاب خمشی و سیستم دوگانه در نظر گرفته شده است.
برای تحلیل نیروهای ناشی از زلزله از دو روش تحلیل استاتیکی معادل و تحلیل دینامیکی طیفی استفاده شده است. در ادامه نیز برای هر یک از دو روش تحلیل فوق دو روش طراحی تنش مجاز و ضرایب بار و مقاومت بکار گرفته شده است تا بهترین ترکیب روش تحلیل و طراحی و اقتصادی ترین سیستم سازه ای بدست آید. نتایج حاصل از این تحقیق در قالب جداول و نمودارهایی به منظور مقایسه بهتر ارایه می گردد.
کلمات کلیدی: ساختمان فولادی تحلیل استاتیکی تحلیل دینامیکی تنش مجاز، ضرایب بار و مقاومت
مهندسی ارزش ساختمان فولادی
مهندسی ارزش تلاشی است سازمان یافته که با هدف بررسی و تحلیل تمام فعالیت های یک طرح از زمان شکل گیری تفکر اولیه تا مرحله طراحی و اجرا و سپس راه اندازی و بهره برداری انجام می شود و به عنوان یکی از کارآمدترین و مهمترین روشهای اقتصادی در عرصه فعالیت های مهندسی شناخته شده است.
افزایش پیوسته هزینه های اجرایی و توسعه روز افزون فن آوری حذف آن بخش از هزینه ها را که نقشی در ارتقای کیفیت ندارند و از لحاظ اجرایی نیز غیر ضروری میباشند الزامی ساخته است.
به کارگیری مهندسی ارزش در پروژه های اجرایی با توجه به پیچیدگی کارها به ویژه در طرح های بزرگ اجرایی می تواند به ابزار بی چون و چرای مدیریت در کنترل هزینه ها تبدیل شود. هدف این روش از میان برداشتن با اصلاح هر چیزی است که موجب تحمیل هزینه های غیر ضروری می شود.
بدون آنکه آسیبی به کارکردهای اصلی و اساسی طرح وارد آید مهندسی ارزش، مجموعه ای متشکل از چندین روش فنی است که با بازنگری و تحلیل اجزای کار قادر خواهد بود اجرای کامل طرح را با کمترین هزینه و زمان تحقق بخشد. روشهای مهندسی ارزش می تواند موجب اصلاح و ارتقای کیفیت فرایندهای تولید صنعتی و انجام طراحی های جدید در هر مرحله از یک پروژه اجرایی گردد.
برخلاف آنچه که در صنایع تولیدی مرسوم است و میتوان یک روش اصلاحی را همواره در مراحل بعدی تولید یک محصول خاص نیز اجرا کرد در پروژه های ساختمانی که هر سازه دارای شرایط ویژه ای است حدود به کارگیری یک روش اصلاحی مهندسی ارزش، محدود به همان پروژه است گذشته از این امکانات صرفه جویی در هزینه های یک پروژه اجرایی نیز در مراحل مختلف آن تفاوتهای بسیار پیدا میکند.
با آنکه روش مهندسی ارزش را می توان در تمام مراحل یک پروژه اجرایی به کار گرفت بیشترین مزایای آن زمانی حاصل می شود که در نخستین مراحل برنامه ریزی و طراحی به کار گرفته شود. نوآوری و جنبه های کاربردی مهندسی ارزش، این روش را از روشهای سنتی و متعارف کاهش هزینه ها متمایز میگرداند.
روشهای سنتی کاهش هزینه ها، عموماً از تجربیات گذشته نگرشها و عاداتی که جنبه تکرار به خود گرفته است، تبعیت می کند و اثری از خلاقیت در آنها دیده نمی شود.
مهندسی ارزش برعکس، اطلاعات، شناسایی عرصه های مشکل دار، پیشنهاد و تدوین روشها و طرح های ابتکاری پرورش اندیشه های نو و تلفیق همه جانبه دیدگاهها را مطرح می سازد.
بدون شک یکی از مهمترین دغدغه ها و معیارها در طراحی سازه ها کاهش وزن ساختمان و به تبع آن اقتصادی شدن طرح ها میباشد. بطور خاص در ساختمانهای فولادی معیار فوق بصورت کاهش میزان فولاد مصرفی نمایان میشود.
برای نیل به این هدف سعی بر این است تا حد امکان سطح مقطع اعضای سازه ای به حداقل ممکن کاهش یابند یکی از راههای رسیدن به شرایط فوق استفاده از تمامی ظرفیت های آیین نامه های مورد استفاده جهت تحلیل و طراحی سازه ها می باشد.
به منظور تحلیل لرزه ای ساختمان طبق استاندارد ۲۸۰۰ ایران میتوان از روشهای تحلیل استاتیکی معادل و تحلیل دینامیکی طیفی استفاده کرد. تحلیل استاتیکی معادل برای برخی ساختمانها و تحلیل دینامیکی برای تمامی ساختمانها مجاز میباشد.
بنابراین در صورتی که ساختمان مورد نظر طبق استاندارد ۲۸۰۰ شرایط استفاده از روش تحلیل استاتیکی معادل را داشته باشد، می توان به عنوان گزینه ای دیگر از تحلیل دینامیکی نیز برای آنالیز لرزه ای سازه بهره گرفت و از نتایج هر یک که منجر به نیروهای کوچک تر و در نتیجه طرحی اقتصادی تر می شود استفاده کرد.
به منظور طراحی ساختمانهای فولادی نیز میتوان از دو روش تنش مجاز (ASD) و ضرایب بار و مقاومت (LRED) بهره برد. طراحی سازه های فولادی بر اساس تنشهای مجاز به عنوان روش سنتی طراحی و روش حالات حدی مانند روش ضرایب بار و مقاومت به موازات طراحی به روش تنش های مجاز شناخته میشود.
با بکارگیری این دو روش طراحی و مقایسه نتایج طراحی حاصل از آنها می توان از نتایج طراحی هر یک که منجر به سازه ای سبک تر می شود، بهره گرفت.
در این تحقیق سعی خواهد شد تا با بررسی گزینه های مختلفی که برای انتخاب سیستم سازه ای باربر جانبی، روش آنالیز و روش طراحی وجود دارد اقتصادی ترین طرح مشخص شده و ارتباط بین متغیرهای مختلف حاکم بر طرح تعیین گردد.
پس از اتمام مراحل آنالیز و طراحی هر یک از این حالتها برای هر مورد میزان فولاد مصرفی محاسبه شده و در قالب جداول و نمودارهایی ارائه میشود. این جداول به گونه ای تنظیم خواهند شد. که بتوان اثر هر یک از پارامترها ارتفاع ساختمان سیستم باربر جانبی روش آنالیز و روش طراحی را با ثابت نگه داشتن سایر پارامترها در هر حالت مورد بررسی قرار داد.
به علت ذخیره شدن مقادیر زیادی انرژی در درون زمین و با توجه به نظریه جابجایی قاره ها، تغییرات عمده ای در قسمت های سطحی زمین رخ میدهد که زمین لرزه یکی از این تغییرات است. به عبارت دیگر زمین لرزه پدیده انتشار امواج در زمین به علت آزاد شدن مقدار زیادی انرژی ناشی از اغتشاش سریع در پوسته زمین و یا در قسمتهای بالایی گوشته در مدت کوتاه می باشد.
کانون و مرکز زلزله
محلی که منشاء زلزله بوده و انرژی به یک باره از آنجا آزاد و رها میگردد کانون زلزله و نقطه ای واقع بر سطح زمین که در بالای کانون قرار دارد مرکز زلزله نامیده میشود (محل تلاقی شعاعی از مرکز زمین که از کانون گذشته و به سطح زمین می رسد.
امواج زلزله
دو نوع موج از کانون زلزله منتشر میشود : حجمی و سطحی امواج حجمی خود به امواج طولی و عرضی تقسیم میشوند. ارتعاش امواج طولی در امتداد انتشار موج و امواج عرضی عمود بر این امتداد صورت می گیرد. سرعت امواج طولی و عرضی با یکدیگر متفاوت است. در نتیجه در نقطه ای دور از کانون ابتدا امواج طولی و سپس عرضی دریافت میشود و از روی فاصله زمان دریافت این دو موج و با داشتن سرعت انتشار هر کدام میتوان فاصله کانون زلزله تا نقطه مورد نظر را محاسبه نمود.
شدت زلزله
تعيين اندازه زلزله توسط پارامترهای مختلفی از جمله شدت زلزله انجام میشود. شدت زلزله که به مقیاس مرکالی مشهور است در سال ۱۹۰۲ توسط مرکالی پیشنهاد شد. در این مقیاس شدت زلزله به صورت تابعی از احساس و دریافت انسان و موجودات زنده و نیز تاثیر زلزله بر ساختمانها بیان میشود.
اندازه زلزله بستگی زیادی به انرژی آزاد شده دارد. از سوی دیگر دامنه ارتعاش حاصل از زلزله در فاصله معینی از مرکز زلزله ارتباط مستقیمی با انرژی آزاد شده دارد. از این رو ریشتر اول بار در سال ۱۹۳۵ بزرگی را چنین تعریف کرد:
M-log A
در این رابطه M بزرگی درجه (ریشتر) و ۸ دامنه لرزه نگاشتی است که از یک دستگاه لرزه نگار در فاصله صد کیلومتری مرکز زلزله بدست آمده باشد ( ۸ بر حسب میکرون ). چون امکان کمی وجود دارد که همیشه در فاصله صد کیلومتری مرکز زلزله ایستگاه داشته باشیم، از رابطه زیر استفاده می شود.
Mlog A log Ao
دامنه بیشینه لرزه نگاشت در یک ایستگاه دلخواه برای زلزله مورد نظر و ۸۰ نظیر A اما برای زلزله معینی است که به عنوان استاندارد برگزیده شده است.
انرژی آزاد شده
بخشی از انرژی آزاد شده به صورت امواج زلزله انتشار می یابد و بخشی دیگر صرف جابجایی گسل ها و خرد شدن سنگها میشود. گوتنبرگ و ریشتر سال ۱۹۵۶ رابطه زیر را برای انرژی آزاد شده ارائه نموده اند.
Log E-4.8+1.5 M
