عوامل موثر در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

دو عامل تعیین کننده در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی مانند سیستمهای مهاربند،‌دیوارهای برشی فولادی، قابهای ممان گیر، دیوارهای برشی بتنی و غیره سختی و مقاومت آنها می باشد. که به کمک دیاگرام بار – تغییر مکان جانبی آنها تعیین میگردد. در شکل 6-1 یک نمونه از این دیاگرام ها در یک تصویر کلی نشان داده شده است.
در دیاگرام مذکور شیب خط OA سختی سیستم مقاوم نامیده می شود و Fu مقاومت و یا بار نهایی سیستم مذکور می باشد. همانطور که در شکل 6-1 b مشاهده می گردد رابطه بین بار و تغییر مکان جانبی در محیط الاستیک بصورت زیر است:

(6-1) F=KU

برای تعیین سختی سیستم در هر تراز دلخواه می توان از رابطه (6-1) استفاده نمود.

سختی و مقاومت

با توجه به لزوم کنترل تغییر مکان جانبی در ساختمانها،‌ سختی سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. طبیعتاً همانطور که در شکل 6-1- b مشاهده می گردد سیستم هایی که دارای سختی بیشتری می باشند، تغییر مکان جانبی آنها در مقابل بارهای جانبی کمتر است.

از جمله عواملی که در رابطه با آنها لزوم کنترل تغییر مکان جانبی نقش اساسی دارد، میتوان به موارد زیر اشاره نمود.

• اثرات
• آسیب دیدن اجزاء غیر سازه ای
• حفظ تجهیزات و لوازم حساس در ساختمانهای خاص
• تامین ایمنی

در عمل،‌ هنگامی که بارهای جانبی به سازه اعمال میگردد، سازه جا به جا شده و در نتیجه بارهای قائم نسبت به محورهای قابها و دیوارها خارج از محوری پیدا می نمایند. متعاقب آن سازه تحت اثر لنگری اضافه قرار می گیرد. جابجایی اضافی، باعث لنگر داخلی بیشتر برای تعادل با لنگر اعمالی ناشی از بارهای قائم خواهد شد. این اثر بار قائم ‍P بر تغییر مکان جانبی  به اثر  موسوم است .

دیاگرام بار – تغییر مکان برشی دیوارهای برشی فولادی

در صورتی که یک پانل برشی فولادی به عنوان یک طبقه مجزا به صورت شکل 6-4 در نظر گرفته شود، برای دستیابی به دیاگرام بار – تغییر مکان برشی آن با توجه به تئوری ارائه شده توسط نویسنده و همکار،‌میتوان ورق فولادی و قاب را از یکدیگر تفکیک نموده و دیاگرام مذکور را برای هر کدام از آنها بدست آورد. سپس با جمع آثار آنها به دیاگرام بار – تغییر مکان برشی پانل دست یافت.

دیاگرام بار – تغییر مکان برشی قاب

در صورتی که فرض کنیم اتصالات تیرها به ستون ها گیردار و تیرها کاملاً صلب بوده و رفتار قاب بصورت الاستیک و کاملاً پلاستیک باشد، دیاگرام بار – تغییر مکان برشی آن را می توان بصورت شکل 6-9 نشان داد که در صورت بدست آوردن مختصات نقطه E دیاگرام مذکور تعریف میگردد.

اثر صلبیت تیرها و ستونها روی ورق فولادی

برای آنکه میدان کششی بوجود آمده در ورق فولادی تمام سطح آن را بصورت یکنواخت در برگیرد، ستونها می بایست دارای صلبیت کافی باشند.

پایداری

یکی از عوامل تعیین کننده و حساس در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی، پایداری می باشد. هر گونه ناپایداری در این سیستم ها منجر به خرابی کلی و یا موضعی سازه و نهایتاً ساختمان گردد. عموماً ناپایداری به صورت های زیر در سیستم های مذکور اتفاق می‌افتد.

• ناپایداری اجزای اصلی
• ناپایداری اجزای فرعی
• ناپایداری موضعی

ناپایداری اجزای اصلی مانند ستونها بسیار خطرناک بوده و اغلب منجر به تخریب قسمتی از سازه و یا کل سازه میگردد. لذا دقت در تامین پایداری، به ویژه تامین پایداری اجزاء اصلی سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی بخصوص بارهای جانبی ناشی از زلزله از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. گر چه میتوان با کمی درایت در طراحی سیستم های مذکور از ناپایداری اجزاء فرعی و حتی ناپایداری های موضعی نیز جلوگیری نمود.

در زلزله های نسبتاً شدید و شدید انتظار می رود سیستم مقاوم وارد ناحیه پلاستیک شده و با جذب انرژی، ارتعاش را میرا نماید. در این حالت که سیستم خود به علت جاری شدن اجزاء و احتمالاً اتصالات دچار مشکل می باشد، میتوان تصور نمود وجود ناپایداری در آن چه اثرات مخربی میتواند برای آن به همراه داشته باشد. در چنین شرایطی بروز هرگونه ناپایداری بر روی منحنی های هیسترزیس سیستم اثر گذاشته و خود را در منحنی های مذکور نشان داده و باعث کاهش جذب انرژی سیستم میگردد.

در دیوارهای برشی فولادی، ستونها علاوه بر تحمل بارهای قائم محوری که ناشی از بارهای ثقلی می باشند، می بایست نیروهای نهائی وارده از ورق فولادی را نیز که در شکل های 6-6 و 9-1 نشان داده شده است، تحمل نمایند. لازم است ستونها از نظر کمانش در صفحه دیوار برشی و کمانش خارج از صفحه مذکور با ضریب اطمینان خوبی طراحی گردند. به طوری که وقتی ورق فولادی برای جذب انرژی به حالت پلاستیک می رود، دارای استحکام کافی بوده و دچار کمانش نشوند. همچنین رابطه (6-46) که در بحث 6-2 (اثر صلبیت تیرها و ستونها روی ورق فولادی) ارائه گردیده است در مورد ستون های دیوارهای برشی فولادی می بایست اعمال گردد.

دیوارهای برشی فولادی تقویت شده

در دیوارهای برشی فولادی معمولاً به دو علت عمده زیر از تقویت استفاده میشود.

• جلوگیری از کمانش ورق فولادی در ناحیه الاستیک
• بهبود منحنی های هیسترزیس برای افزایش جذب انرژی

برای جلوگیری از کمانش ورق فولادی در ناحیه‌الاستیک و بهبود منحنی های هیسترزیس، یا می بایست ضخامت ورق تا حد زیادی افزایش یابد که بسیار غیر اقتصادی می باشد و یا باید ورق فولادی به کمک سخت کننده ها ، تقویت شده و به تعدادی زیر صفحه تقسیم شود، (شکل 9-2). ابعاد زیر صفحه ها و سختی تقویت کننده ها لازم است طوری طراحی گردند که از کمانش کلی ورق فولادی و کمانش زیر صفحه ها در ناحیه الاستیک جلوگیری به عمل اید.

ظرفیت خمشی دیوار برشی

وقتی که دیوار برشی با سخت کننده باشد، جهت رسیدن به تسلیم برشی قبل از کمانش صفحه، درصد قابل ملاحظه ای از ممان واژگونی می تواند توسط سخت کننده صفحه دیوار تحمل شود. هر چند در دیوارهای برشی بدون سخت کننده، کمانش ناشی از ممان واژگونی توسط ستون های کناری تحمل می شود.

• مقدمه
• سختی و مقاومت
• ۶-۱ دیاگرام بار – تغییر مکان برشی دیوارهای برشی فولادی
• قبل از کمانش
• پس از کمانش
• اثر صلبیت تیرها و ستونها روی ورق فولادی
• پایداری
• دیوارهای برشی فولادی تقویت شده
• ۴-۷- طراحی تیرها و ستون های بالا و پایین
• ۴-۸- ظرفیت برشی دیوارهای برشی فولادی
• ظرفیت خمشی دیوار برشی
• ۴-۱۰- ظرفیت های ترکیب V-M,V-M-P دیوار برشی فولادی
• ۴-۱۱-۱- تغییر مکان ها
• ۴-۱۱-۱-۱- تغییر مکان برشی
• ۴-۱۱-۱-۲- تغییر مکان خمشی
• طراحی دیوار برشی فولادی تقویت شده
• نوع تقویت در پانل برشی