بررسی فنی و اقتصادی کاهش جرم در ساختمانهای فولادی مقاوم در برابر زلزله

نیروی زلزله وارد بر ساختمان متناسب با جرم ساختمان است و افزایش جرم ساختمان به منزله افزایش نیروی جانبی وارد بر ساختمان و به تبع آن افزایش هزینه مقاوم سازی ساختمان در برابر زلزله است. در سا ختمانهای فلزی، معمولاً از سیستم های سازه ای، همچون قاب مقاوم خمشی (MRF)، قاب مهاربندی هم مرکز (CBF) و قاب مهاربندی خارج از مرکز (EBF) برای مقابله با بارگذاری معمولی در حدود الاستیک خطی استفاده شده است؛ درحالیکه بارگذاریهای شدید با استفاده از مفصل پلاستیک مقابله می شوند. در این مطالعه اثرات کاهش وزن سقف و دیوارها و انتخاب نوع سیستم سازه ای در کاهش مقدار فولاد مصرفی ساختمان مورد بررسی قرار گرفته است. بدین منظور دو نمونه ساختمان با تعداد طبقات 5 و 10، با پلان مشابه ساختمانهای منظم در ضوابط آیین نامه 2800 که امکان محاسبه نیروی زلزله به روش تحلیل استاتیکی معادل را فراهم می نماید، انتخاب شده است. در نمونه های انتخابی و در هر دو امتداد ساختمان چهار سیستم سازه ای متفاوت، یعنی قاب ساده با مهاربند هم محور ، قاب ساده با مهاربند برون محور ، قاب خمشی با مهاربند هم محور و قاب خمشی با مهاربند برون محور درنظرگرفته شده است. از میان انواع مهاربندهای هم محور، مهاربندهای ضربدری و چورن و از میان مهاربندهای برون محور، مهاربند V معکوس با دو مقدار خروج از محوری میانی انتخاب شده است. به منظور بررسی اثرات کاهش وزن سقف و دیوارها نیز برای هر نمونه به ترتیب دو و سه حالت متفاوت که بطور نسبی سنگین ، نیمه سنگین و سبک نامگذاری شده، درنظرگرفته شده است. درنتیجه برای هر نمونه ساختمان 48 حالت و جمعاً برای دو نمونه ساختمان 96 حالت مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته و آنالیز و برآورد مصالح مصرفی انجام شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که وزن فولاد مصرفی در ساختمانهای با سیستم سازه ای دوگانه در دو امتداد در مقایسه با ساختمانهای با سیستم سازه ای قاب ساده با مهاربند در دو امتداد، به طور متوسط 75/6 درصدکمتر است. این رقم مستقل از وزن مصالح، نوع مهاربند و ارتفاع ساختمان می باشد. با کاهش هر 100 کیلوگرم در مترمربع وزن سقف، در ساختمانهای 5 و 10 طبقه، به ترتیب 24/6 و 10/8 درصد از وزن فولاد مصرفی کاسته شده که با توجه به قیمت فولاد و هزینه اجرا، کاهش قابل توجهی در قیمت تمام شده ساختمان نتیجه می دهد. همچنین کاهش 100 کیلوگرم در مترمربع وزن دیوار در ساختمانهای 5 و 10 طبقه به ترتیب 18/6 و 24/9 درصد مقدار فولاد مصرفی را کاهش می دهد.

کلیدواژه ها:

زلزله ، مهاربندی هم محور ، ساختمان فولادی ، کاهش جرم ، مهاربندی برون محور