بررسی و مقایسه عملکردی سازه های دارای قاب مهاربندی شورون با قاب مهاربندی زیپر و نتایج آن در بهینه سازی با برنامه اپنسیس

قاب مهاربندی زیپر برای بار اول توسط خطیب و همکاران در سال ۱۹۹۸ مطرح شد. این قاب به منظور کاهش ایجاد طبقه نرم و بهبود بخشیدن به مشکلاتی که قاب مهاربندی شورون داشت این قاب با اضافه کردن یک ستون زیپر به وسط دهانه تیر پیشنهاد کردند. آنها در نظر داشتند که با افزودن ستون زیپر به قاب مهاربندی، شورون از تمام ظرفیت مهاربندها برای تسلیم مهاربندهای کششی و کمانش مهاربندهای فشاری بهره ببرند تا انرژی بیشتری از بین رود. وقتی تمام مهاربندها به طور همزمان در کل قاب دچار کمانش می شوند منجر به پخش یکنواخت خرابی، می شود هنگامی که مکانیزم زیپر در قاب ایجاد شده ظرفیت جانبی قاب کم شده و منجر به ناپایداری قاب می شود. برای مقابله با این مشکل پژوهش های فراوانی در این سالها صورت گرفته است. در قابهای مهاربندی شورون به علت کمانش مهاربند در یک طبقه نیروی نامتعادل کننده عمود در وسط تیر وارد و موجب خرابی آن طبقه و در انتها موجب خرابی سازه می شود در طبقههای پایینتر به سبب کمانش عضو فشاری یک نیروی قائم نامتعادل به محل برخورد مهاربندها در تیر بالایی وارد شده که منجر به تغییر مکان زیادی در میانه تیر می شود. نتیجه این موضوع تیرهای بسیار قوی و ناموزون با سایر اعضای سازه است. برای مقابله با این وضعیت از عضوهای قائم زیپر استفاده می شود. در سیستم زیپر، زمانی که مکانیزم زیپر در قاب تشکیل شده ظرفیت جانبی قاب کم شده و ناپایدار می شود که می توان با به کار بردن سیستم زیپر معلق این ضعف را برطرف نمود. در این پژوهش برای مقایسه قاب مهاربند شورون و قاب مهاربند زیپر از سازه های ۴، ۷، ۱۰، ۱۵ و ۲۰ طبقه مورد تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی در نرم افزار OpenSees قرار گرفته و پارامتر بیشینه نیاز زاویه دریفت طبقه و بیشینه نیاز طبقه جهت مقایسه انتخاب شده اند. قابهای مهاربندی شده ی زیپر یکی از انواع سیستمهای مهاربندی جدید در سازه های فولادی می باشند. در قاب های مهاربندی شده ی شورون معمولی زمانی که عضو مهاربند در یک طبقه دچار کمانش می شود نیروی قائم نامتعادل کننده ای در تیر طبقه ی فوقانی ایجاد می شود که باعث ایجاد ناپایداری و خرابی زودهنگام در سازه می گردد و مشکلات طراحی به وجود می آورد. این رفتار نامطلوب را می توان با اضافه کردن ستونهای زیپر یعنی اعضای قائمی که محل اتصال مهاربندها با تیرها را در طبقات بهم متصل می کنند از بین برد. در این مقاله رفتار لرزه ای قاب های مهاربندی شده زیپر و شور ون ویژه مورد مقایسه قرار گرفته است. برای این منظور بر روی انواع مدلهای سازه های با سیستمهای مهاربندی زیپر و شورون با تعداد طبقات مختلف تحلیلهای استاتیکی غیر خطی بارافزون و دینامیکی غیر خطی تاریخچه زمانی انجام گرفته است. بر اساس نتایج پژوهش های قبلی محققان، حاصل نتایج از تحلیل استاتیکی غیر خطی، بارافزون شکل پذیری و ضریب رفتار قاب های مهاربندی شده ی شورون به طور کلی کمتر از مقادیر متناظر برای قاب های مهاربندی شده ی زیپر بوده است. توزیع نسبت تغییر مکان طبقه و بیشترین تغییر مکان طبقه که از تحلیل دینامیکی غیرخطی به دست آمده است نشان دهنده ی کارآیی اعضای زیپر در توزیع یکنواخت تر تغییر شکل در ارتفاع ساختمان و کاهش نسبت تغییر مکان طبقه به محدوده ی مجاز آیین نامه ای بوده است. مدل سازی و بررسی نتایج تحلیل در این پژوهش قاب های ساختمانی موجود از نظر ارتفاعی قاب ها به صورت ۴، ۷، ۱۰، ۱۵ و ۲۰ طبقه انتخاب شدند. تمامی قاب ها، یک قاب میانی از یک پلان با دهانه های مساوی ۵ متر در جهت بارگیر و طول ۴ متر در جهت قاب می باشند. ارتفاع طبقات برابر ۳.۲۰ متر در نظر گرفته شده است. از جهت نقشه ساختمان تمام سازه ها منظم و متقارن فرض شده اند بدین جهت که از اثرات نامنظمی صرف نظر شده است و طراحی به نحو متقارن انجام گردد. قاب ها به صورت سه دهانه در نظر گرفته شده اند. کلیه اتصالات تیرها و مهاربندها در سیستم سازه های قاب دارای مهاربند شورون و سیستم مهاربند زیپر معلق به صورت مفصلی در نظر گرفته شده اند و اتصالات ستون زیپر در قاب مهاربندی زیپر به صورت مفصلی در نظر گرفته شده است. در پژوهش فوق برای انجام تحلیل و طراحی سازه ها در این قسمت از نرم افزار Etabs استفاده و جهت انجام دادن آنالیزهای دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی نرم افزار OpenSees مورد استفاده قرار می گیرد. در این پژوهش برای مقایسه قاب مهاربند شورون و قاب مهاربند زیپر از سازه های ۴، ۷، ۱۰، ۱۵ و ۲۰، طبقه پس از بارگذاری و طراحی بر اساس استانداردهای ایران تحت ۷ رکورد انجام گرفته است.

کلیدواژه ها:

قاب مهاربندی ، شورون ، زیپر ، بهینه سازی ، اپنسیس