پایان نامه با کلید واژه های مقررات ملی، نیروی کشش، زمین ساخت

نظر می‌گیریم. اگر ابعاد مش به نسبت 2 در هر جهت کاهش یابد، با توجه به سه بعدی بودن مدل، حجم محاسبات به ضریب 2×2×2 به دلیل افزایش تعداد المان‌ها و نیز به نسبت 2 به دلیل کاهش اندازه‌ی کوچک‌ترین المان، افزایش می‌یابد. بنابراین در مجموع حجم محاسبات 16 برابر می‌شود. به تبع آن زمان مورد استفاده نیز به همین میزان افزایش می‌یابد. از طرفی میزان حافظه‌ و فضای دیسک مورد نیاز تنها بستگی به تعداد المان‌ها دارد و تابعی از اندازه‌ی المان‌ها نیست. بنابراین نیاز به این امکانات سخت‌افزاری 8 برابر می‌شود.
بر خلاف روش Explicit که در آن تخمین مدت زمان تحلیل کار نسبتاً سرراستی است، در روش Implicit این عمل نسبتاً دشوار است. مشکل بودن تخمین زدن میزان افزایش زمان تحلیل در اثر کوچک کردن مش‌ها در روش Implicit به دلیل رابطه‌ بین نحوه‌ی اتصال المان‌ها و مدت زمان مورد نیاز برای تحلیل می‌باشد که این رابطه مستقل از نوع مسأله می‌باشد. این وابستگی در روش Explicit وجود ندارد. تجربه نشان داده است که در بسیاری از مسائل حل شده به روش Implicit، مدت زمان مورد نیاز برای حل متناسب با مجذور تعداد درجات آزادی است. با در نظر گرفتن مثال مورد نیاز برای حل متناسب با مجذور تعداد درجات آزادی است. با در نظر گرفتن مثال مورد اشاره‌ی فوق، در صورتی که مش‌ها با ضریب 2 در همه‌ی جهات کوچک شوند، تعداد درجات آزادی با ضریب 8 افزایش می‌یابد که این امر باعث می‌گردد زمان مصرف شده با ضریب 64 افزایش یابد. میزان حافظه و فضای دیسک مورد نیاز نیز به همین نسبت افزایش می‌یابد.بنابراین در صورت یکسان بودن مش‌ها در روش Explicit صرفه‌جویی بیش‌تری در مدت زمان محاسبات انجام می‌شود. نمودار زیر بیان‌گر این مطلب است:

نمودار (3-1) مقایسه روش ضمنی و صریح]21[

که دراین پروژه تصمیم گرفته شد از روش ضمنی جهت تحلیل مسائل استفاده شود.

3-4- مشخصات سازه‌های مورد بررسی
در این پایان‌‌نامه به منظور بررسی رفتار لرزه‌ای سازه‌های فولادی بر روی خاک‌های انعطاف‌پذیر از دو مدل ساختمان که دارای پلان یکسان و تعداد طبقات متفاوت می‌باشد استفاده شده‌است. نحوه‌ی انتخاب ساختمان‌ها به شکلی صورت گرفته که تا حد امکان با ساختمان‌های موجود در ایران نزدیک باشد. بدین منظور دو ساختمان با تعداد طبقات 4 و 8 در نظر گرفته شده‌است. تعداد دهانه‌های ساختمان در هر جهت 3 دهانه و طول هر دهانه 5 متر می‌باشد. ارتفاع طبقات 3 متر در نظر گرفته شده‌است. نوع ساختمان مسکونی با اهمیت متوسط و محل احداث تهران در نظر گرفته شده است. در کلیه‌ی ساختمان‌ها، سیستم مقاوم در برابر بار جانبی در هر دو راستا، قاب خمشی فولاد‌های معمولی بوده و جهت تحمل بار ثقلی طبقات در سقف‌ها از سیستم دال یک طرفه (تیرچه و بلوک) استفاده شده است.
اتصالات نیر از نوع صلب می‌باشد. با توجه به نوع پلان انتخاب شده و جهت تیرچه ریزی (شطرنجی)، تمامی قاب‌های موجود در ساختمان‌ها، وضع تقریباً مشابهی دارند. به طوری‌که از بررسی یک قاب، نتایج مورد نظر برای کل ساختمان به دست می‌آید. در همه‌ی این ساختمان‌ها قاب مورد مطالعه، قاب محور 2 (قاب میانی) می‌باشد. که حالت بحرانی‌تری از نظر بارگذاری به ویژه در ستون‌ها دارد. پلان ساختمان‌های مورد بررسی و قاب مورد مطالعه در شکل(3-1) نمایش داده ‌شده است.

شکل (3-1) پلان ساختمان‌های مورد بررسی (واحد بر حسب متر)

3-5- مشخصات مصالح و اعضای سازه‌ها
3-5-1- فولاد
فولادهای ساختمانی، آلیاژی مناسب با ترکیب بیش از 98 درصد آهن و درصدهای کوچکی از سایر مواد هستند. تا اواسط قرن بیستم میلادی انواع فولادهای ساختمانی بسیار محدود بود، امروزه بیش از 200 نوع فولاد با هدف عملکرد مناسب و مورد نظر در مصارف مختلف ساختمانی، صنعتی، بهداشتی، پزشکی و غیره تولید می‌شود.
علی‌رغم تنوع در تولیدات فولاد ساختمانی، حداقل‌های مورد نیاز برای انواع آن‌ها نسبتاً ساده است. فولادهای ساختمانی با ترکیب مشخصی از آهن و سایر مواد شیمیایی با مشخصه‌هایی نظیر تنش حداقل تسلیم، تنش کشش نهایی و میزان تغییر طول نسبی تا هنگام گسیختگی طبقه بندی می‌شوند.
هرچند فولاد دارای کاربری مناسب انواع مصارف ساختمانی و صنعتی می‌باشد، لیکن مهندسان طراح به ویژه در طراحی‌ لرزه‌ای سازه‌ها باید به خاصیت این ماده از مدنظر واکنش شکل‌پذیر آن توجه ویژه‌ای داشته‌ باشند.
رفتار فولاد عمدتاً از طریق آزمایش ساده یک قطعه با ابعاد استاندارد از آن همراه با اعمال نیروی کششی که به صورت تدریجی افزایش می‌یابد تا مرحله‌ی گسیختگی مشخص و تعریف می‌شود. این رفتار به طور مشخص توسط منحنی تنش- کرنش فولاد بیان می‌گردد. که در این تحقیق جهت تعریف مشخصات پلاستیک فولاد منحنی تنش و کرنش به دست آمده از آزمایش، را به صورت دو خطی مدل و ساده کرده و مقادیر حاصله به نرم‌افزار داده می‌شود.
در این تحقیق مشخصات الاستیک فولاد مورد استفاده مطابق جدول زیر می‌باشد:

جدول (3- 1) مشخصات الاستیک فولاد مصرفی
E(Pa)
ξ
υ
ρ(kg⁄m^3 )

11 10×2
05/0
3/0
7850
فولاد

همان‌طور که می‌دانید اطلاعات جدول (3-1) رفتار ماده را در محدوده‌ی تغییر شکل الاستیک مدل می‌کند. اما پس از رسیدن به نقطه‌ی تسلیم، رفتار ماده از حالت خطی خارج می‌شود و برای مدل کردن آن نیاز به وارد کردن اطلاعات تکمیلی بیشتری می‌باشد. همان‌طور که در قبل اشاره شد، اطلاعات مربوط به رفتار یک ماده پس از نقطه‌ی تسلیم از تست‌های کشش به دست می‌آید. جهت مدول کردن یک ماده، در محدوده‌ی تغییر پلاستیک نیاز است که به این اطلاعات دسترسی داشته باشیم. که در این تحقیق مشخصات پلاستیک فولاد مطابق جدول زیر به نرم‌افزار داده شد:

جدول (3-2) مشخصات محدوده پلاستیک فولاد
Plastic Strain
Yeild Stress
(Mpa)
0
240
1988/0
370

3-5-2- بتن
از طرفی جهت مدل کردن فونداسیون می‌بایست مشخصات بتن مصرفی در نرم افزار تعریف گردد.که مشخصات آن مطابق با جدول زیر به نرم افزار داده شده است .
.
جدول (3-3) مشخصات الاستیک بتن مصرفی
E(Pa)

υ
ρ(kg⁄m^3 )

10 10×2
05/0
2/0
2400
بتن

3-6- بارگذاری و طراحی سازه‌ها
بارگذاری ساختمان‌ها شامل بارگذاری ثقلی و بارگذاری جانبی می‌باشد. که بارگذاری ثقلی ساختمان‌های مورد نظر بر اساس ضوابط مبحث ششم مقررات ملی ساختمان]17[ صورت گرفته است. جهت تعیین بار مرده‌ی ثقلی از یک دیتیل سقف تیرچه بلوک که عموما در ساختمان‌های موجود در ایران استفاده می‌گردد، استفاده شده‌است. بارهای سطحی مرده و زنده و بار دیوارهای جانبی در مورد طبقات به ترتیب Kgf/m^2 555 ، Kgf/m^2 200 و Kgf/m^2 750 و در مورد بام به ترتیب Kgf/m^2 615 و Kgf/m^2 150و Kgf/m^2 200 در نظر گرفته شده‌است. در محاسبه‌ی ضریب زلزله (c) ساختمان‌ها بر اساس استاندارد 2800، نوع زمین IV انتخاب شده‌است.
طراحی قاب‌ها مطابق مبحث دهم مقررات ملی ساختمان ]18[ و به روش تنش مجاز صورت گرفته است. و برای طراحی ساختمان‌ها از نرم‌افزار ETABS2000 استفاده شده‌است.
اتصال تیرها به ستون‌ها به صورت صلب و ستون‌ها به فونداسیون گیردار در نظر گرفته شده‌است. برای طراحی تیرها از مقاطع IPEو برای ستون‌ها از مقاطع BOX استفاده شده‌است. در مدل‌ها سقف‌ها به صورت صلب فرض شده‌اند و در طراحی ساختمان‌ها اثر پیچش تصادفی در نظر گرفته شده است. در طراحی ساختمان‌ها، باید میزان تغییر مکان جانبی نسبی طبقات بر اساس بند (2-5) استاندارد 2800 ویرایش سوم]3[، کنترل شود.
بر اساس استاندارد 2800 ]3[، تغییر مکان جانبی نسبی واقعی طرح در محل مرکز جرم هر طبقه نباید از مقادیر زیر بیشتر شود. در رعایت این محدودیت آثار ناشی از P.∆ باید در محاسبه‌ی تغییر مکا‌ن‌ها منظور شده‌ باشد ]3[.
برای ساختمان‌های با زمان تناوب اصلی کمتر از 7/0 ثانیه: 025/0 برابر ارتفاع طبقه∆ ̅_m
برای ساختمان‌های با زمان تناوب بیشتر یا مساوی 7/0 ثانیه: 02/0 برابر ارتفاع طبقه ∆ ̅_m
∆ ̅_m در رابطه بالا مقدار تغییر مکان جانبی نسبی واقعی طرح در طبقه با منظور کردن اثر P.∆ است.در مواردی که تحلیل سازه با فرض رفتار خطی سازه انجام می‌شود، مقدار ∆ ̅_m را می‌توان از رابطه‌ی (3-16) محاسبه نمود.
(3-16) ∆ ̅_m=0.7 R 〖∆ ̅ω〗_i
در رابطه‌ی فوق:
〖∆ ̅ω〗_i : تغییر مکان جانبی نسبی طرح در طبقه، با اثر P.∆.
R: ضریب رفتار سازه
لازم به ذکر است که در طراحی مقاطع کنترل تغییر مکان جانبی نسبی واقعی حاکم بوده‌است.
در نتیجه مقاطع تیرها و ستون‌های ساختمان‌های 4 و 8 طبقه مطابق جداول (3-4) و (3-5) می‌باشد.
در ضمن لازم به ذکر است که ابعاد پی در سازه 4 طبقه برابر 1×5×20 متر و در سازه 8 طبقه برابر 5/1×5×20 متر در نظر گرفته شده است.

جدول (3- 4) نتا یج طراحی قاب محور 2 مربوط به ساختمان 4 طبقه
طبقه
ستون‌‌های
2.A & 2.D
ستون‌‌های
2.B & 2.C
تیر‌‌های
2.AB & 2.CD
تیر
2.BC
4
BOX 240*240*20
BOX 220*220*20
IPE 300
IPE 270
3
BOX 260*260*20
BOX 260*260*20
IPE 360
IPE 330
2
BOX 280*280*20
BOX 260*260*20
IPE 450
IPE 360
1
BOX 300*300*20
BOX 300*300*20
IPE 400
IPE 360

جدول (3-5) نتا یج طراحی قاب محور 2 مربوط به ساختمان 8 طبقه
طبقه
ستون‌‌های
2.A & 2.D
ستون‌‌های
2.B & 2.C
تیر‌‌های
2.AB & 2.CD
تیر
2.BC
8
BOX 260*260*20
BOX 260*260*20
IPE 300
IPE 300
7
BOX 260*260*20
BOX 260*260*20
IPE 360
IPE 360
6
BOX 260*260*20
BOX 260*260*20
IPE 400
IPE 400
5
BOX 280*280*20
BOX 280*280*20
IPE 450
IPE 450
4
BOX 300*300*20
BOX 280*280*20
IPE 600
IPE 600
3
BOX 320*320*20
BOX 320*320*20
IPE 600
IPE 550
2
BOX 340*340*20
BOX 320*320*20
IPE 500
IPE 550
1
BOX 360*360*20
BOX 360*360*20
IPE 450
IPE 450

3-7- مشخصات ساختگاه
در این بخش به معرفی مشخصات خاک‌های مورد استفاده ،مشخصات الاستیک و پلاستیک آن‌ها، عمق خاک‌ها، مدل و مش‌بندی خاک‌ها خواهیم پرداخت.

3-7-1- خاک‌های مورد مطالعه
نوع خاک مورد استفاده یکی از پارامترهای بسیار مهم در تعیین پاسخ‌های سازه می‌باشد. همان‌طور که می‌دانید در تحقیقات و آئین نامه‌های مختلف روش‌های متفاوتی جهت طبقه‌بندی خاک وجود دارد که می‌توان به روش‌های میکرو ترمور (microtremore)، عدد SPT، روش زمین شناسی منطقه، روش سرعت امواج برشی و روش طیف پاسخ اشاره کرد.
که کاربرد هریک از این روش‌ها بر اساس امکانات و اطلاعات موجود در منطقه متفاوت می‌باشد. در آئین نامه‌ی 2800 ایران می‌توان مشاهده کرد که طبقه‌بندی خاک بر اساس سرعت موج برشی و زمین شناسی منطقه صورت پذیرفته است. که در جدول (3-6) طبقه‌بندی زمین ساختگاه‌ها از نظر نوع سنگ و خاک بر اساس آئین‌نامه‌ی 2800 ایران]3[، نشان داده شده‌است.

جدول ( 3-6) طبقه بندی نوع زمین بر اساس استاندارد 2800
نوع زمین
مواد متشکل ساختگاه
“v”  ̅_s حدود تقریبی
(متر بر ثانیه)
Ι
الف- سنگهای آذرین (دارای بافت درشت و ریز دانه)، سنگهای رسوبی سخت و بسیار مقاوم و سنگهای دگرگونی توده ای (گنایس ها-سنگهای متبلور سیلیکاته) طبقات کنگلومرایی
ب- خاکهای سخت (شن و ماسه متراکم، رس بسیار سخت) با ضخامت کمتر از 30 متر از روی بستر سنگی
بیشتر از 750

375≤”v”  ̅_s≤750
ΙΙ
الف- سنگهای آذرین سست(مانند توف)، سنگهای سست رسوبی سنگهای دگرگونی متورق و به طور کلی سنگهایی که بر اثر هوازدگی (تجزیه و تخریب) سست شده اند.
ب- خاکهای سخت (شن و ماسه متراکم، رس بسیار سخت) با ضخامت بیشتر از 30 متر
375≤”v”  ̅_s≤750

375≤”v”  ̅_s≤750
ΙΙΙ
الف- سنگهای متلاشی شده بر اثر