ستونهای قابهای خمشی فولادی ویژه

Behnam Heydari

Senior structural engineer - Citadel Sazeh

Experienced senior structural engineer with an extensive background in various aspects of structural modeling, analysis, and design.

در آیین نامه های مختلف R نمایانگر مقدار پاسخ غیر الاستیک مورد انتظار برای زلزله حد طراحی است همچنین این ضریب ظرفیت شکل پذیری سیستم قاب خمشی را نیز نشان می دهد. قابهای خمشی ویژه فولادی در ASCE 7 با R=8 طراحی می شوند به این معنی که از آنها انتظار می رود وقتی  تحت زلزله طراحی قرار می گیرند پاسخ غیر الاستیک قابل توجهی را تحت سیکلهای متعدد زلزله از خود نشان دهند. در واقع رفتار این سازه ها در محدوده غیر الاستیک  نقش عمده ای در تحمل جنبش نیرومند زمین خواهد داشت. با این وجود بسیاری از قابهای خمشی ویژه فولادی اضافه مقاومت زیادی دارند که ناشی از آیتمهای مختلفی شامل سایز بزرگ ستونها برای تامین ضابطه ستون قوی-تیر ضعیف، ایجاد سختی مناسب برای کنترل دریفت و تغییرات مقاومت خود مصالح فولاد است. بنابراین اگرچه با فرض R=8 ، آغاز رفتار غیرالاستیک سازه را در 1/8 زلزله طراحی تصور می کنیم، بسیاری از سازه های دارای قاب خمشی ویژه فولادی تا 1/3 زلزله طراحی و حتی بزرگتر نیز در محدوده الاستیک باقی خواهند ماند.

الزامات طراحی و تناسبات ویژه ای که در AISC 341 آمده است به این جهت است که سیستم سازه ای پاسخ غیر الاستیک شکل پذیر ایجاد نماید. که در آن اهداف اصلی به شرح زیر خواهد بود:

• ایجاد شرایط ستون قوی-تیر ضعیف که پاسخ غیر الاستیک را در طبقات مختلف توزیع کند.
• بوجود آمدن دریفتهای لرزه ای جانبی قابل پیش بینی و اجتناب از ناپایداری P-delta تحت بارهای ثقلی.
• ایجاد جزییاتی که پاسخ خمشی شکل پذیر را در نواحی تسلیم شده فراهم آورد.

طراحی قابهای دارای ستون قوی و تیر ضعیف

برای جلوگیری از توسعه ناپایداری P-Delta در طبقات مختلف سازه، ترجیح بر این است که توزیع یکنواختی از دریفت جانبی در ارتفاع سازه داشته باشیم. برای حصول این هدف، بسیار مهم است که از تشکیل مکانیزم تک طبقه ای جلوگیری شود که در آن پاسخ غیر الاستیک عمدتا با تشکیل مفاصل پلاستیک در بالا و پایین ستونها بوجود خواهد آمد. هنگامی که چنین مکانیزمی در یک طبقه شکل گیرد، بسیاری از دریفتهای غیر الاستیک در این طبقه اتفاق خواهد افتاد و P-Delta بسیار بزرگی را نتیجه خواهد داد.

یک رفتار ایده آل شده برای سازه تحت بار لرزه ای به صورت شکل زیر است.

در شکل فوق مفاصل پلاستیک عمدتا در تیرها تشکیل شده است. ، به عبارتی همان رفتار ستون قوی- تیر ضعیف که مورد نظر آیین نامه های طراحی است تامین میگردد. مطابق AISC 341, 9.6 می بایست مجموع مقاومت خمشی ستونها در هر گره از مجموع مقاومت خمشی تیرها بیشتر باشند. در تعیین مقاومت خمشی ستون می بایست بارهای محوری نیز به صورت همزمان با تقاضای خمشی در نظر گرفته شود.

درآیین نامه ها ضوابطی برای تعیین نسبت مقاومت تیر به ستون تعیین شده است اما این ضوابط به طور کامل از تشکیل مفاصل خمشی در ستون ممانعت نمی نماید. آیین نامه الزام می نماید که برای اتصالات تیر به ستون می بایست از ورقهای تقویتی برای بال یا جان ستون استفاده شود مگر اینکه نشان داده شود ستون مزبور در محدوده الاستیک باقی می ماند. (بخش 5.4 از AISC 341). هنگامی که نسبت ممان تیر به ستون بزرگتر مساوی 2 باشد، AISC 341-9.7 طراح را مجاز میکند که ستون را در حالت الاستیک فرض نماید. تحقیقات اخیر نشان داده است که در زلزله های بزرگتر، ضوابط ستون قوی-تیر ضعیف که در AISC341 امده است، شرایط مناسب عدم تشکیل مفاصل پلاستیک در ستون را در تمامی موارد فراهم نمی کند و ممکن است حتی طراحان تمایل داشته باشند که ابعاد بیشتری از آنچه که آیین نامه بیان کرده است برای ستونها در نظر بگیرند تا سازه رفتار بهتری در زلزله های بسیار شدید داشته باشد. این تمهید امتیاز کاهش نیاز به ورقهای سخت کننده جان و ورقهای مضاعف که پر هزینه هستند را نیز دارد، اما در عین حال وزن کلی فولاد مصرفی را افزایش خواهد داد.

Behnam HeydariSenior structural engineer - Citadel Sazeh

Experienced senior structural engineer with an extensive background in various aspects of structural modeling, analysis, and design.

Latest Posts by Behnam Heydari

• چگونه تاریخ را در اتوکد به صورت اتوماتیک بروز رسانی کنیم؟

  - 2023-03-28

• تبدیل فایلهای اتوکد به نسخه های قبلی

  - 2020-05-24

• آموزش استفاده از فیلد در نرم افزار اتوکد

  - 2020-05-18
All Posts