تعیین درز لرزه ای در ساختمان های فلزی با سیستم جداگر لرزه ای
در این تحقیق نتایج حاصل از مطالعات انجام
شده بر روی سازههای با سیستم جداگر لرزهای و اثر درز لرزهای بین این
سازهها با ساختمانهای مجاور جهت اجتناب از برخورد آنها در زمان زلزله
ارائه شده است. این تحقیق از آنرو مورد اهمیت است که، میتوان از نتایج آن
برای ارزیابی تغییر فواصل مابین سازهها با در نظر گرفتن ارتفاع سازه با
جداگر لرزهای به سازههای مجاور که در معرض زلزله قرار دارند، مورد
استفاده قرار بگیرد. که در واقع کمکی به اتخاذ تصمیم جهت انتخاب فاصله درست
به سازه مجاور میباشد. اطلاعات آماری با بررسی ساختمانهای سه، پنج، هفت
وده طبقه فلزی با سیستم بادبندی و قاب خمشی به طور مجزا در معرض 20 رکورد
حوزه دور بدست آمده است. هریک از ساختمانها بر اثر رکوردهای زلزله انتخاب
شده مورد تحلیل قرار گرفته است. فاصله بین سازهها براساس مشخصات سازههای
با جداگرلرزهای تغییر میکند تا بتوان نتایج مناسبی را ارائه دهد، لذا در
ابتدا این محدوده جداگانه در اطراف سازه با جداگر لرزهای بطور مجزا در نظر
گرفته شده است. پس از بدست آوردن یک محدوده مناسب با استفاده از این نتایج
سازههای سه، پنج، هفت و ده طبقه در کنار سازههای قاب خمشی و بادبندی با
پایه گیردار برای فواصلی که از جدول نتایج بدست آمده وتحت رکوردهای
مشابهسازی شده مورد تحلیل قرار گرفته است، تا تأثیر استفاده از محدوده در
آن بررسی شود. در مجموع به منظور بررسی تأثیر برخورد بر نیاز های لرزهای
سازهها با جداگر لرزهای 160 تحلیل تاریخچه زمانی غیر خطی انجام شده است.
در انتهای این تحقیق با جمع بندی نتایج رابطه ای ساده و تأثیرگذار برای
کاهش اثر برخورد دو سازه مجاور بدست آمد که مشخص کردن این محدوده را آسان
میکند.
واژههای کلیدی: جداگر لرزهای، درز لرزهای، برخورد(کله گی)، مقیاس رکورد، زلزله حوزه دور
فهرست مطالب:
چکیده...............................................................................................................................
1
فصل اول: کلیات
1-1 مفهوم جداگر لرزهای ..................................................................................................... 3
1-2 ملاحظات مربوط به جداسازی لرزهای ........................................................................................ 5
1-3 راهحلهایی برای آسیب غیر سازهای
.........................................................................................
6
1-4 اجزای اصلی سیستمهای جداسازلرزهای ................................................................................. 7
1-5 مشخصههای نیرو-تغییر مکان
..................................................................................................................................
11
1-6 اصول طراحی جداسازی لرزهای
................................................................................................................................
13
1-7 امکان جداسازی لرزهای
.............................................................................................................................................
14
1-8 سازههای
مجاور...........................................................................................................................................................
16
1-9 تاریخچه و تحقیقات
..................................................................................................................................................
16
1-10 رویدادهای برخورد سازهها در طی زلزلههای قبل
................................................................................................
17
1-11 مطالعات در مورد کله گی (برخورد سازههای مجاور) در گذشته
........................................................................
19
فصل دوم: آییننامهها و روشهای طراحی
2-1 مقایسه آییننامههاو روشهای طراحی
...................................................................................................................
24
2-2 تغییر مکان طرحDD............................................................................................................ 25
2-2-1تصحیح فرمول تغییر مکان طرح در دستورالعمل طراحی
ایران..........................................................................
27
2-2-1-1محاسبه تغییر مکان طرح براساس آییننامه
ASCE7-05.............................................................................
27
2-2-1-2 محاسبه تغییر مکان
طرح..................................................................................................................................
28
2-2-1-3محاسبه تغییر مکان طرح براساس آییننامه 2800
ایران...............................................................................
28
2-3بیشترین تغییر
مکانDM............................................................................................................................................
29
2-4بیشترین تغییر مکان کلDTMو بیشترین تغییر مکان کل طرح DTD................................................................. 30
2-5تغییر مکان هدف حاصل از طیف لرزهای و تغییر مکان هدف حاصل ازطیف زلزله حداکثر سطح خطر ............... 31
2-6 محدودیتهای تغییر مکان نسبی در دستور العمل
طراحی....................................................................................
32
2- 7 نتیجه
مقایسه.............................................................................................................................................................
33
فصل سوم: مبانی نظری
3-1 مدلسازی سازهها با جداگر لرزهای
............................................................................................................................
36
3-2رکوردهای انتخاب شده
...............................................................................................................................................
47
فصل چهارم: مدلسازی سازهها با جداگر لرزهای و محاسبه جداگرها
4-1 مدلسازی سازهها با جداگر لرزهای ومحاسبه جداگرها
..........................................................................................
56
4-2 نرمافزار محاسباتی مورد استفاده
..............................................................................................................................
57
4-3 طراحی جداسازهای لاستیکی با هسته سربی
LRB................................................................................................
59
4-4 محاسبه جداگر لرزهای برای سازه پنج طبقه فلزی
.................................................................................................
62
4-5 محاسبه نیروی جانبی زلزله با استفاده از تحلیل استاتیکی معادل
.......................................................................
64
4-6 حداقل نیروی جانبی زلزله
........................................................................................................................................
66
4-7 محاسبه اولیه ابعاد جداگرهای لرزهای
.....................................................................................................................
66
4-8مدلسازی برخورد
.......................................................................................................................................................
68
4-8-1مدل ویسکوالاستیک خطی
...................................................................................................................................
69
4-8-2مدل الاستیک غیر خطی
.......................................................................................................................................
70
4-8-3مدل ویسکو الاستیک غیر خطی
...........................................................................................................................
70
فصل پنجم: آنالیز نمونهها و استخراج نتایج
5-1 تحلیل سازهها و بررسی درز لرزهای بر اساس نتایج
................................................................................................
75
5-2 سازه سه طبقه بادبندی شده
....................................................................................................................................
79
5-3 سازه سه طبقه قاب خمشی
......................................................................................................................................
82
5-4 سازه پنج طبقه بادبندی شده
...................................................................................................................................
84
5-5 سازه پنج طبقه قاب خمشی
.....................................................................................................................................
87
5-6 سازه هفت طبقه بادبندی شده
.................................................................................................................................
89
5-7 سازه هفت طبقه قاب خمشی
...................................................................................................................................
92
5-8 سازه ده طبقه بادبندی شده
......................................................................................................................................
94
5-9 سازه ده طبقه با قاب خمشی
....................................................................................................................................
97
5-10 تأثیر یک رکورد مشابهسازی شده بر سازه ومقایسه آن با نتایج کلی
................................................................. 101
5-1 نتیجه گیری
................................................................................................................................................................
117
فصل ششم: نتیجهگیری
6-1 نتیجه گیری
................................................................................................................................................................
121
6-2 پیشنهادات
..................................................................................................................................................................
123
ضمیمه 1-آییننامه و روشهای طراحی ................................................................................... 124
ض 1-1 آییننامه و روشهای طراحی
.............................................................................................................................
125
ض 1-2 انتخاب معیارها
....................................................................................................................................................
125
ض 1-2-1 مبنای طراحی
.................................................................................................................................................
125
ض 1-2-2 پایداری سامانه جداساز
..................................................................................................................................
125
ض 1-2-3 ضریب اهمیت
.................................................................................................................................................
125
ض 1-2-4 گروه بندی ساختمانها بر حسب شکل
........................................................................................................
125
ض 1-2-5 انتخاب روش تحلیل پاسخ جانبی
.................................................................................................................
126
ض 1-2-5-1 کلیات
..........................................................................................................................................................
126
ض 1-2-5-2 تحلیل استاتیکی
........................................................................................................................................
126
ض 1-2-5-3 تحلیل دینامیکی
........................................................................................................................................
127
ض 1-2-5-3-1 تحلیل طیفی
..........................................................................................................................................
127
ض 1-2-5-3-2 تحلیل تاریخچه زمانی
...........................................................................................................................
127
ض 1-2-5-3-3 طیفهای طرح ویژه ساختگاه
...............................................................................................................
127
ض 1-2-6 روش تحلیل
استاتیکی.....................................................................................................................................
128
ض 1-2-6-1 ویژگیهای تغییر شکل سامانه
جداساز.....................................................................................................
128
ض 1-2-6-2 حداقل تغییر مکانهای
جانبی...................................................................................................................
128
ض 1-2-6-2-1 تغییر مکان
طرح......................................................................................................................................
128
ض 1-2-6-2-2 زمان تناوب مؤثر متناظر با تغییر مکان طرح
......................................................................................
128
ض 1-2-6-2-3 بیشترین تغییر مکان
.............................................................................................................................
128
ض 1-2-6-2-4 زمان تناوب مؤثر متناظر با بیشترین تغییر مکان
...............................................................................
129
ض 1-2-6-2-5 تغییر مکان کل
.......................................................................................................................................
129
ض 1-2-6-3 حداقل نیروهای جانبی
..............................................................................................................................
129
ض 1-2-6-3-1 سامانه جداساز و اعضای سازهای در تراز سامانه جداساز یا زیر آن .................................................. 129
ض 1-2-6-3-2 اعضای سازهای بالاتر از تراز جداسازی
................................................................................................
130
ض 1-2-6-3-3
محدویتهایVs.....................................................................................................................................
130
ض 1-2-6-3-4 توزیع نیروها در امتداد قائم
..................................................................................................................
130
ض 1-2-6-3-5 محدودیتهای تغییر مکان نسبی
........................................................................................................
130
ض 1-2-6-4 روش تحلیل دینامیکی
..............................................................................................................................
131
ض 1-2-6-4-1 سامانه جداساز و اعضای سازهای زیر تراز جداسازی
..........................................................................
131
ض 1-2-6-4-2 تعیین برش پایه رو سازه
.......................................................................................................................
132
ض 1-2-6-5 تاریخچه زمانی شتاب، شتابنگاشت
..........................................................................................................
132
ض 1-2-6-6 مدل ریاضی
.................................................................................................................................................
133
ض 1-2-6-6-1 سامانه جداساز
.......................................................................................................................................
133
ض 1-2-6-6-2 سازه جداسازی شده
..............................................................................................................................
133
ض 1-2-6-6-2-1 تغییر مکان
.........................................................................................................................................
133
ض 1-2-6-6-2-2 نیروها و تغییر مکانها در اعضای اصلی
..........................................................................................
134
ض 1-2-6-6-3 روشهای تحلیل دینامیکی
...................................................................................................................
134
ض 1-2-6-6-3-1 زلزلههای مورد کاربرد در تحلیل
......................................................................................................
134
ض 1-2-6-6-3-2 روش تحلیل طیفی
............................................................................................................................
134
ض 1-2-6-6-4 روش تحلیل تاریخچه زمانی
.................................................................................................................
134
ض 1-2-6-6-5 نیروهای جانبی طرح
.............................................................................................................................
135
ض 1-2-6-6-5-1 سامانه جداساز و اعضای سازهای در تراز جداسازی یا زیر آن
....................................................... 135
ض 1-2-6-6-5-2 اعضای سازهای بالای تراز جداسازی
................................................................................................
135
ض 1-2-6-6-5-3 اصلاح مقادیر بازتابها
........................................................................................................................
135
ض 1-2-6-6-6 محدودیتهای تغییر مکان نسبی
.........................................................................................................
135
مراجع
................................................................................................................................................
137
چکیده به زبان انگلیسی
.............................................................................................................
143
فهرست جداول
عنوان صفحه
جدول 1-1 منابع دیگر انعطافپذیر و استهلاک
انرژی...................................................................................................
11
جدول 2-1 تغییر مکان طرح در آییننامههای دیگر
.......................................................................................................
26
جدول 2-2 بیشترین تغییر مکان در آییننامههای دیگر
................................................................................................
29
جدول 2-3 بیشترین تغییر مکان کل طرحدر آییننامههای دیگر
.................................................................................
30
جدول 2-4 بیشترین تغییر مکان کلدر آییننامههای دیگر
............................................................................................
30
جدول 2-5 تغییر مکان طرح حاصل از طیف لرزه حاصل ازطیف زلزله حداکثر سطح خطر در آییننامههای دیگر . 31
جدول 2-6 تغییر مکان طرح حاصل از طیف زلزله حداکثر سطح خطر در آییننامههای دیگر .................................. 32
جدول 2-7 محدودیت تغییر مکان نسبی
........................................................................................................................
32
جدول 3-1 اطلاعات سیستم سازهها
...............................................................................................................................
36
جدول 3-2 مقاطع مصرفی مدل سه طبقه
......................................................................................................................
39
جدول 3-3 مقاطع مصرفی مدل پنج طبقه
.....................................................................................................................
39
جدول 3-4مقاطع مصرفی مدل هفت طبقه
....................................................................................................................
40
جدول 3-5مقاطع مصرفی مدل ده طبقه
.........................................................................................................................
41
جدول 3-6مشخصات جداگرهای لرزهای (کیلو نیوتن و متر)
........................................................................................
47
جدول 3-7 مشخصات دینامیکی سازههای مورد مطالعه (دوره تناورب)
..................................................................... 47
جدول 3-8مقادیر رکوردهای طبس وsrssآن و طیف استاندارد ایران برای سازه با TD برابر 5/1 ثانیه ................... 49
جدول 3-9اطلاعات رکوردهای زلزله
................................................................................................................................
52
جدول 4- 1- مشخصات جداگرهای لرزهای (کیلونیوتن ومتر)
......................................................................................
56
جدول 4- 2- مشخصات دینامیکی سازههای مورد مطالعه (دوره تناوب)
.................................................................... 57
جدول 4-3 دتایل سقف کمپوزیت
وگلمیخها...................................................................................................................
57
جدول4-4 خواص مکانیکی
بتن........................................................................................................................................
58
جدول 4-5 خواص مکانیکی
فولاد.....................................................................................................................................
58
جدول 4-6 وزن سقف کمپوزیت
.......................................................................................................................................
63
جدول 5-1- نسبت تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی در سازههای سه، پنج، هفت، ده طبقه بادبندی و قاب خمشی 99
جدول 5-2- مقدار ضربه در حین زلزله به سازه مجاور در طبقات مختلف در سازههای سه، پنج، هفت، ده طبقه بادبندی و قاب خمشی 117
فهرست نمودارها
عنوان صفحه
نمودار 3-1- طیفهای پاسخ شتاب مولفه مقیاس شده مورد استفاده در تحلیل مربوط به سازههای سه، پنج و هفت و ده طبقه 54
نمودار 5-1-نمودار تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی بر حسب معادله
فعلی دستور العمل برای سازه سه طبقه فلزی با سیستم بادبندی و سیستم قاب
خمشی به نسبت طبقات .......................... 77
نمودار 5-2 نمودار تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی بر حسب معادله
تصحیح شده برای سازه سه طبقه فلزی با سیستم بادبندی و سیستم قاب خمشی به
نسبت طبقات ..................... 79
نمودار 5-3- میانگین نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و برای سازه با سه طبقه (سیستم بادبندی) 80
نمودار 5-4- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با سه طبقه (سیستم بادبندی) .................................................... 80
نمودار 5‑5 نمودار سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزهای سیستم قاب خمشی
.......................................................... 82
نمودار 5‑6- نسبت تغییرمکان به تغییرمکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه با سه طبقه(قاب خمشی) . 82
نمودار 5‑7 نسبت تغییرمکان طبقات برای سازه با سه طبقه (قاب خمشی)
............................................................... 83
نمودار 5‑8 نمودارسازه سه طبقه فلزی باجداگرلرزهای سیستم
بادبندی.......................................................................
84
نمودار 5‑9- نسبت تغییرمکان به تغییرمکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه باپنج طبقه (سیستم بادبندی) 85
نمودار 5‑10- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با پنج طبقه (سیستم بادبندی) ................................................. 85
نمودار 5‑11 نمودار سازه پنج طبقه فلزی با جداگر لرزهای سیستم قاب
خمشی ....................................................... 87
نمودار 5‑12 نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه با پنج طبقه (سیستم قاب خمشی) 87
نمودار 5‑13 نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با پنج طبقه (سیستم قاب خمشی) ............................................ 88
نمودار 5‑14 نمودار سازه پنج طبقه فلزی با جداگر لرزهای سیستم بادبندی
.............................................................. 89
نمودار 5‑15- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف برای سازه با هفت طبقه (سیستم بادبندی) 90
نمودار 5‑16- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با هفت طبقه (سیستم بادبندی) ............................................... 90
نمودار 5‑17 نمودار سازه هفت طبقه فلزی با جداگر لرزهای سیستم قاب خمشی .................................................... 92
نمودار 5‑18- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و برای سازه با هفت طبقه (سیستم قاب خمشی) 92
نمودار 5‑19- نسبت تغییر مکان طبقات برای سازه با هفت طبقه (سیستم قاب خمشی) ....................................... 93
نمودار 5‑20 نمودار سازه ده طبقه فلزی با جداگر لرزهای سیستم بادبندی
................................................................ 94
نمودار 5‑21- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و
میانگین آن برای سازه با ده طبقه (سیستم بادبندی) 95
نمودار 5‑22 نمودار سازه ده طبقه فلزی با جداگر لرزهای سیستم قاب خمشی
......................................................... 97
نمودار 5‑23- نسبت تغییر مکان به تغییر مکان طرح تحت رکوردهای مختلف و میانگین آن برای سازه با ده طبقه (سیستم قاب خمشی) 97
نمودار 5-24- نسبت تغییر مکان موجود به تغییر مکان طراحی در سازههای سه، پنج، هفت، ده طبقه بادبندی و قاب خمشی 100
فهرست اشکال
نوان صفحه
شکل 1-1سازه
معمولی.......................................................................................................................................................
3
شکل 1-2 سازه با کف جداسازی
شده...............................................................................................................................
4
شکل 1-3 بالشتکهای
الاستومری....................................................................................................................................
8
شکل 1-4 طیف پاسخ نیروی ایدهآل
شده........................................................................................................................
8
شکل 1-5 طیف پاسخ جابجایی ایدهآل
شده....................................................................................................................
9
شکل 1-6 طیفهای پاسخ برای افزایش
میرایی...............................................................................................................
9
شکل 1-7 منحنی پسماند نیرو-تغییر
مکان.....................................................................................................................
10
شکل 1-8 روابط ایدهآل شده نیرو-جابجایی برای سیستمهای
جداساز........................................................................
12
شکل 1-9 اصول طراحی جداسازی لرزهای
.....................................................................................................................
14
شکل 1-10 شبیهسازی برخورد دو سازه
مجاور...............................................................................................................
17
شکل 1-11خسارت ناشی از برخورد سازه دو طبقه به سازه چهار طبقه، در حین زلزله لاکیلا در ایتالیا 2009....... 19
شکل 1-12 اثر برخورد دو سازه مجاور در زلزله مکزکوسیتی
1995.............................................................................
21
شکل 2-1 طیف طرح در آییننامه
ASCE7-05.............................................................................................................
27
شکل 3-1 ابعاد پلان تیپ طبقات و نحوه تیرریزی
.........................................................................................................
38
شکل 3-2 مدلسازه سه طبقه فلزی با سیستم قاب بادبندی
........................................................................................
42
شکل 3-3 مدلسازه سه طبقه فلزی با سیستم قاب خمشی
.........................................................................................
42
شکل 3-4 مدلسازه پنجطبقه فلزی با سیستم بادبندی
................................................................................................
43
شکل 3-5مدل یک سازه پنج طبقه فلزیقاب خمشی
.....................................................................................................
43
شکل 3-6 مدلسازه هفتطبقه فلزی با سیستم بادبندی
.................................................................................................
44
شکل 3-7 مدل یک سازه هفت طبقه فلزیقاب خمشی
..................................................................................................
44
شکل 3- 8 مدل یک سازه ده طبقه فلزیبا سیستمبادبندی
...........................................................................................
45
شکل 3- 9- مدل یک سازه ده طبقه فلزیقاب خمشی
...................................................................................................
45
شکل 3-10-نمونه یک جداگر لرزهای الاستومتری با هسته سربی
................................................................................
46
شکل 3-11 رفتار غیر الاستیک غیر خطی جداگر لرزهای الاستومتری با هسته سربی ................................................ 46
شکل 3‑12 طیف استاندارد و رکورد مقیاس شده طبس بر اساس دستور العمل طراحی .......................................... 51
شکل 4-1- مدلسازه پنج طبقه فلزی با سیستم قاب خمشی
......................................................................................
59
شکل 4-2-رفتار دوخطی جداساز لاستیکی با هسته سربی
...........................................................................................
60
شکل 4-3-ساختمان جداساز لاستیکی با هسته سربی
..................................................................................................
60
شکل 4-4-مدلسازه پنج طبقه فلزی با سیستم بادبندی
..............................................................................................
63
شکل 4-5نمودار هیسترزیس
ایدهآل.................................................................................................................................
66
شکل 4‑6- رفتار دو خطی برای مدلسازی جداگرهای لرزهای
.......................................................................................
67
شکل 4‑7 سازههای مورد استفاده برای بررسی اثر برخورد
...........................................................................................
68
شکل 4‑8-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزهای بادبندی شده با سازه سه طبقه فلزی با پایهگیردار 71
شکل 4‑9-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزهای قاب خمشی با سازه سه طبقه فلزی با پایه گیردار 72
شکل 4‑10-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزهای بادبندی شده با سازه سه طبقه فلزی بادبندی با پایه گیردار 72
شکل 4‑11-مدلسازی برخورد سازه سه طبقه فلزی با جداگر لرزهای قاب خمشی با سازه سه طبقه فلزی بادبندی با پایه گیردار 73
شکل 5-1 نیروی ضربه در طبقات سازه سه طبقه بادبندی با جداگر لرزهای در کنار سازه سه طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 103
شکل 5-2 نیروی ضربه در طبقات سازه سه طبقه قاب خمشی با جداگر لرزهای در کنار سازه سه طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 104
شکل 5-3 نیروی ضربه در طبقات سازه پنج طبقه بادبندی با جداگر لرزهای در کنار سازه پنج طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 106
شکل 5-4 نیروی ضربه در طبقات سازه پنج طبقه قاب خمشی با جداگر لرزهای در کنار سازه پنج طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 108
شکل 5-5 نیروی ضربه در طبقات سازه هفت طبقه بادبندی با جداگر لرزهای در کنار سازه هفت طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 110
شکل 5-6 نیروی ضربه در طبقات سازه هفت طبقه قاب خمشی با جداگر لرزهای در کنار سازه هفت طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 112
شکل 5-7 نیروی ضربه در طبقات سازه ده طبقه بادبندی با جداگر لرزهای در کنار سازه ده طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 114
شکل 5-8 نیروی ضربه در طبقات سازه ده طبقه قاب خمشی با جداگر لرزهای در کنار سازه ده طبقه قاب خمشی با پایه گیردار 116