بهینه سازی دیوار برشی در ساختمان های بتنی 7 تا 15 طبقه نامنظم در پلان واقع در منطقه با خطر خیلی زیاد و مستقر بر خاک نوع III93

فهرست مطالب

 چکیده...19

فصل اول: مقدمه و کلیات......20

1-1- اهمیت موضوع......21

1-2- اهمیت بررسی پلان های نامتقارن....21

1-3- صنعت ساختمان و پیشرفت این صنعت.........22

1-4- اهمیت استفاده از سازه های بتنی......22

1-5- تعریف مسئله.....23

1-6- مراحل اجرای تحقیق...24

1-6-1- شناسایی الگوهای پر استفاده چیدمان دیوارهای برشی.....24

1-6-2- مدل سازی ساختمان های مورد مطالعه با توجه به چیدیمان های مختلف دیوار برشی.....24

1-6-3- مقایسه کارائی چیدمان های مختلف دیوارهای برشی..................................................................................24

1-7- تعریف اصطلاحات و واژه ها..........................................................................................................................25

1-7-1- برش منفی در دیوار برشی..........................................................................................................................25

1-7-2- ساختمان مرتفع و نیمه مرتفع.....................................................................................................................25

1-7-3- تغییر مکان نسبی طبقه................................................................................................................................27

1-7-4- مرکز سختی...............................................................................................................................................27

1-7-5- ساختمان منظم و نامنظم..........................................................................................................................27

1-7-5-1- ساختمان منظم....................................................................................................................................27

1-7-5-2- ساختمان نامنظم.................................................................................................................................28

1-8- روش تحلیل طیفی......................................................................................................................................28

1-9- روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی.......................................................................................................29

1-10- دیوار برشی..............................................................................................................................................30

فصل دوم: ادبیات فنی..........................................................................................................................................31

2-1- مقدمه.........................................................................................................................................................32

2-2- سوابق قانونی بلند مرتبه سازی در ایران....................................................................................................33

2-3- دیوار برشی در پلان نامتقارن....................................................................................................................36

2-4- پیش نیازهای آیین نامه ای طراحی ساختمان با پلان نامتقارن...................................................................39

2-5- بتن در ساختمان های بلند و نیمه مرتفع...................................................................................................40

2-5-1- پیشرفت در قالب بندی بتن..................................................................................................................40

2-5-2- پیشرفت در تحویل بتن........................................................................................................................41

2-5-3- پیشرفت در تکنولوژی بتن...................................................................................................................41

2-6- پیشرفت در سیستم های سازه ای.............................................................................................................44

2-7- پیچش در سازه های نامنظم......................................................................................................................46

2-8- قطع دیوارهای برشی و علت آن...............................................................................................................47

2-9- خلاصه تحقیقات پیشین در رابطه با چیدمان دیوارهای برشی...................................................................48

فصل سوم: شناسایی الگوهای پر استفاده چیدمان دیوارهای برشی بتنی.............................................................52

3-1- مقدمه.......................................................................................................................................................53

3-2- بررسی پلان..............................................................................................................................................55

3-2-1- چیدمان شماره 1.................................................................................................................................56

3-2-2- چیدمان شماره 2.................................................................................................................................57

3-2-3- چیدمان شماره 3.................................................................................................................................58

3-2-4- چیدمان شماره 4.................................................................................................................................59

3-2-5- چیدمان شماره 5................................................................................................................................59

3-2-6- چیدمان شماره 6................................................................................................................................60

3-2-7- چیدمان شماره 7................................................................................................................................60

3-2-8- چیدمان شماره 8................................................................................................................................61

فصل چهارم: مدلسازی ساختمان های مورد مطالعه..........................................................................................62

4-1- مقدمه.....................................................................................................................................................63

4-2- پلان ذوزنقه ای نامتقارن........................................................................................................................64

4-2-1- چیدمان های ساختمان 15 طبقه.......................................................................................................64

4-2-1- چیدمان ساختمان های 15 طبقه.......................................................................................................65

4-2-1-1- چیدمان شماره 1 ساختمان 15 طبقه.............................................................................................66

4-2-1-1-1- مشخصات مفاصل پلاستیک....................................................................................................68

4-2-1-2- چیدمان شماره 2 ساختمان 15 طبقه...........................................................................................71

4-2-1-3- چیدمان شماره 3 ساختمان 15 طبقه.........................................................................................74

4-2-1-4- چیدمان شماره 4 ساختمان 15 طبقه.........................................................................................77

4-2-1-5- چیدمان شماره 5 ساختمان 15 طبقه........................................................................................80

4-2-1-6- چیدمان شماره 6 ساختمان 15 طبقه........................................................................................83

4-2-1-7- چیدمان شماره 7 ساختمان 15 طبقه........................................................................................86

4-2-1-8- چیدمان شماره 8 ساختمان 15 طبقه.......................................................................................89

4-2-2- چیدمان های ساختمان 12 طبقه..................................................................................................89

4-2-2-1- چیدمان شماره 1 ساختمان 12 طبقه.......................................................................................90

4-2-2-2- چیدمان شماره 2 ساختمان 12 طبقه.......................................................................................93

4-2-2-3- چیدمان شماره 3 ساختمان 12 طبقه.......................................................................................96

4-2-2-4- چیدمان شماره 4 ساختمان 12 طبقه......................................................................................99

4-2-2-5- چیدمان شماره 5 ساختمان 12 طبقه.....................................................................................102

4-2-2-6- چیدمان شماره 6 ساختمان 12 طبقه....................................................................................105

4-2-2-7- چیدمان شماره 7 ساختمان 12 طبقه....................................................................................108

4-2-2-8- چیدمان شماره 8 ساختمان 12 طبقه....................................................................................111

4-2-3- چیدمان های ساختمان 10 طبقه..............................................................................................114

4-2-3-1- چیدمان شماره 1 ساختمان 10 طبقه...................................................................................115

4-2-3-2- چیدمان شماره 2 ساختمان 10 طبقه....................................................................................118

4-2-3-3- چیدمان شماره 3 ساختمان 10 طبقه...................................................................................121

4-2-3-4- چیدمان شماره 4 ساختمان 10 طبقه..................................................................................124

4-2-3-5- چیدمان شماره 5 ساختمان 10 طبقه.................................................................................127

4-2-3-6- چیدمان شماره 6 ساختمان 10 طبقه.................................................................................130

4-2-3-7- چیدمان شماره 7 ساختمان 10 طبقه.................................................................................133

4-2-3-8- چیدمان شماره 8 ساختمان 10 طبقه.................................................................................136

4-2-4- چیدمان های ساختمان 7 طبقه...............................................................................................139

4-2-4-1- چیدمان شماره 1 ساختمان 7 طبقه..................................................................................140

4-2-4-2- چیدمان شماره 2 ساختمان 7 طبقه...................................................................................143

4-2-4-3- چیدمان شماره 3 ساختمان 7 طبقه..................................................................................146

4-2-4-4- چیدمان شماره 4 ساختمان 7 طبقه..................................................................................149

4-2-4-5- چیدمان شماره 5 ساختمان 7 طبقه..................................................................................152

4-2-4-6- چیدمان شماره 6 ساختمان 7 طبقه..................................................................................155

4-2-4-7-چیدمان شماره 7 ساختمان 7 طبقه...................................................................................158

4-2-4-8- چیدمان شماره 8 ساختمان 7 طبقه.................................................................................161

فصل پنجم: نتایج و مقایسه چیدمان ها..............................................................................................164

5-1- مقدمه.......................................................................................................................................165

5-1-1- تحلیل های تاریخچه زمانی غیر خطی...............................................................................165.

5-1-1-1- مشخصات شتاب نگاشت های ورودی جهت انجام تحلیل دینامیکی غیر خطی............165

5-1-2- بررسی پارامترهای سازه ای................................................................................................165

5-1-2-1- جابجایی طبقه آخر..................................................................................................... 172

5-1-2-1-1- چیدمان دیوار برشی در ساختمان های 7 طبقه.......................................................172

5-1-2-1-2- چیدمان دیوار برشی در ساختمان های 10 طبقه.....................................................172

5-1-2-1-3- چیدمان دیوار برشی در ساختمان های 12طبقه......................................................173

5-1-2-1-4- چیدمان دیوار برشی در ساختمان های 15 طبقه....................................................174

5-1-2-2- زمان تناوب سازه ها...................................................................................................174

5-1-2-3- میزان جابجایی نسبی طبقات.......................................................................................178

5-1-2-4- میزان شتاب بام...........................................................................................................179

5-1-3- محدودیت های معماری..................................................................................................184

5-1-4- مقایسه کلی چیدمان ها و مدل های بررسی شده.............................................................186

فصل ششم: نتایج وپیشنهادات........................................................................................................190

6-1- نتیجه گیری نهایی.............................................................................................................. .191.

6-2- پیشنهادات برای مطالعات بعدی...........................................................................................192

منابع و ماخذ................................................................................................................193

 فهرست اشکال

 شکل 1) شکل های هندسی سیستم دیوار برشی 31

شکل 2) سیستم های سازه ای بتنی مناسب برای محدوده های مختلف طبقات 47

شکل 3 )چیدمان های مختلف پانل های برشی 51

شکل 4)اشکال مختلف دیوار برشی 52

شکل 5) پلان برج سوث- واکر،شیکا گو 55

شکل 6 ) پلان برج میگلین-بیتلر، شیکا گو 55

شکل 7) پلان برج 29 طبقه ای در خیابان پنجم بروکلین، نیویورک 56

شکل 8) پلان شماره 1، ذوزنقه نامتقارن 57

شکل 9) چیدمان شماره یک 58

شکل 10) چیدمان شماره دو 58

شکل 11) چیدمان سوم 59

شکل 12) چیدمان چهارم 59

شکل 13) چیدمان پنجم 60

شکل 14) چیدمان شش 61

شکل 15) چیدمان هفتم 62

شکل 16) چیدمان هشتم 62

شکل 17) نمای سه بعدی چیدمان اول در ساختمان 15 طبقه 66

شکل 18) پیچش سازه در مد سوم سازه در چیدمان اول ساختمان 15 طبقه 66

شکل 19) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان اول ساختمان 15 طبقه 67

شکل 20) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان اول در ساختمان 15 طبقه 68

شکل 21) نمای سه بعدی چیدمان دوم در ساختمان 15 طبقه 69

شکل 22) پیچش سازه در مد سوم سازه در چیدمان دوم ساختمان 15 طبقه 69

شکل 23) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان دوم ساختمان 15 طبقه 70

شکل 24)نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون در چیدمان دوم ساختمان 15 طبقه 71

شکل 25)نمای سه بعدی چیدمان سوم ساختمان 15 طبقه 72

شکل 26) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان سوم ساختمان 15 طبقه 72

شکل 27)نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان سوم در ساختمان 15 طبقه 73

شکل 28)نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون در چیدمان سوم ساختمان 15 طبقه 74

شکل 29) نمای سه بعدی چیدمان چهارم ساختمان 15 طبقه 75

شکل 30) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان چهارم ساختمان 15 طبقه 75

شکل 31)نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان چهارم ساختمان 15 طبقه 76

شکل 32) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان چهارم ساختمان 15 طبقه 77

شکل 33)نمای سه بعدی چیدمان پنجم ساختمان 15 طبقه 78

شکل 34) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان پنجم ساختمان 15 طبقه 78

شکل 35 ) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان پنجم ساختمان 15 طبقه 79

شکل 36)نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون در چیدمان پنجم در ساختمان 15 طبقه 80

شکل 37) نمای سه بعدی چیدمان ششم ساختمان 15 طبقه 81

شکل 38)پیچش سازه در مد سوم چیدمان ششم ساختمان 15 طبقه 81

شکل 39) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در ساختمان 15 طبقه 82

شکل 40) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان ششم ساختمان 15 طبقه 83

شکل 41) نمای سه بعدی چیدمان هفتم ساختمان 15 طبقه 84

شکل 42) پیچش سازه در مد سوم چیدمان هفتم ساختمان 15 طبقه 84

شکل 43) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هفتم ساختمان 15 طبقه 85

شکل 44) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون در چیدمان هفتم ساختمان 15 طبقه 86

شکل 45) نمای سه بعدی چیدمان هشتم ساختمان 15 طبقه 87

شکل 46) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان هشتم ساختمان 15 طبقه 87

شکل 47) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هشتم ساختمان 15 طبقه 88

شکل 48) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان هشتم ساختمان 15 طبقه 89

شکل 49) نمای سه بعدی چیدمان اول ساختمان 12 طبقه 91

شکل 50) پیچش سازه در مد سوم چیدمان اول ساختمان 12 طبقه 91

شکل 51) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع چیدمان اول ساختمان 12 طبقه 92

شکل 52) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر وستون چیدمان اول ساختمان 12 طبقه 93

شکل 53) نمای سه بعدی چیدمان دوم ساختمان 12 طبقه 94

شکل 54) پیچش سازه در مد پنجم چیدمان دوم ساختمان 12 طبقه 94

شکل 55 ) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان دوم ساختمان 12 طبقه 95

شکل 56) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون در چیدمان دوم ساختمان 12 طبقه 96

شکل 57) نمای سه بعدی چیدمان سوم ساختمان 12 طبقه 97

شکل 58) پیچش سازه در مد پنجم چیدمان سوم ساختمان 12 طبقه 97

شکل 59) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان سوم ساختمان 12 طبقه 98

شکل 60) توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و سنون چیدمان سوم ساختمان 12 طبقه 99

شکل 61) نمای سه بعدی چیدمان چهارم ساختمان 12 طبقه 100

شکل 62) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان چهارم ساختمان 12 طبقه 100

شکل 63) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان چهارم ساختمان 12 طبقه 101

شکل 64) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان چهارم ساختمان 12 طبقه 102

شکل 65) نمای سه بعدی چیدمان پنجم ساختمان 12 طبقه 103

شکل 66) پیچش سازه در مد سوم چیدمان پنجم ساختمان 12 طبقه 103

شکل 67) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان پنجم ساختمان 12 طبقه 104

شکل 68) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان پنجم ساختمان 12 طبقه 105

شکل 69) نمای سه بعدی چیدمان ششم ساختمان 12 طبقه 106

شکل 70) پیچش سازه در مد ششم چیدمان ششم ساختمان 12 طبقه 106

شکل 71) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان ششم ساختمان 12 طبقه 107

شکل 72) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر وستون در چیدمان ششم ساختمان 12 108

شکل 73) نمای سه بعدی چیدمان هفتم ساختمان 12 طبقه 109

شکل 74) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان هفتم ساختمان 12 طبقه 109

شکل 75) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هفتم ساختمان 12 طبقه 110

شکل 76) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان هفتم ساختمان 12 طبقه 111

شکل 77) نمای سه بعدی چیدمان هشتم در ساختمان 12 طبقه 112

شکل 78) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان هشتم ساختمان 12 طبقه 112

شکل 79) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هشتم ساختمان 12 طبقه 113

شکل 80) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر وستون چیدمان هشتم ساختمان 12 طبقه 114

شکل 81) نمای سه بعدی چیدمان اول ساختمان 10 طبقه 116

شکل 82) پیچش سازه در مد سوم چیدمان اول ساختمان 10 طبقه 116

شکل 83) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان اول ساختمان 10 طبقه 117

شکل 84) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان اول در ساختمان 10 طبقه 118

شکل 85) نمای سه بعدی چیدمان دوم ساختمان 10 طبقه 119

شکل 86) پیچش سازه در مد سوم چیدمان دوم ساختمان 10 طبقه 119

شکل 87) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان دوم ساختمان 10 طبقه 120

شکل 88) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان دوم ساختمان 10 طبقه 121

شکل 89) نمای سه بعدی چیدمان سوم ساختمان 10 طبقه 122

شکل 90) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان سوم ساختمان 10 طبقه 122

شکل 91) نسب نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان سوم ساختمان 10 طبقه 123

شکل 92) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان سوم در ساختمان 10 طبقه 124

شکل 93) نمای سه یعدی چیدمان چهارم ساختمان 10 طبقه 125

شکل 94) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان چهارم ساختمان 10 طبقه 125

شکل 95) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان چهارم ساختمان 10 طبقه 126

شکل 96) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان چهارم ساختمان 10 طبقه 127

شکل 97) نمای سه بعدی چیدمان پنجم ساختمان 10 طبقه 128

شکل 98) پیچش سازه در مد سوم چیدمان پنجم ساختمان 10 طبقه 128

شکل 99) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان پنجم ساختمان 10 طبقه 129

شکل 100) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان پنجم ساختمان 10 طبقه 130

شکل 101) نمای سه بعدی چیدمان ششم ساختمان 10 طبقه 131

شکل 102) پیچش سازه در مد پنجم چیدمان ششم ساختمان 10 طبقه 131

شکل 103) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان ششم ساختمان 10 طبقه 132

شکل 104) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک تیر و ستون در چیدمان ششم ساختمان 10 طبقه 133

شکل 105) نمای سه بعدی چیدمان هفتم ساختمان 10 طبقه 134

شکل 106) پچیش سازه در مد چهارم چیدمان هفتم ساختمان 10 طبقه 134

شکل 107) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هفتم ساختمان 10 طبقه 135

شکل 108) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک تیر و ستون چیدمان هفتم ساختمان 10 طبقه 136

شکل 109) نمای سه بعدی چیدمان هشتم در ساختمان 10 طبقه 137

شکل 110) پیچش سازه در مد سوم چیدمان هشتم ساختمان 10 طبقه 137

شکل 111) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هشتم ساختمان 10 طبقه 138

شکل 112) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان هشتم ساختمان 10 طبقه 139

شکل 113) نمای سه بعدی چیدمان اول ساختمان 7 طبقه 141

شکل 114) پیچش سازه در مد سوم چیدمان اول ساختمان 7 طبقه 141

شکل 115) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان اول ساختمان 7 طبقه 142

شکل 116) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر ستون چیدمان اول ساختمان 7 طبقه 143

شکل 117) نمای سه بعدی چیدمان دوم ساختمان 7 طبقه 144

شکل 118) پیچش سازه در مد پنجم چیدمان دوم ساختمان 7 طبقه 144

شکل 119) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان دوم ساختمان 7 طبقه 145

شکل 120) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان دوم ساختمان 7 طبقه 146

شکل 121) نمای سه بعدی چیدمان سوم ساختمان 7 طبقه 147

شکل 122) پیچش سازه در مد سوم چیدمان سوم ساختمان 7 طبقه 147

شکل 123) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان سوم ساختمان 7 طبقه 148

شکل 124) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان سوم ساختمان 7 طبقه 149

شکل 125) نمای سه بعدی چیدمان چهارم ساختمان 7 طبقه 150

شکل 126) پیچش سازه در مد سوم چیدمان چهارم ساختمان 7 طبقه 150

شکل 127) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان چهارم ساختمان 7 طبقه 151

شکل 128) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان چهارم در ساختمان 7 طبقه 152

شکل 129) نمای سه بعدی چیدمان پنجم ساختمان 7 طبقه 153

شکل 130) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان پنجم ساختمان 7 طبقه 153

شکل 131) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان پنجم ساختمان 7 طبقه 154

شکل 132) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر وستون در چیدمان پنجم ساختمان 7 طبقه 155

شکل 133) نمای سه بعدی چیدمان ششم ساختمان 7 طبقه 156

شکل 134) پیچش سازه در مد چهارم چیدمان ششم ساختمان 7 طبقه 156

شکل 135) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان ششم ساختمان 7 طبقه 157

شکل 136) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون چیدمان ششم ساختمان 7 طبقه 158

شکل 137) نمای سه بعدی چیدمان هفتم ساختمان 7 طبقه 159

شکل 138) پیچش سازه در مد سوم چیدمان هفتم ساختمان 7 طبقه 159

شکل 139) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هفتم ساختمان 7 طبقه 160

شکل 140) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر و ستون در چیدمان هفتم ساختمان 7 طبقه 161

شکل 141) نمای سه بعدی چیدمان هشتم ساختمان 7 طبقه 162

شکل 142) پیچش سازه در مد سوم چیدمان هشتم ساختمان 7 طبقه 162

شکل 143) نسبت نیاز به ظرفیت مقاطع در چیدمان هشتم ساختمان 7 طبقه 163

شکل 144) نحوه توزیع مفاصل پلاستیک در تیر وستون چیدمان هشتم ساختمان 7 طبقه 164

شکل 145) اطلاعات زمین لرزه San Fernado 167

شکل 146) اطلاعات زمین لرزه Northridge 168

شکل 147) اطلاعات زمین لرزه Cape Mendocino. 168

شکل 148) اطلاعات زمین لرزه Whittier Narrows. 168

شکل 149)خروجی تاریخچه جابجایی بام در چیدمان پنجم ساختمان 12 طبقه در راستای Y 176

شکل 150) خروجی تاریخچه جابجایی بام در چیدمان سوم ساختمان 12 طبقه در راستای Y 176

شکل 151) خروجی تاریخچه جابجایی بام در چیدمان دوم ساختمان 15 طبقه در راستای X 177

شکل 152) خروجی تاریخچه بام در چیدمان اول ساختمان 15 طبقه در راستای X 177

شکل 153) خروجی تاریخچه بام در چیدمان ششم ساختمان 10 طبقه در راستای Y 178

شکل 154) خروجی تاریخچه بام در چیدمان چهارم ساختمان 10 طبقه در راستای Y 178

شکل 155) تارخچه شتاب بام در چیدمان هفتم ساختمان 7 طبقه در راستای X 185

شکل 156)تارخچه شتاب بام در چیدمان هفتم ساختمان 7 طبقه در راستای Y 186

فهرست جدول ها

 جدول 1) مقاطع به کار رفته در ساختمان 15 طبقه 65

جدول 2) مقاطع به کار رفته در ساختمان 12 طبقه 90

جدول 3) مقاطع به کار رفته در ساختمان 10 طبقه 115

جدول 4) مقاطع به کار رفته در ساختمان 7 طبقه 140

جدول 5)مشخصات شتاب نگاشت های ورودی 167

جدول 6) میزان جابجایی طبقه آخر چیدمان های 7 طبقه 174

جدول 7) میزان جابجایی طبقه آخر چیدمان های 10 طبقه 174

جدول 8) میزان جابجایی طبقه آخر چیدمان های ساختمان 12 طبقه 175

جدول 9) میزان جابجایی طبقه آخر چیدمان های ساختمان 15 طبقه 175

جدول 10) میزان زمان تناوب سازه در چیدمان های هشتگانه ساختمان 15 طبقه 179

جدول 11) میزان زمان تناوب سازه در چیدمان های هشتگانه ساختمان 12 طبقه 179

جدول 12) میزان زمان تناوب سازه در چیدمان های هشتگانه ساختمان 10 طبقه 180

جدول 13) میزان زمان تناوب سازه در چیدمان های هشتگانه ساختمان 7 طبقه 180

جدول 14) میزان جابجایی نسبی طبقات در چیدمان های ساختمان 7 طبقه 181

جدول 15) میزان جابجایی نسبی طبقات در چیدمان های ساختمان 10 طبقه 181

جدول 16) میزان جابجایی نسبی طبقات در چیدمان های ساختمان 12 طبقه 182

جدول 17) میزان جابجایی نسبی طبقات در چیدمان ساختمان 15 طبقه 182

جدول 18) مقایسه نتایج کلی چیدمان های ساختمان 7 طبقه 188

جدول 19) مقایسه نتایج کلی چیدمان های ساختمان 10 طبقه 188

جدول 20) مقایسه نتایج کلی چیدمان های ساختمان 12 طبقه 189

جدول 21) مقایسه نتایج کلی چیدمان های ساختمان 15 طبقه 189

جدول 22) مقایسه نتایج کلی چیدمان های ساختمان 15 طبقه تحت زلزله حوزه نزدیک با مولفه قائم 190

 فهرست نمودارها

 نمودار 1)جابجایی نسبی طبقات تحت زلزله Cape Mendosino در ساختمان 7 طبقه چیدمان 2 183

نمودار 2) جابجایی نسبی طبقات تحت زلزله San Fernado ساختمان7 طبقه چیدمان 3 183

نمودار 3) جابجایی نسبی طبقات نحت زلزله Whittier Narrows در ساختمان 10 طبقه چیدمان 7 184

نمودار 4) جابجایی نسبی طبقات تحت زلزلهCape Mendocino در ساختمان 12 طبقه چیدمان 184

 چکیده

گاهی شرایط محیطی و منطقه ای سازه ای را مجبور به داشتن پلانی نامتقارن میکند. در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای ارزیابی پاسخ لرزه ای سازه های نامتقارن و خصوصا پاسخ پیچشی آنها انجام شده است. سازه های نامتقارن ویژگی های خاصی در محدوده غیرخطی دارند که سبب شده است پیش بینی رفتار آنها در زمان زلزله پیچیده باشد. همچنین بررسی عملکرد ساختمانها در زلزله های گذشته نشان میدهد که معمولا ساختمان های نامتقارن نسبت به ساختمان های متقارن در برابر زلزله آسیب پذیرترند.

سیستم دیوار بررشی یکی از متداول ترین سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند مرتبه و با ارتفاع متوسط است.اشکال مختلف دیوارهای برشی و نوع مناسب جانمایی آنها، میتواند به مقابله با نیروی زلزله و کمک به پخش منظم سختی در این گونه سازه ها، و همچنین به روند پاسخگویی منطقی و قابل پیش بینی سازه کمک شایانی کند. مطالعات بسیاری در رابطه با طراحی و آنالیز دیوارهای برشی پیش از این انجام شده است، با این وجود تصمیم گیری در مورد محل دیوار برشی در سازه های با ارتفاع متوسط بخصوص در ساختمان هایی با پلان های نامنظم چندان مورد بحث قرار نگرفته است.

در این پایان نامه سعی برآن شده است تا با 8 مدل چینش دیوارهای برشی در پلان نامتقارن ذوزنقه ای شکل در 4 ارتفاع متفاوت 7و 10و 12و 15 طبقه که شامل دیوارهای مستطیلی رایج ودیوارهای اصطلاحا L شکل و Tشکل و Uشکل و Zشکل می باشد، بهترین پاسخ را در جهت بهبود عملکرد سازه های نامتقارن در پلان نامنظم بدست آورد. نتایج این پژوهش از تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی با استفاده از 4 رکورد زلزله در نرم افزار SAP2000 بدست آمده است. دیوارهایی که بتوانند هسته مرکزی ساختمان را به شرط قرار گیری در محل مناسب آن، مهار کنند توانایی بالایی در افزایش مقاومت سازه در برابر نیروهای جانبی همچون زلزله خواهند داشت،اصطلاحا دیوارهای Uشکل نامیده می شوند و همچنین دیوار Z شکل هم در بالا بردن سختی و کاهش شتاب از دیگر چیدمان های موثر میباشد. در این پژوهش پارامترهای سازه ای همچون میزان شتاب بام و جابجایی طبقه آخر و همچنین میزان جابجایی نسبی طبقات و رفتار مفاصل پلاستیک در تیر و ستون ها و میزان دوره تناوب سازه ها مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است.

کلید واژه: پلان نامتقارن، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، دیوار برشی

فصل اول- مقدمه و کلیات

 مقدمه و کلیات

 1-1-اهمیت موضوع

در این بخش از پایان نامه به اهمیت مطالعه موضوعات پلان نامتقارن، صنعت ساختمان و رشد کلان شهر ها در ارتفاع می پردازیم.

1-2-اهمیت بررسی پلان های نامتقارن

گاهی شرایط محیطی و منطقه ای سازه ای را مجبور به داشتن پلانی نامتقارن میکند. در سالهای اخیر تلاشهای زیادی برای ارزیابی پاسخ لرزه ای سازه های نامتقارن و خصوصا پاسخ پیچشی آنها انجام شده است. سازه های نامتقارن ویژگی های خاصی در محدوده غیرخطی دارند که سبب شده است پیش بینی رفتار آنها در زمان زلزله پیچیده باشد. همچنین بررسی عملکرد ساختمانها در زلزله های گذشته نشان میدهد که معمولا ساختمان های نامتقارن نسبت به ساختمان های متقارن در برابر زلزله آسیب پذیرترند. رفتارهای مختلف هر قسمت سازه، عدم تناسب در پخش بارهای جانبی و تمرکز تنش در اجزاء سازه ای از عوامل مهم افزایش آسیب در ساختمان های نامنظم است.ساختمان های نامتقارن را به طور کلی سازه های نامتقارن در پلان و ارتفاع تقسیم بندی کرد. سیستم دیوار بررشی یکی از متداول ترین سیستم های مقاوم جانبی در ساختمان های بلند مرتبه و با ارتفاع متوسط است. دیوار های برشی در ساختمان های بتن آرمه، با ایجاد سختی زیاد، نقش مهمی در جذب برش وارده دارند. تغییر مکان سازه هایی با دیوار برشی به نسبت سیستم مقاوم قاب خمشی کمتر بوده و ایمنی بیشتری را ایجاد مینماید.شکل این دیوار، در عین اقتصادی بودن، اجرای ساده و قرارگیری بجا در طرحهای معماری را میطلبد. اشکال مختلف دیوارهای برشی و نوع جانمایی آنها، توان مقابله با نیروی زلزله و کمک به پخش منظم سختی در این گونه سازه ها به روند پاسخگویی منطقی و قابل پیش بینی تر کمک میکند. مطالعات بسیاری در رابطه با طراحی و آنالیز دیوارهای برشی پیش از این انجام شده است، با این وجود تصمیم گیری در مورد محل دیوار برشی در سازه های با ارتفاع متوسط بخصوص در ساختمان هایی با پلان های نامنظم چندان مورد بحث قرار نگرفته است.

 1-3-صنعت ساختمان و پیشرفت این صنعت

صنعت ساختمان نقش اساسی را در رشد اقتصادی کشور های در حال توسعه و کمتر صنعتی شده بازی میکند.صنعت ساخت همچنین در نیل به اهداف ملی و بر طرف نمودن نیازهای اجتماعی نقش بسیار پر رنگی بازی میکند. به گزارش اکونیوز، به گفته کارشناسان و تحقیقات صورت گرفته در خصوص رشد هندسی پایتخت های جهان، تهران با تنها 2 درصد ساختمان های بلندتر از 9 طبقه، کمترین تعداد ساختمان های بلند مرتبه را داراست و میزان 98 درصد ساختمان ها کمتر از 9 طبقه هستند و همین امر موجب شده که تهران از نظر ارتفاعی کوتاهترین پایتخت جهان محسوب شود و این در حالی است که به عقیده کارشناسان شهری رشد افقی شهرها هزینه هایی اضافی را برای نگهداری به مدیران شهری تحمیل میکند و همین پراکندگی تراکم نیاز به امکانات خدماتی زیادی را به وجود می آورد و مسئولان مجبورند مبالغ بیشتری را نسبت به زمانی که شهر در ارتفاع توسعه می یابد برای ارائه خدمات هزینه کنند.

1-4-اهمیت استفاده از سازه های بتنی

تاریخچه ساختمان های بتنی مرتفع و نیمه مرتفع به اوایل قرن بیستم بر میگردد. ساختمان اینگالس[1] در اوهایو، سینسیناتی آمریکا[2]، اولین ساختمان بلند 15 طبقه ای از بتن بود که در سال 1903 توسط آقای التزنر[3] در حالی که بسیاری بر این باور بودند که طرح او به شکست منجر میشود، ساخته شد. چند سال بعد در یک آتش سوزی مهیب، تعداد زیادی از ساختمان های فلزی در اثر حرارت زیاد خراب شدند، ولی بتن خود را به عنوان یک مصالح مقاوم در برابر آتش سوزی به اثبات رساند. التزنر در مقاله ای، تعدادa دیگری از مزایای بتن در برابر فولاد را نام برده است که از آن جمله میتوان به نکات زیر اشاره کرد:]1[

1. ارزانی قابل ملاحضه بتن نسبت به فولاد
2. استفاده از فولاد نیاز به ماشین آلات، کارگاه ها و سرمایه گذاری زیادی برای راه اندازی کارخانه فولاد دارد.
3. هزینه حمل و نقل برای فولاد نسبت به بتن بیشتر است.

عمده تغییرات تکنیکی در ساخت های بتنی در نیمه اول قرن بیستم اتفاق افتاد. پیشرفت هایی در زمینه های قاب بندی، مخلوط کردن بتن، تکنیک های پمپ کردن و انواع افزودنی ها جهت ارتقاء کیفیت آن، همگی در تسهیل استفاده از بتن در ساختمان های بلند موثر بودند، تا اینکه امروزه بتن به عنوان مصالح سازه ای برای ساخت ساختمان های بلند و آسمان خراش ها در مالزی، چین و آمریکا و000 استفاده میشود].2[

1-5-تعریف مسئله

از آنجا که بلند مرتبه سازی در بسیاری از شهرهای کشور به ویژه تهران رو به گسترش است، و شرایط محیطی و منطقه ای سازه های نیمه مرتفع را در بسیاری از موارد مجبور به داشتن پلانی نامتقارن می کند، بررسی پلان نامتقارن در سازه های نیمه مرتفع با در نظر گرفتن این مسئله که تهران جزء نقاط لرزه خیز می باشد، توجه بیشتری را میطلبد. از جمله سیستم های باربر متداول در ساختمان های بلند مرتبه که استفاده از آن تا ارتفاع 35 طبقه اقتصادی است، سیستم دیوار برشی است. مطالعات بسیاری در رابطه با طراحی و آنالیز دیوارهای برشی پیش از این انجام شده است، با این وجود تصمیم گیری در مورد محل دیوار برشی در سازه های نیمه مرتفع بخصوص در ساختمان هایی با پلان های نامنظم چندان مورد بحث قرار نگرفته است. در نتیجه تلاش بر آن است، با جابجایی دیوارهای برشی در چندین ساختمان نیمه مرتفع با پلان نامتقارن، بهینه ترین مدل را به وسیله نرم افزار SAP مورد ارزیابی قرار دهیم. با مقایسه مدل های مختلف که هر کدام دارای پلانی نامتقارن هستند، و با جا به جا کردن محل دیوار برشی در هر کدام، به ارزیابی سازه از نظر رفتار لرزه ای، وزن تمام شده آن و زمان تناوب سازه می پردازیم و بدین ترتیب بهینه ترین سیستم سازه ای را بدست می آوریم. سازه مورد نظر با استفاده از نرم افزار SAP مدل سازی میشود. روش تحلیل در اینجا آنالیز سه بعدی سازه با در نظرگرفتن تمامی درجات آزادی ممکن است. برای مدل کردن سازه به طور صحیح تحت بارهای جانبی با توجه به نهفته بودن فرض حرکت صلب کف طبقات در تراز خود، باید در نرم افزار مدل سازی، هر طبقه را یک دیافراگم صلب تعریف نماییم.

1-6-مراحل اجرای تحقیق

مراحل اجرای این تحقیق را میتوان در سه بخش کلی نگاه کرد:

1-6-1-شناسایی الگوهای پر استفاده چیدمان دیوارهای بتنی

برای هر نوع سیاست گذاری و تصمیم گیری اولین قدم یافتن گزینه های برتر از میان خیل گزینه های موجود می باشد. بنابراین ابتدا به شناسایی این چیدمان های مطرح می پردازیم. ( مشورت با مهندسان با تجربه در این صنعت و بررسی الگوهایی که تاکنون در ساخت ساختمان های بلند و نیمه بلند مرتبه استفاده شده است.)

1-6-2-مدلسازی ساختمانهای مورد مطالعه با توجه به چیدمان های مختلف دیوارهای برشی

در این مرحله چیدمان­های مختلف یافته شده در مرحله قبل را در پلانذوزنقه ای قرار داده ودر قالب 4 ساختمان 7 و 10 و12 و 15 طبقه بتنی و با کمک نرم افزار SAP مدل سازی مینماییم. این پلان نامنظم در هندسه می باشد.

1-6-3-مقایسه کارائی چیدمان های مختلف دیوار های برشی

در این مرحله ساختمان های طراحی شده در درجه اول از نظر اقتصادی، سپس از نظر عملکرد سازه ای ودر نهایت از نظر بهبود فضاسازی معماری مورد مقایسه قرار میگیرند. از نظر اقتصادی پارامترهای وزن مصالح به کار رفته و سطح مفید ایجاد شده در پلان با توجه به ابعاد اجزای سازه ای، مورد بررسی واقع میگردند.از نظر عملکرد سازه ای ساختمان های طراحی شده از نقطه نظر زمان تناوب، تغییر مکان جانبی طبقه فوقانی و شتاب طبقه ای و برش منفی، مورد ارزیابی قرار میگیرند. از نظر معماری ساختمان ها با توجه به محدودیت هایی که در فضاسازی ایجاد می کنند مقایسه می شوند.

1-7-تعریف اصطلاحات و واژه ها

در این مطالعه اصطلاحات و واژه هایی مورد استفاده قرار گرفته اند که مفید است در اینجا تعریف شوند.

1-7-1-برش منفی در دیوار برشی

در ساختمان های بلند اندرکنش بین قاب و دیوار مورد توجه قرار میگیرد. زیرا تغییر مکان دیوار در مود خمشی با تحدب در جهت باد، دارای حداکثر شیب در بالای سازه است، در حالی که تغییرمکان قاب در مد برشی و با تقعر در جهت وزش باد، دارای حداکثر شیب در پای سازه است. هنگامی که قاب و دیوار توسط اعضای اتصالی با انتهای مفصلی به یکدیگر وصل شوند و تحت بار افقی قرار گیرند، تغییر مکان پایین سازه به صورت خمشی و تغییر مکان بالای سازه به صورت برشی خواهد بود. در بالای سازه که برش خارجی صفر است،قاب تحت اثر برش مثبت قابل ملاحضه ای قرار دارد. این برش، توسط برش منفی بالای دیوار، از طریق نیروی اندرکنش متمرکز بین قاب و دیوار خنثی می شود.]3[

1-7-2-ساختمان مرتفع و نیمه مرتفع

بلند بودن ساختمان یک امر نسبی است و از جنبه های مختلف تعاریف گوناگونی برای ساختمان های بلند رتبه ارائه شده است. در ادامه به مطالعه تعریف های مختلف از ساختمان بلند می پردازیم.

برنامه ریزان و طراحان شهری غالبا ساختمان های ده طبقه به بالا را ساختمان بلند اطلاق می نمایند و ویژگی ساختمان بلند را آن می دانند که حداقل یک نمای طراحی شده آن نمایانگر تعداد طبقات متعدد آن باشد. به عبارت دیگر یک نمایشگاه، کارخانه و یا هر ساختمان با ارتفاع زیاد در این تعریف نمی گنجد. در قوانین داخلی ایران طبق دستور العمل اجرایی محافظت ساختمان ها در برابر آتش سوزی (نشریه 112 سازمان برنامه و بودجه) حداقل تعداد طبقات ساختمان مرتفع 8 طبقه عنوان شده است. هرچند که میتوان با توجه به پیشرفت وسایل و امکانات، این تعداد طبقه را به 12 طبقه رساند. همچنین بر اساس متن ضوابط و مقررات احداث ساختمان های 6 طبقه و بیشتر در تهران که به عنوان دستور العملی برای ساختمان های بلند در تهران بشمار میرود، هرکجا از ابنیه بلند،ساختمان بلند و با بنای بلند نام برده شده است، منظور ساختمان های 6 طبقه و بیشتر می باشد.

در واقع هنوز تعریف دقیق و مناسبی از ساختمان بلند و بزرگ وجود ندارد. در اوایل دهه 1900 موسسه حفاظت از حریق آمریکا و کشورهای اروپایی که دارای سازمان های آتش نشانی توسعه یافته بودند معیار ساختمان بلند را توانایی دسترسی نیروهای آتش نشانی با بلندترین نردبان موجود آن زمان که 18 متر بود در نظر گرفتند و در کدهای ایمنی خود معیار قرار دادند و این ملاک عمل ماندگار شد. در تاریخ 1/6/1351 در ایران مقرر شد در کلیه ساختمان های 6 طبقه و بیشتر علاوه بر پله ورودی، پیش بینی پله فرار که مستقیما به فضای باز ساختمان ارتباط داشته باشد الزامی است.(بند 7 صورت جلسه 94-1/6/51 شورای هماهنگی). در سال 1368 نمایندگان سازمان های مسوول ایمنی در جلسات متععدی، قوانین و مقررات موجود از جمله NFPA را بررسی نموده ودر سال 1371 دستورالعمل اجرایی محافظت ساختمان ها در برابر آتش سوزی (نشریه 112) انتشار یافت که در صفحه 253 بند 6-19 در مورد ارتفاع بنا آمده است: هر بنایی که ارتفاع آن ( فاصله قائم بین تراز کف بالاترین طبقه قابل تصرف، تا تراز پایین ترین سطح قابل دسترس برای ماشین های آتش نشانی) از 23 متر بیشتر باشد، عمارت های بلند محسوب میشود. البته سازه هایی که مورد تصرف انسان نباشد مانند برج نگهبانی، برج کنترل، مناره ها و نظایر آنها با بار متصرف 5 نفر یا کمتر، مشمول این تعریف نخواهد بود. در سال 1380 مبحث سوم مقررات ملی ساختمان، صفحه 68 عین عبارت نشریه 112 تکرار شده است. به طور خلاصه میتوان نتیجه گرفت که معیار تعریف ساختمان بلند، دسترسی نیروهای آتش نشانی به وسیله خودروها و نردبان های آتش نشانی به طبقات ساختمان جهت نجات افراد در نظر گرفته شده است.[4] و [5]

باتوجه به جمیع موارد عنوان شده، میتوان ساختمان بلند را ساختمانی با حداقل 10 طبقه عنوان نمود که در حیطه کلیه تعاریف فوق قرار می گیرد.

  1-7-3-تغییر مکان نسبی طبقه

تغییر مکان جانبی یک کف نسبت به کف پایین آن را تغییر مکان نسبی طبقه گویند[6]

1-7-4-مرکز سختی

مراکز سختی برای یک سازه چند طبقه عبارتند از نقاطی در سطوح طبقات که وقتی برآیند نیروهای جانبی حاصل از زلزله در آن نقاط فرض شوند، چرخشی در هیچ یک از طبقات سازه اتفاق نمی افتد.[6]

1-7-5-ساختمان منظم و نامنظم

ساختمان ها باتوجه به شرایط هندسی آن ها در پلان و ارتفاع ساختمان به دو نوع منظم و نامنظم دسته بندی می شوند. در ادامه تعریف هر کدام از این دو دسته بندی آمده است.

1-7-5-1-ساختمان منظم

ساختمان های منظم، به گروهی از ساختمان ها اطلاق میشود که دارای کلیه ویژگی های زیر باشند.

الف – پلان ساختمان دارای شکل متقارن و یا تقریبا متقارن نسبت به محورهای اصلی ساختمان، که معمولا عناصر مقاوم در برابر زلزله، در امتداد آنها قرار دارند، باشد. هم چنین، در صورت وجود فرو رفتگی یا پیش آمدگی در پلان، اندازه آن در هر امتداد از 25 درصد بعد خارجی ساختمان در آن امتداد تجاوز ننماید.

ب – در هر طبقه فاصله بین مرکز جرم و مرکز سختی در هر یک از دو امتداد متعامد ساختمان از 20 درصد بعد ساختمان در آن امتداد بیش تر نباشد.

پ – تغییرات ناگهانی در سختی دیافراگم هر طبقه مجاور از 50 درصد بیشتر نبوده و مجموع سطوح بازشو در آن از 50 درصد سطح کل دیافراگم تجاوز ننماید.

ت – در مسیر انتقال نیروی جانبی به زمین، انقطایی مانند تغییر صفحه اجزای باربر جانبی در طبقات وجود نداشته باشد.

ث – در هر طبقه حداکثر تغییر مکان نسبی در انتهای ساختمان ، با احتساب پیچش تصادفی، بیشتر از 20 درصد با متوسط تغییر مکان نسبی دو انتهای ساختمان در آن طبقه اختلاف نداشته باشد.[6]

Ingalls. [1]

Cincinati, ohio.[2]

A.O.Elzner.[3]