کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله

کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله

کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله :

با گسترش و توسعه علوم رایانه، تحقیقات و یافته‌های علمی در زمینه مهندسی زلزله و طراحی لرزه‌ای پیشرفت چشمگیری داشته است. در این راستا آئین‌نامه‌های زلزله در نقاط مختلف دنیا جهت بهبود رفتار لرزه‌ای سازه‌ها حداقل ضوابط را در جهت تحقق امر به صورت کلی پیشنهاد نموده‌اند. لذا استفاده از آئین‌نامه‌ها بایستی با آگاهی و دانش کافی صورت گیرد.

تاکنون در این زمینه کتب متعددی منتشر شده که مخاطبان جهت یادگیری، رفع ابهام، درک مطالب به آنها رجوع می‌نمایند که اغلب روند محاسبات را بصورت استفاده از چند رابطه هدایت کرده و توجه خاصی به فلسفه استفاده از آن روابط ننموده‌اند.

متاسفانه از چند رابطه هدایت کرده و توجه خاصی به فلسفه روابط اغلب از نظرها دور می‌ماند و مهندسان با جایگزینی اعداد در روابط و استفاده از چند عملگر ریاضی بسنده می‌کنند که ارزش واقعی هر طراح را زیر سوال می‌برد. از طرفی بسیاری  از مراجع نیر به حدی مطالب را سنگین ارائه نموده که باعث سردرگمی و گمراهی علاقه‌مندان می‌شود.

در این جلد از کتاب سعی شده است به تحلیل و طراحی لرزه‌ای ساختمان‌های فولادی مقاوم در برابر زلزله پرداخته شود که می‌تواند مکمل دروس طراحی ساختمان‌های فولادی دوره کارشناسی باشد.

پیشگفتار

هدف آیین‌نامه‌های زلزله دنیا طراحی و ساخت بنایی ضد زلزله نیست، بلکه ساختمانی مقاوم در برابر زلزله است، بطوریکه در یک زلزله شدید ساختمان فرو نریزد و ایمنی جانبی ساکنین به عنوان یک سطح عملکردی فراهم شود.

در این میان آنچه که از دید مهندسین جوان و کارفرمایان پنهان می‌ماند، این است که فراهم کردن سطوح دیگر عملکردی مانند عدم خسارت یا محدود کردن خسارت‌ها یا استفاده بی وقفه از وظایف مهندس بر اساس آئین‌نامه ۲۸۰۰ نیست. زیرا بر اساس ۲۸۰۰، ساختمان باید بتواند در زلزله‌هایی که در عمر مفید ساختمان بیش از یکبار اتفاق می‌افتد (احتمال وقوعشان در ۵۰ سال عمر ساختمان بیش از ۵/۹۹ درصد) بدون آسیب‌های غیر سازه‌ای و سازه‌ای به سرویس دهی خود ادامه دهد و در برابر زلزله طرح و یا شدیدتر (با احتمال وقوع ۱۰% یا کمتر)، حتی با آسیب‌های بزرگ سازه‌ای بدون فرو ریزش به منظور حفظ ایمنی جانی ساکنین مقاومت نماید.

اساس تحلیل مورد استفاده در طراحی متداول (طراحی بر اساس ظرفیت یا نیرو) ساختمان‌ها در برابر زلزله خطی می‌باشد و این خود نقص بزرگی در مورد امری غیر خطی است. چرا که ساختمان برای زلزله‌های طرح و یا حتی کوچک‌تر از زلزله طرح می‌تواند وارد ناحیه غیر خطی شود. در فاز غیر خطی ارزیابی ظرفیت یا نیرو ملاک مشخص و قابل قبولی نیست و از بهترین ملاک‌های ارزیابی جابجایی یا تغییر شکل‌های فاز غیر خطی می‌باشد. شاید به همین دلیل است که هدف عملکردی طراحی بر اساس آئین‌نامه ۲۸۰۰ قابل ارزیابی نیست.

کتاب جهت مهندسین طراح و دانشجویان تحصیلات تکمیلی آماده شده است. به منظور کاربردی کردن هرچه بیشتر کتاب و درک هرچه بهتر مهندسین و دانشجویان سازه و معماری، سعی شده است در چارچوب حل مساله، مقدمه‌ای کوتاه از رفتار دینامیکی ساختمان و تشریح ساده معضلات تأثیرگذار زلزله در طراحی لرزه‌ای ساختمان‌ها ارائه شود.

کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله به موضوعات زیر پرداخته است: 

۱-طراحی سازه‌ها به روش LRFD بر اساس مقررات ملی ساختمان و آیین‌نامه ۲۸۰۰ ویرایش چهارم

۲-مبانی دینامیک سازه‌ها

۳-درس مهندس زلزله کارشناسی و تحصیلات تکمیلی

۴-درس طراحی لرزه‌ای کارشناسی ارشد

۵-درس طراحی لرزه‌ای سازه های فولادی کارشناسی ارشد

۶-دوره‌های ارتقا پایه نظام مهندسی

۷-طراحی عملی سازه‌ها در برابر زلزله (مهاربند همگرا، واگرا، کمانش تاب، دیوار برشی فولادی، قاب خمشی ویژه، میراگرها)

فهرست مطالب کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله

مقدمه

پیشگفتار

بخش اول / رفتار دینامیکی سازه‌ها

فصل اول: مبانی دینامیک سازه و مهندسی زلزله

۱-۱-منحنی شتاب زمین

۱-۲-شتاب حداکثر زمین

۱-۳-طیف پاسخ

۱-۴-دستگاه‌هاي یک درجه آزادی

۱-۵-ارتعاش آزاد بدون میرایی

۱-۶-ارتعاش آزاد با میرایی

۱-۷-پاسخ سیستم به بارهای تحمیلی (ارتعاش اجباری)

۱-۸-تغییر مکان در اثر بارگذاری اختیاری بدون میرایی

۱-۹-تغییر مکان در اثر زلزله

۱-۱۰-پاسخ سیستم

۱-۱۱-طیف‌ طرح

۱-۱۲-اختلاف بین طیف طرح و طیف پاسخ

۱-۱۳-حوزه دور و نزدیک گسل

۱-۱۴چند رابطه تجربی

۱-۱۵-رابطه بین انرژی زلزله و بزرگی زلزله

۱-۱۶-رابطه بین طول گسیختگی گسل و بزرگای زلزله

۱-۱۷-رابطه بین بزرگای زلزله وشتاب حداکثر زلزله

۱-۱۸-تحلیل طیفی ارتجاعی سیستم‌هاي چند درجه آزاد

۱-۱۹-روش ترکیب مودها

۱-۲۰-ترکیب مودها

۱-۲۱-محاسبه مودهای ارتعاشی

۱-۲۲-ضریب مشارکت مودی

۱-۲۳-محاسبه شتاب طیفی

۱-۲۴-نکاتی در خصوص مدهای ارتعاشی سازه

۱-۲۵-پاسخ غیرالاستیک (غیرارتجاعی) و کاهش نیروهای طراحی

۱-۲۶-اهمیت ضریب شکل‌پذیری

۱-۲۷-طراحی در برابر زلزله براساس آئین‌نامه‌های زلزله

۱-۲۸-مفاهیم ضریب عملکرد (ضریب رفتار) سازه

۱-۲۹-محاسبه ضریب رفتار به روش یوانگ

۱-۳۰-عوامل موثر بر ضریب رفتار

۱-۳۱-ضریب اضافه مقاومت

۱-۳۲-ضریب کاهش در اثر شکل‌پذیری

۱-۳۳-فرمول بندی ضریب رفتار

۱-۳۴-تحلیل غیرخطی سازه

۱-۳۵-محاسبه سازه‌ها به روش استاتیکی معادل بر اساس آئین‌نامه ۲۸۰۰

بخش دوم / تحلیل استاتیکی سازه‌ها در برابر زلزله

فصل دوم: نامنظمی ساختمان

۲-۱-مقدمه‌ای بر نامنظمی ساختمان

۲-۲-نامنظمی در ارتفاع

۲-۳-نامنظمی در پلان

۲-۴-محدودیت‌های ساختمان‌های نامنظم

فصل سوم: درجه نامعینی/قابلیت اعتماد

۳-۱-کلیات

۳-۲-کاربردهای ضریب نامعین r

فصل چهارم: تغییر مکان و تغییر شکل‌ها

۴-۱-تغییرمکان جانبی

۴-۲-درز انقطاع

۴-۳-محاسبه لنگر در ستونهای معمولی

۴-۴-ستون کوتاه

فصل پنجم: ناسازه‌ها و قطعات الحاقی

کلیات

بدنه پانل

فصل ششم: تحلیل استاتیکی معادل

۶-۱-کلیات

۶-۲-توزیع نیروی جانبی در ارتفاع ساختمان

۶-۳-محاسبه مرکز جرم و مرکز سختی

۶-۴-توزیع نیروها در پلان ساختمان

۶-۵-مرکز سختی

۶-۶-محاسبه برش پایه

بخش سوم / طراحی لرزه‌ای سازه‌های فولادی

فصل هفتم: مقدمه‌ای بر طراحی سازه‌های فولادی به روش حالات حدی براساس مقررات ملی ساختمان

۷-۱-روش حالات حدی

۷-۲-طراحی در حالات حدی نهایی

۷-۳-مقاومت کششی طرح

۷-۴-طراحی اعضا فشاری

۷-۵-طراحی اعضا فشاری بر اساس مبحث دهم

الف) تنش فشاری ناشی از کمانش خمشی

ب) تنش فشاری ناشی از کمانش پیچشی و کمانش خمشی – پیچشی

۷-۶-اعضا خمشی

۷-۷-رفتار غیر ارتجاعی تیرها

۷-۸-کمانش موضعی تیرها

۷-۹-مقاومت خمشی تیرها بر اساس مقررات ملی ساختمان

۷-۱۰-نیمرخ‌های I- شکل فشرده متقارن و ناودانی حول محور قوی

۷-۱۱-مقاومت خمشی مقاطع I-شکل و ناودانی حول محور ضعیف

۷-۱۲-مقاومت خمشی مقاطع قوطی شکل

۷-۱۳-کنترل برش در تیرها

۷-۱۴-کنترل تیر در حالت حدی بهره‌برداری

الف) کنترل تغییر شکل‌ها

ب) کنترل ارتعاش

۷-۱۵-اعضا تحت اثر ترکیب نیروی محوری و لنگر خمشی

۷-۱۶-لنگر ضریب بزرگنمایی (هم مکانی لنگر و تغییر مکان)

۷-۱۷-طراحی تیر-ستون بر اساس مبحث دهم

۷-۱۸-طبقات مهار شده

۷-۱۹-طبقات مهار نشده

۷-۲۰-آثار P-∆

۷-۲۱-کنترل نسبت ظرفیت‌ها

فصل هشتم: قاب‌های مهاربندی شده همگرا

۸-۱-انواع مهاربندها همگرا

۸-۲-رفتار مهاربندهای همگرا

۸-۳-مدهای خرابی مهاربندهای همگرا

۸-۴-رفتار عضو (قطری) مهاربند همگرا تحت بارهای رفت و برگشتی

۸-۵-اضافه مقاومت عضو قطری در اولین کمانش

۸-۶-طراحی ورق اتصال

۸-۷-کنترل عرض ویتمور

۸-۸-کنترل کمانش ورق اتصال

۸-۹-کنترل کمانش لبه آزاد

۸-۱۰-طراحی جوش ورق اتصال به تیر و ستون

۸-۱۱-کنترل گسیختگی قالبی

۸-۱۲-کنترل مقاومت کششی مهاربند

۸-۱۳-جزئیات اجرایی ورق اتصال

۸-۱۴-محدودیت لاغری

۸-۱۵-کمانش موضعی

۸-۱۶-اتصال مهاربند به بیس پلیت

۸-۱۷-مثال‌هاي طراحی مهاربند همگرا V شکل

۸-۱۸-کنترل معیار سختی

۸-۱۹-کنترل معیار مقاومت

۸-۲۰-نیروی ایجاد شده در ستون ناشی از بار جانبی

۸-۲۱-کنترل تیر طبقه

۸-۲۲-طراحی ستون

۸-۲۳-طراحی اتصالات

۸-۲۴-طراحی مهاربند همگرا ضربدری شکل

۸-۲۵-کنترل خیز (افتادگی) تیر

۸-۲۶-کنترل ار تعاش

۸-۲۷-طراحی تیر بام

۸-۲۸-طراحی ستون

۸-۲۹-طراحی ستون برای نیروهای اعمالی

۸-۳۰-طراحی اتصالات

۸-۳۱-طراحی ورق اتصال مهاربند به تیر و ستون

۸-۳۲-اتصال ورق میانی قطری‌هاي مهاربند

۸-۳۳-کنترل تنش ویتمور

فصل نهم: قاب‌های مهاربندی‌شده واگرا

۹-۱-معرفی: قاب‌هاي مهاربندی شده واگرا (EBF)

۹-۲-توسعة آيين‌نامه‌ها

۹-۳-اجزا مهاربندهای واگرا

۹-۴-رفتار برشی و خمشی تیر پیوند

۹-۵-طراحی سخت‌کننده‌ها

۹-۶-طراحی مهاربند و اجزا آن بر اساس مقررات ملی

۹-۷-طراحی تیر پیوند

۹-۸-طراحی ستون

۹-۹-تاثیر نیروی محوری

۹-۱۰-محدودیت تیرها، ستون ها و مهاربندی‌ها

۹-۱۱-مثال طراحی

۹-۱۲-طراحی اعضا

الف) مقاومت لینک برشی

ب) مقاومت تیر پیوند

۹-۱۳-سخت‌کننده میانی

۹-۱۴-مهاربند واگرا با لینک قائم برشی

۹-۱۵-ضوابط طراحی

الف) سختی

محدودیت تغییر مکان جانبی سیستم

ب) کنترل دوران تیر پیوند

پ) فواصل سخت‌کننده‌ها

ج) طراحی لینک قائم برشی

فصل دهم از کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله: قاب‌هاي خمشی فولادی

۱۰-۱-رفتار قاب‌هاي خمشی

۱۰-۲-معیار سختی

۱۰-۳-رفتار لرزه‌ای

۱۰-۴-ناحیه چشمه اتصال

۱۰-۵-اتصال خمشی قبل از زلزله ۱۹۹۴ نورتریچ

۱۰-۶-طبقه‌بندی اتصالات بر اساس مقررات ملی ساختمان

۱۰-۷-طراحی اتصالات خمشی ویژه

۱۰-۸-طراحی برای خمش و برش

۱۰-۹-چشمه اتصال

۱۰-۱۰-کنترل تیر ضعیف-ستون قوی

۱۰-۱۱-ورق‌هاي پیوستگی

۱۰-۱۲-مثال طراحی

۱۰-۱۳-کنترل فشردگی مقطع

۱۰-۱۴-کنترل فشردگی جان

۱۰-۱۵-بررسی اتکا جانبی

۱۰-۱۶-کنترل چشمه اتصال

۱-۱۷-ورقهای پیوستگی

۱۰-۱۸-قاب خمشی با اتصالات درختی

۱۰-۱۷-اتصالات خمشی ویژه برای بهسازی لرزه‌ای

۱۰-۱۹-اتصال جوشی Haunch

۱۰-۲۰-اتصال پیچی براکت

۱۰-۲۱-اتصال تیر به ستون باکس

۱۰-۲۲-قاب خمشی خرپایی

فصل یازدهم از کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله: دیوارهای برشی فولادی

۱۱-۱-معرفی

۱۱-۲-مزایای دیوار برشی فولادی

۱۱-۳-مکانیزم‌هاي رفتار

۱۱-۴-ضوابط طراحی

۱۱-۵-طراحی اولیه

۱۱-۶-طراحی نهایی

۱۱-۷-مثال طراحی

۱۱-۸-طراحی ستون

فصل دوازدهم از کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله: مهاربند کمانش تاب (BRB)

۱۲-۱-مهاربند کمانش تاب (BRB)

۱۲-۲-مد خرابی ترد

۱۲-۳-پوشش فلزی

۱۲-۴-ضوابط طراحی

فصل سیزدهم: میراگرهای فولادی

۱۳-۱-مفهوم فیوز سازه‌ای

۱۳-۲-سازه‌های قدیمی

۱۳-۳-ورق‌های مثلثی تحت خمش

۱۳-۴-طراحی میراگر

۱۳-۵-میراگرهای برشی

۱۳-۶-میراگر‌های لغزشی

۱۳-۷-میراگر SSD

۱۳-۸-میراگر لغزشی در قاب خمشی

۱۳-۹-طراحی میراگر

۱۳-۱۰-حلقه شکل پذیر

۱۳-۱۱-میراگرهای اصطکاکی

ب- میراگر اصطکاکیPALL

د- میراگر اصطکاکی دورانی

۱۳-۱۲حالت‌های خاص

۱۳-۱۳-میراگرهای اصطکاکی در قاب خمشی

پیوست

منابع و مآخذ کتاب طراحی سازه‌های فولادی در برابر زلزله