بررسی عوامل موثر در سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی

سختی و مقاومت :

با توجه به لزوم كنترل تغییر مكان جانبی در ساختمانها،‌ سختی سیستم های مقاوم در برابر بارهای جانبی از اهمیت خاصی برخوردار می باشد. طبیعتاً همانطور كه در شكل 6-1- b مشاهده می گردد سیستم هایی كه دارای سختی بیشتری می باشند، تغییر مكان جانبی آنها در مقابل بارهای جانبی كمتر است.

از جمله عواملی كه در رابطه با آنها لزوم كنترل تغییر مكان جانبی نقش اساسی دارد، میتوان به موارد زیر اشاره نمود.

- اثرات

- آسیب دیدن اجزاء غیر سازه ای

- حفظ تجهیزات و لوازم حساس در ساختمانهای خاص

- تأمین ایمنی

در عمل،‌ هنگامی كه بارهای جانبی به سازه اعمال میگردد، سازه جا به جا شده و در نتیجه بارهای قائم نسبت به محورهای قابها و دیوارها خارج از محوری پیدا می نمایند. متعاقب آن سازه تحت اثر لنگری اضافه قرار می گیرد. جابجایی اضافی، باعث لنگر داخلی بیشتر برای تعادل با لنگر اعمالی ناشی از بارهای قائم خواهد شد. این اثر بار قائم ‍P بر تغییر مكان جانبی  به اثر  موسوم است . اثر مذكور در یك طره در شكل 6-3 بصورت ساده نشان داده شده است.

چنانچه سازه انعطاف پذیر و بار وزنی آن زیاد باشد، در حالت بحرانی نیروهای اضافی ناشی از اثر  ممكن است باعث افزایش تنش ها بیش از حد مجاز در بعضی از اعضاء شده و با ایجاد ناپایداری موجب انهدام سازه شوند. لذا استفاده از سیستم های مقاومی كه در برابر نیروهای جانبی دارای سختی بیشتر و طبیعتاً تغییر مكان جانبی كمتری هستند میتوانند در كنترل این پدیده بسیار مؤثر باشند.

همچنین در صورت جابجایی قابل توجه سازه و در نتیجه تغییر شكل های زیاد، اعضای غیر سازه ای نظیر دربها، آسانسورها، تیغه ها ، نماها ، میان قاب ها و بخصوص تأسیسات ممكن است دچار آسیبهای جدی گردند. در بعضی ساختمانهای خاص همچون بیمارستانها ، موزه ها ، آزمایشگاهها و غیره كه تجهیزات و لوازم حساسی رد آنها قرار دارد، جابجایی زیاد میتواند موجب خسارات جبران ناپذیر گردد كه بدین لحاظ استفاده از سیستم های مقاوم با سختی زیاد را الزامی می نماید.

گر چه عموم محققین معتقدند كه شتاب، مهمترین پارامتر نحوة پاسخ افراد به ارتعاش می باشد و ممكن است برای ساكنین ساختمانها بخصوص ساختمانهای بلند ایجاد انواع واكشنهای نامطلوب از اضطراب تا حالت تهوع نماید و باعث سلب آسایش آنها گردد، ولی جابجایی زیاد نیز میتواند باعث عدم ایمنی بخصوص در زلزله كه نسبت به نوسانات باد، به دفعات كمتر بروز نموده و زمان ارتعاش معمولاً كوتاه بوده ولی حركات آن شدیدتر می‌باشد، گردد. لذا معیار طراحی در زلزله قبل از آسایش كه معمولاً در رابطه با باد مطرح است، ایمنی خواهد بود.

تغییر مكانهای جانبی را میتوان با افزایش سختی كاهش داد، ولی این افزایش سختی تأثیر مهمی بر كاهش شتابها نخواهد داشت. این موضوع را میتوان با در نظر گرفتن معادله عمومی حركت یك سازه ، بخوبی مشاهده نمود.

(6-3)                                                                                                

از این رابطه میتوان دریافت كه شتاب متناسب با  است كه U_max تغییر اوج تغییر مكان و  فركانس دورانی این حركت می باشند. افزایش سختی سازه با ضریبی مانند  باعث كاهش U_max­ با همان ضریب میگردد. در نتیجه حاصلضرب  و شتاب اوج بدون تغییر می مانند.

6-1 دیاگرام بار – تغییر مكان برشی دیوارهای برشی فولادی

در صورتی كه یك پانل برشی فولادی به عنوان یك طبقه مجزا بصورت شكل 6-4 در نظر گرفته شود، برای دستیابی به دیاگرام بار – تغییر مكان برشی آن با توجه به تئوری ارائه شده توسط نویسنده و همكار،‌میتوان ورق فولادی و قاب را از یكدیگر تفكیك نموده و دیاگرام مذكور را برای هر كدام از آنها بدست آورد. سپس با جمع آثار آنها به دیاگرام بار – تغییر مكان برشی پانل دست یافت.

قبل از كمانش

تا قبل از كمانش ورق فولادی وضعیت تنش ها در شكل 6-6 a- نشان داده شده است. در این حالت تنش های مساوی كششی و فشاری اصلی در امتداد زاویه ْ45 و ْ135 تا زمان رسیدن آنها به تنش بحرانی كمانش ورق تشكیل میگردد. تنش برشی بحرانی ورق فولادی با فرض تكیه گاه ساده از تئوری كلاسیك پایداری قابل محاسبه است.

(6-4)                                                                                    

كه در آنt ضخامت ورق فولادی ، E ضریب ارتجاعی[1] و  ضریب پواسون[2] بوده و K از روابط زیر بدست می آید.

(6-5)                                                               برای                

(6-6)                                                               برای                

در این حالت نیروی برشی ورق فولادی هنگام كمانش آن برابر خواهد بود با