چکیده

قاب های خمشی بتنی ویژه از جمله سیستم های سازه ای مناسب برای مناطق لرزه خیز محسوب می شود که به علت شکل پذیری مناسب در هنگام زلزله انرژی زلزله را مستهلک می کند. قاب  طرح شده با روش طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد، دارای عملکرد و پاسخ مناسب تر و قابل پیش بینی در هنگام زلزله می باشد، برای ارزیابی  قاب خمشی بتنی ویژه طرح شده بر اساس عملکرد پلاستیک به بررسی سطح عملکرد این قاب ها با تعداد طبقات 4 ، 8 ، 12 و 20 می پردازیم و از قاب 3 دهانه با اندازه دهانه یکسان استفاده می کنیم. پس از طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد اجزائ قاب و اعمال بار گذاری جانبی  تحلیل استاتیکی غیر خطی بر قاب طرح شده، با توجه به نمودار پوش حاصل از تحلیل استاتیکی غیر خطی در         می یابیم که قاب های طرح شده به این روش دارای شکل پذیری و سختی مناسبی به هنگام بارگذاری جانبی می باشند. با بررسی عملکرد قاب ها در سطح خطر 1، قاب های 4، 8 و 12 طبقه دارای عملکرد CP (آستانه فروریزش) بوده که ضعیف تر از عملکرد طراحی (امنیت جانی)  می باشد  و قاب 20 طبقه دارای عملکرد LS (امنیت جانی) بوده که نشان دهنده بهسازی مبنا برای این قاب است و مفصل پلاستیک در تمامی قاب ها فقط در تیر ها و در پای ستون قاب ها تشکیل شد و با بررسی عملکرد قاب ها در سطح خطر2، همه قاب ها دارای عملکرد CP (آستانه فروریزش) می باشند که نشان دهنده بهسازی مطلوب در این سطح خطر است و مانند سطح خطر 1، مفصل پلاستیک در تمامی قاب ها فقط در تیرها و در پای ستون قاب ها تشکیل شد و در زلزله بهره برداری قاب 4 طبقه عملکردIO (قابلیت استفاده بدون وقفه) بوده و قاب های 8 ، 12 ، 20 طبقه دارای عملکرد O (قابلیت خدمات رسانی بدون وقفه) می باشند و مفاصل پلاستیک در این سطح خطر فقط در تیر ها بوجود آمد.

                                              فهرست مطالب                                                   صفحه

فصل 1  - کلیات                                                                                                1

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

1-2هدف از انجام تحقیق   .........................................................................................................................  5

فصل 2 - مروری بر تحقیقات گذشته                                                                  6

2-1 طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد  .............................................................................................   7

2-1-1 تحقیقات دکتر بیات (2010)   .................................................................................................   7

2-1-2 تحقیقات ونگ چنگ لیا ( 2010 )...........................................................................................    7

2-2 روش های طراحی دیگر....................................................................................................................... 8

2-2-1 روش طیف نقطه تسلیم...............................................................................................................   9

2-2-2 روش طراحی مستقیم بر اساس جابجایی...............................................................................   10

فصل 3 - مبانی طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد و عملکرد لرزه ای                  12

3-1 معرفی..................................................................................................................................................   13.

3-2 مراحل طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد.................................................................................   14

3-2 -1 مکانیزم تسلیم مطلوب و جابجایی هدف...............................................................................   16

3-2-2 تعیین پریود اصلی........................................................................................................................   17

3-2-3 برش پایه طراحی..........................................................................................................................   17

3-2-4 روش محاسبه C2........................................................................................................................   25

3-2-5 فاکتور ƞ....................................................................................................................................     30

3-2-6 نیرو های جانبی طراحی (بدون p-delta).......................................................................     31

3-2-7 طراحی اعضا تسلیم شونده....................................................................................................     33

3-2-8 طراحی اعضا تسلیم نشدنی...................................................................................................     36

3-3 سطح عملکرد...................................................................................................................................    39

3-4سطوح خطر لرزه ای........................................................................................................................    41

فصل 4 – بررسی و تفسیر نتایج                                                                      42

4-1 معرفی................................................................................................................................................   43

4-2 مشخصات ساختمان ها.................................................................................................................   43

4-2-1 مدل 4 طبقه PBPD RC SMF .........................................................................................   46

4-2-2 مدل 8 طبقه PBPD RC SMF .........................................................................................   57

4-2-3 مدل 12 طبقه PBPD RC SMF .....................................................................................   65

4-2-4 مدل 20 طبقه PBPD RC SMF ......................................................................................   73

4-3 سطح عملکرد.................................................................................................................................   83

4-3-1 بررسی عملکرد قاب 4 طبقه PBPB RC SMF..............................................................   83

4-3-1-1 سطح خطر 1 (DBE).......................................................................................................   84

4-3-1-2 سطح خطر2 (MCE).......................................................................................................   86

4-3-1-3 زلزله بهره برداری..............................................................................................................   87

4-3-2 بررسی عملکرد قاب 8 طبقه PBPB RC SMF.............................................................   89

4-3-2-1 سطح خطر 1 (DBE)....................................................................................................   89

4-3-2-2 سطح خطر2 (MCE)...................................................................................................   91

4-3-2-3 زلزله بهره برداری..........................................................................................................   93

4-3-3 بررسی عملکرد قاب 12 طبقه PBPB RC SMF......................................................   94

4-3-3-1 سطح خطر 1 (DBE)..................................................................................................   94

4-3-3-2 سطح خطر2 (MCE)..................................................................................................   99

4-3-3-3 زلزله بهره برداری.........................................................................................................   102

4-3-4 بررسی عملکرد قاب 20 طبقه PBPB RC SMF......................................................   104

4-3-4-1 سطح خطر 1 (DBE)..................................................................................................   104

4-3-4-2 سطح خطر2 (MCE)..................................................................................................   108

4-3-4-3 زلزله بهره برداری.........................................................................................................   110

فصل5 – نتیجه گیری و پیشنهادات                                                           113

5 –1 نتیجه گیری     ..............................................................................................   114

5 –2 پیشنهادات  .........................................................................................................................   116

مراجع   ................................................................................................................................................ 117

                                     فهرست شکل ها                                                      صفحه

شکل 2-1  نمونه طیف نقطه تسلیم.....................................................................................................    9

شکل 3-1 مفهوم PBPD........................................................................................................................    13

شکل 3-2  مکانیزم تسلیم مطلوب قاب خمشی................................................................................    16

شکل 3-3  پاسخ ایده آل شده سازه و مفهوم تعادل انرژی SDOF……….........................…... 18

شکل 3-4  طیف غیر الستیک ایده آل شده……………......………………….……………….  21

شکل 3-5 ضریب اصلاح انرژی ………………….………….............................................………….  22

شکل 3-6 رابطه بین برش پایه ی PBPD و نرخ جابجایی هدف و پریود....................................... 24

شکل 3-7 میانگین جابجایی نسبی مدل های SSD به EPP.........................................…...…….  26

شکل 3-8 محاسبه برش پایه طراحی محاسبه شده با متد C2.....................…….…..............….….29

شکل 3-9 رابطه بین برش پایه طراحی PBPD ، جابجایی هدف طراحی.......……..............…...  30

شکل 3-10 چرخه هسترتیک pinched ………………….………….................................…….  31

شکل 3-11 قاب یک دهانه با مکانیزم طبقه نرم ……….............................................................….  35

شکل 3-12 دیاگرام آزاد درخت ستون خارجی ……...…....................................................…………37

شکل 3-13 قاب یک دهانه با مکانیزم طبقه نرم ………....................................................……….  40

شکل 4-1 پلان ساختمان های طرح شده.............….....................................................................….  43

شکل 4-2 مدل 4 طبقه RC SMF.............…......................................................….….................….  45

شکل 4-3 مکانیزم تسلیم از پیش انتخاب شده برای  RC SMF......................…...................….  46

شکل 4-4 دیاگرام آزاد تیر ،ستون خارجی و ستون داخلی.................................…......................….  52

شکل 4-5 دیاگرام لنگر خمشی ستون داخلی و خارجی.................................…...........................….  55

شکل 4-6 دیاگرام لنگر خمشی ستون داخلی و خارجی.....................................….......................….  62

شکل 4-7 دیاگرام لنگر خمشی ستون داخلی و خارجی.....................................….......................….  70

شکل 4-8 دیاگرام لنگر خمشی ستون داخلی و خارجی....................................…........................….  79

شکل 4-9 تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................….................................................….  84

شکل 4- 10منحنی pushover  قاب 4 طبقه PBPD RC SMF(DBE)............…...................  85

شکل 4- 11 تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…..............................................…. 86

شکل 4- 12منحنی pushover  قاب 4 طبقه PBPD RC SMF(MCE)..........…....................  87

شکل 4-13 تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…................................................…. 88

شکل 4- 14منحنی pushover  قاب 4 طبقه PBPD RC SMFبهره برداری.............................  88

شکل 4-15 تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…................................................…. 89

شکل 4- 16منحنی pushover  قاب 8 طبقه PBPD RC SMF(DBE)............…....................  90

شکل 4-17  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…...............................................…. 91

شکل 4- 18منحنی pushover  قاب 8 طبقه PBPD RC SMF(MCE)..........…....................  92

شکل 4  -19تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…..............................................…. 93

شکل 4- 20منحنی pushover  قاب 8 طبقه PBPD RC SMFبهره برداری............................  94

شکل 4- 21  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................….............................................…. 95

شکل 4- 22  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................….................................................. 96

شکل 4- 23  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................….............................................…. 97

شکل 4- 24منحنی pushover  قاب 12 طبقه PBPD RC SMF(DBE)............…..................  98

شکل 4- 25  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…...............................................…. 99

شکل 4- 26  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…...............................................…. 100

شکل 4- 27  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…...............................................…. 101

شکل 4- 28منحنی pushover  قاب 12 طبقه PBPD RC SMF(MCE)..........…...................  102

شکل 4- 29  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…...............................................…. 103

شکل 4- 30منحنی pushover  قاب 12 طبقه PBPD RC SMFبهره برداری............................  104

شکل 4- 31  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…..................................................... 105

شکل 4- 32  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…................................................…. 106

شکل 4- 33منحنی pushover  قاب 20 طبقه PBPD RC SMF(DBE)............…....................  107

شکل 4- 34  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…................................................…. 108

شکل 4- 35  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…................................................…. 109

شکل 4- 36منحنی pushover  قاب 20 طبقه PBPD RC SMF(MCE)..........….....................  110

شکل 4- 37  تشکیل مفصل پلاستیک در قاب.................................…..................................................... 111

شکل 4- 38منحنی pushover  قاب 20 طبقه PBPD RC SMFبهره برداری.............................  112

                                                     فهرست جدول ها                                        صفحه

جدول  3-1  ضریب کاهش شکل پذیری....................................…......................................................…. 19

جدول  3-2  نرخ جابجایی تسلیم طرح........................................…......................................................…. 22

جدول  3-3  مقادیر C2  برای فاکتور کاهش نیرو مختلف.…..........................................................…. 26

جدول  3-4  نیروی برش طراحی........................................…...............................................................…. 28

جدول  3-5  برش پایه طرح شده v/w از روش C2.............................................................................. 31

جدول  3-6  سطح عملکرد ساختمان........................................….......................................................…. 40

جدول  3-7  سطوح خطر لرزه ای.............................................…........................................................…. 41

جدول  4-1  پارامتر های طراحی.............................................….........................................................…. 44

جدول  4-2  اطلاعات اساسی طراحی..................................................................................................…. 44

جدول  4-3  پارامتر های طراحی.............................................…........................................................…. 47

جدول  4-4  پارامترهای مهم طراحی 4 طبقه  RC SMF............................................................…. 47

جدول  4-5  پارامتر های طراحی برای محاسبه برش پایه ساختمان4 طبقه ...............................  49

جدول  4-6  پارامتر های طراحی تیر ساختمان 4 طبقه..................................................................... 50

جدول  4-7  پارامتر های طراحی ستون ساختمان 4 طبقه..............................................................  54

جدول  4-8 جزئیات ستون ها................................................................................................................   56

جدول  4-9 مقطع  ستون ها..................................................................................................................   56

جدول  4-10  پارامتر های طراحی.............................................….................................................…. 57

جدول  4-11  پارامترهای مهم طراحی 8 طبقه  RC SMF..........................................................  58

جدول  4-12  پارامتر های طراحی برای محاسبه برش پایه ساختمان8 طبقه .........................  58

جدول  4-13  پارامتر های طراحی تیر ساختمان 8 طبقه..............................................................  59

جدول  4-14  پارامتر های طراحی ستون ساختمان 8 طبقه.........................................................  60

جدول  4-15 جزئیات ستون ها...........................................................................................................   62

جدول  4-16 مقطع  ستون ها.............................................................................................................   63

جدول  4-17  پارامتر های طراحی.............................................…................................................…. 64

جدول  4-18  پارامترهای مهم طراحی 12 طبقه  RC SMF......................................................  64

جدول  4-19  پارامتر های طراحی برای محاسبه برش پایه ساختمان12 طبقه ...................   65

جدول  4-20  پارامتر های طراحی تیر ساختمان 12 طبقه.........................................................  66

جدول  4-21  پارامتر های طراحی ستون ساختمان 12 طبقه...................................................  68

جدول  4-22 جزئیات ستون ها........................................................................................................   70

جدول  4-23 مقطع  ستون ها...........................................................................................................  71

جدول  4-24  پارامتر های طراحی.............................................….............................................…. 72

جدول  4-25  پارامترهای مهم طراحی 20 طبقه  RC SMF...................................................  72

جدول  4-26  پارامتر های طراحی برای محاسبه برش پایه ساختمان20 طبقه ................   73

جدول  4-27  پارامتر های طراحی تیر ساختمان 20 طبقه.......................................................  74

جدول  4-28  پارامتر های طراحی ستون ساختمان 20 طبقه.................................................  77

جدول  4-29 جزئیات ستون ها......................................................................................................   79

جدول  4-30 مقطع  ستون ها........................................................................................................   81

فهرست نماد ها

PBPD........................................................................................................   طراحی بر اساس عملکرد پلاستیک

SMF...........................................................................................................   قاب خمشی ویژه

RC..............................................................................................................  بتن مسلح

DBE...........................................................................................................   زلزله سطح خطر 1

MCE...........................................................................................................  زلزله سطح خطر2