3207  

الزامات لرزه ای سازه های فولادی

در سال های اخیر در طراحی سازه توجه ویژه ای به طراحی لرزه ای سازه ها شده است و دلیل این امر آسیب بالای بسیار از سازه ها در سال های گذشته می باشد. طراحی لرزه ای فقط محدود به سازه های فولادی نمی باشد اما در این قسمت فقط به برخی از نکات طراحی لرزه ای سازه های فولادی پرداخته شده است.بطور کلی میزان شکل پذیری قاب های باربر جانبی به این موضوع بستگی دارد که این سازه ها چه اندازه بتوانند در مقاطع خاصی از خود، تغییر شکل های فرا ارتجاعی (پلاستیک) را پذیرا باشند و این ویژگی را در بارگذاری های رفت و برگشتی زلزله حفظ کرده و با کاهش مقاومت و سختی قابل ملاحظه روبه رو نشوند. در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، سه حد شکل پذیری برای قابهای خمشی فولادی و در حد شکل پذیری برای قابهای مهاربندی شده در نظر گرفته شده و مقررات خاص طراحی هر یک از آنها ارائه شده است. الف) حد شکل پذیری زیاد: در این حد شکل پذیری، تغییر شکل های نظیر تغییر مکان نسبی طبقه زیاد بوده و بخش قابل ملاحظه ای از آن فرا ارتجاعی است. به طور مثال در قابهای خمشی ویژه مشمول این رده، میزان دوران (دریفت نسبی) طبقه که با نسبت دریفت به ارتفاع طبقه سنجیده می شود، به ۰۴/0 رادیان می رسد که حدودا ۰۳/0 رادیان آن فرا ارتجاعی می باشد. ب) حد شکل پذیری متوسط: در این حد شکل پذیری، تغییر شکل های نظیر تغییر مکان نسبی طبقه متوسط می باشد، به طوری که در قابهای خمشی میزان دوران طبقه حداقل به ۰۲/0 رادیان محدود می شود که دوران فرا ارتجاعی آن حدود ۰۱/0 رادیان می باشد. پ) حد شکل پذیری کم: در این حد شکل پذیری، دوران نظیر تغییر مکان نسبی طبقه کم می باشد و سازه عملا تغییر شکل های فرا ارتجاعی چندانی ندارد. به این علت در این نوع سازه ها ضوابط خاص طراحی برای زلزله محدود است.


ناحيه حفاظت شده (ناحیه شکل پذیر) در یک عضو سازه، به ناحیه ای از عضو اطلاق می شود که انتظار می رود آن مفصل پلاستیک تشکیل شود. نظر به اهمیت این ناحیه و رفتار حساس آن در حرکات رفت و برگشتی سازه این ناحیه باید عاری از هر گونه عملیاتی باشد که موجب دگرگونی عملکرد عضو در آن می شود. به طور مثال و به کار بردن وصله مستقیم یا غیرمستقیم جوشی یا پیچی نیمرخ ها یا ورق های تشکیل دهنده عضو در ناحية حفاظت شده ممنوع است. و هرگونه ناپیوستگی ناشی از عملیات ساخت نظیر جوش های موضعی و ناصافی های ناشی از برش های حرارتی در ناحيه حفاظت شده ممنوع بوده و در صورت وجود باید ترمیم شود. ادخال جوش کردن ورقهای ذوزنقه ای تیرهای مختلط و نیز جوش برشگیرهای از نوع گل میخ در تیرهای مختلط، در ناحیه حفاظت شده تنها در صورت تأمین الزامات قسمت سوم فصل بعد مجاز است. براساس مبحث دهم مقررات ملی ساختمان، ناحيه حفاظت شده در سیستم های باربر جانبی مختلف به صورت زیر تعریف می شود ر ا در قاب های خمشی فولادی، ناحيه حفاظت شده در دو انتهای تیر بوده و طول آن به اندازه فاصله بین بر استون تا نصف عمق تیر از محل تشکیل مفصل پلاستیک به سمت داخل دهانه در نظر گرفته می شود. ناحيه حفاظت شده برای قاب های مهاربندی شده همگرای ویژه در تمام طول مهاربند می باشد. همچنین در مهاربندهای همگرای ویژه ضربدری، ناحيه حفاظت شده را می توان فاصله بین انتهای اتصال در محل ضربدری و انتهای عضو مهاربندی در نظر گرفت. ناحيه حفاظت شده در قاب های مهاربندی شده واگرا، تمام طول تیر پیوند می باشد.


 تبصره: مواردی که در بالا درباره طول ناحیه حفاظت شده اعضاء گفته شده است، حالت کلی می باشد. به همین دلیل در صورتی که در فصل های خاص مربوط به هر المان ضوابط دیگری برای طول ناحیه حفاظت شده در حالت های خاص بیان گردد، آن حالت جدید ملاک عمل قرار خواهد گرفت.
ستون جانبی لرزه ای باید دارای مقام کافی در برابر نیروی محوری (بدون در نظر گرفتن نیروهای برشی لنگرهای خمشی ناشی از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته باشند.
تبصره: برای ستون های باربر جانبی لرزه ای که در معرض بار جانبی در بین دو انتهای ستون قرار دارند، اثر لنگر خمشی ناشی از این بار جانبی باید با نیروی محوری ناشی از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته به صورت توأم در نظر گرفته شود. تبصره: در مواردی که مطابق مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ترکیب نیروی زلزله راستاهای متعامد ضرورت داشته باشد، الزامات عمومی طراحی لرزه ای ستون ها باید برای ترکیب نیروهای زلزله راستاهای متعامد نیز مورد کنترل قرار گیرد. تبصره: شالوده ساختمان باید برای نیروی محوری (بدون در نظر در نیروهای برشی و لنگرهای خمشی) ناشی از ترکیبات بار زلزله ته یافته نیز مورد محاسبه و کنترل قرار گیرد. این تبصره به نظر بسیار سخت گیرانه می باشد و کنترل آن منجر به نتایج بسیار سنگینی در طراحی فونداسیون می شود که شاید نتوان در اجرا تعداد میلگردهای به دست آمده از این بند را عملی کرد.


وصله كليه ستونها، شامل ستون های غیر باربر جانبی، باید به طور مجزا در به تحمل نیروهای زیر باشند:
1- بیشترین نیروهای داخلی (شامل نیروی محوری، نیروی برشی و لنگر خمشی به طور همزمان) تحت اثر ترکیبات بار متعارف 2-بیشترین نیروهای محوری (بدون حضور نیروهای برشی و لنگرهای خمشی) تحت اثر ترکیبات بار زلزله تشدید یافته 3-  نیروی برشی حداقل برابر با نسبت لنگرهای بالا و پایین ستون به ارتفاع ستون. این نیروی برشی باید در هر امتداد محورهای اصلی ستون و به طور مجزا و بدون حضور نیروهای محوری و لنگرهای خمشی در نظر گرفته شود.  4- لنگر خمشی حداقل برابر Ry Mpc که در آن Ry نسبت تنش تسلیم مورد انتظار به حداقل تنش تسلیم تعیین شده مصالح ستون و Mpc لنگر خمشی پلاستیک ستون با مقطع کوچکتر وصله شونده است. این لنگر خمشی باید در هر امتداد محورهای اصلی ستون و به طور مجزا و بدون حضور نیروهای محوری و برشی در نظر گرفته شود.
تبصره: جوش هایی که در کارخانه و به صورت لب به لب صورت می گیرند، باید به صورت نفوذی کامل انجام شوند. در صورتی که پس از انجام آزمایش مشخص شود که جوش مذکور با نفوذ نسبی صورت گرفته است این جوش در صورتی مورد تایید خواهد بود که مقاومت طراحی اتصال مذکور حداقل دو برابر مقاومت مورد نیاز مطابق حالت های (۱) تا (۴) این بند باشد.
کف ستون کلیه ستون های باربر و غیر باربر جانبی و اتصالات آنها به ستون و شالوده باید به طور مجزا قادر به تحمل نیروهای زیر باشند:
1- بیشترین نیروهای داخلی (شامل نیروی محوری، نیروهای برشی و لنگرهای خمشی به طور همزمان) تحت اثر ترکیبات بار متعارف 2- بیشترین نیروی محوری (بدون حضور نیروهای برشی و لنگرهای خمشی تحت اثر ترکیبات بار زلزله تشدید یافته 3- در هر دو امتداد محورهای اصلی ستون و به طور مجزا نیروی برشی برابر مجموع مؤلفه های افقی مقاومت های مورد نیاز اتصال مهاربندی و برش ظرفیتی ستون برابر Mpc/Hs که در آن Mpc مجموع لنگرهای خمشی ستون در بالا و پایین آن در امتداد مورد نظر و Hs ارتفاع طبقه می باشد. 4- در هر دو امتداد اصلی ستون و به طور مجزا لنگر خمشی برابر مجموع لنگرهای خمشی زیر بدون حضور نیروهای برشی و محوری:
الف) برای مهاربندهای امتداد مورد نظر، مقاومت خمشی مورد نیاز اتصال مهاربند
ب) برای ستون ها، کمترین دو مقدار 1.1RyFyZc و بیشترین لنگر خمشی (بدون حضور نیروهای برشی و محوری) تحت اثر ترکیبات بار زلزله تشدید یافته


وصله تیرهای باربر جانبی باید الزامات لرزه ای زیر را تأمین کنند:
الف) وصله تیرها باید خارج از ناحیه حفاظت شده دو انتهای تیر قرار گیرد.
ب) در صورت استفاده از وصله مستقیم، وصله باید با جوش شیاری با نفوذ کامل صورت گیرد. در اینگونه موارد ارجح است محل وصله بال ها و محل وصله جان در یک مقطع صورت نگیرد.
پ) در وصله مستقیم بین ورق های با پهنا یا ضخامت متفاوت، تغییر تدریجی در پهنا یا ضخامت از ورق بزرگتر به ورق کوچکتر باید با شیب حداکثر ۱ به 2.5 صورت گیرد.
ت) مقاومت خمشی مورد نیاز Mu وصله های غیرمستقیم باید برابر مقاومت خمشی طراحی عضو با مقطع کوچکتر وصله شونده در نظر گرفته شود.
 ث) مقاومت برشی مورد نیاز (V) وصله های غیر مستقیم نباید از یکی از سه مقدار زیر کمتر در نظر گرفته شود:
١- بیشترین برش حاصل از ترکیبات بار زلزله تشدید یافته در محل وصله
 ۲- نیروی برشی در محل وصله که باید با در نظر گرفتن تعادل استاتیکی بارهای ثقلی ضریب داری که با نیروی زلزله ترکیب می شوند و برش لرزه ای ناشی از Mpr=Cpr Ry Mp در محل های تشکیل ما پلاستیک تعیین شود.
Mp لنگر پلاستیک مقطع تیر در محل تشکیل مفصل پلاستیک است.
 ۳- مقاومت برشی طراحی عضو با مقطع کوچکتر وصله شونده.