تحلیل عملکردی ساختمان های نامتقارن بتن آرمه با سیستم دوگانه قاب خمشی و دیوار برشی تحت اثر زلزله های دو جهته

امروزه چالش مهندسی عمران در این جهت است که طراحی سازه ها به نحوی انجام شود که میزان خسارت و پارامتر های تقاضای لرزه ای سازه، در حد قابل قبولی کنترل گردد؛ از اینرو روش های تحلیل و طراحی عملکردی در دو دهه ی اخیر مورد توجه محققان قرارگرفته است. مشاهدات به عمل آمده پس از وقوع زلزله های شدید نشان می دهد که آسیب های شدید سازه ای، اغلب به علت عدم تقارن در سازه ها رخ داده است؛ بنابراین تمرکز اصلی این تحقیق بر بررسی یکی از روش های تحلیل عملکردی، تحت عنوان روش آنالیز مودال پوش آور، به منظور تخمین پاسخ لرزه ای سازه های نامتقارن با سیستم های دوگانه قاب خمشی و دیوار برشی، قرار داده شده است. اگرچه تخمین دقیق تر تقاضای لرزه ای سازه ها تحت اثر یک زلزله خاص، از طریق روش تحلیل غیرخطی تاریخچه زمانی میسر است؛ لیکن استفاده از روش های پوش آور استاتیکی غیرخطی به دلیل صرف هزینه و زمان کمتر، در کاربردهای معمولی مهندسی به جهت حل منطبق بر عملکرد سازه، متداول تر می باشد. روش های مختلف پوش آور، شامل روش های ارائه شده در آیین نامه ها و همین طور روش آنالیز مودال پوش آور که در سال های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است، همگی با کنترل جابه جایی در محل مرکز جرم طبقات بسط داده شده اند و تغییر مکان نسبی طبقات نیز معمولا در محل مرکز جرم طبقات کنترل می گردد، حال آن که این عمل صرفا در مورد ساختمان های متقارن در پلان و ارتفاع قابل اطمینان است؛ ولی هنگام بررسی مدل های نامتقارن به دلیل ماهیت پیچشی رفتار آن ها، لبه های ساختمان از اهمیت دو چندانی نسبت به مرکز جرم طبقات برخوردار هستند و بایستی مورد توجه قرار گیرند. به همین دلیل در این تحقیق، اگر چه مرکز جرم طبقات معیار کنترل تغییرمکان هدف و اعمال روش آنالیز مودال پوش آور قرار داده شده اند؛ ولی تمرکز اصلی بر روی نتایج به دست آمده بر روی دو لبه مدل های نامتقارن و مقایسه آنها با نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی قرار داده شده است؛ تا کارایی این روش در تخمین پاسخ مدل های نامتقارن تعیین شود. در این تحقیق، ابتدا خروج از مرکزیت سیستم ها، در قالب خروج از مرکزیت جرم و دو نوع متفاوت از خروج از مرکزیت سختی، تقسیم بندی شده است. جهت بسط مدل های سیستم دوگانه، ابتدا با استفاده از روش قاب ژنریک مدل های هشت، چهارده و بیست طبقه قاب خمشی، توسعه داده شده و سپس دیوارهای برشی با نسبت سختی معینی به آن اضافه شده است. برای مدل سازی غیرخطی اعضای تیر از رابطه لنگر- انحنا و برای مدل سازی غیرخطی اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در اعضای ستون از المان الیافی استفاده می شود. همچنین برای مدل سازی اعضای دیوار برشی از المان پانل استفاده شده و اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در این اعضا، مشابه اعضای ستون، به کمک المان الیافی لحاظ می گردد. این نحوه ی مدل سازی اعضا ستون و دیوار برشی موجب می شود سختی سیستم در هر لحظه از زمان، تابعی از مقاومت آن باشد و نیازی به در نظر گرفتن خروج از مرکزیت های سختی و مقاومت به طور جداگانه، نباشد. در مدل های با خروج از مرکزیت جرم نیز، برای هر سازه نامتقارن دو حالت مختلف در نظر گرفته شده است: (1) مدل های با خروج از مرکزیت یک جهتی تحت تحریکات تک مولفه ای (2) مدل های با خروج از مرکزیت دو جهتی تحت تحریکات دو مولفه ای. نتایج این تحقیق، به صورت مقایسه نتایج آنالیز مودال پوش آور (یک جهته و دوجهته) با نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی ارائه شده است. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که آنالیز مودال پوش آور معمولا تغییرمکان نسبی طبقات در لبه نرم مدل ها را بیشتر ازنتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی برآورد می کند؛ و حداکثر فاصله بین نتایج در خروج از مرکزیت های پایین اتفاق می افتد. حال آن که نتایج به دست آمده در لبه سخت سازه نشان می دهد که آنالیز مودال پوش آور، تغییرمکان نسبی طبقات را در خروج از مرکزیت های بالا بیش از نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی نشان می دهد؛ و حداکثر فاصله بین نتایج در خروج از مرکزیت های بالا اتفاق می افتد. معمولا نتایج حاصل شده در لبه سخت و به ازای خروج از مرکزیت های پایین، کمتر از نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی است؛ و با افزایش تعداد طبقات، به طور کلی فاصله میان نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی و آنالیز مودال پوش آور دو جهته، کاهش می یابد. همچنین مشاهده می شود که در طی انجام آنالیز مودال پوش آور دو جهته، مولفه های متعامد زلزله بعضا نقش بسزایی در پاسخ جهت اصلی مورد بررسی ایفا می کنند. به طور کلی اثرات پیچشی در طبقات پایینی سازه مشهودتر بوده و حداکثر اختلاف میان نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی و نتایج آنالیز مودال پوش آور نیز در این طبقات رخ می دهد؛ البته بیان اختلاف میان نتایج آنالیز دینامیکی غیرخطی و نتایج آنالیز مودال پوش آور، صرفا جنبه ی مقایسه ای داشته و دلیل بر میزان خطای نتایج نسبت به یکدیگر نمی باشد؛ چراکه دو روش آنالیز دینامیکی غیرخطی و آنالیز مودال پوش آور از لحاظ مفهومی، روش های جداگانه ای هستند.