دیوارهای برشی فولادی یکی از سیستمهای مقاوم در برابر بار جانبی است که به علت عملکرد بسیار عالی خود در زمینه مقاومت، سختی، شکل پذیری و جذب انرژی، در طول 40 سال گذشته مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفته و تحقیقات زیادی به صورت تئوریک و آزمایشگاهی در مورد آن صورت گرفته است و روشهای مختلفی جهت طراحی آن پیشنهاد شده است. این سیستم در چند ساختمان مهم در نقاط مختلف دنیا به کار رفته است که بعضی از آنها در معرض زلزله های واقعی نیز قرار گرفته اند. گزارشهای مختلف نشان داده اند که پایداری سازه ای ساختمانهایی که در آنها از این سیستم استفاده شده است، در هنگام اعمال زلزله های واقعی به طور کامل حفظ شده است. یکی از مشکلات اساسی در زمینه بهره برداری از این سیستم، اعمال تنشهای نسبتاً بزرگی است که به سبب عمل میدان کشش، از طرف ورق در طول ستونهای کنار ورق وارد می شود. این موضوع باعث می شود که در مقاطع مختلف ستون لنگرهای خمشی بزرگی پدید آید، طوری که اگر مقطع آن کافی نباشد، در نقطه ای از ستون مفصل پلاستیک ایجاد می شود و پایداری کلی سازه در معرض تهدید قرار می گیرد. به همین دلیل محققین، شرایطی را پیشنهاد داده اند تا از بروز چنین وضعیتی در ستون اجتناب شود. ارضاء این شرایط باعث می شود که مقطع به کار رفته برای این ستون در مقایسه با ستونی که در کنار ورق دیوار نیست، بسیار قوی گردد، طوری که تناسب طرح بعضاً به هم خورده و حالتی غیراقتصادی برای ستون مزبور ایجاد بشود. برای حل این مشکل از حدود 10 سال پیش ایده ای مطرح شد که براساس آن از اتصال ورق به ستون اصلی سازه جلوگیری شود. پس از آن، با اتصال ورق به ستونی فرعی که در باربری قائم نقش ندارد و صرفاً به ایجاد میدان کشش در ورق و باربری جانبی کمک می کند، ایده فوق بهبود پیدا کرد. چند آزمایش برای امتحان این ایده انجام شد و نشان داده شد که این روش کارایی لازم برای عملکرد مطلوب سیستم را حفظ کرده و به علاوه مشکل فوق نیز مرتفع می شود، طوری که در مصرف فولاد می توان تا 30% صرفه جویی ایجاد کرد. از این سیستم با نام "دیوارهای برشی فولادی نیمه مقید در لبه ها" یاد می شود. در این رساله سعی شده است تا بین بار جانبی معلوم و مشخصات هندسی سیستم ذکر شده در بالا ارتباطی منطقی و در ضمن اقتصادی برقرار شود. روش کار در این رساله، براساس استفاده از روش تحلیل پلاستیک سازه ها و روشهای کرانه بالا و پایین می باشد و براساس تشابه این سیستم با تیرورقها، از یکی از مکانیزمهای پیشنهادی برای رفتار خرابی تیرورقها استفاده شده است، طوری که با در نظر گرفتن اثرات خمش، این مکانیزم برای این سیستم تعمیم داده شده است. نهایتاً الگوریتمی بدست می آید که با طی آن بین مشخصات هندسی و مادی مصالح مصرفی و بارگذاری سیستم، ارتباطی دوسویه برقرار می شود و با استفاده از نتایج حاصله، منحنیهای اندرکنش لنگر واژگونی- ظرفیت برشی سیستم بدست می آید، طوری که با استفاده از آنها آنالیز و طراحی این سیستم امکان پذیر می گردد. مثالهای حل شده توافق بسیار خوبی را بین روش یاد شده و روش اجزاء محدود نشان می دهد. مزیت این روش نسبت به روش اجزاء محدود این است که در این روش با یک گام، حداکثر ظرفیت باربری و تغییرمکان متناظر با آن بدست می آید و در ضمن ابعاد سازه تاثیری در زمان و حجم محاسبات ندارد. قسمتی از این رساله اختصاص به اندرکنش دیوار وقاب پیرامونی آن دارد که شامل ملاحظاتی در مورد رفتار خمشی یا برشی قاب-دیوار نیز می شود. در این قسمت دو مطالعه آزمایشگاهی ذکر می گردد که اولی در تحقیقات گذشته انجام شده و صرفاً از نتایج آن استفاده می شود و دومی بخشی از این رساله بوده که ضمن شرح مفصل آن، نتایج آن نیز که موضوعات مقاومت و سختی نمونه ها، جذب انرژی و حداکثر تغییرمکان نسبی نمونه ها را دربرمی گیرد، بررسی می گردد. نتایج بدست آمده از هر دو مطالعه آزمایشگاهی با روش پیشنهادی مقایسه شده است که نشان دهنده توافق خوبی بین دو روش می باشد.

عملکرد موفق قاب?های مهاربندی همگرا در تامین شکل?پذیر و اتلاف انرژی وابسته به طراحی مناسب اتصالات آن دارد. طراحی? ورق های اتصال مهاربندی معمولا" براساس نتایج تحلیل استاتیکی خطی صورت می گیرد. در این پژوهش به روش عددی به بررسی رفتار لرزه?ای ورق?های اتصال و قاب?های مهاربندی در حوزه غیر خطی مصالح پرداخته می شود. برای این منظور، مطالعات عددی با روش اجزاء محدود و با استفاده از نرم افزار abaqus انجام شده است. بعد از اعتبارسنجی مدل?های اجزاء محدود با نتایج آزمایشگاهی به بررسی اثر هندسه و شرایط مرزی بر روی رفتار لرزه?ای ورق?های اتصال و همچنین اثر وصله تیر پیشنهادی آیین نامه aisc2010 بر روی توزیع تنش ورق?های اتصال در قاب?های مهاربندی پرداخته می?شود. نتایج بدست آمده از مطالعات پارامتری نشان می?دهد که رفتار اندرکنشی ورق اتصال با مهاربندی تاثیر بسزایی در نمودار هیسترزیس نیرو-جابجایی و میزان انرژی تجمعی جذب شده دارد. همچنین ملاحظه شد که هندسه ورق اتصال و شرایط مرزی تاثیر قابل توجهی در جابجایی رفتار اندرکنشی ورق اتصال و مهاربندی (تغییر مد گسیختگی) دارد. نتایج بررسی اثر وصله تیر پیشنهادی آیین نامه aisc2010 نشان می?دهد که روش پیشنهادی باعث کاهش تنش در داخل ورق اتصال می?گردد.

دیوار برشی فولادی سیستم باربر جانبی می باشد که به دلیل داشتن سختی و مقاومت بالا، قابلیت جذب انرژی زیاد ، اقتصادی بودن و سادگی اجرای آن به سرعت در جهان رو به گسترش بوده و مطالعه رفتار آن اهمیت بالایی یافته است. یکی از معایب عمومی این سیستم این است که به دلیل نیروهای بزرگی که از طرف ورق به ستون ها اعمال می شود، مقطع ستون های اطراف دیوار بسیار بزرگ می گردد. یکی از پیشنهادات محققین برای رفع این مشکل، دیوار برشی فولادی نیمه مقید در لبه ها می باشد. دیوارهای برشی فولادی نیمه مقید در لبه ها شرایطی را در سازه ایجاد می کند که به وسیله ی آن، سیستم باربر قائم تقریباً از سیستم باربر جانبی جدا شده و اندرکنش این دو سیستم که در دیوارهای برشی فولادی سنتی به صورت یک معضل در می آید و باعث می شود که مقاطع ستون های کنار دیوار به شکل کاملاً غیراقتصادی بشود را به حداقل می رساند. تغییرات ایجاد شده در ساختمان هندسی این دیوارها، به شکل جدا کردن کامل ورق دیوار از ستون های باربر قائم و اتصال ورق به ستون هایی فرعی بوده که صرفاً برای ایجاد میدان کشش در ورق به کار می آیند. بدیهی است که این ستون های فرعی در باربری قائم سازه هیچگونه نقشی نداشته، اما در باربری جانبی به ورق دیوار کمک می کند. از جمله معایب دیگری که دیوارهای برشی فولادی دارا می باشند این است که استفاده از مدل های عددی ارائه شده (که اکثراً با نرم افزارهای اجزا محدود بدست می آیند) برای تحلیل دیوارهای برشی فولادی، برای مهندسین سازه بسیار وقت گیر و پر هزینه است. در این تحقیق سعی شده با در نظر گرفتن این موارد، برنامه ای رایانه ای با استفاده از نرم افزار matlab ارائه شود که با کمترین هزینه و زمان، رفتار بعد از کمانش دیوار تحت بار جانبی را نمایش دهد. در این پژوهش با فرض صلبیت کامل تیرهای بالا و پایین دیوار که به آن متصل هستند و با در نظر گرفتن عدم تغییرمکان خارج از صفحه در لبه ها، به ارزیابی منحنی بار- تغییرمکان دیوار بعد از کمانش برشی به همراه سایر پارامترها، در ناحیه ی خطی مصالح پرداخته می شود. این پژوهش را می توان با استفاده از یکی از روش های انرژی در خیز بزرگ ورق ها انجام داد که در این تحقیق از روش ریتز استفاده شده است. همچنین، نتایج حاصل از روش مذکور با مدل اجزا محدود آن که با استفاده از نرم افزار abaqus مدل سازی شده بود مقایسه گردید. نتایج حاکی از این بود که برنامه رایانه ای نوشته شده صحیح و دارای دقت قابل قبولی می باشد. همچنین در این پژوهش با استفاده از برنامه رایانه ای نوشته شده و برازش منحنی با نرم افزار اکسل، بیش از صد دیوار مختلف ارزیابی شد و روابطی برای محاسبه سختی و مقاومت حد الاستیک دیوار بدست آورده شد، که نسبت به دیگر روش های محاسبه این دو عامل، بسیار سریعتر و کم هزینه تر می باشند.

یکی از سیستم های مقاوم که در مناطق لرزه خیز بکار می روند قاب های خمشی فولادی می-باشند که دارای شکل پذیری خوبی هستند لیکن از لحاظ سختی و کنترل جابجایی ها دارای محدودیت هایی می باشند. اخیراً سیستمی تحت عنوان قاب خمشی با مهارزانویی معرفی شده است که با اضافه کردن عضوهای زانویی به قاب خمشی معمولی در محاذات اتصالات خمشی به عنوان فیوزهای سازه ای، رفتار لرزه ای قاب خمشی اولیه بهبود می یابد. نظر به اینکه در خصوص شناسایی رفتار این قبیل قاب ها مطالعات بسیار اندکی انجام شده و تاثیر عضوهای زانویی در پاسخ لرزه ای آنها مشخص نیست، در تحقیق حاضر به بررسی نیاز لرزه-ای-غیرخطی آنها پرداخته می شود. برای این منظور، رفتار لرزه ای قاب های خمشی فولادی معمولی با مهار زانویی برای سه نوع مدل 3، 6 و 10 طبقه با تعداد دهانه های مختلف، با استفاده از تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی و تحلیل استاتیکی غیرخطی بررسی شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که مقادیر ضریب اضافه مقاومت این قبیل قاب ها و نیاز محوری ستون های آنها ازآنچه در آیین نامه ها برای قاب های خمشی پیشنهاد شده متفاوت است. همچنین با مقایسه پارامترهای لرزه ای قاب های خمشی و قاب های با مهارزانویی مشخص شدکه با اضافه کردن عضوهای زانویی، پارامترهای ضریب رفتار، سختی، مقاومت و شکل پذیری قاب ها افزایش می یابد؛ به نحوی که با طراحی قاب خمشی معمولی(ضریب رفتار 5/3) و اضافه کردن المان های زانویی به آن می توان با قابلیت اطمینان بالایی از آن به عنوان جایگزینی برای قاب خمشی متوسط(ضریب رفتار 5) استفاده نمود.

در طراحی قاب های فولادی مهاربندی شده در برخی موارد به دلیل ملاحظات معماری، طراح ناچار به جابه جایی مهاربند در پلان ساختمان می شود. این نوع سازه ها طبق اکثر آیین نامه های معتبر از جمله استاندارد 2800 نامنظم تلقی می شوند. هدف از این پژوهش عبارت است از: بررسی مقدار ضریب اضافه مقاومت کل سازه و ستون های ذیل ناپیوستگی و نیز بررسی جابه جایی های نسبی دینامیکی این قبیل سازهها. در این راستا با استفاده از تحلیل دینامیکی تاریخچه ی زمانی غیر خطی، سازه های سه و شش طبقه با مهاربندی همگرا در دوحالت منظم و نامنظم (با جابه جایی خارج از صفحه ی اعضای مهاربندی در طبقه همکف)، نیاز محوری ستون های زیر ناپیوستگی برآورد شده و ضرایب اضافه مقاومت حاصل از این محاسبات با ضرایب پیشنهادی آیین نامه مقایسه شده است. نتایج به دست آمده بیانگر این مطلب است که در قاب های مهاربندی کوتاه و میان مرتبه، ضریب اضافه مقاومت واقعی قاب های نامنظم از قاب های منظم کمتر بوده و علاوه بر این، در برخی از ستونها، استفاده از ضریب پیشنهادی آیین نامه در جهت اطمینان نمیباشد. هم چنین، ملاحظه گردید که جابه جایی های نسبی واقعی (غیرالاستیک) طبقات سازه های مورد بررسی بیش از مقادیر محاسبه شده با استفاده از نتایج تحلیل استاتیکی معادل و روابط آیین نامه می باشد.

سازه های جدار نازک جزء سازه های دارای وزن سبک و در عین حال با مقاومت بالا به حساب می-آیند و در نتیجه کاربرد وسیعی در صنعت ساختمان و صنایع دریایی و هوایی و سایر صنایع یافته اند. تعیین بار کمانشی این نوع سازه ها از اهمیت زیادی برخوردار است و می بایست این بارهای کمانشی با استفاده از روشهای متداول تعیین شوند. برای کمانش تحت بار های محوری و برشی و ترکیات بارگذاری تک محوره وبرشی مطالعاتی صورت گرفته است ؛ اما مطالعات کمی برای کمانش صفحات تحت اثر همزمان بار برشی و نیروی دومحوری وجود دارد و جای خالی رابطه ای با دقت بالا برای این نوع بارگذاری احساس می شود. رابطه های پیشنهادی برای کمانش صفحه در این نوع بارگذاری معمولاً دارای خطای زیاد و در مواردی غیر کاربردی است. در این پایان نامه به بررسی این نوع بارگذاری در حالات مختلف با استفاده از روش انرژی پرداخته می شود ودر پایان با استفاده از اصول ریاضی و آماری و کاربرد اصول درون یابی و رگرسیون، رابطه ای برای ضریب بار کمانشی در این حالت بارگذاری با حداقل خطا به دست آمده است.