توزیع تقاضای شکل پذیری ساختمان های نامتقارن بتن آرمه با سیستم دوگانه قاب خمشی و دیوار برشی

مشاهدات انجام شده پس از زلزله های شدید، نشان داده است که سازه های نامتقارن در پلان، ممکن است آسیب های شدیدی را تجربه کنند. روش رایج در بررسی اثرات عدم تقارن، مطالعه تغییرات جابجایی و تقاضای شکل پذیری نسبت به حالت متقارن است. سیستم های سازه ای مورد بررسی در تحقیقات پیشین به دو نوع سیستم های یک طبقه و سیستم های چند طبقه قاب خمشی محدود می شود. در این تحقیق، توزیع تقاضای شکل پذیری در پلان و ارتفاع برای سیستم های دوگانه قاب خمشی و دیوار برشی نامتقارن، مورد مطالعه و ارزیابی قرار گرفته است. بدین منظور، ابتدا خروج از مرکزیّت در این سیستم ها، در قالب خروج از مرکزیّت جرم و دو نوع متفاوت از خروج از مرکزیّت سختی، تقسیم بندی شده است. در نوع اوّل از خروج از مرکزیّت سختی، عدم تقارن به وسیله دیوارهای برشی با طول متفاوت (با چیدمان متقارن)، ایجاد شده و در نوع دوم، عدم تقارن به کمک چیدمان نامتقارن اعضای دیوار برشی (با طول یکسان) ایجاد 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 مدلسازی غیرخطّی اعضای تیر از رابطه لنگر-انحناء و برای مدل سازی غیرخطّی اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در اعضای ستون از المان الیافی (فنرهای محوری چندگانه مبتنی بر منحنی تنش-کرنش پایه مصالح) استفاده می شود. همچنین برای مدل سازی اعضای دیوار برشی از المان پانل استفاده شده و اندرکنش نیروی محوری و لنگر خمشی در این اعضاء نیز (مشابه اعضای ستون)، به کمک المان الیافی صورت گرفته است. این نحوه مدلسازی اعضاء 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 سختی و مقاومت به طور جداگانه، نباشد. در مدل های با خروج از مرکزیّت جرم، برای هر سازه نامتقارن سه حالت مختلف در نظر گرفته شده است: (1) خروج از مرکزیّت یک جهتی و حذف دیوارهای جهت متعامد، تحت تحریک یک مولّفه ای؛ (2) خروج از مرکزیّت یک جهتی و اضافه شدن دیوارهای جهت متعامد، تحت تحریک دو مولّفه ای؛ (3) خروج از مرکزیّت دو جهتی و حضور دیوارهای جهت متعامد، تحت تحریک دو مولّفه ای. نتایج این تحقیق، به دو صورت ارایه شده است؛ نخست تقاضای شکل پذیری (نرمال شده نسبت به حالت متقارن) دیوارهای طرّه ای موجود در لبه نرم و لبه سخت سازه به صورت کلّی و دوم به صورت توزیع تقاضای شکل پذیری (نرمال شده نسبت به حالت متقارن) در لبه نرم و لبه سخت سازه در تمامی طبقات. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که بجز حالت خروج از مرکزیّت سختی نوع اوّل، هیچ گونه افزایشی نسبت به حالت متقارن، برای لبه سخت مشاهده نمی شود. همچنین در سازه های دارای خروج از مرکزیّت سختی نوع اوّل، می توان از تغییرات دو پارامتر تغییر مکان نهایی و تغییر مکان تسلیم به گونه ای استفاده کرد که توزیع شکل پذیری در پلان، تا حد ممکن یکنواخت شود. به طور کلّی تقاضای شکل پذیری کلّی لبه نرم، با افزایش تعداد طبقات از هشت به چهارده، کاهش می یابد و این کاهش، از سازه چهارده به بیست طبقه، چشم گیرتر است. همچنین با افزایش تعداد طبقات، اثرات کاهشی پیچش در لبه سخت،کاهش می یابد. با توجّه به نتایج این تحقیق می توان گفت مدل سازی دوبعدی برای بررسی اثرات پیچش در بیشینه پاسخ لبه نرم (به خصوص در سازه های کوتاه) گمراه کننده است. همچنین اضافه شدن خروج از مرکزیّت جهت دوم، در بیشینه پاسخ ها تأثیرات چشم گیری ندارد. پیرامون توزیع ارتفاعی اثرات پیچش در لبه نرم نیز، نتایج این تحقیق نشان می دهد که غالباً باید در طبقات پایین سازه انتظار بیش ترین اثرات پیچش را داشته باشیم.