پایان نامه ارزیابی و بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان های بتن مسلح نامنظم موجود

فهرست پایان نامه ارزیابی و بهبود عملکرد لرزه ای ساختمان های بتن مسلح نامنظم موجود

چکیده

فصل اول (کلیات تحقیق) ...................................................................................................1

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

1-2-بررسی خسارت ساختمان های بتنی مسلح در زلزله....................................................................................5

1 -2-1- مقدمه...........................................................................................................................................5

1-2-2-عوامل موثر بر میزان آسیب دیدگی ساختمان ها ..............................................................................5

1-2-2-1-اختلاف بین طیف طرح و طیف پاسخ زلزله ..........................................................................6

1-2-2-2- ستون های ترد ....................................................................................................................7

1-2-2-3- آرایش نامتقارن عناصر سختی در پلان.................................................................................7

1-2-2-4- طبقه همکف نرم .................................................................................................................8

1-2-2-5- ستون های کوتاه.................................................................................................................9

1-2-2-6-شکل پلان طبقات .............................................................................................................10

1-2-2-7- شکل ساختمان در ارتفاع ..................................................................................................10

1-2-2-8 -دال های بدون تیر (دال تخت)...........................................................................................11

1-2-2-9-آسیبهای وارده در اثر زلزله های پیشین...............................................................................11

1-2-2-10- سیستمهای قاب خمشی تنها ...........................................................................................12

1-2-2-11- تعداد طبقات..................................................................................................................12

1-2-2-12- اثر شالوده ها..................................................................................................................13

1-2-2-13- محل قرارگیری سازه های مجاور هم در بلوک ساختمانی................................................14

1-2-2-14-تاثیر مقاومت مشخصه بتن ...............................................................................................14

1-2-2-15-تاثیر زمان نوسان.............................................................................................................15

1-2-2-16- خسارات ناشی از ضعف عناصر سازه ای.........................................................................17

-2-2-16-1- ضعف ستون ها ......................................................................................................17

1-2-2-16-2- ضعف تیرها ...........................................................................................................18

1-2-2-16-3- اتصال تیر و ستون ...................................................................................................18

1-3-ساختار پایان نامه.................................................................................................................................19

فصل دوم(راهکارهای بهسازی و کنترل ارتعاش لرزه ای سازه)..........................................21

2-1-مقدمه ..............................................................................................................................................21

2-2- سازه های مقاوم در برابر زلزله...........................................................................................................22

2-3- معرفی راهکارهای بهسازی...............................................................................................................23

2-3-1-کاهش نیروی زلزله..................................................................................................................24

2-3-2- افزایش مقاومت و سختی.........................................................................................................25

2-3-3- افزایش شکل پذیری. .............................................................................................................27

2-3-4- کاهش سختی موضعی.............................................................................................................28

2-3-5- تغییر کاربری سازه ..................................................................................................................28

2-3-6-روش ارزیابی بر اساسا عملکرد....................................................................................................282-4-اعضای کنترل شونده توسط نیرو و تغییر شکل ....................................................................................33

2-4-1-مزایای روش کنترل بر اساس عملکرد ......................................................................................36

2-5- بررسی ضوابط دستورالعمل بهسازی...................................................................................................37

2-5-1-مبانی بهسازی...........................................................................................................................37

2-5-2-مراحل بهسازی.........................................................................................................................37

2-5-3- هدف بهسازی..........................................................................................................................37

2-5-4- سطح عملکرد ساختمان ...........................................................................................................37

2-5-4-1- سطوح عملکرد اجزای سازه ای ........................................................................................37

2-5-4-1-1-سطح عملکرد 1-قابلیت استفاده بی وقفه...................................................................38

2-5-4-1-2- سطح عملکرد 2-خرابی محدود...............................................................................38

2-5-4-1-3-سطح عملکرد 3- ایمنی جانی...................................................................................38

2-5-4-1-4- سطح عملکرد 4-ایمنی جانی محدود......................................................................39

2-5-4-1-5- سطح عملکرد 5- آستانه فروریزش..........................................................................39

2-5-4-1-6- سطح عملکرد 6-لحاظ نشده ..................................................................................39

2-5-4-2- سطوح عملکرد اجزای غیر سازه ای..................................................................................39

2-5-4-2-1- سطح عملکرد A-خدمت رسانی بی وقفه ................................................................40

2-5-4-2-2-سطح عملکرد D- ایمنی جانی محدود ......................................................................40

2-5-4-2-3- سطح عملکرد E- لحاظ نشده ...................................................................................40

2-5-4-3- سطوح عملکرد کل ساختمان ............................................................................................40

2-5-5- اطلاعات وضعیت موجود ساختمان ...........................................................................................41

2-5-5-1- جمع آوری اطلاعات در سطح حداقل...............................................................................41

2-5-5-2-جمع آوری اطلاعات در سطح متعارف..............................................................................42

2-5-5-3- جمع آوری اطلاعات در سطح جامع .................................................................................42

2-5-5-4- ضریب آگاهی....................................................................................................................43

2-5-6-راهکارهای بهسازی......................................................................................................................43

2-5-7- مقاومت مصالح............................................................................................................................44

2-5-7-1- مقاومت مورد انتظار مصالح ..............................................................................................44

2-5-7-2- حدپایین مقاومت مصالح...................................................................................................44

2-5-7-3-مقاومت مشخصه مصالح ...................................................................................................44

2-5-8- ظرفیت اجزای سازه ....................................................................................................................44

2-5-8-1- روشهای خطی....................................................................................................................44

2-5-8-2- روشهای غیر خطی...............................................................................................................45

2-5-9-روشهای تحلیل غیر خطی..................................................................................................................46

2-5-9-1- تحلیل استاتیکی غیر خطی(pushouers).............................................................................46

2-5-9-1-1-تغییر مکان هدف................................................................................................................48

2-5-9-1-2-روش ضرایب ..................................................................................................................48

2-5-9-1-3-روش طیف ظرفیت ........................................................................................................51

2-5-9-2-2-شکل توزیع بار جانبی در ارتفاع ساختمان.........................................................................52

2-5-9-2-1- محدودیت های تحلیل استاتیکی غیر خطی (Pushover)..............................................54

2-5-9-2-2-مزیت های تحلیل استاتیکی غیر خطی(pushover)...........................................................55

2-5-9-2-3-تحلیل دینامیکی غیر خطی....................................................................................................57

2-5-9-2-4-معیارهای پذیرش روشهای غیر خطی....................................................................................57

2-5-10-اضافه نمودن دیوار برشی در ساختمان بتن آرمه موجود...................................................................61

2-5-11-تاثیر افزودن دیوار برشی برای کاهش نامنظمی سازه ای در ساختمان ...............................................61

2-5-12-تاریخچه استفاده از دیوار برشی درساختمان بتنی.............................................................................64

2-5-13-ضوابط استفاده از دیوار برشی در ساختمان بتنی موجود.............................................................................66

2-5-13-1-اضافه کردن دیوارهای برشی و میانقاب............................................................................................66

2-5-13-2- دیوار برشی بتنی ..............................................................................................................................67

فصل سوم(ساختمان مورد مطالعه و ارزیابی آسیب پذیری آن)......................................................71

3-1- مقدمه..............................................................................................................................................................71

3-2- ساختمانهای مورد مطالعه .................................................................................................................................72

3-3- مشخصات ساختمان موجود ...........................................................................................................................73

3-3-1- مشخصات هندسی ساختمان...................................................................................................................73

3-3-2-سیستم سازه ای ساختمان ........................................................................................................................74

3-3-3- مشخصات مصالح ..................................................................................................................................74

3-4- بارگذاری ثقلی................................................................................................................................................74

3-5-سیستم انتقال بار ثقلی......................................................................................................................................75

3-5-1-سیستم مقاوم در برابر بارهای جانبی........................................................................................................75

3-5-2-مشخصات مصالح مصرفی در سازه..........................................................................................................75

3-5-3بارگذاری ثقلی و جانبی..............................................................................................................................76

3-6- بارگذاری جانبی ............................................................................................................................................80

3-6-1- ساختمان های10طبقه نامنظم مورد مطالعه ..................................................................................................80

3-6-2- ساختمان های15طبقه نامنظم مورد مطالعه .................................................................................................80

3-6-3- ساختمان های20طبقه نامنظم مورد مطالعه ..................................................................................................82

3-6-2-انجام تحلیل.................................................................................................................................................83

3-6-4-1-مقاطع تیرهای ساختمان مورد مطالعه........................................................................................................87

3-7- ارزیابی کیفی آسیب پذیری ساختمان های مورد مطالعه .........................................................................88

3-7-1- هدف بهسازی .............................................................................................................................88

3-7-1-1- سطح خطر ..........................................................................................................................88

3-7-1-1-1- سطح خطر 1................................................................................................................88

3-7-1-1-2- سطح خطر 2................................................................................................................89

3-7-2-سطح عملکرد ساختمان ................................................................................................................89

3-7-2-1- سطح عملکرد اجزای سازه ای .................................................................................................89

3-7-2-2- سطح عملکرد اجزای غیر سازه ای ..........................................................................................89

3-7-2-3- سطح عملکرد کل ساختمان ....................................................................................................90

3-7-3-تعیین سطح اطلاعات و ضریب آگاهی..........................................................................................90

3-7-4-مشخصات مصالح ............................................................................................................................91

3-7-4-1- مصالح بتنی...............................................................................................................................91

3-7-5-شتاب نگاشت ها................................................................................................................................91

3-7-5-1-مشخصات شتاب نگاشت ها...................................................................................................91

3-7-5-1-مشخصات شتاب نگاشت ها...................................................................................................91

3-7-5-1-1-مقیاس کردن شتاب نگاشت ها...........................................................................................91

3-7-5-1-2-هم پایه کردن شتاب نگاشت ها........................................................................................93

3-7-5-1-3-رکوردهای زمین لرزه مورد استفاده در تحلیل..................................................................93

3-8- ارزیابی کمی آسیب پذیری ساختمان ها ..............................................................................................94

3-8-1- تحلیل استاتیکی غیر خطی (Pushover) .................................................................................95

3-8-1-1- تعیین تغییر مکان هدف ........................................................................................................95

3-8-1-1-1- تغییر مکان هدف برای ساختمان های 20طبقه مورد مطالعه..............................................95

3-8-1-1-2-تغییر مکان هدف برای ساختمان 15طبقه مورد مطالعه ....................................................97

3-8-1-1-3-تغییر مکان هدف برای ساختمان 10طبقه مورد مطالعه...................................................99

3-8-1-2-انجام تحلیل........................................................................................................................101

3-8-1-2-1-تعریف مفاصل پلاستیک ...........................................................................................101

3-8-1-2-1-1-تعریف مفاصل پلاستیک در تیرهای بتنی............................................................101

3-8-1-2-1-2-تعریف مفاصل پلاستیک در ستون های بتنی .......................................................103

3-8-1-3- پارامترهای مدل سازی و معیارهای پذیرش برای روش های غیر خطی –اعضای کنترل شونده توسط خمش.........................................................................................................................................................104

3-8-1-3-تعریف حالت های مختلف تحلیل(case) .................................................................................105

3-8-1-4- نتایج تحلیل استاتیکی غیر خطی (pushover) ........................................................................107

3 -8-1-4-1- نتایج تحلیل pushover ساختمان 20طبقه مورد مطالعه ......................................................107

3-8-1-4-2- نتایج تحلیل pushover ساختمان 15طبقه مورد مطالعه ......................................................109

3-8-1-4-3- نتایج تحلیل pushover ساختمان 10طبقه مورد مطالعه ......................................................110

3-8-1-5- اثر همزمان مولفه های زلزله .....................................................................................................111

3-8-1-6- تحلیل  دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی ..............................................................................111

3-8-1-6-1-انجام تحلیل ........................................................................................................................111

3-8-1-6-2-نتایج تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی ..................................................................112

             3-8-1-6-2-1- منحنی های نسبت کاربردی تحت زلزله های مختلف برای ساختمان 20طبقه مورد

مطالعه..................................................................................................................................................................112

 

             3-8-1-6-2-2- منحنی های نسبت کاربردی تحت زلزله های مختلف برای ساختمان 15طبقه مورد

مطالعه..............................................................................................................................................................114

3-8-1-6-2-3- منحنی های نسبت کاربردی تحت زلزله های مختلف برای ساختمان 10طبقه مورد

مطالعه................................................................................................................................................................115

3-9-نتیجه گیری .............................................................................................................................................117

فصل چهارم(بهسازی لرزه ای ساختمان های مورد مطالعه) ....................................................118

4-1 مقدمه ........................................................................................................................................................118

4-2- اضافه نمودن دیوار برشی برای بهبود نامنظمی در ساختمان های بتنی موجود .............................................119

4-3-انجام تحلیل ............................................................................................................................................120

4-3-1- تعیین تغییر مکان هدف ...............................................................................................................120

4-3-1-1-تغییر مکان هدف برای ساختمان های  مورد مطالعه.......................................................................120

4-3-2-نتایج تحلیل استاتیکی غیر خطی ((pushover)................................................................................121

4-3-2-1-نتایج تحلیل pushover  ساختمان 20 طبقه مورد مطالعه  بعد از بهسازی......................................121

4-3-2-2-نتایج تحلیل pushover  ساختمان 15 طبقه مورد مطالعه  بعد از بهسازی.....................................123

4 -3-2-3-نتایج تحلیل pushover  ساختمان 10 طبقه مورد مطالعه  بعد از بهسازی....................................125

4-3-3- تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی.......................................................................................126

4-3-3-1- انجام تحلیل..........................................................................................................................126

4-3-3-2- نتایج تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیر خطی....................................................................127

      4-3-3-2-1-منحنی های نسبت کاربردی تحت زلزله های مختلف برای ساختمان 20 طبقه مورد مطالعه  

بعد از بهسازی.................................................................................................................................127

 

     4-3-3-2-2-منحنی های نسبت کاربردی تحت زلزله های مختلف برای ساختمان 15 طبقه مورد مطالعه

  بعد از بهسازی...............................................................................................................................129

4-3-3-2-3-منحنی های نسبت کاربردی تحت زلزله های مختلف برای ساختمان 10 طبقه مورد مطالعه

  بعد از بهسازی....................................................................................................................................130

4-3-3-3- نتیجه گیری........................................................................................................................132

4-4- مقایسه نتایج ...................................................................................................................................... 132

4-5- مقایسه شاخص های ارزیابی ..............................................................................................................133

4-5-1 – بررسی تغییر شکل نسبی طبقات................................................................................................133

              4-5-1-1-نمودار مقایسه تغییر شکل ساختمان های 20،15،10مورد مطالعه قبل و بعد از بهسازی.............134

4-5-1-1- مقایسه نتایج تغییر شکل ساختمان های 20 و 15 و 10 طبقه مورد مطالعه.......................................134

4-5-2- منحنی هیسترزیس............................................................................................................................136

4-5-2-1-منحنی هیسترزیس سازه 20 طبقه مورد مطالعه قبل از بهسازی تحت رکورد طبس.......................136

4-5-2-2-منحنی هیسترزیس سازه 20 طبقه مورد مطالعه بعد از بهسازی تحت رکورد طبس.........................137

4-5-2-3-مقایسه نتایج منحنی های هیسترزیس رسم شده برای ساختمان 20 طبقه مورد مطالعه......................137

4-5-2-4-منحنی هیسترزیس سازه 15 طبقه مورد مطالعه قبل از بهسازی تحت رکورد طبس و منجیل..........137

4-5-2-5-منحنی هیسترزیس سازه 15 طبقه مورد مطالعه بعد از بهسازی تحت رکورد طبس و منجیل...........138

4-5-2-6-مقایسه نتایج منحنی های هیسترزیس رسم شده برای ساختمان 15 طبقه مورد مطالعه......................139

4-5-2-7-منحنی هیسترزیس سازه 10 طبقه مورد مطالعه قبل از بهسازی تحت رکورد طبس و منجیل.............140

4-5-2-8-منحنی هیسترزیس سازه 10 طبقه مورد مطالعه بعد از بهسازی تحت رکورد طبس و منجیل..............141

4-5-2-9-مقایسه نتایج منحنی های هیسترزیس رسم شده برای ساختمان 10 طبقه مورد مطالعه........................142

4-5-3-نمودار تاریخچه زمانی..........................................................................................................................142

4-5-4- بررسی مکانیزم اتلاف انرژی در سازه..................................................................................................146

4-5-4-1-ساختمان 20 طبقه قبل از بهسازی................................................................................................146

4-5-4-2-ساختمان 20 طبقه بعد از بهسازی................................................................................................147

4-5-4-3-ساختمان 15 طبقه قبل از بهسازی...............................................................................................147

4-5-4-4-ساختمان 15 طبقه بعد از بهسازی...............................................................................................148

4-5-4-5-ساختمان 10 طبقه قبل از بهسازی..............................................................................................148

4-5-4-6-ساختمان 10 طبقه بعد از بهسازی..............................................................................................149

4-5-4-7-مقایسه نتایج نمودار اتلاف انرژی برای ساختمان 20 و 15 طبقه و 10 مورد مطالعه.......................150

4-5-5-تغییر مکان نسبی طبقات ....................................................................................................................150

4-5-5-1-ساختمان 20 طبقه نامنظم...............................................................................................................151

4-5-5-2- ساختمان 15 طبقه نامنظم .............................................................................................................153

4-5-5-3- ساختمان 10 طبقه نامنظم ............................................................................................................155

4-6-نتیجه گیری..........................................................................................................................................156

فصل پنجم(نتیجه گیری و پیشنهادات   )   ..............................................................................157

5-1- مقدمه ...............................................................................................................................................157

5-2- نتیجه گیری .......................................................................................................................................158

5-3- پیشنهادها جهت ادامه کار تحقیق ........................................................................................................159

منابع ................................................................................................................................160

چکیده انگلیسی..................................................................................................................163