چکیده : 

در این مطالعه هدف بررسی تأثیر در نظر گیري اندرکنش خاك- سازه بر پریود ارتعاش آزاد سوله ها می باشد. با وجود این که سوله ها سازه 

هایی هستند که اغلب تحلیل و طراحی دینامیکی آن ها بر اساس بار باد و بدون در نظر گیري اثر اندرکنش صورت می پذیرد. اما از آنجاییکه اغلب

مورد استفاده صنعتی قرار می گیرند و در برخی موارد ایستایی و پایداري آن ها در شرایط بحران از قبیل زلزله یا طوفان هاي شدید از اهمیت بالایی

برخوردار است. بنابراین بررسی اثرات اندرکنش بر رفتار دینامیکی آن ها به خصوص در شرایطی که بر روي خاك نرم بنا شده باشند ضروري می

باشد. به منظور اعمال اثر اندرکنش خاك – سازه از مدل جرم و فنر معادل استفاده شده است و در واقع سختی زمین با فنرهاي لیسمر معادل سازي شده

تحلیل شده اند.نتایج مقایسه ي پریود ارتعاش آزاد سوله ي در نظر گرفته شده در حالت درنظر گیري SAP است و نتایج با استفاده از نرم افزار 2000

اثر اندرکنش خاك- سازه و بدون در نظر گیري اثر اندرکنش در سوله ها منجر به افزایش پریود طبیعی خواهد شد و نیز این که در سوله هاي با

ارتفاع زیاد این اثر واضح تر خواهد بود.

 

کلمات کلیدي : اندرکنش خاك – سازه ، پریود ارتعاش آزاد ، مدل جرم وفنر، فنرهاي لیسمر

مقدمه : 

  1. تعبیر کلی در بحث اندرکنش، تحلیل دو محیط با سختی و یا جنس متفاوت، در حالت استاتیکی یا دینامیکی می باشد. درحالی که کاربرد تخصصی آن

درنظرگیري بازگشت امواج ناشی از ارتعاش سازه به درون زمین است و پدیده اي صرفأ دینامیکی تلقی می شود. در واقع هرگاه سازه اي روي

بسترخاکی احداث شود،به خصوص اینکه آن بستر خاکی از جنس خاك نرم باشد و یا ارتفاع سازه زیاد باشد اثرات عیور امواج لرزه اي از داخل خاك

و بازگشت امواج حاصل از ارتعاش سازه به داخل خاك بر پاسخ لرزه اي سازه تأثیرخواهند داشت.

سوله، سازه اي فلزي با سقف شیب دار است که براساس محاسبات فنی خاص طراحی و ساخته می شود. از این نوع سازه در کارخانه ها،

اسکلت ساختمان، انبارها، آشیانه هاي هواپیما و سالن هاي ورزشی که به قابهایی با دهانه ي بزرگ نیاز است استفاده می شود. امرطراحی سوله کاري

است تخصصی وبسیار دقیق، فاکتورهاي مهمی در طراحی دخیل هستند که بی توجهی به آنها می تواند هم هزینه ي گزافی به سازنده تحمیل کند که

صرفه اقتصادي را زیر سؤال می برد و هم ممکن است نتیجه معکوس داده و استحکام و پایداري سازه را تضعیف نماید و موجب ایجاد حوادث جبران

ناپذیر گردد. مهم ترین بارگذاري هایی که در طراحی سوله در نظر گرفته می شود، بارگذاري براي بار مرده ،بار برف، بار نامتقارن ونیز بارگذاري جانبی

سوله شامل بار باد یا زلزله می باشد.

 

باتوجه به اینکه سوله ها جزء سازه هاي سبک به شمار می آیند اغلب بارگذاري جانبی آن ها براي بار باد صورت می گیرد و تقریبأ همه ي مهندسین

طراح بارگذاري جانبی وثقلی سوله رابا فرض پی صلب انجام می دهند و به عبارت دیگراز اثرات اندرکنشی خاك – سازه صرفه نظر می شود.

این فرض اگر سوله روي خاك سخت بنا شود فرض نادرستی نمی باشد اما اگر قرار باشد که بر بستر خاك نرم اجرا شود، ممکن است اثرات اندرکنشی

خاك – سازه قابل توجه باشد. هرچد در اغلب موارد عدم در نظر گیري اثر اندرکنش خاك – سازه موجب طراحی دست بالاي سوله خواهد شد و تنها

هزینه هاي اقتصادي به همراه خواهد داشت اما ممکن است در برخی شرایط منجر به ناپایداري هاي سازه اي گردد.

تا کنون مطالعه اي که در آن اثرات اندرکنش خاك- سازه را براي باد در سوله ها مورد بررسی قرار داده باشد صورت نپذیرفته است. البته مطالعاتی در

همین زمینه براي سازه هاي بلند دیگر انجام شده که در ادامه به نتایج برخی از این مطالعات اشاره می شود.

و همکاران نشان داد که اثر در نظرگیري اندرکنش در تغییر ممان خمشی و نیروي برشی در پایه سازه زیاد است و در Venazi مطالعه

و همکاران مدل عددي برج خنک کننده Viladkar نظرگیري این اثر منجر به افزایش جابجایی محاسبه شده در بالاي سازه می شود[ 1]. در مطالعه ي

تحت بار متقارن باد، مؤثر بر بالاي آن با درنظرگیري اثر اندرکنش خاك – سازه ایجاد شده و تحلیل آن انجام گرفته است. نتایج حاکی از تغییر نتایج

و همکاران یک مدل ریاضی براي بررسی اثر باد بر Liu . [ ممان خمشی ، نیروي برشی و جابجایی برج در حالت درنظر گیري اندرکنش می باشد[ 2

بادر نظرگیري اثر اندرکنش خاك – سازه توسعه داده اند و مدل بر پایه تحلیل تاریخچه زمانی (TMD) نوسان یک سازه ي بلند با میراگر و جرم معادل

مورد مطالعه قرارگرفته است . نتایج با مدل واقع بر پی صلب مورد مقایسه قرارگرفته و حاکی از آن است که در صورت عدم درنظرگیري اندرکنش

نوسان سازه هاي بلند ممکن است به صورت دست بالا و کارایی میراگر جرم معادل ممکن است به صورت دست پایین تخمین زده شود[ 3]. در مقاله ي

و همکاران مدل سازي مصالح و مدل سازي فیزیکی سیستم خاك – پی – برج خنک کننده مورد مطالعه قرارگرفته است. سیستم تحت Noorzaei

بارهاي عمودي و جانبی ناشی از وزن خود و باد مورد تحلیل قرار گرفته است. پاسخ سیستم درحوزه تغییرمکان و تنش مورد مقایسه قرار گرفته ونشان

Prenninger داده شده که در نظرگیري اثر اندر کنش خاك – سازه نقش مهمی در آزاد سازي تنش در برج خنک کننده ایفا می کند[ 4]. در مطالعه

بار باد و انتشار آن به صورت دقیق شبیه سازي شده و بادرنظرگیري اثر اندرکنش خاك – سازه برسازه اعمال شده است. نتایج نشان Schueller و

و نیز El Hifnawy و Novak دهنده ي تاثیر اندرکنش خاك – سازه برتغییر پاسخ هاي سازه می باشد[ 5]. در مطالعات دیگري نظیر مطالعات

.[ تأثیر اندرکنش خاك – سازه بر پاسخ سازه برنیروي باد به صورت تئوري مطالعه شده است[ 6] و [ 7 Kwok و Xu مطالعات

  3. مشخصات سازه و خاك

سازه مورد نظر براي مطالعه یک سوله باارتفاع 6 متر ودهانه 20 متر می باشد. محل واقع شدن آن منطقه با لرزه خیزي پایین در نظر گرفته شده است. در

عوض بار جانبی ناشی از باد مورد بررسی قرار گرفته است. مقطع اعضاي سوله از نوع مقاطع غیر منشوري بوده وسقف پوشش دهنده آن از نوع سقف

می باشد. مشخصات خاك به صورت زیر درنظرگرفته شده است: Z سبک با پشم شیشه درنظر گرفته شده است ولاپه ها نیز از نوع مقاطع υ=0.3

به به ترتیب مدول هاي برشی در نظر گرفته شده براي خاك در حالت سست، متوسط، و G3,G2,G نسبت پواسون خاك و 1 υ که در آن

نسبتأ سخت می باشند.در شکل 1 نماي سه بعدي مدل سوله نشان داده شده است.

شکل( 1) : نماي سه بعدي سوله

  1. بارگذاري و محاسبات

و از روش مدل سازي سقف هاي SAP بارگذاري ثقلی براساس آیین نامه 519 انجام گرفته و در مدلسازي از بارگذاري خودکار ثقلی برنامه 2000

غشایی جهت انتقال بار سطحی به تیرها استفاده شده است. در بار گذاري جانبی ساختمان ها بارگذاري باد و زلزله به صورت مجرا انجام می شود. با

8745 محاسبه شد و در kg 18720 و برش پایه ناشی از زلزله kg مقایسه برش هاي پایه بارهاي بادو زلزله مطابق آیین نامه 519 برش پایه ناشی از باد

940 و براي بخش پشت به باد kg/m نتیجه اثر باد غالب بوده و نیازي به لحاظ نمودن اثر زلزله نمی باشد. در جهت طولی بار باد براي بخش رو به باد

360 و بار مکش kg/m 576 و بار پشت به باد kg/m 600 مطابق آیین نامه در نظر گرفته شده است. همچنین در جهت عرضی بار رو به باد kg/m

540 در نظر گرفته شده است. همچنین اثر اندر کنش خاك – سازه با مدل سازي خاك به روش فنر معادل و استفاده از سختی فنرهاي kg/m لاپه ها

 لیسمر استفاده شده که در این مطالعه از سختی قائم خاك صرف نظر شده و خاك در جهت قائم صلب فرض می شود شعاع پی دایره اي می باشد. r به ترتیب

سختی فنرها در جهات قائم، افقی، دورانی و پیچشی و Kφ ,Kθ ,Kh ,Kv

  1. مراحل انجام کار

مراحل ساخت مدل و تحلیل آن به صورت گام به گام به صورت زیر در نظر گرفته می شود.

– ساخت مدل، تعریف مشخصات و اختصاص مشخصات به اعضا

– بارگذاري ثقلی وجانبی با درنظر گیري اثر اندرکنش و بدون آن

– تحلیل مدل و مقایسه نتایج

صورت گرفته است. SAP لازم به ذکر است که کلیه مراحل ساخت مدل و تحلیل به کمک نرم افزار 2000

کلمات کلیدی

مطالب مرتبط:

سازه های شهر بازی