gl/l (461)

وقتي سازهها به صورت ارتجاعي و خطي در برابر زلزله واكنش ميدهند، حداكثر نيروي بيشتري متحمل ميشوند، در نتيجه مقاومت سازه جهت پايداري، نسبت به حالتي كه وارد مرحله غيرارتجاعي ميشود، زيادتر خواهد بود كه اين هزينههاي زيادي را متقبل ميشوند. بنابراين با توجه به اصل سادهسازي، آييننامههاي طراحي در برابر زلزله با بهرهگيري از ظرفيت استهلاك انرژي در اثر رفتار غيرخطي، نيروي زلزله موثر و در نتيجه مقاومت موردنياز سازه را كاهش ميدهند.

ضريب كاهشي مقاومت به علت رفتار چرخهاي سازه به صورت

(مقاومت موردنياز حالت غيرارتجاعي/مقاومت موردنياز حالت ارتجاعي)

ميباشد كه نوع يك سيستم بيشترين تاثير را در مقدار ضريب بالا دارد.

min مقاومت حد تسليم براي جلوگيري از تسليم خاص

مقاومت حد تسليم كه در آن شكلپذير برابر Mi باشد.

همچنين يك ضريب اضافه مقاومت (Rs) به خاطر اينكه مقاومت جانبي واقعي يك سازه معمولاً ببشتر از مقاومت جانبي طراحي آن سازه بيشتر ميباشد، مطرح شد. اهميت ضريب اضافه مقاومت در ساختمانهاي با زمان تناوب كم بيشتر است كه در اثر اين ضريب در ساختمانهاي كوتاه مرتبه، بيشتر است.

تخمين يك بار موثر ناشي از زلزله بر پايه تحليلهاي الاستيك خطي قرار دارد. اين نيروها به علت اينكه سازه رفتار غيرخطي دارد با استفاده از اين ضرايب تصحيح ميشوند.

جهت ايجاد يك طرح اقتصادي و كاهش نيروي زلزله از طريق جذب و استهلاك انرژي در ناحيه پلاستيك بايد مقدار شكلپذيري را تا مقدار موردنياز افزايش داد. حركات زلزله به صورت رفت و برگشتي بوده و چون شكلپذيري به رفتار غيرخطي سازه ارتباط دارد، بحث شكلپذيري را در مرحله تعيين مقدار نيروي وارده به سازه با تقسيم نيروي زلزله به عددي مانند R [ضريب رفتار ساختمان]، بسته به نوع سيستم درنظر ميگيرند.

در مرحله كنترل سازه نيز به حالت كنترل شكلپذيري موردنياز، تغيير مكانها و يا نيروي داخلي اعضاء كنترل ميگردد. به همين دليل اكثر مهندسين جهت كنترل سازه سعي در سخت كردن آن دارند، در حالي كه هميشه سيستم مطلوب يك سيستم سخت نيست و طبق منحني طيف غيرخطي هرچه سيستم سختتر باشد، مقدار نيروي وارده به سازه بيشتر است و ممكن است باعث كاهش مقاومت نيز گردد يا هرچه سيستم سختتر باشد، نياز شكلپذيري آن بيشتر است.

چشمه اتصال كه در ناحيهاي از جان ستون كه به تير اتصال دارد، واسطه انتقال لنگر تيرها به ستونها ميباشد و در صورت ضعف آن يك دوران نسبي ايجاد ميشود كه دوران تير و ستون يكسان نخواهد بود. چشمه اتصال ميتواند به طور موثر در شكلپذيري مشاركت كند، ولي يك چشمه اتصال ضعيف ميتواند باعث ايجاد پتانسيل بيشتري براي گسيختگي ترد در دورانهاي پلاستيك بالا گردد.

تحقيقات نشان ميدهد پس از زلزله، تركها عموماً از نزديك جوش بال پايينتر به ستون شروع و در جهات مختلف توسعه مييابد. بنابراين فاكتورهايي نظير عمق تير، طول و ضخامت بال تير اتصال، جهت قرارگيري ستون، جاري شدن چشمه اتصال اثرات قابل توجهي در رفتار لرزهاي يك اتصال خمشي دارند.

معرفي قابهاب EBF, MRF, CBF

قاب CBF يا هممركز و يا همگرا

سيستم مهاربندي همگرا (CBF)

از متداولترين سيستمهاي باربر جانبي هستند. سيستمهاي مهاربندي همگرا كه معروفترين نوع آن، سيستم مهاربندي ضربدري يا x شكل هستند، از مفيدترين سيستمها براي كنترل تغيير مكان ايجاد شده در برابر بارهاي جانبي هستند. به علت پيكربندي خرپا گونه، صلبيت جانبي اين سيستمها بسيار زياد است، به طوري كه يك سيستم قاب فولادي با بادبندي همگرا (CBF) از نوع ضربدري در مقايسه با سيستم قاب خمشي (MRF) نظير آن، ميتواند تا 10 برابر سختتر باشد. اين سيستمها در مسير تكميل سيستمهاي سازهاي فولادي جهت مقابله با نيروهاي باد ابداع گرديدهاند. از مشكلات عمده اين سيستمها، شكلپذيري و جذب انرژي كم عمدتاً به دليل كمانش موضعي يا كلي عضو و فشاري بادبند و تا حدي هم ضعف و عملكرد نامناسب اتصالات آن ميباشد. ظرفيت انرژي جذب شده توسط بادبندهاي همگراي ضربدري در حقيقت به طور كامل وابسته به رفتار چرخهاي غيرخطي بادبند قطري، تحت بارهاي متناوب كشش و فشار ميباشد.

اعضاي بادبندي درسيستم مهاربندي همگرا، وظيفه تامين سختي، شكلپذيري و مقاومت را برعهده دارند. بادبندها به طور متناوب و به طور كششي جاري شده و در فشار كمانش مينمايند. كمانش غيرالاستيك بادبند و مفاصل كششي ايجاد شده به عنوان عوامل اصلي جذب انرژي توسعه مفاصل پلاستيك در ساير نقاط سازه را نتيجه ميدهند.

تعداد مفصلهاي ايجاد شده ارتباط مستقيم به وضعيت اتصالات انتهايي بادبند دارد. اگر مهاربندي تحت اثر بارهاي تكراي با دامنه تغيير مكان ثابت قرار گيرد كه منجر به تغيير طول پلاستيك جديد نشود، اتلاف انرژي هم روي نخواهد داد. از اين رو ظرفيت اتلاف انرژي سيستم مهاربندي همگراي فقط كششي اولاً كم بود، ثانياً به شدت داراي حالت تنزلي است. در اين سيستم شكلپذيري قاب از طريق تسليم تير پيوند تامين و از خسارت وارد بر ساير اعضاي سازهاي جلوگيري ميشود. بدين ترتيب تير پيوند ميتواند شكلپذيري سازه را بدون خسارت به ساير اعضاي سازه تامين كند.

مزايا و معايب اين قابها:

قاب با مهاربندي هم مركز (CBF)

از لحاظ اقتصادي براي دهانههاي بسيار كوچك مقرون به صرفهتر است.

خط محور تير ـ ستون و مهاربندي همديگر را در يك نقطه مشترك قطع ميكنند.

سختي خوب در برابر بارهاي جانبي، ساده بدون اتصالات و سرعت بالاي اجراي ان.

مقاومت و سختي زياد در برابر بارهاي استاتيكي و باد، ولي به علت عدم شكلپذيري مناسب از لحاظ جذب انرژي ضعيف عمل ميكنند.

در مناطق با زلزله خيزي بالا استفاده از اين نوع قابهاي بطور گسترده پيشنهاد نميشود. چون عناصر فشاري نظير بادبند و ستون در بارهاي تناوبي ضعيف عمل كرده و بعد از چند سيكل تا حدود 50درصد مقاومت خود را از دست ميدهد.

به علت كمانش مهارها، قدرت جذب انرژي و رفتار غيرارتجاعي آن ضعيف ميباشد.

ضوابط قابهاي مهاربند همگرا (CBF)

ضوابط لرزهاي بر اساس روش ضرايب بار و مقاومت

گستره: قابهاي CBF سيستمهايي هستند كه بادبندهاي آنها همديگر را در يك نقطه قطع ميكنند. هرگاه بادبندها همديگر را در عرض مقطع هم قطع كنند و باعث ايجاد يك خروج از مركزيت فرعي شوند، در صورتي كه اين خروج از مركزيت در طراحي درنظر گرفته شده باشد، بلامانع است.

لاغري: رابطهي بايد توسط مهاربندها ارضا شود.
توزيع نيروي جانبي
در امتداد هر يك از خطوط بادبند، بادبندها بايد به گونهاي در جهت عكس آن امتداد توزيع شوند كه در جهت اعمال بار (موازي بادبند) از كل نيروي افقي زلزله حداقل 30درصد و حداكثر 70درصد نيروي زلزله توسط بادبندهاي كششي تحمل شود. منظور از خط بادبند يك يا چند خط موازي ميباشد كه فاصله آنها در پلان از 10درصد بعد ساختمان در جهت عمود بر خط بادبند كمتر باشد. مقاومت فشاري، طراحي يك عضو مهاربند در فشار محوري نبايد به مقدار 0.8φcPn برسد.

φ: ضريب مقاومت ستونهاي فشاري

Pn: مقاومت محوري اسمي يك ستون

نسبتهاي عرض به ضخامت:

بادبندها بايد فشرده باشند، اما نبايد لاغر باشند. در مقاطع لولهاي نسبت قطر خارج به ضخامت ديواره نبايد از بيشتر شود.

توزيع نيروهاي جانبي (بر اساس روش تنش مجاز)

نيروهاي جانبي يك خط مهاربندي بايد به نحوي بين اعضاي آن تقسيم شوند كه جمع نيروي اعضايي كه به صورت كششي عمل ميكنند و يا جمع نيروي اعضايي كه به صورت فشاري عمل كنند. از 70درصد كل نيروي جانبي تجاوز نكنند. استثنائاً هنگامي كه مهاربند فشاري به تنهايي با صرفنظر از ضريب B داراي مقاومت كافي براي مقابله با Ωo برابر نيروي زلزله باشد، نيازي به درنظر گرفتن توزيع ذكر شده بالا نميباشد. در اين ضابطه منظور از خط بادبندي، يك محور سازه كه داراي بادبند است و يا محورهايي كه حداكثر به اندازه 10درصد بعد ساختمان در جهت عمود بر زلزله با يكديگر فاصله دارند، ميباشد.

قاب MRF يا ممان بر

1. اتصالات آن در برابر ممان يا لنگر مقاوم است.

2. داراي خاصيت جنب انرژي فوقالعادهاي است، ولي نسبتاً انعطافپذير ميباشد.

3. داراي سختي نسبتاً كمي است و چنانچه سختي زيادي لازم باشد، اقتصادي نخواهد بود.

4. مقاومت زيادي از مقاومت و سختي قاب صرف مقابله با لنگرهاي ناشي از آن ميشود.

مزايا و معايب اين قاب

به طور گستردهاي در ساختمانهاي فلزي مناطق زلزلهخيز كاربرد دارد.

عدم تداخل تعبيه بازشوها كه براي همه دهانهها آزاد هستند و فراهم آوردن بازشوهاي بزرگ جهت طراحيهاي معماري.

فلسفهي طراحي تير ضعيف و ستون قوي، يعني ستونها بايد طوري طراحي شوند كه به صورت ارتجاعي باقي بمانند و تيرها براي جذب و استهلاك انرژي به حداكثر شكلپذيري خود برسند و تسليم فقط محدود به انتهاي تير ميباشد. یعنی تناسب بین سختی تیرها و ستونها طوری رعایت شود که تغییرشکل غیرارتجاعی و مفصلهای پلاستیک درتیرها ایجاد شود و درستونها مفصل پلاستیک ایجاد نشود تا به این طریق از تمرکز تغییرشکل دریک طبقه خاص جلوگیری شود.

شكلپذيري و يكپارچگي خيلي خوب آن.

اجراي اتصالات آن مشكل است و هزينه بالاي اين اتصالات و به علت نرمي زياد سختي جانبي كمي را دارا ميباشد و در برابر بارهاي جانبي دچار ضعف ميباشد.

براي تقويت اين سيستم نياز است كه از مقاطع بزرگتر استفاده شود كه باعث وزن سازه و غيراقتصادي شدن طرح خواهد شد.

روابط بار تغییر مکان افقی قابهای خمشی چند طبقه وابسته به بارقائم میباشد که مقاومت یک بارخمشی با افزایش بارقائم بدلیل اثر (که نقش قابل توجهی درافزایش تغییر مکانهای جانبی قاب خمشی ایفا میکند) کاهش مییابد که درآیین نامههای جدید به جای کنترل تغییر مکان الاستیک، تغییر مکان غیرالاستیک کنترل میشود.
سيستم مهاربندي واگرا (EBF)
هزينه اجراي قاب واگرا كمي بيشتر از هزينه اجراي قاب همگرا ميباشد، ولي عواملي چون كاهش تغيير مكان جانبي در مقايسه با قابهاي خمشي كاهش نيروهاي تكيهگاهي و لنگر به منظور كاهش ابعادي، امكان تعبيه بازشو در مقايسه با قاب مهاربندي همگرا، كاهش اثر P-∆ در مقايسه با سيستم قاب خمشي و در ساختمانهاي با ارتفاع زياد استفاده از قاب مهاربندي هم محور مجاز نميباشد، استفاده از آن را توجيه ميكند.

قابهاي EBF يا قاب خارج از مركز

1. از تركيب مقاومت و سختي قاب مهاربندي شده هممركز (CBF) و با رفتار غيرارتجاعي و قدرت جذب انرژي قاب ممان بر (MRF) است.

2. بين اتصال مهار و تير تعمداً خروج از مركزيت ايجاد ميگردد.

3. وجود خروج از مركزيت اين امكان را ميدهد كه نيروهاي بادبندي را از طريق خود به ستون يا بادبندهاي ديگر انتقال دهد و نهايتاً نيروهاي متعادلي را به بادبند وارد سازد.

رفتار سيستم EBF

رفتار سيستم EBF چه در ناحيه خطي و چه در ناحيه غيرخطي كاملاً متاثر از طول تير پيوند ميباشد. تحت يك زلزله شديد، مفصلهاي خميري در سيستم ايجاد ميشوند كه نوع اين مفصلها بيانگر رفتار خمشي يا برشي ميباشد. دوران پلاستيك تيرهاي پيوند با استفاده از مكانيسمهاي جذب انرژي تخمين زده ميشود و ممكن است 5 تا 10 برابر بزرگتر از دوران پلاستيك يك تير قاب خمشي باشد. فراهم آوردن اين دورانهاي پلاستيك و متمركز نمودن عمكلكرد غيرخطي قاب در تير پيوند معياري مهم در طراحي بادبندهاي واگرا است.

مزايا و معايب اين قاب

شكلپذيري خوب و توانايي ايجاد سختي مناسب در ناحيهي غيرخطي براي مقابله با زلزلههاي شديد.

هرچه قدر طول پيوند (تير پيوند مابين يك بادبند و يك ستون و يا مابين دو بادبند قرار ميگيرد) بلندتر باشد، رفتار پيوند به پيوند خمشي نزديكتر ميشود.

هنگام وقوع يكم زلزلهي شديد تغيير شكل غيرارتجاعي محدود به تير پيوند شده و نهايتاً اين جزء تير بايد طوري طراحي شود كه بتواند تغيير شكلهاي بزرگ غيرارتجاعي را بدون از دست دادن مقاومت تحمل كند.

بطور كلي قابهاي EBF داراي سه ويژگي اساسي هستند: الف) سختي مناسب ب) شكلپذيري بالا و ج) جذب انرژي زياد.
خلاصه مهمترین مسائل طراحی قاب EBF

اصول طراحی ظرفیت میبایست بعنوان اساس کلی طراحی قاب EBF بکاربرده شوند. این روش مطمئن میسازد که لولاها دراجزای تیرپیوند شکل پذیربوجود میآید نه درمهاربندیها وتیرها و یا ستونها که شکل پذیری کمتری دارند.

استفاده ازتیرهای پیوند کوتاه () که دربرش تسلیم میشوند بعلت ایجاد حداکثرمقاومت و سختی و ظرفیت جذب انرژی ترجیح داده میشوند.

چنانچه طول تیرپیوند از بیشترباشد نباید از قابهای EBF که تیرپیوند به ستون متصل است استفاده شود.

به منظورمحدود نمودن میزان نیروی محوری درقطعه تیرخارج ازپیوند از زوایای مهاربندی با تیرکمتراز 300 درجه اجتناب شود.

مهاربندی ها، ستون ها، قطعه تیرخارج ازتیرپیوند میبایست برای نیروهای تولید شده از تسلیم کامل و کرنش سخت شدگی تیرپیوند طراحی گردند.

چنانچه مهاربندیها قسمتی از لنگرنهایی انتهایی تیرپیوند را تحمل نماید. میبایست اتصال مهاربندی به تیررا بصورت صلب درنظر گرفت.

پیوندهای بلند درقابهای EBF نسبت به پیوندهای کوتاه زوایای تغییرشکل کوچکتری را درلحظه خرابی متحمل میشوند. زاویه تغییر شکل کمترباعث کاهش عملکرد شکل پذیری میگردد.
آزمايشات انجام شده مهم بر روي تير پيوند در قابهاي EBF
تير پيوند از لحاظ لنگرهاي انتهايي و متناسب با موقعيت مكاني در دو حالت زير كه اساس آزمايشات انجام شده بر اين حالتها ميباشند، قرار ميگيرند:

الف) تير پيوند با لنگرهاي انتهايي مساوي

هدف: مطالعهي اثر كمانش غيرارتجاعي جان تير پيوند

آزمايشات بر روي دو تير، در يكي سخت كنندههاي قائم در جان بكار گرفته ميشود و در ديگري فاقد چنين سخت كنندهها ميباشد.

نتايج حاصل ازا ين آزمايشات

تير پيوند با طول كوتاه ميتواند به چرخشهاي خميري و استهلاك انرژي بيشتر از تير پيوند با طول بلند دست يابد.

كمانش غيرارتجاعي زودرس در جان ميتواند از ظرفيت باربري، چرخش و استهلاك انرژي در تير پيوند به مقدار زياد بكاهد و با استفاده از سخت كنندههاي قائم جان ميتواند از اين حالت كمانش جلوگيري كند.

به دليل سخت شدن كرنش در تير پيوند ميتواند حتي به مقاومتهاي برشي بيش از 40 تا 50درصد ظرفيت تسليم برشي يعني Vp دست يافت.

در تيرهاي پيوند با عمق متوسط از سخت كنندههاي يكطرفه ميتوان استفاده كرد.

در بارگذاري سنگين (زلزلههاي شديد) اتصال جان تير پيوند مخصوصاً اگر در مجاورت ستون باشد، بايد به صورت كامل جوش شود.

با كوتاه شدن تير پيوند، نيروي برشي يكنواخت تير پيوند به طور قابل توجهي افزايش و سيستم بادبندي واگرا بسيار سخت ميشود كه بر اساس معيار طراحي قادر به تحمل تغيير شكلهاي غيرارتجاعي بزرگ بدون كاهش مقاومت باشد.
ب) تير پيوند با لنگرهاي انتهايي نامساوي
چنانچه تير پيوند قاب EBF در مجاورت يك ستون قرار گيرد، لنگر ارتجاعي اوليه تير پيوند در بر ستون خيلي بزرگتر از لنگر انتهايي ديگر تير پيوند خواهد شد. تحت بارگذاري تناوبي، مقطع انتهايي كه لنگر بزرگتر به آن وارد ميشود، زودتر به تسليم ميرسد و بعد از ان لنگر كوچكتر سريعتر افزايش مييابد تا به تسليم برسد و نهايتاً در مرحلهي انتهايي لنگرهاي طرفين تير پيوند مساوي خواهند شد. اعضاي سازهاي مجاور تير پيوند نظير تيرها، ستونهاي مجاور تير پيوند و بادبندها بايد طوري طراحي شوند كه بتوانند لنگرهاي انتهايي تير پيوند را تحمل كنند.

نتايج حاصله

در يك تير پيوند با طول كوتاه، لنگرهاي انتهايي نامساوي در مدت بارگذاري تا مرحلهي شكست تير پيوند نامساوي باقي خواهد ماند.

لنگر انتهايي تير پيوند در بر ستون به مراتب بيشتر از مقدار پيشبيني شده با فرض تساوي لنگرهاي انتهايي ميباشد.

هرقدر بر طول تير پيوند اضافه شود، لنگرهاي انتهايي پيوند تمايل بيشتري به تساوي پيدا خواهند كرد.

نامساوي بودن لنگرهاي انتهايي اوليه، اثر ناچيزي در ظرفيت چرخشي خميري تير پيوند دارد.
رفتار ارتجاعي قابهاي مهاربندي شده خارج از مركز (EBF)
براي تعيين سختي ارتجاعي يك سازه، سازه را در مقابله با كنترل تغيير مكان جانبي اندازهگيري ميكنند. هرقدر سازه سختتر باشد، مقاومت آن در مقابل تغيير مكان بيشتر است.

اثرات تغيير طول پيوند (e) بر سختي جانبي قاب EBF:

1- وقتي e=L، قاب EBF به صورت قاب MRF خواهد بود. در نتيجه سختي جانبي آن به حداقل خواهد رسد.

2- ، سختی ایجادشده ناشی از مهاربندی اثرکمی خواهد داشت.

3- ، برسختی به مقدارقابل توجهی خواهد افزود.

4- اگر یا ، آن گاه سختی حداکثرخواهد بود و این همان سختی قاب CBF است.

5- درصورتیکه باشد قاب EBF به یک قاب خمشی تبدیل میشود که دراینصورت سختی قاب حداقل مقدارخودرا دارا میباشد.

نتیجه نهایی

به منظوربهره برداری از حداکثرسختی سعی برآن است طول پیوند e کوچک باشد.

شکل پذیری درقاب:

زمان تناوب یکی از عواملی است که میتواند شکل پذیری زیاد یا کم قابها را نشان دهد. زمان تناوب با توجه به رابطه تابع سختی و جرم است. بنابراین:

درقابها با مهاربندی هم مرکز (CBF) چون سختی آن زیاد است و چون زمان تناوب نسبت عکس با سختی دارد پس زمان تناوب آن کم و درنتیجه شکل پذیری آن کم خواهد شد.

درقابهای ممان بر (MRF) چون سختی آن کم است و درنتیجه طبق رابطه بالا زمان تناوب آن زیاد خواهد شد و درنتیجه شکل پدیری آن زیاد میشود.
رفتار غیرارتجاعی قابهای مهاربندی شده خارج از مرکز (EBF)
رفتار غیرارتجاعی یک قاب تحت زلزله شدید بستگی به توانایی آن درجذب و استهلاک انرژی بدون از دست دادن مقاومت آن است. مکانیزم استهلاک انرژی قاب EBF شباهتی بیشتر به رفتار قاب MRF است چون در قاب MRF تغییرشکلهای غیرارتجاعی درتیرهاروی میدهد. درحالیکه درقاب CBF این تغییر شکلها در آن بصورت کمانش بادبندها صورت میگیرد.

فلسفه طراحی قابهای خارج از مرکز

مقاومت و شکل پذیری دوموضوع اساسی درطراحی ساختمانهای مناطق زلزله خیز میباشد. دریک طراحی خوب مقاومت و شکل پذیری قاب EBF منحصربه مقاومت و شکل پذیری تیرپیوند میباشد پس فلسفه طراحی قاب EBF دردوضابطه زیر خلاصه میشود:

ابعاد تیرپیوند باید طوری انتخاب شود که مقاومت لازم را ایجاد کند و جزئیات داخلی تیرپیوند باید طوری طراحی شود که شکل پذیری مناسب را ایجاد کند.

طراحی دیگراعضای قاب باید طوری طراحی شود که قویتراز تیرپیوند باشد، بطوریکه تیرپیوند بتواند به حد تسلیم برسد و نیز بتوان از کرنش سخت شدگی درآن سود برد.
برای قابهای EBF مفاهیم طراحی براساس ظرفیت درمورد مهاربندی ها، ستونها و قطعات تیرخارج از پیوند بکاربرده شده است تا اطمینان دهد که تسلیم فقط درپیوندهای شکل پذیری بدون درنظرگرفتن بزرگی یا توزیع بارهای جانبی روی میدهد.
تعیین طول تیر پیوند درقابهای EBF

طراح میبایست درمرحله اول یک طول مناسب برای تیرپیوند حدس بزند. تیرهای پیوند با طول زیاد بیشترجنبه کارکرد معماری از جمله بازشوهای بزرگ برای درب و پنجره و….. درقاب میباشد. اما رفتارپیوندهای با طول زیاد تحت بارگذاری تناوبی شدید عموماً درمقایسه با پیوندهای با طول کوتاه ضعیف بوده و نتیجه آن سختی، مقاومت و ظرفیت استهلاک انرژی کم میباشد پس برای رفتارصحیح قاب EBF استفاده از پیوند کوتاه با تسلیم برشی توصیه شده است.

درقاب EBF صحیح طراحی شده، تیرپیوند میبایست بتواند فعالیت غیر ارتجاعی قاب را که درلرزه ای شدید تولید شده تحمل نماید. درواقع تیرپیوند یک مکانیزم استهلاک انرژی پایداررا فراهم ساخته و باقی قاب را با محدود کردن حداکثربارانتقال یافته به مهاربندها، تیر و ستونهای قاب محافظت مینماید. برای طراحی قابهای EBF، درک صحیح از رفتارتیرپیوند در محدودهی غیر ارتجاعی مورد نیاز بوده و عامل مهم و بحرانی که برروی این رفتارتأثیرمی گذارد طول تیرپیوند بوده، مکانیزم تسلیم، استهلاک انرژی و مکانیزمهای نهایی شکست همگی بطول تیرپیوند بستگی دارد. برای پیوندهای خیلی کوتاه برش تعیین کننده رفتارغیر ارتجاعی تیرپیوند بوده، درصورتیکه برای پیوندهای طویل تر، خمش تعیین کننده میباشد.

مکانیزم تسلیم برشی پیوندهای کوتاه بهتراز مکانیزم تسلیم خمشی پیوندهای بلندتر میباشد زیرا نیروی برشی در تمام طول پیوند ثابت میباشد. کرنشهای برشی غیرارتجاعی بطوریکنواخت درطول پیوند توزیع شده که این عمل ایجاد چرخشهای غیرارتجاعی بزرگ پیوند را بدون ایجاد کرنشهای موضعی خیلی زیاد میسرمی سازد.

درپیوندهای طولانی که تسلیم خمشی حاکم است برای ایجاد چرخشهای غیرارتجاعی مورد نیاز پیوند بایستی کرنشهای خیلی زیادی را بطورموضعی درهردوانتهای تیرپیوند ایجاد نمود این کرنشهای خمشی متمرکز میتواند با گسیختگی بال پیوند باعث شکست زودرس یک پیوند طولانی شوند. درپیوندهای کوتاه وقوع تسلیم برشی از ایجاد کرنشهای خمشی خیلی زیاد جلوگیری میکند.

مقاومت تسلیم تیرپیوند درقابهای EBF

درطراحی قابهای EBF، اندازه تیرپیوند بنحوی انتخاب میشود که نیروی برشی (این نیرو توسط بارهای جانبی مشخص شده درآیین نامه تولید میشود) از مقاومت تسلیم برشی تجاوز نکند. برای شکل پذیری کامل بدون توجه به کرنش سخت شوندگی و صرف نظراز اندرکنش، برش – لنگر مقاومت تسلیم برشی پیوند را میتوان اینگونه تخمین زد:

VP = مقاومت تسلیم برشی تیرپیوند

= مقاومت تسلیم برشی تیرپیوند

بنابراین برای بارهای لرزه ای ضریب داراندازه پیوندها بنحوی انتخاب میشوند که نیروی برشی پیوند از مقادیرفوق تجاوز نکند. که دررابطه فوق نیروی محوری پیوند میبایست از باشد.

مقاومت نهایی پیوند درقاب EBF:

با توجه به اصول طراحی ظرفیت میبایست مهاربندها، ستونها و قطعات تیرخارج از پیوند برای حداکثرنیروهای تولید شده توسط تیرپیوند طراحی گردد. آزمایشات زیادی که روی پیوندهای کوتاه با طول کمتر از انجام شد نشان میدهد که مقاومت نهایی واقعی از مقادیرمقاومت تسلیم بیشتر است و علت این مقاومت بالا در:

کرنش سخت شوندگی

اثرات سیستمهای کف مرکب

مقاومت تسلیم واقعی فولاد بزرگتر ازمقاومت تسلیم مشخص شده است خصوصاً درجان تیرپیوند.
بنابراین برش نهایی و لنگرنهای پیوند را میتوان مطابق زیر تخمین زد:

تیرو مهاربندها درقاب EBF

روش طراحی ظرفیت، این اعضاء با استفاده از نیروهای جانبی مشخص شده درآئین نامه طراحی نمی شوند بلکه هدف از طراحی جلوگیری از تسلیم یا ناپایداری دراین اعضاء تحت نیروهای max تولید شده توسط تیرپیوند میباشد و این بدان معناست که بایستی تیرو مهاربندی ازتیرپیوند قویترباشند واین اجبار به وجود آید که تسلیم دراجزای پیوند شکل پذیرروی دهد. فرآیند طراحی را میتوان برای تیر و مهاربندی بصورت زیر خلاصه کرد:

ابتدا بایستی حداکثرنیروی برشی و لنگرانتهایی که میتوانند توسط تیرپیوند ایجاد شده باشند را حدس زده سپس نیروهای محوری و لنگرخمشی را که توسط این نیروهای نهایی پیوند درتیرو مهاربند تولید میشوند محاسبه نموده و سرانجام تیرو مهاربند را برای مقاومت و پایداری تحت این نیروها طراحی گردند.

ستونها در قاب EBF

هنگامی که تغییر شکل و مقاومت نهایی درتیرپیوند ایجاد میشود میبایست پایداری قاب حفظ شود و این مبنایی برای طراحی ستونها درقابهای EBF میباشد. براساس اصول طراحی ظرفیت، ستونها میبایست برای حداکثر نیروهای محوری و لنگرخمشی ایجاد شده درستونها توسط تسلیم کامل و کرنش سخت شدگی تیررابط و بعلاوه سهم مناسبی ازبارهای ثقلی طراحی شده باشند. توصیه شده است که از اتصال تیرپیوند به جان ستون میبایست پرهیز کرد. براساس اصول طراحی ظرفیت، لنگرخمشی حداکثر میبایست توسط ستونها بدون ایجاد ناپایداری یا تشکیل لولاها درستون تحمل شود. بعبارت دیگر میبایست درقابهای EBF از فلسفه طراحی ستون قوی، تیرضعیف استفاده شود.

جزئیات اتصالات درقاب EBF:

1- صفحه اتصال مهاربند به تیرپیوند 2- مهاربندی جانبی انتهای تیرپیوند

اتصالات صفحه اتصال مهاربندی به تیرپیوند:

استفاده از اتصال تیرپیوند به صفحه اتصال مهاربندی درقابهای EBF که دارای مهاربندی قوطی شکل میباشند معمول است. مطالعات نشان داده است که تقاطع خطوط مرکزی مهاربندی و تیرچنانچه داخل تیرپیوند باشد مورد قبول است.

مهاربندی جانبی انتهای تیرپیوند:

مهاربندی جانبی میبایست همیشه درانتهای تیرپیوند فراهم شده باشد تا پایداری لازم درمدت تغییرشکلهای غیر ارتجاعی بزرگ حفظ شود.

درتعیین سختی سخت کنندههای قائم جان تیرپیوند باید این نکات را رعایت کرد:

الف ـ مقاومت محوری سخت کنندهها باید به اندازه ای باشد که اجازه توسعه میدان کششی را به جان تیرپیوند بدهد.

ب ـ صلبیت سخت کنندهها باید آنقدرباشد که اجازه کمانشی را درجان تیرپیوند ندهد.

جزئیات اتصالات سخت کنندهها درتیرپیوند قاب EBF:

الف ـ سخت کنندهها باید کاملاً به دوحال و جان تیرپیوند جوش شوند و دو انتهای تیرپیوند باید مهاربندی جانبی شوند تا از کمانش جانبی جلوگیری بعمل آید.

ب ـ اتصال سخت کنندههای به جان تیرپیوند، بوسیله جوش نواری میباشد و نیرویی که جوش نواری میبایست انتقال دهد برابر است با:Ast×fy (Astسطح مقطع عرضی سخت کننده ها).

ج ـ اتصال سخت کنندهها به جان تیرپیوند بوسیله جوش نواری میباشد و نیرویی که جوش نواری میبایست انتقال دهد برابر است با

د ـ سخت کنندههای انتهایی تیرپیوند میبایست دردوطرف جان تیرپیوند قرارداشته باشند درصورتیکه سخت کنندههای میانی تیرپیوند را میتوان برای تیرهایی با عمق کمتر از 60cm فقط دریک طرف تیربکاربرد و برای تیرهایی باعمق بیش از 60cm میبایست سخت کنندههای میانی دردو طرف تیرپیوند قرار داشته باشند.

مقررات (86) AISC برای قابهای EBF:

تعاریف:

الف ـ قاب مهاربندی شده با خروج از مرکزیت:

قاب مهاربندی شده ای که حداقل یک انتهای مهاربند خط مرکزی اتصال تیر و ستون را قطع نمی کند و دراین حالت لااقل یک انتهای مهاربندی با تیرکف متصل است به قاب EBF معروف است.

ب ـ تیر پیوند:

آن قسمت از تیرکه بین انتهایی از مهاربندی با ستون و یا بین دوانتهای مهاربندی قرار دارد را تیرپیوند گویند.