بررسی اثر سیستم‌ سازه‌ای بر پتانسیل وقوع خرابی پیش‌رونده ناشی از حذف ستون‌ها در ساختمان‌های بتن مسلح

Abstract

خرابی پیش­رونده پدیده­ای خاص در سازه­ها است که در آن کل سازه و یا بخشی از آن به علت بروز آسیب یا گسیختگی موضعی در قسمت محدودی از سازه خراب می­گردد. در این پدیده، خرابی اغلب به علت یک حادثه مانند انفجار در سازه شروع شده و سپس به دلایلی نظیر عدم بازتوزیع مناسب نیروها بین سایر اعضای سازه­ای به دیگر بخش­های سازه نیز پیش­روی می­نماید. در سال­های اخیر مطالعه بر روی این پدیده به طور روزافزون مورد توجه قرار گرفته و تحقیقات زیادی از جنبه­های مختلف بر روی این موضوع انجام شده است. یکی از حوزه­های مورد مطالعه در این زمینه، بررسی اثر سیستم سازه­ای بر پتانسیل وقوع خرابی پیش­رونده در ساختمان­ها است. یکی از متداول­ترین انواع سازه­های ساختمانی، ساختمان­های بتن مسلح می­باشد که در کشور ما نیز به صورت گسترده مورد استفاده قرار می­گیرد. در این ساختمان­ها انواع مختلفی از سیستم­های سازه­ای نظیر "قاب­های خمشی بتنی"، "سیستم­های دوگانه قاب خمشی بتنی همراه با دیوارهای برشی بتنی" و غیره به کار برده می­شود. انتخاب یک سیستم سازه­ای مناسب و نیز اقتصادی برای داشتن ایمنی بیشتر در مقابل پدیده خرابی پیش­رونده مستلزم داشتن دانش کافی از رفتار این سیستم­ها در برابر این پدیده خواهد بود. مساله­ای که این مقاله به دنبال آن است، رسیدن به درک مناسب از رفتار انواع سیستم­های سازه­ای ساختمان­های بتن مسلح در برابر پدیده خرابی پیش­رونده و مقایسه این سیستم­ها با یکدیگر می­باشد. در این راستا پس از مرور ادبیات فنی در حوزه خرابی پیش­رونده و بررسی ضوابط آیین­نامه­های موجود در این خصوص، مدل­سازی­های عددی لازم برای انجام مطالعات مورد نظر انجام پذیرفته است. مدل­های عددی شامل قاب­های 3، 7 و 10 طبقه بتنی در سه حالت "قاب خمشی متوسط بتنی"، "قاب خمشی ویژه بتنی" و "قاب خمشی متوسط بتنی همراه با دیوار برشی متوسط بتنی" بوده است. بارگذاری و طراحی این قاب­ها نیز در دو حالت با و بدون در نظر گرفتن ضوابط مربوط به کنترل خرابی پیش­رونده انجام پذیرفته است. در حالت طراحی سازه­ها با هدف پیش­گیری از وقوع خرابی پیش­رونده از ضوابط آیین­نامه UFC-4-023-03 استفاده شده و این سازه­ها تحت حالات مختلف حذف ستون مورد ارزیابی قرار گرفته­اند. در نهایت ضوابط مربوط به تحلیل­های خطی و غیرخطی این آیین­نامه نیز با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می­دهد که "قاب­های خمشی بتنی متوسط" نسبت به سایر سیستم­های سازه­ای بتنی مورد بررسی در این مقاله، از نظر اقتصادی و نیز تحمل بارهای ناشی از حذف ستون رفتار بهتری از خود بروز می­دهند. همچنین در سازه­های مورد بررسی مشخص شده است که در آیین­نامه UFC-4-023-03، ضوابط مربوط به تحلیل­های غیرخطی حاشیه امنیت بالاتری را نسبت به تحلیل­های خطی در نظر می­گیرند.