اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای

اثر طراحی و اجرای اتصالات جوشی بر آسیب پذیری لرزه ای سازه های فولاديباگذشت حدود 50 سال از کاربرد اتصالات جوشی در صنعت ساختمان در ایران هنوز نقایص زیادی در اجرای ساختمانهای فولادی جدید مشاهده می شود. در یک بررسی اولیه عوامل زیر را می توان به عنوان دلایل اصلی نقایص ذکر کرد که در همین مقاله اشاره خواهم نمود:
-1 عدم طرح دقیق اتصالات جوشی با توجه به عملکرد مورد نظر آنها 
-2 عدم انطباق اجرای معمول ساختمان با آیین نامه ها و دستورالعملها
-3 کیفیت پایین جوش به علت عدم وجود آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای مهندسان و جوشکاران
-4 نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور.
در این مقاله بعد از مرور خرابیهای سازه های فولادی در زلزله های گذشته ایران و جهان سعی گردیده تا طراحی و اجرای معمول و سنتی سازه های فولادی جوش شده در کشور با حالت قابل قبول آن مقایسه گردد. برای این منظور از آیین نامه های معمول طراحی سازه های فولادی ایران و آیین نامه های طراحی کشورهای صنعتی زلزله خیز استفاده شده تا مشخص شود که چه مواردی از اجرا یا آیین نامه ها و دستورالعملهای اجرایی همخوانی ندارد. علاوه بر آن مطالعه ای بر روی نقاط ضعیفی که ناشی از اجرای جوش می باشد انجام گرفته و در پایان پیشنهاداتی برای بهبود وضع موجود و کاهش خطرات ناشی از زلزله ها در این نوع سازه ها ارایه گردیده است.


مقدمه:
سازه فولادی از مجموعه ای از اعضای باربرساخته شده از نیمرخهای فولادی یا ورق می باشد که به کمک اتصالات به یکدیگر متصل می گردند . با توجه به روشهای تکامل یافته ای که برای تولید نیمرخ های فولادی به کار گرفته می شود این مقاطع غالبا رفتار در حد قابل انتظاری از خود نشان می دهند. مساله بسیار مهم رفتار اتصالاتی است که الف) برای ساخت اعضای مرکب از نیمرخ و ورق برای یکپارچه نمودن اعضا (شامل تیر و ستون و مهاربندها ) در محل گره ها مورد استفاده قرار می گیرد . وسایلی که برای ساخت اعضا و اتصال آنها به یکدیگر به کار می رود شامل پیچ و پرچ و جوش است . در این میان استفاده از جوش در ساختمان سازی متعارف در ایران بسیار رایج است.تا زمان وقوع زلزله نورث ریچ (1994 )تصور بر این بود که در صورت رعایت اصول فنی در طرح و اجرای سازه های فولادی جوشی این سازه هادر زلزله عملکرد قابل قبولی از خود نشان می دهند.اما وقوع این زلزله این فرض را زیر سوال برد . در این زلزله مشاهده شد که در بسیاری از اتصالات , در محل درز جوش اتصال , فلز مادر (Base metal) دچار ترک یا بعضا شکست شده است. این مساله باعث شد تا تحقیقات گسترده ای در مورد علت این پدیده صورت گیرد که این تحقیقات تا به امروز ادامه دارد . از طرف دیگر مشاهده و تحقیق درباره وضعیت ساخت و ساز ساختمانهای فولادی نشان می دهد که اتصالات جوشی متداول در ایران از کیفیت مناسبی برخوردار نیستند و با وجود سابقه نسبتا طولانی در استفاده از جوشکاری در صنعت ساختمان هنوز نقایص زیادی در این زمینه مشاهده می شود.
عملکرد لرزه ای ساختمانهای فولادی
براساس تجربه های حاصل از زلزله های گذشته و مطالعات انجام گرفته سازه هایی در برابر زلزله دارای عملکرد بهتری هستند که بتوانند ضمن حفظ پایداری و انسجام کلی خود انرژی ناشی از زلزله را تا حد امکان جذب و مستهلک نمایند.با توجهبه منحنی نیرو-تغییر مکان سازه ها و توجه به این مطلب که سطح بین منحنی نیرو-تغییرمکان و محور تغییرمکان نشان دهنده میزان انرژی جذب شده توسط سازه است.هر چه سازه شکل پذیرتر باشد انرژی بیشتری را هنگام زلزله جذب کرده و رفتار مطلوبتری دارد. فولاد نرمه به علت طبیعت شکل پذیر از این نظر ماده مناسبی می باشد و می تواند میزان زیادی انرژی جذب کند . اما تجربه نشان داده است که در سازه های فولادی در صورت عدم استفاده از اتصالات مناسب عملکرد مناسب لرزه ای آنها مناسب و قابل قبول نخواهد بود و در اثر زلزله دچار شکست سازه ای و یا انهدام خواهد شد.در زلزله منجیل (1369) مشاهده شد که تعدادی از ساختمانهای فولادی دچار تخریب کامل شدند. رفتار این سازه ها در این زلزله ثابت کرد که در بسیاری از موارد سازه های موجود دارای سیستم مقاوم زلزله مناسبی نیستند.استفاده از تیرهای خورجینی(تیرهای سرتاسری در دو طرف ستون با اتصال نبشی) و عدم شناخت سیستم حاصل و مدل صحیح برای این اتصالات باعث شده این سیستم از نظر مهندسی زلزله بسیار آسیب پذیر تلقی گردد .درس حاصل از این زلزله کیفیت پایین ساخت و ساز شهری بودکه در سالهای اخیر تلاشهایی برای اصلاح آن به عمل آمده است. در زلزله نورث ریچ آمریکا مشاهده شد که در بسیاری ازساختمانهای فولادی اتصال تیرها و ستونها دچار ترک ویا بعضا شکست شد . بیشتر این ترکها و شکستها در بال ستون اتفاق افتاده است.

 صنعت جوشکاری ساختمان در ایران
با گذشت 50 سال از استفاده از جوش در ساختمان دهه اخیر (80-1370 ) از نظر تعداد ساختمانهایی که با سازه های فولادی طراحی و اجرا شده اند کاملا استثنایی به شمار می آید. در نیمه دوم این دهه دهها هزار سازه فولادی در تهران و شهرهای بزرگ ایران به ناگهان سر از زمین برآورد . گسیل سرمایه ها به سوی ساخت و ساز شهری و تبدیل ساخت سرپناه به ماشین سرمایه گذاری جهت سودهای کلان باعث گردید تا رعایت اصول فنی و ایمن سازی ساختمانها در برابر زلزله در برابر منفعت طلبی صاحبکاران عملا مورد توجه قرار نگیرد.از طرف حجم عظیم ساخت و ساز نیروی انسانی زیادی اعم از مهندس و تکنسین و جوشکار احتیاج داشت که باعث ورود افراد غیرمتخصص به این جرگه گردید.تمامی این مسایل دست به دست هم داد تا طرح و اجرای ساختمانهای فولادی آنچنان که باید از کیفیت مطلوبی برخوردار نباشد.تخریب کلی ساختمانهای فولادی در زلزله منجیل موید پایین بودن کیفیت ساختمانهای فولادی کشور می باشد. از میان تمامی عوامل دخیل در طرح و ساخت سازه های فولادی اتصالهای جوشی از نارساییهای بیشتری برخوردارند. علل اصلی پایین بودن کیفیت جوش درساخت و سازهای شهری را می توان به صورت زیر بیان نمود :
-1 عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها
-2 کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
-3 نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
-4 عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
- 1عدم انطباق اجرای معمول سازه های فولادی با آیین نامه ها و دستورالعملها
در بسیاری از موارد طرز اجرای متداول جوش باجزییات ارایه شده در آیین نامه تطابق ندارد. این موارد ناشی از موارد متعددی است که از میان آنها به موارد زیر می توان اشاره کرد:

الف) آشنا نبودن مهندسین سازه به مسایل اجرایی و در نتیجه ارایه نقشه ها و جزییات غیرقابل اجرا 
ب) گران تر بودن هزینه اجرای جزییات آیین نامه نسبت به روش سنتی اجرا
پ)آگاه نبودن کارفرما و یا مهندس مجری طرح به جزییات آیین نامه و عدم توانایی در تمیز دادن حالات مختلف ازیکدیگر  
بعد از اجباری شدن آیین نامه 2800(1368) اهمیت وجود سیستم مقاوم در برابر زلزله از یک طرف و محدودیتهای معماری برای استفاده از سیستم مهاربندی از طرف دیگر باعث استفاده روزافزون از سیستم قاب خمشی در جهت عرضی ساختمانها شد.در این سیستم اتصال تیر به ستون از نوع گیردار بوده یعنی باید توانایی انتقال برش و لنگراز تیر به ستون وجود داشته باشد . در این نوع اتصالات از ورقهای بالاسری و زیرسری که در محل اتصال به ستون برای ایجاد جوش نفوذی کامل خورده است استفاده می شود. اما از آنجاییکه متاسفانه عملیات جوشکاری در محل کارگاههای ساختمانی و نه در محل کارخانه صورت می گیرد کنترل کیفیت جوش بخصوص در هنگام مونتاژ درارتفاع زیاد از سطح زمین حتی به صورت عینی(Visual) امکان پذیر نمی باشد. همچنین معمولا در محل اتصال ورق به ستون به جای جوش نفوذی از جوش گوشه استفاده می شود در نتیجه هنگام زلزله این نقاط علاوه بر تحمل نیروی کمتر در حالت تردشکن گیسخته خواهد شد. زمانی که در یک عضو فشاری ازدومقطع در کنار یکدیگر استفاده می شود باید هم پایداری کل عضوبه عنوان یک المان و هم پایداری تک تک مقاطع کنترل شود تا هیچ کدام تحت تاثیر نیروی فشاری به طور جداگانه دچار کمانش نشوند . برای این منظور این مقاطع باید در فواصل مشخص به یکدیگر متصل شوند تاطول آزاد آنها کاهش یابد. بسیاری از اوقات بادبندهای دوبل در طول خود به یکدیگر وصل نمی شوند و در نتیجه دومقطع بایکدیگر عمل نمیکنند و بار بحرانی عضو کمتر از مقداری است که مهندس سازه در محاسبات خود منظور نموده است. مبحث دهم مقررات ملی ساختمان حداکثر فاصله بین جوش دومقطع در ستونهای ترکیبی را مقرر نموده است.اما در موارد زیادی مشاهده می شود که فاصله بین جوش ستونها بیشتراز این مقدار است.
-2 کیفیت پایین جوش به علت عدم آموزش کلاسیک کافی در این زمینه برای جوشکاران و مهندسان
یکی از مهمترین اشکالات موجود در اجرای ساختمانهای فولادی در کشور کیفیت پایین جوشکاری ساختمان می باشد . عوامل مختلفی در این امر تاثیر می گذارند . استفاده ازجوشهای کارگاهی حتی در مورد جوشهای نفوذی و اجرای کل جوشکاری درکارگاه ساختمانی و استفاده از نیروی انسانی غیرمجرب از عوامل اصلی پایین آمدن کیفیت جوشکاری ساختمان می باشد. در نتیجه عوامل برشمرده شده مشکلات عدیده ای گریبانگیر اتصالات جوشی می باشد.
در بسیاری از موارد سطح فلز در حال جوش آلوده به روغن یا مواد نامناسب دیگر است و یا اینکه روی فلززنگ زده یا رنگ خورده جوش داده می شود . گاه در فاصله بین پاسهای متوالی جوش حتی از جدا نموده گل جوش نیز خودداری می شود و یابدون برداشتن گل جوشکاری اقدام به زدن رنگ ضدزنگ می شود.از انواع جوشهایی که در کارهای ساختمانی بسیار از آن استفاده می شود جوش سربالا می باشد. به علت سختی اجرا در غالب موارد این نوع جوش از کیفیت پایینی برخوردار است. در بسیاری از موارد در اثر استفاده از تکنیکهای نامناسب جوشکاری نقایصی چون تابیدگی و پیچش در قطعات اتفاق می افتد.
عیوبی نظیر نفوذ ناقص بریدگی کناره جوش اختلاط سرباره تخلخل و وجود ترک درفلز مادر باعث کاهش ظرفیت باربری قطعات می شود. یکی از متداولترین اشکال مقاطع مورد استفاده در سازه های فولادی تیرهای لانه زنبوری می باشد . بسیاری از مجریان طرح این تیرها را در وضعیت نامطلوبی در کارگاه ساختمانی مونتاژ می کنند. در بسیاری از موارد جوش میانی تیر از کیفیت پایینی برخورداراست و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت و تقویتهای لازم درمحل تکیه گاه تیر و وسط آن صورت نمی پذیرد. متاسفانه طراحی و اجرای پلکانهای فولادی در ساختمانها نیز از کیفیت پایینی برخوردار است و با توجه به اهمیت عملکرد مناسب این قسمت ساختمان پس از زلزله دقت لازم در ساخت آن مبذول نمی شود .
-3 نبود نظارت اصولی و دقیق بر اجرای جوشکاری در ساختمانهای شهری در کشور
با توجه به اهمیتی که شهرداری برای مسایلی از قبیل پارکینگ و نورگیرها و مسایلی از این دست قایل است مشاهده می شود که بیشتر توجه مهندسان نیز به این امور معطوف می باشد و توجه چندانی به مسایل سازه ای نمی شود. البته باید به این نکته نیز اشاره شود که به علت عدم وجود آموزش جوشکاری در واحدهای درسی دانشجویان عمران مهندسینی که از دانشگاه فارغ التحصیل می شوند در این زمینه دارای اطلاعات کافی نیستند و به عنوان مهندس ناظر نمی توانند مسوولیت خود را به نحواحسن انجام دهند.البته باید به این موارد مساله سختی کار را نیز افزود.به علت جوشکاری در ارتفاع غالب مهندسین از انجام بازدید از این جوشها طفره می روند. در نهایت امر اینکه آنطور که از ظواهر امر مشخص است شهرداریها نیز در این زمینه کوچکترین نقشی ایفا نمی کنند و هیچگونه نظارتی بر اجرای ساختمانها ندارند.
-4عدم طرح دقیق اتصال جوشی با توجه به عملکرد مورد نظرآنها
بسیاری از کارفرمایان عمل طراحی سازه و ایجاد تمهیدات مقابله با زلزله را یک امر زاید می دانند و تلاش می کنند تا کمترین هزینه ممکن را صرف این کار نمایند.از طرف دیگر شهرداریها کمترین نظارتی بر طرح و اجرای سازه ها نداشته فقط به مسایل معماری دقت می کنند. این عوامل دست به دست هم می دهد تا فقط حق امضای مهندسین سازه اهمیت داشته باشد و طرح از حداقل اهمیت برخوردار باشد به خاطر همین موضوع مهندسین سازه اغلب کمترین وقت را صرف این عمل می نمایند و بالطبع دقت لازم را در طرح اتصالات جوشی مبذول نمی شود. بعضی اوقات از اتصالات طرح شده برای یک ساختمان در نقشه های دیگر ساختمانها استفاده می شود. در بسیاری از موارد جزییات اتصالات موجود در نقشه ها نامفهوم بی دقت و ناقص است.

 نتیجه گیری و پیشنهادات:
از بررسی های انجام شده بر روی ساخت وساز ساختمانهای فلزی در سطح تهران مشخص است که هنوز مشکلات زیادی در طرح و اجرای این سازه ها وجود دارد. و عمده مشکلات و نقایص مربوط به اتصالات جوشی است.اجرای جوش کارگاهی و نبود آموزش کافی برای مهندسان عمران و عدم نظارت کافی بر حسن اجرای جوش و ... مشکلاتی است که این صنعت را رنج میدهد.و برای رفع این موارد بهترین راه
-1 در صورت امکان استفاده از جوش در کارخانه به جای جوش کارگاهی
- 2 بالابردن سطح آگاهی عمومی جامعه درباره زلزله بر ساختمانها
- 3 آموزش جوشکاری به جوشکاران و دادن گواهینامه به جوشکاران ماهر ساختمانی
- 4 آموزش جوشکاری به عنوان واحد درسی به مهندسین عمران و یا ایجاد شاخه جدیدی تحت عنوان بازرسی جوش اسکلت برای مهندسین ناظر
- 5 تقویت سیستم نظارتی موجود و ایجاد سیستم های نظارتی ناظربر کار مهندسین عمران

تیرهای لانه زنبوری

شكل پذيري و ظوابط طراحي قابهاي متشكل از تيرهاي لانه زنبوري از ديدگاه مقاومت در برابر زلزله
تیرهای لانه زنبوری
قابهاي متشكل از تير هاي لانه زنبوري به طور گسترده و روز افزون (اغلب توام با سيستم مهار بندي متقرب المحور ) در صنايع ساختماني كشورمان مورد استفاده قرار داده مي شوند . خصوصيات هندسي تيرهاي لانه زنبوري به نحوي است كه تحت اثر تغييرات لنگر خمشي ، تغيير شكلهاي (اصطلاحا ) ثانوي برشي ، كه اغلب قابل ملاحظه اند به وقوع پيوسته تغيير مكان جانبي سازه تحت اثر اعمال نيروهاي جانبي ناشي از زلزله در جهت عدم اطمينان مي گردد. اثرات اين تغيير شكلها ، در تير هاي لانه زنبوري در مقايسه با تيرهاي داراي جان توپر با سختي خمشي معادل ، منجر به بروز تغيير مكان جانبي بيشتر و نتيجتا افزايش اثر بار p ، به ويژه در حيطه رفتار ماوراء الاستيك در اين قابه مي گردد . بروز تمركز تنش و شدت زياد حوضه تنشي در گوشه سوراخها ، ملاحظاتي را در طراحي اين تيرها در مقابل اثرات ناشي از پديده خستگي كم تواتر در اثر وقوع زلزله ، ايجاب مي نمايد . گونه هاي مختلف گسيختگي تيرهاي لانه زنبوري ، شامل انحنا ء مختلف كمانش كلي و موضعي و كمانيسم محتمل پلاستيك و شكست مي باشد . باتوجه به آنكه شكل پذيري و توانايي جذب انرژي ، تابع ميزان قابليت رفتار عضو سازه اي در حيطه پاسخ غير خطي ماوراء الاستيك بوده و معيارهاي مناسبي از ديدگاه ظرفيت مقاومت و كيفيت رفتار در مقابل نيروهاي ناشي از زلزله شديد تلقي مي گردند . ضرورت تدوين ظوابط منطقي جهت ايجاد امكانات رفتار شكل پذير در قابهاي متشكل از تيرهاي لانه زنبوري محرز مي گردد .
بر اساس مطالعات آناليتيك عددي و آزمايشگاهي رفتار خميري و حدي اين تيرها مورد بررسي قرار داده شده نكاتي در مورد مقولاتي از قبيل اثرات تمركز تنش ، تنش هاي پس ماند بروز پلاستيسيته موضعي و گسترده ، مكانيسمهاي گسيختگي پلاستيك مورد بحث قرار داده شده است و رفتار غير خطي تير لانه زنبوري از نظر عملكرد غير خطي مصالح ، با در نظر گرفتن اثرات سخت شدگي جنبشي به روش اجزاء محدود مطالعه شده و با ملحوظ داشتن اثرات گسترش ترك در گوشه سوراخها در كاهش ضرفيت باربري حد نهايي تير ، رفتار غير خطي تير به صورت روابط بار تغيير مكان و لنگر و تغيير زاويه ارائه گرديده است كه با نتايج حاصل از آزمايش مطابقت داشته است . همچنين از طريق طرح ريزي آزمايشهاي ويژه رفتار غير خطي اجزا تشكيل دهنده تير لانه زنبوري مطالعه آزمايشگاهي چندي بر تيرهاي لانه زنبوري اصلاح شده به منظور بهبود رفتار خميري و افزايش شكل پذيري گزارش شده است . تحقيقات جاري شامل بررسي آزمايشگاهي رفتار قابهاي متشكل از تيرهاي لانه زنبوري از ديدگاه شكل پذيري همچنين مطالعه پديده كمانش جانبي – پيچشي چون در دست انجام است تا بدست آمدن نتايج مطالعات جامعتر از ديدگاه رفتار لرزه اي توصيه هاي ذيل را مي توان به عنوان الگوي اوليه جهت تدوين ضوابط طراحي سازهاي فولادي متشكل از تيرهاي لانه زنبوري مقاوم در مقابل زلزله ( يا بدون سيستم هاي مهار بندي ) به عنوان مكمل ضوابط طراحي تيرهاي لانه زنبوري تلقي نمود:
۱- اثرات تغيير شكلهاي برشي ثانويه تير لانه زنبوري ( و ستونهاي تسمه دار) در تحليل ملحوظ گردد.
۲- تحليل با در نظر گرفتن نيروي p انجام شود.
۳- تحليل با در نظر گرفتن اثرات ناشي از انعطاف پذيري اتصالات مربوطه انجام شود.
۴- تا انجام تحقيقات گسترده تر به منظور كاهش تغيير مكان جانبي سيستم مقاوم حتي المقدور از سيستم قاب فضا كار متشكل از تيرهاي لانه زنبوري بدون استفاده از سيستم مهاربندي مختلط اجتناب گردد.
۵ – در كليه اجزاء تير خواص مقاطع فشرده رعايت گردد.
۶- طول عضو لانه زنبوري به نحوي اختيار گردد كه مقاومت پلاستيك مقطع از نظر كنترول طرح با ايمنس مكفي بر سيلان برشي پيشي گيرد و به طور كلي مكانيسم پلاستيك خمشي يا شبه ويرنديلي مقدم بر ساير گونه هاي گسيختگي صورت پذيرد و تا ميزان قابل ملاحظه اي از تغيير شكل از بروز گونه هاي گسيختگي ممانعت به عمل آيد.
۷ – از سخت كننده هاي جان در پانل هاي انتهايي استفاده شود و محاسبات با در نظر گرفتن اثر سخت شدگي جان انجام گردد.
۸- براي ممانعت از بروز گسيختگي تردگونه و همچنين بروز كمانش موضعي در گوشه بازشوها و بهبود رفتار تحت اثر پديده خستگي كم تواتر قوسي به مشخصات ارائه شده در ضميمه الف مبحث دهم مقررات ملي ساختماني ايران در گوشه بازشوها اجرا گردد.
۹ – از جوش با نفوذ كامل استفاده گردد.
۱۰ – به منظور جلوگيري از كمانش جانبي-پيچشي مقاطع T ، تا فاصله ۴/۱ طول دهانه از اتصال تير به ستون قيود جانبي به فواصلي برابر با بعد به پانل و از آن به بعد فواصل متناسب براي تيرهاي شكل پذير در نظر گرفته شود.
۱۱ – از تقويتهاي مناسب جان براي جلوگيري از كمانش تحت اثر بار متمركز و برش زياد استفاده گردد.
۱۲- از تقويتهاي مناسب جان براي افزايش ظرفيت چرخشي لوله هاي مقاطع T در مكانيسم شعبه ويرنديلي در پانلهاي بحراني استفاده گردد.
۱۳ – تا انجام تحقيقات گسترده تر ، تحت بارهاي دوره اي و مطالعه رفتار هيستريك ، سيستم هاي قاب فضا كار متشكل از تيرهاي لانه زنبوري ، توام با سيستمهاي مهاربندي (مختلط) به عنوان قاب فضا كار لنگر گير معمولي (بدون قابليت عملكرد و شكل پذير ويژه ) و با ضريب رفتار مناسب با آن بكار گرفته شود.
۱۴- حداكثر ارتفاع سيستم هاي مختلط توام با قاب معمولي متشكل از تيرهاي لانه زنبوري به ۵۰ متر محدود گردد.
۱۵ – استفاده از تيرهاي لانه زنبوري به عنوان عضو تير واسط در قابهاي مهاربندي شده با سيستم مهاربندي واگرا مجاز نمي باشد.
۱۶ – فولاد مورد استفاده بايد از نوع شكل پذير ، با مقاومت مناسب در مقابل گسيختگي سريع و با دماي انتقال پايين باشد.
۱۷ – حداكثر مقاومت سيلان فولاد مورد مصرف ۳۶۰۰ kg/cm۲ محدود گردد.
۱۸ – نوع سطوح برشي حاصل از ماشين و برش اتوماتيك شعله اي با كيفيت خوب قابل قبول مي باشد ولي سطوح برشي حاصل از برش شعله اي دستي بايد پرداخت داده شود.
۱۹ – حداكثر رواداري مجاز از نظر عدم هم امتداد بودن و دو نيمه جوش شده تير كه بر حسب نسبت اندازه نابجايي اوليه در وسط ارتفاع اعضاء قائم جان به ارتفاع كل جان تعريف مي شود.
۲۰ – حتي المقدور طراحي اين تيرها به صورت مركب (مختلط) با عملكرد توام با بتن كف انجام شود. اتصالات موسوم به خورجيني قبل از آنكه بتوان در مورد نحوه عملكرد اتصالات موسوم به خورجيني از ديدگاه رابطه بين لنگر و چرخش اتصال و همچنين شكل پذيري اتصال و در نتيجه ميزان مطلوب بودن اين اتصالات به عنوان اتصالات قابهاي فضايي شكل پذير يا بدون مهار بندي اضهار نظر قطعي نموده ، لازمست تحقيقات دامنه داري در مورد رفتار استاتيكي و ديناميكي اينگونه اتصالات انجام شود.
مطالعاتي كه در حيطه الاستيك روي رفتار تيرهاي خورجيني انجام گرفته حاكي از آن است كه ميزان گيرداري اين اتصالات را مي توان در جهات تيرهاي خورجيني با استفاده از ورقهاي اتصال كه در بالا و پايين به بال تيرهاي خورجيني و به ستون و در عين حال به كناره نبشي هاي اتصال فوقاني و تحتاني جوش شده اند ، بهبود بخشيد و تمايل به پيچش ناشي از برون محوري را در ناحيه اتصال خنثي نمود و در عين حال از نظر ميزان تمركز تنش نيز شرايطي مناسبي را ايجاد كرد استفاده از لچكي هايي جهت جلوگيري از تغيير شكل نبشيهاي اتصال فوقاني و تحتاني نه تنها از نظر ايجاد محدوديت و قيود بيشتر در تغيير مكان جانبي پيچشي تيرهاي خورجيني بلكه از نظر افزايش ميزان گيرداري اتصال تير فرعي به مجموعه نيز خورجيني و ستون نيز موثر مي باشد. در عين حال با توجه به تمايل تيرهاي خورجيني به تغيير مكان جانبي پيچشي به علت برون محوري ، انتضار مي رود تيرچه ها و مصالح مورد استفاده در كف طبقات معولا قادر به جلوگيري از تغيير مكان جانبي-پيچشي تيرهاي خورجيني و بهبود بخشيدن به اين نقطه ضعف ناشي از برون محوري اتصال باشند.
استفاده از ورقهاي فوقاني و تحتاني به نحوه مذكور در سطور فوق در محل اتصال و همچنين استفاده از تسمه هاي متصل كننده تيرهاي خورجيني در فواصلي متناسب در طول دهانه تيرهاي خورجيني از نظر محدود نمودن تغيير شكلهاي جانبي پيچشي تيرها مفيد خواهند بود . استفاده از تيرهاي خورجيني ناودوني و ستونهاي دوبل متشكل از پروفيلهاي ناودوني به نحوي كه جان تير جان تير خورجيني در تماس با جان پروفيل ، ستون باشد به لحاظ كاهش ميزان برون محوري رفتار من حيث المجموع بهتري ، چه از نظر ميزان لنگر قابل انتقال توسط اتصال و چه از نظر نحوه توزيع تنشها و ضرائب تمركز تنش ، در حيطه الاستيك نشان مي دهند . تحقيقات بيشتر در زمينه رفتار ماوراء الاستيك اين اتصالات و رفتار در مقابل بارهاي متناوب دوره اي و تغيير علامت دهنده در حال حاظر در دست انجام مي باشد.

بررسی رفتار ستونهای قوطی فولادی

بررسی رفتار ستونهای قوطی فولادی پرشده با بتن تحت بارگذاری جانبی زلزله در ساختمانهای بلندبا توجه به کاربرد روزافزون ستونهای قوطی پرشده با بتن در ساختماهای بلند و عملکرد مناسب این ستونها در برابر زلزله از یک طرف و لرزه خیزی اکثر مناطق کشور از طرف دیگر سعی شده است در این مطالعه رفتار این ستونها در برابر بارگذاری جانبی زلزله بررسی شود. در این مطالعه علاوه بر بررسی رفتار خمشی این ستونها در برابر ترکیب بارگذاری ثقلی و جانبی سیکلیک رفتار برشی آنها نیز بررسی شده است. 
با توجه به اهمیت شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی اعضا سازه ای در برابر زلزله، این مقادیر نیز به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین با توجه به لزوم پیوستگی و هماهنگی فولاد و بتن در مقاطع مرکب، چسبندگی و پارامترهای مؤثر بر مقاومت چسبندگی در ستونهای مرکب نیز مورد بررسی قرارگرفته است. روشی سازگار با آیین نامه های معتبر برای طراحی ستونهای قوطی پرشده با بتن در هر دو حالت ستون کوتاه و ستون لاغر نیز ارائه گشته است. نشان داده شده است که ستون که ستون قوطی پرشده با بتن علاوه بر مقاومت و رفتار خمشی و برشی مطلوب شکل پذیری خوبی داشته و از ظرفیت جذب انرژی قابل توجه ای نیز برخوردار است. به علاوه از روند طراحی ساده ای برخودار بوده و برای طراحی دفتری کاملاً مناسب است. 
خصوصیات فوق ستونهای قوطی پرشده با بتن را به صورت اعضا سازه ای بسیار مناسب و ممتاز برای ساختمانهای بلند در مناطق زلزله خیز معرفی می کند. رفتار خمشی و شکل پذیری و ظرفیت جذب انرژی ستونهای قوطی پرشده با بتن، در فصول دوم و سوم مورد بررسی قرارگرفته است و نشان داده شده است که این مقادیر به پارامترهای زیادی منجمله نسبت عرض به ضخامت ورق فولادی، ضریب لاغری ستون، طول پرشدگی بتن در ستون ، نوع بتن و فولاد، تعداد سیکل بارگذاری، بار محوری، گل میخ برشگیر بر پوسته فولادی بستگی داشته و نحوه ارتباط آنها نیز بررسی شده است. 
با توجه به ضخامت قوطی فولادی در ستون مرکب، این ستونها معمولاً ظرفیت برشی بسیار بالایی از خود نشان داده و عمدتاً در مورد خمشی گسیخته می شوند. رفتار برشی ستونهای قوطی پرشده با بتن در ستونهای کوتاه که در آنها برش بیشترین تأثیر را دارد، در فصل پنجم مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که حتی در این حالت نیز ستونهای قوطی پرشده با بتن، از نظر برشی رفتار بسیار مناسب از خود نشان می دهند. با توجه به فرم سازگاری کرنشها در نقاط تماس بتن و فولاد، چسبندگی بین فولاد و بتن در ستونهای مرکب در فصل چهارم بررسی شده است و نحوه تأثیر پارامترهایی چون سن بتن سایز، دما، شرایط نگهداری بتن و انقباض بر مقاومت چسبندگی مشخص شده است. در فصل ششم، سعی شده است روش برای طراحی ستونهای قوطی پرشده با بتن،ارائه شود که علاوه بر هماهنگی با آیین نامه های معتبر، برای طراحی دفاتر مهندسی کاملاً عملی و مناسب باشد. 
بدین منظور روش گام به گام طراحی ستون قوطی پرشده با بتن در دو حالت ستون کوتاه و ستون لاغر آورده شده است و نشان داده شده است که با استفاده از ستون قوطی فولادی پرشده با بتن در مقایسه با قوطی فولادی از تغییرمکان جانبی کمتر و شکل پذیری بیشتری برخوردار بوده و رفتار لرزه ای مناسبتری از خود نشان می دهند. در بخش پایانی علاوه بر جمع بندی و نتیجه گیری کلی از مطالب ارائه شده در فصول قبل ، نیازهای پژوهشی آینده نیز ارائه گردیده است.

اتصال خورجيني

اتصال خورجيني، مشكل صنعت ساختمان كشوراتصال خورجيني متداول ترين شكل اتصال در ساختمان هاي اسكلت فلزي در ايران است؛ مبدع اين اتصال ايرانيان هستند و در هيچ كجا شناخته شده نيست! نحوه اجراي اتصال خورجيني بدين طريق است كه تيرهاي باربر از طرفين ستون ها به طور يكسره عبور داده مي شوند و روي نبشي هايي كه در طرفين ستون نصب شده اند قرار مي گيرند و معمولا در بالاي هر تير هم يك نبشي قرار مي دهند، لذا اتصال خورجيني تامين كننده نشيمن براي عبور يك جفت تير سرتاسري از طرفين ستون است.
اتصال خورجيني كاربرد گسترده اي در ايران دارد كه علت آن عمدتا سادگي اجرا، كاهش هزينه، كم كردن نيمرخ بال پهن و شماره هاي بالاي نيمرخ IPE است. به طور كلي ساختمان هاي فولادي به دليل نرمي و انعطاف پذيري از پايداري خوبي در برابر نيروهاي ناشي از زلزله برخوردارند، اما متاسفانه در زلزله هاي خرداد ماه 69 منجيل و رودبار و زلزله اخير بم برخلاف انتظار، شديدا آسيب ديدند و خسارات جبران ناپذيري را به بار آوردند. 
علت اين امر را بايد عمدتا در كيفيت اتصالات جست. ضابطه اصلي طرح اتصالات در نقاط زلزله خيز قابليت انتقال لنگر براي سازه هايي است كه فاقد بادبند يا ديوار برشي بتن آرمه اند؛ در حالي كه اتصالات خورجيني از سوي هيچ كدام از آيين نامه هاي موجود به عنوان اتصالات گيردار شناخته نشده اند. 
يكي از اجزاي كليدي دراتصال خورجيني، نبشي هاي بالا و پايين اتصال است. تيرهاي اصلي قاب ها كه به صورت يكسره از كنار ستون ها عبور كرده اند روي نبشي هاي نشيمن سوار مي شوند و معمولا از يك نبشي اتصال كوچك نيز براي اتصال بال فوقاني تير به ستون استفاده مي شود كه مقداري گيرداري در اتصال به وجود مي آورد. نبشي تحتاني پهن تر از پهناي بال تير I شكلي كه بر روي آن قرار می گيرد، انتخاب مي شود و اين عمل به خاطر فراهم آوردن سطحي كه بتوان تير را به نبشي جوش داد، ايجاد مي شود.
نبشي هاي تحتاني وقتي كه ستون ها به صورت خوابيده بر روي زمين آماده سازي مي شوند در محل هاي خود جوش مي شوند و پس از ساخت ستون ها و گذاردن تيرها بر روي نبشي هاي تحتاني، بال تير I شكل به نبشي تحتاني به صورت تخت جوش شده و سپس با استفاده از نبشي هاي كوچكتري كه طول بال آنها از پهناي بال تيرI شكل كوتاه تر است در قسمت فوقاني تير I شكل اتصال ديگري ايجاد مي شود مجددا كيفيت جوش اين نبشي از نوع تخت بوده، ولي دقت كافي در انجام آن صورت نمي پذيرد. نبشي بالا دو جوش به تير و ستون دارد. جوش به ستون به دليل آنكه سربالا انجام مي شود اصلا مرغوب نيست و اين جوش شره اي با كيفيت پايين تري اجرا مي شود.
از آنجا كه اصل است كه جوش بايد مقاوم تر از فولاد مادر باشد لذا اگر نيروي جانبي وارد شود بايد فولاد پاره شود نه جوش و از آنجايي كه جوش ها متاسفانه هميشه ضعيف تر از فولاد عمل مي كنند در نتيجه اتصال خورجيني براي سازه جوش مناسب نيست. نبشي هاي بالا وپايين معمولا حكم عاملي جهت نگهداري تير بر جاي خود را دارد و به رغم اينكه اندازه و طول نبشي، ضخامت و طول جوش عوامل اصلي در تعيين رفتار بهينه اتصال در هنگام زمين لرزه هستند، اما در طراحي اين اتصال بدون رعايت ضوابط علمي جوش اجراي اسكلت انجام مي پذيرد.
اتصال خورجيني در برابر بارهاي قائم با اتصالات صلب برابري مي كند، اما در برابر نيروهاي جانبي بيشترين نيرو به اتصال به صورت پيچشي است كه اين نيرو مي بايست از شاه تير به نبشي و از نبشي به ستون وارد شود و بنابراين دو واسطه در انتقال نيرو وجود دارد و از آنجا كه نبشي با جوش هاي غيراستاندارد به ستون متصل شده است، لذا واسطه اي ضعيف است و در اثر زلزله يا ساير نيروهاي جانبي سقف پايين مي آيد! در خرابي هاي زلزله هاي گيلان و بم در اكثر موارد تير و نبشي پايين آمده است كه نشان مي دهد نبشي ضعيف بوده است.
قاب با اتصال خورجيني تنها بايستي براي بارهاي قائم طراحي شوند. اين اتصال در مقابل بارهاي جانبي عملكرد خوبي نداشته و تنها براي تحمل بارهاي قائم مناسب هستند و بارهاي جانبي را بايستي سيستم هاي ديگري چون بادبندها تحمل كنند. اگر چه اتصال بادبند نيز خود با مشكلاتي همراه است چرا كه به دليل فاصله بين تيرهاي متصل به ستون، چنانچه بادبند در آكس ستون ها قرار گيرد، نمي تواند به تيرها متصل شود و چنانچه به يكي از تيرهاي اصلي اتصال خورجيني نصب شوند آنگاه بادبند در آكس ستون واقع نمي شود.
يكي ديگر از مشكلات اتصال خورجيني هنگامي بروز مي كند كه تيرها در دو طرف، دهانه هاي نامساوي را پوشش دهند، در اين صورت دهانه هاي نامساوي عكس العمل هاي نامساوي را در برابر بارهاي وارده نشان خواهند داد و افزايش لنگرها را موجب مي شوند. عدم اتصال تيرها به هم و نامساوي بودن دو دهانه اطراف باعث مي شود كه نتوانند با هم كار كنند.

تأثیر پارامترهای مختلف بر ضریب رفتار سازه ها

تأثیر پارامترهای مختلف بر ضریب رفتار سازه های متداول فولادیامروزه بخش عمده ای از طراحی لرزه ای در آیین نامه ها براساس روش استاتیک معادل وتعیین برش پایه طراحی از طیف خطی می باشد. برای تعیین برش پایه طراحی از ضرایب به نام ضریب اصلاح رفتار و یا ضریب رفتار استفاده می شود. این ضریب در واقع اعمال کننده فلسفه طراحی لرزه ای می باشد. با تغییرکوچکی در این ضریب برش پایه می تواند به مقدار زیادی تغییرکند. در آیین نامه های کنونی این ضریب بیشتر براساس قضاوت مهندسی تعیین شده است و لزوم تبین علمی این ضریب احساس می شود. در این پایان نامه، ابتدا روش تعیین ضریب رفتار سازه بررسی شده و سپس چندین قاب فولادی با تعداد دهانه و طبقات گوناگون با سیستم قاب خمشی، قاب مهاربندی شده هم محور، قاب دوگانه خمشی همراه با بادبند هم محور تحت یک تحلیل رانشی استاتیک قرارگرفته و ضریب رفتار آنها محاسبه شده است. نهایتاً، برای اصلاح توزیع شکل پذیری در طبقات قاب خمشی، دو قاب خمشی مورد برسی قرارگرفته است. نتایج نشان می دهد که مقادر ضریب رفتار سازه به پارامترهای بسیاری از جمله پریود سازه بستگی دارد. به طور کلی با افزایش پریود سازه مقدار ضریب رفتار آن کاهش پیدا می کند. در ضمن با انجام اصلاح در طراحی قاب خمشی توزیع شکل پذیری در طبقات قاب خمشی مناسب تر گردیده است. 
در این پایان نامه قابهای فولادی ابتدا براساس ضوابط آیین نامه طراحی لرزه ای جدید ایران طراحی شده سپس به وسیله یک تحلیل غیر خطی استاتیکی تحت اثر بارهای جانبی آیین نامه ای، شکل پذیری و ضرائب اضافه مقاومت آنها با توجه به محدود نمودن شکل پذیری محلی در المانهای سازه بدست آمده است. ار نتایج به دست آمده برای محاسبه ضریب رفتار قابها استفاده شده است. در این تحقیق اثر P-Δ در محاسبه ضرائب اضافه مقاومت و شکل پذیر قابها در نظر گرفته شده است. اثر P-Δ در قابهای خمشی باعث کاهش شکل پذیری قابها و همچنین ایجاد یک سختی منفی در آنها بعد ازجاری شدن قاب گردیده است. سختی در قابهای دارای مهاربندی بعد از جاری شدن مثبت می باشد. 
مقادیر ضریب رفتار محاسبه شده باری قابهای خمشی به طور کلی کمتر از مقادیر آیین نامه ای می باشد. قابهای مهاربندی شده هم محور که تعداد طبقات کمی داشته اند ضریب رفتار بزرگتر از آیین نامه و با فزایش تعداد طبقات مقدار آن کاهش پیدا کرده است. در قابهای مرکب مقدار ضریب رفتار به طور کلی از مقادیر آیین نامه ای بیشتر می باشد. 
در بررسی های انجام شده ملاحظه گردیده که در قابهای خمشی را به آیین نامه ای ستون قوی و تیر ضعیف، تضمین کننده به وجود نیامدن مفصل پلاستیک در ستونها نمی باشد. با اصلاح رابطه فوق به طوری که در ستونها مفصل پلاستیک به وجود نیاید، توزیع شکل پذیری در طبقات قاب خمش مناسب تر می گردد. تحلل استاتیک غیر خطی افزاینده می تواند نشان دهنده رفتار کل سازه و بیان کننده نحوه تشکلیل مکانیزم خطابی در سازه باشد. از طرف دیگر می توان با مقادیر اضافه مقاومت و شکل پذیری و شکل پذیری طبقه ای به دست آمده از نتایج حاصل از این تحلیل قضاوت مناسب در مورد رفتار سازه ها داشت.