مقدمه. 2

1-1تاریخچه. 3

1-1-1تاریخچه و دلایل به کارگیری سیستم های(LSF) 3

2-1-1تاریخچه و دلایل به کارگیری بتن های سبک… 6

بخش اول فولاد سبک… 8

1-2 مزایای فولاد سرد ساخت… 8

1-2- 1انعطاف پذیری.. 8

1-2-2 قابلیت بازیافت و حفظ محیط زیست… 8

1-2-4 وزن سبک وحمل ونقل آسان. 8

1-2-5 مقاومت وسختی بالا. 9

1-2-6 مقاوم در برابر آتش سوزی.. 9

1-2-7 ثبات در ابعاد. 9

1-2-8 قابلیت تغییر شکل پذیری.. 9

1-2-9 سرعت در ساختمان. 9

1-2-10 مقاومت در برابر زلزله. 9

1-2-11 عایق بودن. 10

1- 3 مزایای سیستم LSF در ساخت و ساز. 10

1-3-1 برای طراحان و مهندسان. 10

1-3-1-1 انعطاف در طرح: 10

1-3-1-2 استرکچر مناسب جهت عرشه ها وسایر اعضا 11

1-3-2 برای سازندگان وسرمایه گذاران. 11

1-3-2-1 سرعت در اجرای سیستم: 11

1-3-2-2 عدم وجود تاخیر های آب وهوایی: 11

1-3-2-3 سهولت در نصب سیستم های تاسیساتی: 11

1-3-3 برای ساکنین و بهره برداران. 11

1-3-3-1هزینه نگهداری کم: 12

1-3-3برای زلزله ونیروی جانبی: 12

1-4 تعریف فولاد سرد ساخت… 12

1-4-1 دهانه های باربر به چهار روش ایجاد می شود که عبارتند از : 14

1- 5 انواع مقاطع سرد نورده شده و کاربرد های آنها: 16

1-5-1 اعضای قابی سازه ای منفرد. 16

1-5-2پانل ها وعرشه ها 16

1-5-2-1 پانل ها سازه های LSF به صورت پانل تولید شده و اجزای هر پانل عبارتند از: 17

1-5-3 طراحی: 17

1-5-4 نقشه ها به گروه های مختلف به شرح ذیل تقسیم می شوند: 17

1-5-4-1 سازه های سبک فلزی: 18

1-5-4-2 سازه های قائم (STUD) 18

1-5-4-3 سازه های تقلیل دهنده صدا(resillentchanne) 18

1-5-4-4 سازه های کلاهک (hat channel) 18

1-5-4-5 ناودانیهای باربر. 19

1-5-4-6سازه های تقویتی کنجها(corner beand) 19

1-5-4-7 سازه های تقویتی حاشیه (j Bead) 19

1-5-4-8- سازه های تقویتی در انبساط (control joint) 19

1- 6 روش اجرا سیستم LSF.. 19

1- 6-1پی یا شالوده 20

1-6-1-1- طراحی پی: 20

1-6-1-2-کف کاذب: 21

1-6-1-3-سازه کف: 21

1- 6-2 دیوار. 21

1- 6-3 سقف… 23

1-6-3-1 سقف کامپوزیتی: 23

1-6-3-2: سقف کامپوزیت عرشه فولادی.. 24

1-6-3-3سقفهایخرپاییشیبدار. 27

1- 6-4 اتصالات… 28

1-6-4-1مشخصات پانل ها 28

1-6-4-2پیچها 29

1- 6-5 شیوه نما سازی خارجی.. 29

1- 7خصوصیات فولاد سرد ساخت… 30

1- 7-1استانداردهای فولاد سرد ساخت… 30

1- 7-2 ظرفیت باربری و سختی.. 31

1- 7-3 طراحی پلاستیک… 31

1- 7-4منحنی های نوعی تنش-کرنش… 31

1- 7-5افزایش تنش تسلیم متاثر از شکل دهی سرد. 32

1- 7-6 روش محاسبه خطی خواص مقاطع. 32

1- 7-7 فرم منحنی خستگی.. 32

1- 7-9 خستگی.. 33

1- 7-10 خواص مکانیکال و اثر فرم دادن سرد به فلز. 33

1-8 معایب فولاد سرد ساخت… 33

بخش دوم بتن.. 34

1-2 معرفی بتن های سبک سازه ای: 34

1-2-1شرح توضیح مزایا ومعایب بتن سبک… 34

 

1-2-1-1 :سبک بودن. 35

1-2-1-2:عایق گرما 35

1-2-1-3- :عایق صوتی.. 36

1-2-1-4- : قابلیت برش… 36

1-2- 2انواع بتن سبک… 36

1-2-2-1بتن سبک سبکدانه. 36

1-2-2-2بتن سبک لیكا 37

1-2-2-3بتن سبک پرلیتی.. 39

1-2-2-4بتن های سبک متخلخل یا سلولی.. 39

1-2-2-5بتن سبک گازی.. 39

1-2-3کاربردهای سازه ای.. 42

1-2-4 بتن های وروند استفاده در قاب های LSF سازه ای در این پروژه 43

1-3- متغیر های مساله : 43

1-4 فرضیه ها (هر فرضیه به صورت یک جمله خبری نوشته شود.) 44

1- 5 اهداف تحقیق (شامل اهداف علمی، کاربردی وضرورت‌ های خاص انجام تحقیق) 44

1-5-1هدف اصلی: طراحی سازه هایی بااسکلت فولادی سرد نورد شده مقاوم در برابر بار های.. 44

1-5-2- اهداف فرعی: 45

فصل دوم : آئین نامه ها ومطالعات قبلی

2-1 مروری بر تحقیقات گذشته. 46

2-2مروری بر آئین نامه ها 50

2-2-1 (FEMA 450) NEHRP.. 50

2-2-2 TI 809-07. 51

2-2-3  AISI و ASCE7. 52

2-2-4 UBC 97 و IBC 2000. 53

2-2-5 Australian /New Zealand Standard , AS/NZS 4600. 53

فصل سوم: مواد وروش ها وبیان مسئله

مقدمه: 55

3-1 ضریب رفتار : 57

3-2  روش طیف ظرفیت فریمن : 60

3-3 ضریب شکل پذیری یانگ : 61

3-4  روش نیو مارک و هال : 62

3-5 ضریب کاهش شکل پذیری، … 64

3-2-2 ضریب مقاومت افزون ، … 64

3-6 بیان مسئله : 66

      3-6-1 جزییات مقاطع……….67

3-7- مشخصات بتن وفولاد. 68

3-8تئوری حل مسأله: 69

3-9 مدل اجزا محدود مسأله : 70

3-9 نمونه های آزمایش شده در تحقیق: 70

3-10- آماده سازی جهت انجام آزمایش… 71

3-10-1مراحل انجام کار در آزمایشگاه 71

3-11 رژیم بارگذاری : 77

3-12 جدولی از استانداردهای مختلف در روش ASTM… 80

فصل چهارم: درباره نرم افزار ansys و روند مدل سازی در نرم افزار

مقدمه : 83

4-1- آشنایی با روش اجزا محدود: 85

4-1-1-روش تحلیل دقیق (Exact Solution) 85

4-1-2-روش عددی (Numerical Solution) 85

4-1-3-روش تجربی (Experimental Method) 85

4-2-روش اجزا محدود: 86

4-3-انواع المان ها در Ansys و قابلیت های آنها: 86

4-3-1-المان – combin 7 : 86

4-3-2-المان – combin 14 : 86

4-3-3-المان – Link 1 : 87

4-3-4-المان – BEAM3 : 87

4-3-5-المان – PLANE 42 : 87

4-3-6-المان- BEAM 54 : 87

4-3-7-المان – pipe 16 : 87

4-3-8-المان – solid 45: 87

4-3-9-المان –combin 40 : 87

4-4-10- المان- SHELL 93 : 88

4-4-11-المان –SHELL22 : 88

4-4-12-المان- PLANE 2 : 88

4-4-13-المان – SHELL91 : 88

4-4-14- المان- contact 12: 88

4-5-15-المان- PLANE55 : 88

4-4-16-المان – BEAM 189 : 89

4-4-17-المان- BEAM188 : 89

4-4-18-المان – SOLID92 : 89

4-4-19-المان- SOLID95: 89

4-4-20-المان –PLANE 82 : 89

4-4-21-المان- PLANE145: 89

4-4-22-المان – Link10: 90

4-4-24-المان – SOLID 82: 90

4-4- المان مورد استفاده در این تحقیق: 90

4-5-انواع آنالیزها در نرم افزار Ansys: 90

4-5-1آنالیز استاتیکی خطی (Static Analysis) 90

4-6-2-آنالیز مودال (Modal Analysis) 90

4-6-3-آنالیز هارمونیک (Harmonic Analysis) 90

4-6-4-آنالیز دینامیکی گذرا (Transient Dynamic Analysis) 90

4-6-5-آنالیزغیرخطی مادی     ( Material nonlinearity ) 90

4-5-1-آنالیز استاتیکی خطی: 91

4-6-1-1- مدول الاستیسیته. 91

4-6-1-2- بارگذاری اینرسی.. 91

4-6-1-3- بارگذاری حرارتی.. 91

4-5-2- آنالیز مودال: 91

4-5-3-آنالیز هارمونیک: 91

4-5-4-آنالیز دینامیکی گذرا: 92

4-5-5-آنالیز غیر خطی مادی : 92

4-6- انتخاب نوع تحلیل در این تحقیق: 92

4-7- تحلیل پلاستیک دارای 3 رکن اساسی می باشد: 93

4-8-1- مدل های تنش- کرنش و معیار تسلیم: 93

4-8-2-قانون جریان: 94

4-8-3-قانون سخت شوندگی: 95

4-8-3-1-سخت شوندگی ایزوتروپیک: (isotropic hardening) 95

4-8-3-2-سخت شوندگی کینماتیک: (kinematic hardening) 95

4-9-مدل سازی مقاطع در نرم افزار: 97

4-10-اتصالات… 100

4-11-مش بندی : 101

4-12- اعمال شرایط تکیه گاهی : 104

4-12 آماده سازی مدل برای تحلیل : 106

4-13 بارگذاری : 107

فصل پنجم: نتایج مطالعات و پیشنهادات

مقدمه : 109

5-1 انجام آنالیز و مشاهده خرابی ها : 109

5-1 مقایسه قاب پرشده با بتن باقاب تقویت شده باورق در محیط نرم افزار  ansys: 110

5-2- بررسی قابها و مشاهده خرابی ها 116

5-3 منحنی پوش قاب ها : 120

5-3-1 منحنی پوش قاب های نمونه های تست نرم افزاری با ورق تقویتی.. 120

5-3-2 منحنی های پوش آزمایشگاهی قاب های پر شده با بتن : 122

5-3-3 منحنی پوش قاب های نمونه های تست نرم افزاری با بتن: 122

5-4 محاسبه ضریب رفتار : 125

5-5 منحنی های دو خطی نمونه ها 129

5-5-1 منحنی های دو خطی نمونه نرم افزاری با ورق.. 129

5-5-2 منحنی های دو خطی با بتن.. 130

5-6 نتیجه گیری وپشنهاد  : 133

      فهرست منابع………………………….136

Abstract……………………………………….143

چکیده :

 مقابله با نیروهای جانبی ازجمله زلزله یکی از مهمترین رسالت های مهندسین عمران می باشد. که برای رسیدن به این مهم می توان سیستم قاب سبک فلزی که دارای مزایایی مانند امکان تولید صنعتی،پیش ساختگی وسبکی،فرم پذیری درساخت است را میتواند جایگزینی مناسب برای سیستم های سنتی دانست. پانلهای دیوار برشی متشکل از قاب فولادی سرد نورد شده و پوشش پیچ شده به آن از متداول ترین سیستم های باربر جانبی در این سازه هاست. عملکرد لرزه ای سازه ها نیاز مند روشی تحلیلی ست که یک روش المان محدود همراه با آنالیز غیر خطی می باشد البته در راستای این می بایست از دیواره های برشی مناسب برای مهار نیرو های جانی استفاده نمود. در این پایان نامه پانل های دیوار برشی قاب های ما به کمک بتن های سبک (لیکا وفوم بتن) به جای ورق های فولادی و یا بادندهای ورقه ای جا نمایی و به وسیله نرم افزار المان محدود Ansys تحلیل شدکه برروی نمونه های با مقیاس 120×240 سانتیمتر ارزیابی شد. ضخامت های مختلفی از دیواره­های برشی تحلیل شده وعملکرد جانبی آن­­­­­­ها به وسیله اعمال بارگذاری چرخه­ای روی شش دیوار مورد بررسی قرار گرفت. تمرکز اصلی این پایان نامه روی ظرفیت باربری جانبی حداکثر جانی و حداکثر مقاوت نهایی مورد تحمل دیوار ها و برآورد منطقی از ضریب رفتار ® قاب ها با دیوار برشی (shear wall Bracing) و همچنین نحوه خرابی آنها می باشد. برای این منظور شش قاب CFS باضخامت ورق یک میلیمتربه صورت تک استاد کناری وتک استاد میانی وتک تراک بالاوپایین قاب ها ودر یک سری از نمونه ها با یک ناگین تک تسمه ای همراه با بتن سبک برای کلیه نمونه ها در نرم افزار مدل وقاب های مدل شده با بتن پر شده و تا لبه قاب ها به ضخامت یک سانتیمتر تسطیح شدند. نمونه ها تحت رژیم بار گذاری چرخه ای جانبی خاص که براساس روش B استاندارد (38)ASTM E2126-07  مورد بررسی قرار گرفت برای هر دیوار منحنی پوش اعمال شده رسم گردید. سپس پرامترهای  محاسبه شدند. ودر نهایت فاکتور R ارزیابی وهم چنین در پی آن نتایج آزمایشگاهی با نتایج نر م افزاری در حالت نمونه شده با بتن وهمچنین نتایج نرم افزاری دیوار ها با بتن با نتایج نرم افزاری دیواره ها با ورق مورد مقایسه قرار گرفت.

کلمات کلیدی: پانل های دیوار برشی، آنالیز غیرخطی، فولاد سرد ساخت، بتن سبک لیکاوفوم بتن

مقدمه

نیاز مبرم بشر به طراحی وساخت بناهای1- باقابلیت اجرای سریع 2- مقاوم در برابر نیروهای جانبی مانند زلزله 3- سبک در سازه و جنس و متریال اجرایی 4- توان تحمل کشش بالا وضریب رفتار ایمن 5- کاربری سازه مسکونی با طبقات متعدد ما رابه تحقیق درباره این موضوع انداخت. در ساختمانهای رایج سازه علی رغم طراحی پیشرفته معمولا ازاجرای ضعیفی در ایران برخوردار است به این معنی که رفتار واقعی سازه در مواقع سرویس دهی با آنچه طراحی شده کاملا متفاوت است. لذا نظارت دقیق بر کیفیت اجرا و تطبیق با جزییات محاسبه شده امری کاملا ضروری  می باشد. از این رو ساختمان­های پیش ساخته شده در کارخانه به دلیل طی نمودن مراحل کنترل کیفیت و تولید مطابق با نقشه های محاسباتی رفتار مناسب در موقع سرویس دهی خواهد داشت. در این بین قاب­های سبک فولادی ال اس اف با کیفیت ساخت کارخانه ای واتصالات ساده، مطمئن مستحکم و سریع از اهمیت ویژه ای برخوردار می باشندهمچنین نیاز روز افزون کشور به سطح زیربنای بیشتر در امر مسکن، آموزش، تسهیلات بهداشتی، درمانی، رفاهی، تاسیسات صنعتی و تجاری که عمدتا از افزایش جمعیت و توسعه ناشی میشود، ایجاب می­نماید که از روش­های جدیدی در ساختمان سازی استفاده گردد. دراین روشها علاوه بر کاهش زمان ساخت، با صرفه جویی در مصرف مصالح ساختمانی سنتی، هزینه ساخت نیز با حفظ کیفیت مطلوب کاهش می یابد به منظور دستیابی به اهداف فوق سیستم ساختمانی ساخت سریع با بررسی های فنی و اقتصادی جامعی که در آن امکانات و شرایط موجود در نقاط مختلف کشور  منظور گردیده است طراحی شده و به عنوان سیستم ساختمانی سریع معرفی می گردد. (حاتمی و رحمانی، 1389؛ فلاح و وطنی اسکوئی، 1382).

دیوار های برشی یکی از اعضای اصلی ومقاوم در برابر بارهای جانبی مخصوصاً زلزله اند که به طور وسیع در ساختمان های کوتاه مرتبه و میان مرتبه فلزی مورد استفاده قرار می گبرد هر پانل دیوار برشی می تواند از یک قاب فولادی با مقطع فولادی سرد باشد که تیرکها و ستونکهای قاب به وسیله پیچ خودکار یا پرچ متصل است. استفاده از قاب های ترکیبی با بتن سبک و فولادی سبک سرد نورد شده جهت بالا بردن میزان مقاومت جانبی در برابر برش اهمیت بسزایی در پایایی سازه و افزایش تعداد طبقات می تواند داشته باشد که در این پایان نامه به آن می پردازیم (AISI.)[1].

1-1تاریخچه

1-1-1تاریخچه و دلایل به کارگیری سیستم های(LSF)

فولاد فرم داده شده در حالت سرد یاCFS از سال 1850در کشور انگلستان و آمریکا با به کارگیری در ساخت لوازم اتومبیل آغاز شد ولی تا قبل از جنگ جهانی اول در ساختمان سازی بکار گرفته نمی شد از سال 1930 به بعد با بکارگیری قطعات فولادیLSF درساختمان های تجاری و صنعتی شروع شد اما به دلیل ارزانی چوب نتوانست باآن به عنوان سیستم رایج مسکن سازی رقابت اقتصادی کند. از سال 1990گران شدن چوب ومطرح شدن مشکلات زیست محیطی در صنعت ساختمان سازی سبب گردید که سیستم ساختمانی LSF که بااستفاده از قطعات فولاد CFS از نوع گالوانیزه برپا می گردد،برای ساخت واحد های مسکونی بکار گرفته شود.این سیستم ساختمانی تا به حال توانسته در کشور های مختلفی گواهنامه ساخت در چند طبقه دریافت نماید و من جمله در ایران فعالیت های گسترده ای در این حوزه مخصوصاً درشهر پرند و تیران انجام پذیرفته است (وثوقی فر و عدل پرور، 1386؛ حاتمی و همکاران ،1388).

بکار گیری سیتم ساختمانی LSF برای ساخت وساز مسکن بعد از جنگ جهانی دوم در استرالیا هم آغاز شد. در صورتی که پیش از آن ساخت وسازمسکن عمدتاً با بهره گرفتن از قاب چوبی انجام می شد. در ادامه تحولات ساختمانی در آمریکا در این کشور نیز تحولاتی صورت گرفت که عمده ان به کارگیری این سیستم در کشور استرالیا بود. این سیستم به دلیل سرعت بالا و مقاوم توانست رشد قابل توجهی در صنعت سازه کشور استرالیا داشته باشد. و هم اکنون بهترین ماشین الات رول فرم دنیا در انحصار آن کشور قرار دارد. در کشور سوئد چوب رایجترین مصالح ساختمانی بود اما به دلیل کاهش متوسط عمر درختان از دهه 90سازندگان ساختمان اقدام به جایگزین کردن سیستم LSF درآن کشور کردند. در حال حاضر در کشور هلند نیز سیتم LSF در ساخت سازه های مسکونی ومدارس نقش عمده ای دارد. در سال 1989بنیاد تحقیقات ساختمان هلندSBR، پتانسیل استفاده از سیستم LSF را برای خانه سازی مورد بررسی قرار داد ونتیجه بررسی ها مشخص نمود که به کارگیری این سیستم ساختمانی، تسهیل در طراحی وفوائد زیست محیطی را به دنبال دارد ولی کمی گرانتر از سازه های چوبی است. در کشور فرانسه هم در سال های اخیر سبک این سیستم به شکلی محدود به جای سیستم های فولادی و بتونی قرار گرفته است.در کشور کره، آجر وبتن تا سال 1996 به عنوان مصالح اصلی در ساخت و ساز بودند و در ساختمان های بلند مرتبه از سیستم های بتن درجا استفاده می شد تا در فوریه سال 1996شرکت  POSCOبرای اولین بار از سیستم LSF را در شهر فوانگ با احداث700 ویلای دو تا پنج طبقه شروع نمود.

در سال1995داویس و همکاران استفاده از فولاد جدار نازک را در ساختمان­های مدولار کوتاه و متوسط بررسی کرده اند در سال 1996 سرته و همکاران عملکرد دینامیکی دیوارهای برشی را در قابهای سبک فولادی مورد بررسی قرار داده است. درهمان سال داویس و همکاران رفتار برشی اتصالات فشرده را در سازه های با قاب سبک فولادی بررسی کرده اند. در سال 1997درایور و همکاران رفتار لرزه ای را در دیوارهای برشی فولادی مورد بررسی قرار داده اند. در سال1998پی وکینی مقاومت برشی را در