فهرست مطالبعنوان صفحهچکیده :1فصل اول : کلیاتمقدمه21-1تاریخچه31-1-1تاریخچه و دلایل به کارگیری سیستم های(LSF)32-1-1تاریخچه و دلایل به کارگیری بتن های سبک6بخش اول فولاد سبک81-2 مزایای فولاد سرد ساخت81-2- 1انعطاف پذیری81-2-2 قابلیت بازیافت و حفظ محیط زیست81-2-4 وزن سبک وحمل ونقل آسان81-2-5 مقاومت وسختی بالا91-2-6 مقاوم در برابر آتش سوزی91-2-7 ثبات در ابعاد91-2-8 قابلیت تغییر شکل پذیری91-2-9 سرعت در ساختمان91-2-10 مقاومت در برابر زلزله91-2-11 عایق بودن101- 3 مزایای سیستم LSFدر ساخت و ساز101-3-1 برای طراحان و مهندسان101-3-1-1 انعطاف در طرح:101-3-1-2 استرکچر مناسب جهت عرشه ها وسایر اعضا111-3-2 برای سازندگان وسرمایه گذاران111-3-2-1 سرعت در اجرای سیستم:111-3-2-2 عدم وجود تاخیر های آب وهوایی:111-3-2-3 سهولت در نصب سیستم های تاسیساتی:111-3-3 برای ساکنین و بهره برداران111-3-3-1هزینه نگهداری کم:121-3-3برای زلزله ونیروی جانبی:121-4 تعریف فولاد سرد ساخت121-4-1 دهانههای باربر به چهار روش ایجاد می شود که عبارتند از :141- 5 انواع مقاطع سرد نورده شده و کاربرد های آنها:161-5-1 اعضای قابی سازه ای منفرد161-5-2پانل ها وعرشه ها161-5-2-1 پانل ها سازه های LSF به صورت پانل تولید شده و اجزایهر پانل عبارتند از:171-5-3 طراحی:171-5-4 نقشه ها به گروه های مختلف به شرح ذیل تقسیم می شوند:171-5-4-1سازه های سبک فلزی:181-5-4-2سازه های قائم (STUD)181-5-4-3 سازه های تقلیل دهنده صدا(resillentchanne)181-5-4-4 سازه های کلاهک (hat channel)181-5-4-5 ناودانیهای باربر191-5-4-6سازه های تقویتی کنجها(corner beand)191-5-4-7سازه های تقویتی حاشیه (j Bead)191-5-4-8-سازه های تقویتی در انبساط (control joint)191- 6 روش اجرا سیستم LSF191- 6-1پی یا شالوده201-6-1-1- طراحی پی:201-6-1-2-کف کاذب:211-6-1-3-سازه کف:211- 6-2 دیوار211- 6-3 سقف231-6-3-1 سقف کامپوزیتی:231-6-3-2: سقف کامپوزیت عرشه فولادی241-6-3-3سقفهایخرپاییشیبدار271- 6-4 اتصالات281-6-4-1مشخصات پانل ها281-6-4-2پیچها291- 6-5 شیوه نما سازی خارجی291- 7خصوصیات فولاد سرد ساخت301- 7-1استانداردهای فولاد سرد ساخت301- 7-2 ظرفیت باربری و سختی311- 7-3 طراحی پلاستیک311- 7-4منحنی های نوعی تنش-کرنش311- 7-5افزایش تنش تسلیم متاثر از شکل دهی سرد321- 7-6روش محاسبه خطی خواص مقاطع321- 7-7فرم منحنی خستگی321- 7-9خستگی331- 7-10خواص مکانیکال و اثر فرم دادن سرد به فلز331-8 معایب فولاد سرد ساخت33بخش دوم بتن341-2 معرفی بتن های سبک سازه ای:341-2-1شرح توضیح مزایا ومعایب بتن سبک341-2-1-1 :سبک بودن351-2-1-2:عایق گرما351-2-1-3- :عایق صوتی361-2-1-4- : قابلیت برش361-2- 2انواع بتن سبک361-2-2-1بتن سبک سبکدانه361-2-2-2بتن سبک ليكا371-2-2-3بتن سبک پرلیتی391-2-2-4بتن های سبک متخلخل یا سلولی391-2-2-5بتن سبک گازی391-2-3کاربردهای سازه ای421-2-4 بتن های وروند استفاده در قاب های LSFسازه ای در این پروژه431-3- متغير هاي مساله :431-4 فرضیه ها (هر فرضیه به صورت یک جمله خبری نوشته شود.)441- 5 اهداف تحقیق (شامل اهداف علمی، کاربردی وضرورت های خاص انجام تحقیق)441-5-1هدف اصلی: طراحی سازه هایی بااسکلت فولادی سرد نورد شده مقاوم در برابر بار های441-5-2- اهداف فرعي:45فصل دوم : آئین نامه ها ومطالعات قبلی2-1 مروری بر تحقیقات گذشته462-2مروری بر آئین نامه ها502-2-1 (FEMA 450) NEHRP502-2-2 TI 809-07512-2-3 AISIو ASCE7522-2-4 UBC 97و IBC 2000532-2-5 Australian /New Zealand Standard , AS/NZS 460053فصل سوم: مواد وروش ها وبیان مسئلهمقدمه:553-1 ضریب رفتار :573-2 روشطیفظرفیتفریمن :603-3 ضریب شکل پذیری یانگ :613-4 روش نیو مارک و هال :623-5 ضریب کاهش شکل پذیری، . 643-2-2 ضریب مقاومت افزون ، . 643-6 بیان مسئله :663-6-1 جزییات مقاطع....................................................................................................................................................673-7- مشخصات بتن وفولاد683-8تئوری حل مسأله:693-9 مدل اجزا محدود مسأله :703-9 نمونه های آزمایش شده در تحقیق:703-10- آماده سازی جهت انجام آزمایش713-10-1مراحل انجام کار در آزمایشگاه713-11 رژیم بارگذاری :773-12 جدولی از استانداردهای مختلف در روش ASTM. 80فصل چهارم: درباره نرم افزار ansys و روند مدل سازی در نرم افزارمقدمه :834-1- آشنایی با روش اجزا محدود:854-1-1-روش تحلیل دقیق (Exact Solution)854-1-2-روش عددی (Numerical Solution)854-1-3-روش تجربی (Experimental Method)854-2-روش اجزا محدود:864-3-انواع المان ها در Ansysو قابلیت های آنها:864-3-1-المان –combin 7 :864-3-2-المان –combin 14 :864-3-3-المان –Link 1 :874-3-4-المان –BEAM3 :874-3-5-المان –PLANE 42 :874-3-6-المان- BEAM 54 :874-3-7-المان –pipe 16 :874-3-8-المان –solid 45:874-3-9-المان –combin 40 :874-4-10- المان- SHELL 93 :884-4-11-المان –SHELL22 :884-4-12-المان- PLANE 2 :884-4-13-المان –SHELL91 :884-4-14- المان- contact 12:884-5-15-المان- PLANE55 :884-4-16-المان – BEAM 189 :894-4-17-المان- BEAM188 :894-4-18-المان – SOLID92 :894-4-19-المان- SOLID95:894-4-20-المان –PLANE 82 :894-4-21-المان- PLANE145:894-4-22-المان – Link10:904-4-24-المان – SOLID 82:904-4- المان مورد استفاده در این تحقیق:904-5-انواع آنالیزها در نرم افزار Ansys:904-5-1آنالیز استاتیکی خطی (Static Analysis)904-6-2-آنالیز مودال (Modal Analysis)904-6-3-آنالیز هارمونیک (Harmonic Analysis)904-6-4-آنالیز دینامیکی گذرا (Transient Dynamic Analysis)904-6-5-آنالیزغیرخطی مادی ( Material nonlinearity )904-5-1-آنالیز استاتیکی خطی:914-6-1-1- مدول الاستیسیته914-6-1-2- بارگذاری اینرسی914-6-1-3- بارگذاری حرارتی914-5-2- آنالیز مودال:914-5-3-آنالیز هارمونیک:914-5-4-آنالیز دینامیکی گذرا:924-5-5-آنالیز غیر خطی مادی :924-6- انتخاب نوع تحلیل در این تحقیق:924-7- تحلیل پلاستیک دارای 3 رکن اساسی می باشد:934-8-1- مدل های تنش- کرنش و معیار تسلیم:934-8-2-قانون جریان:944-8-3-قانون سخت شوندگی:954-8-3-1-سخت شوندگی ایزوتروپیک: (isotropic hardening)954-8-3-2-سخت شوندگی کینماتیک: (kinematic hardening)954-9-مدل سازی مقاطع در نرم افزار:974-10-اتصالات1004-11-مش بندی :1014-12- اعمال شرایط تکیه گاهی :1044-12 آماده سازی مدل برای تحلیل :1064-13 بارگذاری :107فصل پنجم: نتایج مطالعات و پیشنهاداتمقدمه :1095-1 انجام آنالیز و مشاهده خرابی ها :1095-1 مقایسه قاب پرشده با بتن باقاب تقویت شده باورق در محیط نرم افزار ansys:1105-2- بررسی قابها و مشاهده خرابی ها1165-3 منحنی پوش قاب ها :1205-3-1 منحنی پوش قاب های نمونه های تست نرم افزاری با ورق تقویتی1205-3-2 منحنی های پوش آزمایشگاهی قاب های پر شده با بتن :1225-3-3 منحنی پوش قاب های نمونه های تست نرم افزاری با بتن:1225-4 محاسبه ضریب رفتار :1255-5 منحنی های دو خطی نمونه ها1295-5-1 منحنی های دو خطی نمونه نرم افزاری با ورق1295-5-2 منحنی های دو خطی با بتن1305-6 نتیجه گیری وپشنهاد :133 فهرست منابع..............136Abstract................143 فهرست جداولعنوان صفحهجدول 1-1كاربردهاى ليكا بر حسب اندازه دانه ها...............................................................38جدول 1- 2مشخصات قاب های تحقیق..............................................................................43جدول 3- 1خصوصیات مکانیکی اعضای اصلی....................................................................68جدول 3-2 مشخصات بتن لیکا........................................................................................68جدول 3-3- مشخصات مصالح..........................................................................................69جدول 3-4 مشخصات مکانیکی مقاطع فولادی سرد نورد شده................................................69جدول 3-5 مشخصات بتن فوم.........................................................................................69جدول 3-6مشخصات قاب ها.........................................................................................71جدول 3-7 رژیم بار گذاری چرخه ای ،روش Bد.ASTM E2126-.......................................77جدول 3-9 سیکل رفت وبرگشت............. ............. ............. ............. ............. .............79جدول 3-10 تغییر مکان های متناظر با سیکل بارگذاری............. ............. ............. .............79جدول5-1مشخصات قاب ها .................................................................................................................115جدول5-2: جزئیات ساختاری دیوارها.........................................................................................116جدول 5-3 بدست آوردن خروجی های تست نرم افزاری با بتن.......................................................128جدول 5-4 مقایسه ای نرم افزاری نمونه با بتن ونمونه باورق....................................................................128جدول 5-5 نتایج عددی ضریب رفتار و مقاومت نهایی بدست آمده..................................................129جدول 5-6نتایج عددی بدست آمده در آزمایشگاه..............................................................130جدول 5-7مقاومت نهایی بدست آمده از آزمایشات.......................................................................132 فهرست اشکالعنوان صفحهشکل 1-1 نمایی از برشی سبک به نحو اکسپوز6شکل 1- 3 فرم دادن ورق فولادی به صورت نورد سرد13شکل1-4 اشکال مختلف فولادی سرد نورد شده16شکل 1-6جزئیات اتصال دیوار در سازه LSF22شکل 1-7 نحوه اجرای سقف شیروانی در سیستم LSF22شکل ا-9 پیچ برش گیر سقف25شکل 1-10آرماتور های سقف25شکل1-1126شکل 1-12 اجرای اسکلت LSF27شکل 1- 13نازک کاری28شکل1-14دستگاه پله سازه های سرد نورد شده30شکل 1-15الف وب منحنی های تنش کرنش فولاد32شکل1-16نمایش قاب ها44شکل (3-1) : طیف نیرو های وارد بر سازه در دو حالت ارتجاعی و غیر ار تجاعی [Freeman ,1990]61شکل 3-2 : منحنی نیرو – تغییر مکان سازه [Yang ,1992]62شکل 3-3 : پاسخ عمومی سازه بر اساس مفاهیم FEMA64شکل 3-4:نمایی از دستگاه تست در آزمایشگاه شکل 3-4 : نمایی از قاب فیکس شده تقویت شده با ورق به جک های هیدرولیکی ازمایشگاه سازه دانشگاه آزاد واحد تفت66شکل3-6 ناگین67شکل 3-7 جزئیات ابعاد رانر یا ترک (ابعادمیلی متر)67شکل 3-5قاب های ساخته شده در آزمایشگاه67شکل 3-8استاد68شکل 3-9 مدل اجزا محدود مسأله70شکل 3-10 نحوه جازدن قاب در دستگاه تست ونحوه انجام تست می باشد.72شکل 3-11قاب با استاد میانی73شکل1-12قاب با استاد میانی وناگین74شکل 1-13 قاب ساده74شکل 1-14قاب Aمدل شده در نرم افزار74شکل 1-15قاب C مدل شده در نرم افزار75شکل 1-16قاب Bمدل شده در نرم افزار75شکل 3-17 : دیوار برشی با تک استاد کناری و میانی76شکل 3-18 رژیم بار گذاری چرخه ای ،روش Bدر ASTM E2126-0778شکل 4-1- رفتار تنش-کرنش حالت های مختلف94شکل 4-2- سطوح تسلیم مختلف94شکل 4-3- تحول سطوح تسلیم95شکل 4-4- رفتار مدل شده مقاطع و ورق های پوشش در ندم افزار96شکل 4-5 – المان شل بتن پوشش97شکل 4-6- المان شل مقاطع استاد97شکل 4-7- المان شل عضو رانر98شکل 4-8المان شل مقطع ناگین میانی98شکل 4-9- نحوه عبور ناگین از استاد میا نی98شکل 4-10- نحوه قرار گیری استاد در رانر99شکل 4-11 نمونه از قاب با فلز تقویتی99شکل 4-12قاب با بتن تقویتی100شکل 4-13- نمایی از اتصالات spot weldدر نرم افزار101شکل 4-14- حل دیفرانسیلی101شکل 4-15- حل المانی در نرم افزار102شکل 4-16- نمایی از مش بندی اعضای قاب103شکل 4-17-نمایی از مش بندی بتن پوش103شکل4-18- مدل سازی شرایط تکیه گاه گیر دار به عضو رانر با ورق فولادی104شکل 4-19-اعمال شرایط تکیه گاه غلطکی به عضو رانر با ورق فولادی105شکل 4-20 اعمال جابجایی سیکلیک به قاب با مدل سازی hold down105شکل 4-21 استفاده از تیرک های Iشکل جهت اعمال حرکت مستقیم به قاب106شکل 4-22 انتقال ونصب قاب ها زیر فک دستگاه در آزمایشگاه106شکل4-23 نتایج آنالیز استاتیکی خطی جهت مشاهده مودهای کمانشی ورق107شکل 4-24 عمل آوری بتن در قاب108شکل 4-25 قاب پس از اعمال بار108شکل 4-26 نمایی از قاب پر شده با بتن پس از اعمال بارگذاری108شکل 5-2 پلاستیک شدن استاد کناری110شکل 5-1 کمانش ورق در گوشه قاب110شکل 5-3 کمانش کلی استاد ها و قیچی شدن قاب در جابجایی های بالا111شکل 5-4 تغییر شکل ناشی از نیرو درمحل استادکناری وناگین وسط111شکل5-5 کمانش و چروکیده شدن ورق مهار بندی112شکل 5-6 کمانش ودفرمگی در مقطع استاد ها وترک های شدید بتنی112شکل 5-7 نشان دان تغییر شکل در بتن وترک های ان برای بهتر فهمیدن مطلب113شکل 5-8 روند دادن اطلاعات در نرم افزار113شکل 5-9 تعیین مقاومت‌ها114شکل 5-10 روند دادن اطلاعات بتن در نرم افزار114شکل 5-11 روند دادن اطلاعات فولاد در نرم افزار114شکل 5-12 نحوه نگهداری وتست قاب ها115شکل 5-13 نحوه قرارگیری قاب بتنی در زیر فک دستگاه116شکل 5-14 نحوه خرابی های قاب Aکه در محل تقاطع استاد کناری بالایی با رانرمی باشد117شکل 5-15 مقایسه قاب A در نمونه نرم افزاری که مثل نمونه آزمایشگاهی117شکل 5-16 ترکیده شدن بتن فوم در قاب A117شکل 5-17 تغییرات قاب Bدر نمونه نرم افزاری118شکل 5-18 تغییرات قاب Cدر نمونه نرم افزاری118شکل 5-19 مقایسه تغییرات قاب Dدر نرم افزار و آزمایشگاه119شکل 5-20 نحوه خرابی ناگین و استاد کناری در قاب Dدر نمونه آزمایشگاهی119شکل 5-21 نحوه خرابی و حرکت ناگین میانی و استاد کناری در قاب Dدر نمونه نرم افزاری120شکل 5-22 تغییر شکل قاب با استاد وناگین میانی در نمونه نرم افزاری120شکل5-23 منحنی پوش قاب A121شکل 5-24 منحنی پوش قاب B121شکل 5-26 منحنی های پوش قاب A,B,Cتست نرم افزاری با ورق121شکل 5-27 منحنی پوش قاب Aآزمایشگاه122شکل 5-28 منحنی پوش قاب Bآزمایشگاه122شکل 5-29 منحنی پوش قاب Cآزمایشگاه122شکل 5-30 منحنی پوش قاب Aدر نمونه نرم افزاری با بتن123شکل 5-31 منحنی پوش قاب Bدر نمونه نرم افزاری با بتن123شکل 5-32 منحنی پوش قاب Cدر نمونه نرم افزاری با بتن123شکل 5-33 منحنی پوش قاب Dدر نمونه نرم افزاری با بتن124شکل 5-34 منحنی پوش قاب Eدر نمونه نرم افزاری با بتن124شکل 5-35 منحنی پوش قاب Fدر نمونه نرم افزاری با بتن124شکل 5-36 منحنی پوش هر شش قاب در نمونه نرم افزاری با بتن125شکل 5-37 پاسخ عمومی سازه بر اساس مفاهیم FEMA126شکل 5-38 نحوه ی محاسبه بر اساس نقطه تسلیم بارز127شکل 5-39 منحنی ایده آل دو خطی قاب A129شکل5-40 منحنی ایده آل دو خطی قاب B130شکل 5-41 منحنی ایده آل دو خطی قاب C130شکل 5-42 منحنی دو خطی قاب A130شکل 5-43 منحنی دوخطی قاب B131شکل 5-44 منحنی دوخطی قاب C131شکل 5-45 منحنی دوخطی قاب D131شکل 5-46 منحنی دوخطی قاب E132شکل 5-47 منحنی دوخطی قاب F132 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 Ansysتحلیل 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 (R) 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 فصل اولکلیات مقدمهنیاز 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. (حاتميورحماني، 1389؛ فلاح و وطنی اسکوئی، 1382).