بررسي اثر صلبيت ديافراگم و قيدهاي اتصالات در رفتار كلي قاب‌هاي مهاربندي فولادي تحت اثر بار آتش

Investigating the effect of rigidity of the diaphragm and connections constraints on the overall behavior of steel braced frames under fire load

استقامت سازه‌هاي فولادي تحت شرايط بارگذاري تصادفي همچون آتش‌سوزي، متأثر از ويژگي‌هاي ذاتي سازه همچون افزونگي و شكل‌پذيري سازه است. از سوي ديگر در هنگام آتش‌سوزي به دليل فعل‌وانفعالات اجزاي سازه، برخي از عوامل موثر در افزونگي همچون صلبيت ديافراگم سقف و عملكرد اتصالات، در معرض آسيب قرار مي‌گيرند. اين مقاله اثر تغيير صلبيت ديافراگم سقف و قيدهاي اتصالات برشي را به‌عنوان بخشي از ويژگي‌هاي مؤثر بر مقاومت در برابر آتش‌سوزي قاب‌هاي مهاربندي فولادي، موردبررسي قرار مي‌دهد. دو حالت عملكرد سقف طبقات در آتش به‌صورت ديافراگم صلب و ديافراگم نرم و نيز دو حالت عملكرد اتصالات برشي به‌صورت مفصلي كامل و غلتكي، تحت يك سناريو آتش‌سوزي مورد ارزيابي قرار گرفته است. اثر بارهاي ثقلي و آتش‌سوزي بر روي يك نمونه قاب مهاربندي فولادي 10 طبقه در حالات مذكور با استفاده از فن‌هاي تحليل عددي به روش اجزاي محدود، شبيه‌سازي شده است. نتايج تحليل‌ها نشان مي‌دهد كه مدت‌زمان مقاومت در برابر آتش قاب‌هاي مهاربندي و مكانيزم تخريب سازه به شدت تحت تأثير وجود يا عدم وجود ديافراگم و نيز قيدهاي كششي در اتصالات برشي قرار مي‌گيرد. چنانكه در حالت وجود ديافراگم صلب سقف، سازه دچار فرپاشي كلي در زمان كوتاه‌تري مي‌شود و همچنين در حالت غياب قيدهاي كششي اتصالات، مكانيزم فروپاشي به صورت موضعي تغيير وضعيت مي‌يابد. همچنين نتايج تحليل‌ها مي‌تواند به مهندسان در درك پاسخ‌هاي موضعي و كلي از قاب‌هاي مهاربندي فولادي تحت بارگذاري آتش كمك كند.

The resistance of steel structures under accidental loading conditions such as fire is affected by the inherent characteristics of the structure such as redundancy, ductility and joint constraints. On the other hand, due to the action of the structural components exposed to fire, the rigidity of the diaphragm and the performance of the connections are subjected to damage. This paper examines effects of the rigidity of the diaphragm and the shear connections constraints as part of the fire-resistant properties of steel braced frames. Two modes of operation of the floors in the form of rigid diaphragm and soft diaphragm, as well as two modes of operation of shear connections in the form of hinged and rolled joints, have been evaluated under a fire scenario. The effect of gravity and fire loads on a 10-story steel braced frame is simulated in these cases using numerical analysis techniques using finite element method. Analysis show that fire resistance time of braced frames and structural collapse mechanisms are severely affected by the presence or absence of diaphragms as well as tensile constraints on shear joints. As in the case of the existence rigid diaphragm of the structure, it undergoes a total collapse in a short time, and also in the absence of tensile constraints of the joints, the collapse mechanism locally changes position. Analysis results can also help engineers understand local and general responses to steel braced frames under fire loading.