دانشکده مهندسی

گروه عمران

پایان‌نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد در رشته‌ی مهندسی عمران گرایش سازه

عنوان:

بررسی عملکرد لرزه‌ای سازه‌های بلند با دیوار برشی فولادی

 

استاد راهنما:

دکتر محمد شوشتری

 

اساتید داور:

دکتر فریدون رضایی

دکتر مصطفی مقدسی

 

نگارش:

بهنام فریدونی افتخاری

 

تاریخ دفاع:

دوشنبه 21/04/95

ساعت 18

 

 

مکان:

آمفی تئاتر دانشکده مهندسی

 

چكيده:

      طراحی مبتنی بر آیین‌نامه‌های موجود، منطبق بر آنالیزهای خطی هستند. این رویکرد منجر به طراحی سازه‌هایی می‌شود که در حالت کلی در برابر زلزله دارای ایمنی جانی هستند. همچنین ظرفیت این سازه‌ها معمولاً بیش از آن چیزی است که در طراحی‌ها لحاظ شده است. با نگاهی به ساختمان‌های بلند، می‌توان دریافت که این ساختمان‌ها بنابر مشخصه‌هایی مانند دوره تناوب بالا، اثر مود‌های بالاتر، تعداد زیاد استفاده‌کنندگان از آن‌ها و عواقب ناشی از فروریزش آن‌ها بر روی سازه‌های مجاور، زیرمجموعه‌ای از سازه‌های خاص به‌شمار می‌روند. با نگاهی گذرا به متن آیین‌نامه‌های تدوین شده در سراسر دنیا و تعداد ساختمان‌های بلندی که احداث شده‌اند، به‌خوبی می‌توان دریافت که این آیین‌نامه‌ها، حداقل‌های لازم برای طراحی عموم ساختمان‌ها را مدنظر قرار داده‌اند. چالشی که امروزه مهندسان با آن مواجه هستند، این است که چه روشی برای طراحی این سازه‌ها انتخاب کنند که نه تنها حداقل‌های آیین‌نامه را رعایت کنند بلکه روش جدید، هم‌ارز روش مبتنی بر آیین‌نامه بوده و حتی از آن بهتر باشد. از این‌رو یک سری راهنما‌ها به وجود آمدند که یکی از مهم‌ترین آن‌ها، راهنمای طراحی براساس عملکرد در سازه‌های بلند لس‌آنجلس می‌باشد. در همین راستا، این پژوهش سه سازه بلند با ارتفاع 15، 30 و 45 طبقه و مجهز به سیستم باربر جانبی دیوار برشی فولادی را مورد بررسی قرار می‌دهد. بدین صورت که ابتدا این سازه‌ها بر اساس آیین‌نامه ایران تحلیل و طراحی شدند. سپس همین سازه‌ها مطابق راهنمای لس‌آنجلس برای دو سطح عملکرد قابلیت استفاده و آستانه فروریزش ارزیابی گردیدند. نتایج نشان داد که تمام سازه‌هایی که بر اساس آیین‌نامه ایران طراحی شدند، سطح عملکرد قابلیت استفاده را برآورده می‌کنند. همچنین تمام ساختمان‌های طراحی شده بر اساس آیین‌نامه ایران در پارامتر تغییرمکان جانبی نسبی محدودیت‌های سطح عملکرد آستانه فروریزش را برآورده کرده، اما در پارامتر تغییرمکان جانبی نسبی ماندگار فقط سازه 45 طبقه محدودیت‌ها را ارضا نموده است. بدین صورت می‌توان دریافت که احتمال فروریزش سازه‌های 15 و 30 طبقه هنگامی که در معرض زلزله‌های بزرگ قرار می‌گیرند، وجود دارد. این در حالی است که سازه 45 طبقه به قدری محافظه‌کارانه طراحی گردیده‌ که سطح عملکرد آستانه فروریزش را برآورده می‌کند. سرانجام بر مبنای نتایج به‌دست آمده، مشخص شد که اگر دیوار برشی فولادی در پیرامون سازه و به‌صورت یک بادبند ضربدری در ارتفاع سازه قرار گیرد، رفتار کلی سازه نسبت به حالتی که دیوار برشی در هسته مرکزی باشد بهبود قابل‌توجهی می‌یابد.

 

واژه‌های کلیدی: سازه‌های بلند، دیوار برشی فولادی، طراحی براساس عملکرد، تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، نرم‌افزار PERFORM-3D.

 

Abstract:

                 The traditional code-based design everywhere is built on prescriptive rules and linear analysis. Using such an approach, we can design building that are generally life-safe during earthquakes. Also they generally have more capacity than indicated by our design analysis. With looking at the tall buildings we found that because of very particular characteristics and requirements such as: long period, multi-mode behavior, significance of P-delta effects, large occupancy and impact of failure or collapse on other building, these are a special class of structures. With looking at the text of the codes developed around the world and the number of tall buildings that have been constructed, clearly we can see that these codes, minimum requirements for the design of general buildings have considered and did not provide much detail about the design of tall structures. The challenge faced by engineers now, this is a way to design the structures of their choice, which not only comply with minimum requirements, but the new method, equivalent method based on the requirements and is even better. Therefore came into existence a series of guidelines that one of the most important of them is performance-based design guideline for tall buildings in Los Angeles region. In this context, this study three tall structures with a height of 15, 30 and 45 floors and equipped with steel shear walls lateral load resisting system were examined. Which means the analysis and design of these structures were based on the Iranian code. Then the structures according to the Los Angeles guideline for two levels of performance serviceability and collapse prevention were evaluated. The results showed that all structures based on Iranian code were designed meet the serviceability level. Also all buildings are designed based on Iranian code in the peak transient drift parameter limits meet the collapse prevention performance level, but in residual drift parameter only a 45-storey structure has to satisfy constraints. Therefore, we can get 15 and 30-story structures that may collapse when subjected to large earthquakes. However, the 45-story structure designed so conservative that meets the performance level of collapse prevention. Finally, based on the results, it was found that if the steel shear walls surrounding the structures and form a cross-bracing placed in the height of the structure, overall behavior of the structures compared with that are at the core shear walls is a significant improvement.

 

Key Words: Tall buildings, Steel Plate Shear Wall, Performance Based Design, Nonlinear Time History Analysis, PERFORM-3D.