عنوان پایان‌نامه
مطالعه طراحی بهینه ساختمانهای بلند دوگانه با یک هسته مهاربندی شده واگرا به روش انرژی
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - سازه
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1743;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56512
- تاریخ دفاع
- ۲۹ آذر ۱۳۹۱
- دانشجو
- مونا سلیمانی
- استاد راهنما
- سیدرسول میرقادری, شهرام وهدانی
- چکیده
- سیستم‌های دوگانه یکی از انواع سیستم‌های باربر جانبی مرسوم در سازه‌های بلند هستند، که از یک سیستم اصلی شامل قاب مهاربندی و یا دیوار برشی، همراه با یک سیستم فرعی که توسط قاب خمشی فراهم می‌شود، تشکیل می‌شوند. استفاده از ترکیب قاب مهاربندی شده واگرا (EBF) و قاب خمشی (MF)، نسبت به ترکیب قاب مهاربندی شده همگرا و یا دیوار برشی با قاب خمشی از لحاظ ملاحظات معماری و تطابق انحنای دو سیستم در ارتفاع از شرایط مطلوب‌تری برخوردار است. در این تحقیق ابتدا به بررسی رفتار لرزه‌ای این سیستم پرداخته شده است تا برتری این نوع از سیستم‌ها نسبت به سیستم‌های جداگانه MF و EBF سنجیده شده و همچنین نسبتی از سختی قاب خمشی و قاب مهاربندی که بهترین رفتار غیرخطی را نتیجه می‌دهد، به دست آید. در شناسایی بهترین رفتار غیرخطی، میزان تغییرشکل نهایی سازه، مکانیسم تسلیم، حداکثر تغییرمکان نسبی طبقات تحت تحریک‌های لرزه‌ای با فرکانس‌های مختلف و تغییر مکان باقیمانده سازه مدنظر قرار گرفت. در این راستا از دو تحلیل استاتیکی غیرخطی بارافزون و تحلیل دینامیکی غیرخطی از نوع تاریخچه زمانی استفاده شده است. در نهایت روشی برای طراحی این نوع از سیستم‌ها پیشنهاد شده است. این روش طراحی که به طراحی براساس مفهوم جذب انرژی و یا طراحی پلاستیک بر اساس عملکرد سازه موسوم است، از ابتدا رفتار غیرخطی سازه را مدنظر قرار می‌دهد. تغییرشکل پلاستیک و مکانیسم تسلیم مطلوب به عنوان داده‌های اولیه طراحی فرض می‌شوند. در محاسبه برش پایه از تعادل انرژی ورودی به سازه و انرژی تلف شده در اعضای تغییرمکان-کنترل سازه استفاده می‌شود. با محدود کردن تغییرمکان جانبی سازه و با اعمال اثرات P-? حاصل از بارهای ثقلی و درنظر گرفتن شرایطی برای جلوگیری از تشکیل مکانیسم‌های نامطلوب در سازه قبل از شکل‌گیری مکانیسم تسلیم مورد نظر، نیرو‌های داخلی اعضای سازه تعیین شده و اعضا طراحی می‌شوند. مکانیسم تسلیم مطلوب در سیستم دوگانه EBF، تسلیم تیرهای پیوند، تیرهای قاب خمشی و در نهایت پای ستون‌ها را شامل می‌شود. با برقراری تناسب‌بندی مناسب میان اعضای تغییرمکان-کنترل و نیرو-کنترل میتوان به این مکانیسم تسلیم دست پیدا کرد. برای کنترل روش طراحی و مقایسه سازه‌های طراحی شده به این روش و روش‌های مرسوم، از نرم‌افزار SAP2000 Ver. 14.2.2 استفاده شده است تا به کمک تحلیل‌های بارافزون و تاریخچه زمانی، مکانیسم تسلیم، میزان انرژی جذب‌شده، تعییرمکان باقیمانده و حداکثر تغییر مکان نسبی طبقات در دو سازه با هم مقایسه شوند. نتایج بیانگر این است که سازه‌های متشکل از ترکیب قاب خمشی و قاب مهاربندی شده واگرا در سازه‌های بلند رفتار غیرخطی بهتری نسبت به هرکدام از این سیستم‌ها به صورت جداگانه دارد. به کمک روش انرژی میتوان رفتار این نوع از سیستم‌های دوگانه را بهبود داده و از تمرکز تشکیل مفاصل در تعداد محدودی از طبقات جلوگیری کرد و در نتیجه به شکل‌پذیری بیشتری در سازه دست یافت. همچنین در سازه طراحی شده به روش انرژی، تغییر شکل نسبی طبقات یکنواخت‌تر است. با استفاده از این روش نیاز به تکرار برای کنترل تغییرمکان جانبی برطرف می‌شود؛ زیرا از ابتدای طراحی سختی و مقاومت به طور همزمان در نظر گرفته شده‌اند. در این طراحی، عملکرد غیرارتجاعی سازه در طی زلزله مورد توجه قرار می‌گیرد، بنابراین میتوان از رفتار مطلوب سازه در زمان زلزله اطمینان پیدا کرد.
- Abstract
- One of the common lateral load resistant structural systems in high rise buildings is defined as dual system that consists of a primary system of braced frames or concrete shear walls used in combination with a secondary steel moment resisting frame. Dual systems comprised of steel moment frames (MFs) and eccentrically braced frames (EBFs) provide benefits from both an architectural as well as a structural standpoint. Also EBF and MF are more likely than CBF and MF in lateral deflection at height. In this research, seismic behavior of this kind of systems is studied to find the benefits of dual system compared with MFs or EBFs, separately. Also the effect of relative stiffness of MFs and EBFs on nonlinear behavior of the dual systems is discussed. To identify the best nonlinear behavior, ultimate deformation of structures, yield mechanism, maximum inter-story drifts under seismic ground motions with various frequencies and residual drifts are considered. The structures are examined with nonlinear static and nonlinear dynamic procedures. Finally, a newly developed method for seismic design of structures that is named performance based plastic design (PBPD) or energy-based design method is proposed in eccentrically braced frame dual systems. The advantage of this method is that the designer can select inelastic drift and yield mechanism and consider nonlinear behavior of a structure from the beginning of design procedure. Input energy-work balanced equation is used to derive design base shear. After limiting lateral displacement, considering P-? effects and removing undesirable yield mechanisms, internal force of structural members are estimated and the members are designed. The desired yield mechanism in EBF dual systems consists of yielding of link beams, moment frame’s beams and at last column bases. Proper proportioning of displacement-control and force-control members makes this desired yield mechanism possible. SAP2000 Ver. 14.2.2 is used to control the design method and also to compare the structures that are designed by this method and current methods. Pushover and time-history analysis are used to obtain yield mechanism, absorbed energy, residual drifts and maximum inter-story drifts of the two structures. The results illustrate that EBF dual systems have better seismic behavior in high-rise buildings than MFs or EBFs, separately. Nonlinear behavior of this kind of dual systems may improve by the use of energy based method. This method considers nonlinear behavior of a structure; so it may prevent unfavorable mechanisms, in which inelastic deformations occur only in a few stories, and the structure will be more ductile. The building that is designed by energy-based method has more uniform story drifts and less scatter of drifts. There is no need to iteration in energy-based method because this method considers strength and stiffness of structures at the same time from the first of design procedure. Inelastic behavior of structures is considered in this method of design, so energy-based method may guarantee a predictable mechanism and a desired response of the structures during earthquakes.
