بررسی رفتار لرزه‏ ای ساختمان‏های بلند لوله‏ ای با درنظرگرفتن اثرات اندرکنش خاک و سازه

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد سازه

2 استادیار، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه بین المللی امام خمینی

چکیده

در ساختمان‌های بلند با سیستم لوله‌ای ستون‌ها و تیرهای اطراف سازه وظیفه تحمل بارهای جانبی را به عهده دارند. در این سیستم سازه‌ای در حالت ایده‏ال کل سازه به صورت یک تیر طره رفتار کرده و ستون‏های سازه در دو وجه مقابل هم به‏طور‏یکنواخت به کشش و فشار باربری می‏نمایند ولی با توجه به تغییر‏شکل ایجاد‏شده در تیرهای محیطی سازه، یکنواختی تنش در ستون‏های محیطی دچار خلل شده و پدیده لنگی‏برشی ایجاد می‏گردد. میزان اثر پدیده لنگی‌برشی به عواملی مانند انعطاف‌پذیری تیرهای جانبی، فاصله و ابعاد ستون‌های جانبی، ارتفاع سازه و دیگر مشخصات سازه بستگی دارد. تعیین اثر پدیده لنگی‌برشی بر توزیع نیروی جانبی بین المان‌های سازه‌ای اهمیت زیادی دارد. در این تحقیق میزان تاثیر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه بر پدیده لنگی‌برشی، تغییرشکل‌ها، نحوه توزیع نیروهای جانبی بین ستون‌های محیطی ساختمان و روند تشکیل مفصل‌های پلاستیک در سازه‌های لوله‌ای بتن‌آرمه بررسی می‌شود. همچنین مقایسه‌ای بین نتایج تحلیل خطی و غیر‌خطی صورت گرفته و اثرات تشکیل مفصل‏های پلاستیک با در نظر گرفتن تاثیرات ثانویه P-Delta بر تغییرشکل‏ها و رفتار کلی سازه بررسی شده‌است. در این تحقیق با مدل کردن یک ساختمان بتنی 50 طبقه با سیستم لوله‌ای و تحلیل رفتار لرزه‏ای سازه تحت اعمال بارهای جانبی ناشی از زلزله در دو حالت ‌با و بدون در‌نظر‌‌گرفتن اثر اندرکنش‌خاک‌و‌سازه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که به‌‌طور‌‌کلی وجود اندرکنش‌خاک‌و‌سازه باعث کاهش پدیده لنگی‌برشی و افزایش تغییر‌شکل می‌شود همچنین تشکیل مفصل‏های پلاستیک اثر زیادی بر رفتارکلی و تغییر شکل سازه لوله‏ای خواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Seismic Behavior of Framed Tube Buildings Considering Soil Structure Interaction

نویسندگان [English]

  • Farzad Etedadi Aliabadi 1
  • Mohammad Mahdi Memarpour 2
1 Master in structural engineering, Qazvin, Iran
2 Faculty of Engineering and Technology Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran
چکیده [English]

In recent years, the framed tube system has been known as the most efficient structural system for the high-rise buildings. The entire lateral resistance in the framed tube structures is provided by closely spaced exterior columns and deep spandrel beams. A framed tube building suffers from the shear lag effects, which cause a nonlinear distribution of axial stresses along the face of the building so that the axial stress in the corner columns increases while it decreases in the interior columns. Shear lag depends on the perimeter columns size and spacing and flexibility of the spandrel beams. In this study, the influence of soil structure interaction (SSI) on shear lag phenomenon and deformation of reinforced concrete framed tube structures have been investigated and the results of linear and nonlinear analyses have been compared. In addition, P-Delta effects on some of the nonlinear static analyses have been considered and the sequence of plastic hinges formation has been investigated. The influence of SSI, the formation of plastic hinges and P-Delta effects have been determined by analyzing a 50-story reinforced concrete framed tube structure under seismic loading. The results show that SSI decreases shear lag and increases deformations of the structure. It also indicates that the formation of plastic hinges is so effective in deformation of the top stories and distribution of axial stresses in the top half of the building, and how P-Delta effects are important in deformation and strength of the framed tube structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Shear Lag
  • Framed Tube
  • Soil Structure Interaction
  • P-Delta Effects
  • Nonlinear Static Pushover Analysis
[1] Taranath, B.S. (2010). Reinforced Concrete Design of Tall Buildings. Taylor & Francis.
[2] Taranath, B.S. (2005). Wind and Earthquake Resistant Buildings Structural Analysis and Design. Marcel Dekker, Inc.
[3] Smith, B.S. and Coull, A. (1991). Tall Building Structures Analysis and Design. John Wiley and Sons, Inc.
[4] Günel, M.H. and Ilgin, H.E. (2014). Tall Buildings: Structural Systems and Aerodynamic Form. Taylor & Francis Group.
[5] Hummelen, J. (2010). Precast Concrete in Framed Tube High-Rise Structures. MSc Thesis, Delft University of Technology.
[6] Nouri, F. and Ashtari, P. (2013). Investigation of the Shear Lag Phenomenon and Structural Behavior of Framed-Tube and Braced-Tube Tall Structures. International Conference of Civil Engineering, Iran –Tabriz.
[7] Lee, K.K. and Lee, L.H. and Lee, E. J. (2002). Prediction of Shear Lag Effects in Framed-Tube Structures with Internal Tube(s). The Structural Design of Tall Buildings, 11(2), pages 73-92.
[8] Naderpour, H. and Kheyroddin, A. (2011). Investigation of the shear lag in RC tall buildings with tubular systems. Journal of Modeling in Engineering, Vol. 9, No. 26.
[9] Leonard, J. (2004). Investigation of Shear Lag Effect in High-rise Buildings with Diagrid System. MSc Thesis. Illinois Institute of Technology.
[10] Gaur, H. and Goliya, R.K. (2015). Mitigating Shear Lag in Tall Buildings. International Journal of Advanced Structural Engineering (IJASE), 7(3), pages 269-279.
[11] Mazinani, I. and Jumaat1a, M.Z. and Ismail, Z. and Chao, O.Z. (2014). Comparison of Shear Lag in Structural Steel Building with Framed Tube and Braced Tube. Structural Engineering and Mechanics, 49(3), pages 297-309.
[12] Hoseini Vaez, S.R. and Naderpour, H. and Kheyroddin, A. (2014). The Effect of RC Core on Rehabilitation of Tubular Structures. Journal of Rehabilitation in Civil Engineering.
[13] Kwan, A.K.H. (1994). Simple Method for Approximate Analysis of Framed Tube Structures. Journal of Structural Engineering, pages 1221-1239.
[14] Wolf, JP. (1985). Dynamic soil-structure interaction. Englewood Cliffs, N.J. Prentice-Hall, Inc.
[15] Gazetas, G. (1991). Foundation vibrations. Foundation engineering handbook, Springer, pages 553–93.
[16] Mylonakis, G. and Gazetas, G. (2000). Seismic soil-structure interaction: beneficial or detrimental. Journal of Earthquake Engineering, 4(3), pages 277-301.
[17] Gazetas, G. and Mylonakis, G. (1998). Seismic soil-structure interaction: new evidence and emerging issues. Geotechnical earthquake engineering and soil dynamics III, vol.2, pages 1119-74.
[18] Venanzi, I. and Salciarini, D. and Tamagnini, C. (2014). The effect of soil–foundation–structure interaction on the wind-induced response of tall buildings. Engineering Structures, Volume 79, pages 117–130.
[19] Stewart, J.P. and Fenves, G.L. and Seed, R.B. (1999). Seismic soil-structure interaction in buildings. I: analytical methods. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 125(1), pages 26-37.
[20] Mengke Lia and Xiao Lub and Xinzheng Lua and Lieping Yea. (2014). Influence of soil–structure interaction on seismic collapse resistance of super-tall buildings. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, Volume 6 (Issue 5), Pages 477–485.
[21] ACI-318-11, (2011). Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary. Prepared by American Concrete Institute committee 318.
[22] FEMA 356, (2000). Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings. Prepared by the SEAOC, ATC, and CUREE Joint Venture for the Federal Emergency Management Agency.
[23] NIST GCR 12-917-21, (2012). Soil-Structure Interaction for Building Structures. Prepared by the NEHRP Consultants Joint Venture, a partnership of the Applied Technology Council and the Consortium of Universities for Research in Earthquake Engineering, for the National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, Maryland.