رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های بتنی قالب‌تونلی با توزیع غیریکنواخت جرم در ارتفاع

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

2 مهندسی سازه، پژوهشگاه بین‌المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران

چکیده

توزیع غیریکنواخت جرم در ارتفاع یکی از منابع مهم شکل‌گیری نامنظمی در ساختمان‌ها بوده که حین زلزله می‌تواند منجر به تمرکز تغییرشکل‌های غیرخطی و به دنبال آن خرابی‌های موضعی یا کلی در ساختمان گردد. نظر به کمبود اطلاعات و تجربه رفتار در زلزله‌های قوی ﮔﺬشته در ساختمان‌های بتنی با سیستم نوین قالب‌تونلی، ارزیابی آسیب‌ﭘﺬیری لرزه‌ای ساختمان‌های دارای نامنظمی جرمی در ارتفاع امری ضروری می‌نماید. در این تحقیق، رفتار لرزه‌ای ساختمان‌های قالب‌تونلی 5 و 10 طبقه با الگوهای مختلف نامنظمی جرمی در ارتفاع در محدوده تغییرشکل‌های غیرخطی مورد مطالعه قرار گرفت. بدین منظور سطوح عملکرد لرزه‌ای ساختمان‌های مورد مطالعه تحت زلزله طرح با استفاده از تحلیل‌های تاریخچه زمانی و بار افزون بررسی شد. برآورد منحنی‌های شکنندگی در سطوح مختلف شدت از دیگر دستاوردهای این تحقیق است. نتایج بیانگر عملکرد مطلوب سیستم ساختمانی مورد مطالعه و تامین سطح عملکرد قابلیت استفاده بی‌وقفه تحت حداکثر زلزله طراحی استاندارد 2800 می‌باشد. به علاوه، مشخص شد که پاسخ مودی ارتعاشی در سیستم متاثر از ارتفاع ساختمان و الگوهای توزیع جرم در ارتفاع نیست. به نظر می‌رسد، بند پنجم از ضوابط ابلاغی مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن ایران در خصوص طرح و اجرای ساختمان‌های بتنی با سیستم قالب‌تونلی که بر منظم بودن در ارتفاع تاکید می‌کند، حداقل برای مدل‌ها و الگوهای نامنظمی مورد مطالعه، سختگیرانه و محتاطانه است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Seismic Behavior of Tunnel Form Reinforced Concrete Buildings with Mass Irregularity in Elevation

نویسندگان [English]

  • Abdolreza S.Moghadam 2
  • Vahid Mohsenian 3
2 Structural Engineering Research Center, International Institute of Earthquake and Seismology, Tehran, Iran
3 Department of Civil Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
چکیده [English]

Non-uniform mass distribution in elevation is one of the main sources of irregularity in buildings that could lead to concentration of nonlinear deformations followed by local or global damage to buildings during earthquake excitation. Considering lack of accurate information about behavior of tunnel form RC buildings in preceding earthquakes, it is required to evaluate vulnerability of such buildings with mass irregularity in elevation. In this research, seismic behavior of tunnel form RC buildings with heights of 5 and 10 stories, having different patterns of non-uniform mass distributions in elevation is studied in the nonlinear deformation range. For this purpose, seismic performance levels of understudied buildings under design earthquake are determined using time history analysis as well as pushover analysis. Fragility curves are developed by analytical approach for different hazard levels. The results show excellent performance of this structural system and placement in immediate occupancy performance level under maximum design earthquake Iranian seismic code (standard No. 2800). Moreover, modal vibration response of the system is not influenced by building height and height-wise mass distribution pattern. It seems that the provision No. 5 of regulations issued by Road, Housing & Urban Development Research Center of Iran pertaining to design and construction of tunnel form RC buildings, which stipulates that this type of buildings have to be regular in elevation, is so strict and conservative for the studied models with selected patterns of mass irregularities.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tunnel Form System
  • performance level
  • Mass irregularity
  • Irregularity in elevation
  • Fragility curves
[1] Khan, A.N. and Javed, M. (2015). Fundamental Principles of Earthquake Resistant Design Planning & Construction. Lecture notes, University of Engineering and Technology, Peshawar, Pakistan, Vol. 19,1-78.
[2] Das, S. and Nau, M. Seismic Design Aspects of Vertically Irregular Reinforced Concrete Buildings. (2003). Earthquake Spectra, Vol. 19, 455–477.
[3] De Stefano, M., Marino, E.M. and Viti, S. (2005). Evaluation of Second Order Effects on the Seismic Response of Vertically Irregular RC Framed Structures, Proceedings of the 4th European workshop on the seismic behavior of irregular and complex structures, Thessaloniki, Greece.
[4] Michalis, F.,Vamvatsikos, D. and Monolis, P. (2006). Evaluation of the Influence of Vertical Irregularities on the Seismic Performance of a Nine-Storey Steel Frame, Earthquake Engineering and Structural Dynamics, 35, 1489-1509.
[5] Al-Ali, A. A. K. and Krawinkler, H. (1998). Effects of Vertical Irregularities on Seismic Behaviour of Building Structures, Department of Civil and Environmental Engineering, Stanford University San Francisco. Report No. 130.
[6] Vinod, K.S., Gregory, A.M. and Brucel, D. (2009). Determination of Structural Irregularity Limits-Mass Irregularity Example, Bulletin of the New Zealand and Society for Earthquake Engineering, Vol. 42, 288–301.
[7] Choi, B.J. (2004). Hysteretic Energy Response of Steel Moment-Resisting Frames with Vertical Mass Irregularities, Structural Design of Tall and Special Buildings, Vol. 13, 123 -144.
[8] Balkaya, C. and Kalkan, E. (2004). Seismic Vulnerability, Behavior and Design of Tunnel Form Building Structures; Engineering Structures, 26 (14), 2081-2099.
[9] Goel, R.K. and Chopra, A.K. (1998). Period Formulas for Concrete Shear Wall Buildings, Journal of Structural Engineering, 124(4), 426-433.
[10] Lee, L.H., Chang, K.K. and Chun, Y.S. (2000). Experimental Formula for the Fundamental Period of RC Building with Shear Wall Dominant Systems. The Structural Design of Tall Buildings, 9 (4), 295-307.
[11] Klasanovic, I., Kraus, I. and Hadzima-Nyarko, M.a. (2014). Dynamic Properties of Multistory Reinforced Concrete Tunnel-Form Building - A Case Study in Osijek, Croatia. Forecast Engineering: Global Climate change and the challenge for built environment, 17-29 August, Weimar, Germany.
[12] Tavafoghi, A. and Eshghi, S. (2008). Seismic Behavior of Tunnel Form Concrete Building Structures. The 14th World Conference on Earthquake Engineering, Beijing, China, 12-17 October.
[13] Tavafoghi, A. and Eshghi, S. (2011). Evaluation of Behavior Factor of Tunnel-Form Concrete Building Structures Using Applied Technology Council 63; The Structural Design of Tall and Special Buildings, 22(8), 615-634.
[14] Balkaya, C. and Kalkan, E. (2003). Seismic Design Parameters for Shear-Wall Dominant Building Structures; The 14th National Congress on Earthquake Engineering, Mexico.
[15] Yuksel, S.B. and Kalkan, E. (2007). Behavior of Tunnel Form Buildings under Quasi-Static Cyclic Lateral Loading; Structural Engineering and Mechanics, 27 (1), 99-115.
[16] Kalkan, E. and Yuksel, S.B. (2007). Pros and Cons of Multi Story RC Tunnel-Form (Box-Type) Buildings, The Structural Design of Tall and Special Buildings, 17 (3), 601-617.
] 17 [ بهشتیاول، س.ب. و محسنیان، و. ) 1336 (. برآورد چند سطحی ضریب رفتار برای سازههای بتنآرمه با سیستم قالب تونلی، مجله علمی پژوهشی
- - . عمران شریف، دوره 33 2 ، شماره 1 2 ، صفحات 53 تا 53
] 10 [ بهشتیاول، س.ب. و محسنیان، و. ) 1335 (. مدل احتمالاتی عملکرد لرزهای سازههای ساختمان بتنی قالب تونلی، نشریه مهندسی سازه و ساخت،
. دوره 3، شماره 3، صفحات 42 تا 57
] 13 [ محسنیان، و.؛ بهشتیاول، س.ب. و دربانیان، ر. ) 1336 (. روش زماندوام، جایگزینی مناسب برای روش مرسوم تحلیل دینامیکی در تخمین رفتار
- - . لرزهای سازههای بتنی قالبتونلی، مجله علمی پژوهشی عمران شریف، دوره 33 2 ، شماره 3 2 ، صفحات 143 تا 153
] 21 [ بهشتیاول، س.ب.؛ محسنیان، و. و نیکپور، ن. ) 1334 (. مشخصات لرزهای سازههای بتنی قالبتونلی با پلان نامنظم، مجله علمی پژوهشی مکانیک
سازهها و شارهها، دوره 5، شماره 3، صفحات 1 تا 15 .
] 21 [ بهشتیاول، س.ب؛ محسنیان، و. و نیکپور، ن. ) 1334 (. مطالعهای بر عملکرد لرزهای سازههای بتنآرمه قالبتونلی با پلان نامنظم، مجله عمران
- - مدرس، دوره 33 2 ، شماره 3 2 ، صفحات 3 تا 16 .
] 22 [ محسنیان، و.؛ رستمکلایی، س.؛ سروقدمقدم، ع. و بهشتیاول، س.ب. ) 1336 (. بررسی حساسیت لرزهای ساختمانهای بتنی قالبتونلی به خروج از
- - مرکزیت جرم در پلان، مجله علمی پژوهشی عمران شریف، دوره 33 2 ، شماره 3 2 ، صفحات 3 تا 16 .
] 23 [ محسنیان، و.؛ اصیل قرهباغی، س. و بهشتیاول، س.ب. ) 1335 (. ارزیابی موردی قابلیت اعتماد لرزهای ساختمانهای بتنی قالبتونلی با احتساب
. تاثیر پدیده اندرکنش خاک و سازه، نشریه علمی پژوهشی علوم و مهندسی زلزله، سال 3، دوره 3، صفحات 11 تا 23
] 24 [ فناوریهای تایید شده در راستای جزء 6 2 ، بند "د"، تبصره 6، گامی در صنعتی سازی ساختمان، ) 1306 (. ویرایش اول، انتشارات مرکز تحقیقات -
. ساختمان و مسکن، صفحات 11 و 12
] 25 [ .) مجموعه استانداردها و آییننامههای ساختمانی ایران، آییننامه طراحی ساختمانها در برابر زلزله )استاندارد 2011 ( ، ویرایش چهارم، ) 1333
نشر مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.
[26] ACI Committee 318, Building Code Requirements for Structural Concrete (ACI 318-08) and Commentary, (2007). American Concrete Institute.
[27] Computers and Structures Inc. (CSI), Structural and Earthquake Engineering Software, ETABS, Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems Nonlinear Version 9.5.0, (2008). Berkeley, CA, USA.
[28] Paulay, T. and Binney, J.R. (1974). Diagonally Reinforced Coupling Beams of Shear Walls, Shear in reinforced concrete, ACI Special Publications 42, 579-598.
[29] Computers and Structures Inc. (CSI), Structural and Earthquake Engineering Software, PERFORM-3D Nonlinear Analysis and Performance Assessment for 3-D Structures, Version 4.0.3, (2007). Berkeley, CA, USA.
] 31 [ 1305 (. فصل ششم ( ،) سازمان مدیریت و برنامهریزی کشور، دستورالعمل بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود )نشریه شماره 361 .
[31] ASCE, (2007). Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, ASCE/SEI41-06, American Society of Civil Engineers.
] 32 [ بهشتیاول، س.ب. ) 1331 (. بهسازی لرزهای ساختمانهای موجود، جلد اول، چاپ اول، انتشارات دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی،
. صفحات 131 تا 144
[33] Cimellaro, G.P., Reinhorn, A.M., Bruneau, M. and Rutenberg, A. (2006). Multi-Dimensional Fragility of Structures: Formulation and Evaluation, Multidisciplinary Center for Earthquake Engineering Research (MCEER).
[34] Beheshti-Aval, S.B., Masoumi-Verki, A. and Rastegaran, M. (2014). Systematical Approach to Evaluate Collapse Probability of Steel MRF Buildings Based on Engineering Demand and Intensity Measure, International Journal of Structural Analysis & Design– IJS, 1(2), 14-18.
[35] Khalvati, A.H. and Hosseini, M. (2008). A New Methodology to Evaluate the Seismic Risk of Electrical Power Substations, The 14th WCEE, Beijing, China, October 12-17.
[36] PEER Ground Motion Database, Pacific Earthquake Engineering Research Center, Web Site: http://peer.berkeley.edu/peer ground motion database