اثر اندرکنش سازه– خاک– سازه بر پاسخ لرزه‌ای سازه‌های قاب خمشی فولادی کوتاه، میان و بلند‌مرتبه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی سازه/ دانشگاه زنجان

2 گروه عمران، دانشکده مهندسی، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

چکیده

وضعیت‌های ناشناخته و یا عوامل در نظر گرفته نشده در طراحی یک سازه مانند مشخصات خاک زیر آن و نیز وجود سازه‌های مجاور، می‌توانند بر ضریب اطمینان طراحی و به تبع آن، قیمت تمام شده پروژه تاثیرگذار باشند. از این رو، این مطالعه به بررسی اثرات اندرکنش سازه و خاک و نیز اثرات همزمان این اندرکنش با حضور سازه مجاور بر پاسخ لرزه‌ای سه ساختمان بنچمارک قاب خمشی فولادی 3، 9 و 20 طبقه در شش حالت مختلف همسایگی میان آن‌ها و در سه فاصله مختلف پرداخته است. برای اعمال اثرات اندرکنش خاک و سازه، ماتریس سختی محیط خاک، از طریق تحلیل مدل دوبعدی کرنش مسطحه در نرم‌افزار آباکوس به دست آمده و با استفاده از مجموعه‌ای از المان‌های از پیش تعریف شده و المان جدید گسترش‌یافته در نرم‌افزار اپن‌سیس به مدل‌های دو‌بعدی غیرخطی از سازه‌ها اضافه می‌گردد. میانگین نتایج به دست آمده از تحلیل تاریخچه زمانی تحت اثر ده رکورد لرزه‌ای حوزه دور نشان می‌دهند، که تاثیر اندرکنش خاک و سازه در پاسخ سازه بلندمرتبه 20 طبقه نسبت به دو سازه‌ی دیگر قابل‌توجه‌تر است و منجر به افزایش 9 درصدی بیشینه‌ی میانگین نسبت دریفت و کاهش 99/6 درصدی میانگین برش پایه در این سازه‌ نسبت به حالت بستر صلب می‌گردد. به علاوه، وجود سازه‌های بلندمرتبه و میان‌مرتبه همسایه، بیشینه‌ی میانگین نسبت دریفت سازه‌ی کوتاه‌مرتبه را در نزدیک‌ترین فاصله‌ی دو سازه به ترتیب 44/10 و 36/9 درصد و میانگین برش پایه در این سازه را به ترتیب 87/2 و 93/3 درصد نسبت به حالت بدون همسایگی افزایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Structure – Soil – Structure Interaction (SSSI) effects on seismic responses of low-, mid- and high-rise steel moment resisting frame structures

نویسندگان [English]

  • Amirhosein Fatollahpour 1
  • Seyyed Asghar Arjmandi 2
  • Ehsan Tafakori 2
1 Msc. student of structural engineering/ University of Zanjan
2 Civil Engineering Group, Engineering Department, University of Zanjan, Zanjan, Iran.
چکیده [English]

Unknown situations or factors in design of a structure such as underlying soil characteristics and presence of adjacent structures can affect the reliability, and consequently, the cost of the project. Therefore, the effects of soil-structure interaction as well as the simultaneous effects of this interaction in the presence of adjacent structures on the seismic response of 3, 9 and 20-story benchmark steel moment resisting frame structures are investigated, including six different adjacency cases of the structures in three different distances. The effect of soil-structure interaction is considered by using a hybrid method, in which the stiffness matrix of soil system is obtained through analysis of a two-dimensional model in Abaqus considering a plain strain condition. Then, the matrix is added to the nonlinear 2D model of the structure by using a set of pre-defined and a new developed element in OpenSEES. The results obtained from the time history analysis under ten far-field earthquake records show that the effect of soil-structure interaction on the response of a 20-storey high-rise structure is more significant than the other two structures and leads to a maximum increase of 9 percent in the maximum average drift ratio and decrease of 6.99 percent in the average base shear in this structure compared to fixed base. In addition, the presence of high-rise and mid-rise adjacent structures increase the maximum average drift ratio of low-rise structures by 10.44 and 9.36 percent and the average base shear in this structure by 2.87 and 3.93 percent, respectively.

کلیدواژه‌ها [English]

  • soil-structure interaction (SSI)
  • Structure – Soil – Structure Interaction (SSSI)
  • Substructure Method
  • Finite Element Method (FEM)
  • Steel Moment Resisting Frame