تعیین ضریب رفتار قاب¬های بتنی همراه با دیوارهای برشی پیش¬ساخته و درجا با استفاده از مدل¬سازی 3 بعدی

STUDENT

DEGREE

YEAR

Over the last few decades, employing precast concrete (PC) buildings as one of the industrial methods of construction is considered due to rapid population growth and the need for the rapid methods of construction. The main advantage of prefabrication is producing a large number of components in the shortest time. Notwithstanding the great advantages of PC buildings, different and sometimes weak performance of precast concrete connections compared to cast-in-place ones have posed problems for the widespread application of PC structures, especially in regions of high seismic risk. Hence seismic performance improvement of PC buildings and obtaining more comprehensive knowledge about their behavior have been always focus of attention by researchers. Nowadays, equivalent static and spectral dynamic analyses are applied by most of codes and guidelines for seismic design of structures. In this procedure, behavior factor (R) is the most important required parameter which reflects reduction in design force values that are justified on the basis of risk assessment, economics and nonlinear behavior. Nevertheless, most of the codes recommend the behavior factor values only based on some common force-resisting systems, whereas behavior factor depends on other parameters such as period, ductility, soil type and etc. On the other side, since seismic behavior of PC buildings are different from in-situ ones, evaluating behavior factor of the former is absolutely essential. Numerous studies have been conducted by various researchers on the seismic behavior of PC buildings, But the behavior factor of such structures has been less investigated. Moreover, 2D modelling method has been applied in the majority of studies conducted on the behavior factor of PC buildings. Thus the effect of plan irregularity is not considered in this method. The objective of this research is to estimate the behavior factor of PC buildings more realistically using 3D modelling. For this purpose, PC frames are studied in dual and building frame systems. The effect of two types of connection between precast panels, geometric and torsional irregularities in plan and type of lateral load distribution are considered in this study. Furthermore, Nonlinear static analysis was performed on structural models in order to evaluate the behavior factor of PC buildings ,and the results obtained were compared with those of in-situ ones. The results obtained demonstrate that the overall behavior factor of dual and building frame PC systems having the mean value of 6.34 and 7.22 respectively indicate higher values in comparison to code ones. However, the behavior factor of 12 story precast frames in plans having tortional integrity are not conservative. Key Words Precast Concrete Frame, Precast Concrete Shear Wall, Ductility, Behavior Factor, Nonlinear Static Analysis.

امروزه با توجه به رشد روزافزون جمعیت و نیاز به روش‌های سریع ساخت و ساز، استفاده از سازه‌های بتنی پیش‌ساخته به عنوان یکی از روش های صنعتی سازی مورد توجه قرار دارد. مزیت عمده پیش ساخته سازی، تولید قطعات به صورت انبوه و در کمترین مدت زمان است. با وجود مزایای فراوان سیستم‌های پیش‌ساخته، عملکرد متفاوت و بعضا ضعیف اتصالات سازه‌های پیش‌ساخته در مقایسه با سازه های بتنی درجا مشکلاتی را بر سر راه استفاده گسترده از این سازه‌ها به خصوص در مناطق با خطر لرزه ای زیاد ایجاد کرده است. لذا بهبود عملکرد لرزه ای سازه های پیش ساخته و کسب اطلاعات جامع تر در خصوص رفتار این گونه سازه ها همواره یکی از موضوعات مورد توجه محققین بوده است. امروزه در اکثر آیین‌نامه‌‌ها از تحلیل های خطی نظیر تحلیل استاتیکی معادل و دینامیکی طیفی برای طراحی لرزه ای سازه ها استفاده می شود. در این بین، ضریب رفتار مهم‌ترین پارامتر مورد نیاز است که منعکس کننده ارزیابی ریسک، ملاحظات اقتصادی و رفتار غیر خطی سازه در کاهش نیروی طراحی می باشد. با این وجود در این آیین‌نامه‌ها ضریب رفتار تنها برای تعدادی از سیستم‌های سازه‌ای متداول و به صورت عددی ثابت ارائه شده است؛ این درحالی است که ضریب رفتار یک سازه به عواملی چون پریود سازه، میزان شکل‌پذیری، نوع خاک محل و عوامل دیگر بستگی دارد. از طرفی دیگر، از آنجایی که رفتار لرزه ای سازه های بتنی پیش ساخته با سازه های بتنی درجا متفاوت است، تعیین ضریب رفتار سازه‌های پیش‌ساخته بتنی کاملا ضروری است. تحقیقات زیادی توسط محققین مختلف برای بررسی رفتار ساختمان‌های پیش‌ساخته در برابر بارهای لرزه‌ای صورت گرفته است. اما در این تحقیقات ضریب رفتار ساختمان‌های پیش ساخته کمتر مورد توجه قرار گرفته است. علاوه بر آن، در اکثر تحقیقاتی که در مورد ضریب رفتار ساختمان های پیش ساخته بتنی انجام شده اند از مدل سازی 2 بعدی برای بدست آوردن ضریب رفتار استفاده شده است؛ به این صورت که یک قاب با دهانه ها و ارتفاع های مختلف را مورد بررسی قرار داده و ضریب رفتار را مورد ارزیابی قرار می دهند؛ این در حالی است که تأثیرات ناشی از چگونگی قرار گرفتن ستون ها و دیوار ها در پلان دیده نمی شود؛ لذا اثر نامنظمی در پلان ساختمان در این روش در نظر گرفته نمی شود. هدف از انجام این تحقیق، تعیین ضریب رفتار ساختمان های بتنی پیش‌ساخته در مدل های 3 بعدی به منظور در نظر گرفتن اثرات نامنظمی در پلان و بررسی واقع بینانه تر این گونه سازه ها می باشد. برای این منظور، با استفاده از نرم افزار Perform-3D قاب های بتنی پیش ساخته به صورت ساده و دوگانه با تعداد طبقات 4، 8 و 12 طبقه در 4 نوع پلان مورد بررسی قرار می گیرند. در این بین، تاثیر دو نوع اتصال مابین پانل های پیش ساخته، نامنظمی هندسی و پیچشی در پلان و نوع الگوی بارگذاری جانبی بصورت مثلثی و یکنواخت مورد توجه قرار گرفته است. همچنین از روش تحلیل استاتیکی غیرخطی برای تعیین ضریب رفتار قاب های پیش ساخته استفاده شده و نتایج حاصل از آن با نتایج حاصل از تحلیل قاب‌های درجا مقایسه شده است. نتایج مدل سازی و تحلیل های انجام شده نشان داد که به طور کلی ضریب رفتار قاب های ساده و دوگانه پیش ساخته به ترتیب با داشتن میانگین ضریب رفتاری برابر با 34/6 و 22/7 مقادیر بیشتری را نسبت به مقادیر آیین نامه ای از خود نشان می دهند. اما مقادیر ضریب رفتار قاب های 12 طبقه در پلان هایی که دارای نامنظمی پیچشی هستند، به لحاظ آیین نامه ای خلاف جهت اطمینان می باشند. کلمات کلیدی: قاب بتنی پیش ساخته، دیوار برشی بتنی پیش ساخته، ضریب رفتار، تحلیل استاتیکی غیرخطی