مقایسه میراگرهای ویسکوز و هیسترزیس در کاهش آسیب‌پذیری لرزه‌ای ساختمان‌های فولادی بر اساس تقسیم اسکلت ساختمان به دو بخش داخلی و خارجی دارای اندرکنش دینامیکی

نوع مقاله : Articles

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد اراک، دانشگاه آزاد اسلامی، اراک، ایران

2 پژوهشکده مهندسی سازه، پژوهشگاه بین المللی زلزله شناسی و مهندسی زلزله، تهران، ایران

چکیده

برای جلوگیری از پیامدهای نامطلوب ناشی از طراحی بر اساس آیین‌نامه‌های متداول از جمله آوارگی هزاران نفر و لزوم تخریب و بازسازی ساختمان، طراحی سازه به‌صورت تعمیرپذیر با کمک جاذب‌های انرژی مورد توجه قرار گرفته است و در این راستا اخیراً توسط نویسندگان مقاله تقسیم سازه ساختمان به دو بخش داخلی و خارجی با پریودهای مختلف و استفاده از میراگرهای هیسترزیس با مشخصات  مناسب بین آن دو بخش به‌منظور استهلاک انرژی مورد  بررسی قرار گرفته است. در پژوهش حاضر برای استهلاک انرژی از میراگرهای ویسکوز بین دو بخش سازه استفاده شده و مکان و ضریب میرایی مناسب میراگرها تعیین و پاسخ‌های سازه با نتایج حاصل از به‌کارگیری میراگرهای هیسترزیس با سختی، مقاومت و قابلیت جذب انرژی مناسب مقایسه شده ­است. برای این منظور ابتدا با تقسیم یک ساختمان 5 طبقه به دو بخش و استفاده از مستهلک‌کننده‌های ویسکوز در تراز بام ضمن تشکیل معادلات حرکت و کدنویسی در محیط برنامه MATLAB به تعیین ضریب میرایی مناسب میراگر ویسکوز پرداخته شد و نتایج نشان داد که با انتخاب مقادیر مناسب برای این کمیّت می‌توان باعث جذب انرژی بالا و کاهش قابل ملاحظه دریفت طبقات ساختمان گردید. سپس سه ساختمان فولادی مهاربندی شده 5، 8 و 11 طبقه به کمک نرم‌افزار ETABS طراحی و به دو بخش داخلی و خارجی تقســیم و در نرم‌افزار PERFORM-3D مدل شد و در آنها از میراگر ویسکوز با ضریب میرایی مناسب حاصل از نرم‌افزار MATLAB استفاده گردید. از مقایسه عملکرد میراگر ویسکوز با ضریب میرایی مناسب و میراگر هیسترزیس، با سختی و مقاومت مناسب، مشخص شد در حالتی که از میراگرهای ویسکوز با ضریب میرایی مناسب استفاده شود ماکزیمم دریفت طبقه در سازه خارجی تقریباً 35 درصد و در سازه داخلی تقریباً 50 درصد نسبت به سازه یکپارچه کاهش می­یابد. این در حالی است که اگر از میراگر هیسترزیس با سختی و مقاومت مناسب استفاده شود ماکزیمم دریفت طبقه نسبت به سازه یکپارچه، در سازه خارجی تقریباً 20 درصد و در سازه داخلی تقریباً 65 درصد کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of Viscous and Hysteresis Dampers in Reducing the Seismic Vulnerability of Resistant Steel Buildings Based on the Division of the Building’s Structure into Inner and Outer Parts Having Dynamic Interaction

نویسندگان [English]

  • Abbas Taheri 1
  • Mahmoud Hosseini 2
  • Abdolreza S. Moghadam 2
1 Department of Civil Engineering, Arak Branch, Islamic Azad University, Arak, Iran
2 Structural Engineering Research Center, International Institute of Earthquake Engineering and Seismology (IIEES), Tehran, Iran
چکیده [English]

In order to avoid the adverse consequences of building design based on the conventional regulations, such as the necessity of evacuation of thousands of heavily-damaged buildings and their demolishment and reconstruction, the design of the structure in such a way to be repairable even after a major earthquake is a desired alternative design method. In this regard, the authors of the paper recently proposed dividing the building’s structure into two parts, inner and outer, with different periods, and using hysteresis dampers with suitable properties between them for energy dissipation. In the present study, the use of viscous dampers between the two parts of the structure for energy dissipation has been studied and the optimal locations and damping coefficient of the dampers have been determined. For this purpose, first, by dividing a 5-storey building into two sections and by using viscous dampers at the roof level, formulating the equations of motion and coding them in MATLAB platform, the appropriate damping coefficient of the viscous dampers was obtained. The results showed that by choosing the proper damping values, the system could absorb high amount of energy and significantly reduce the drift of the building stories. Then, three 5-, 8- and 11-story steel braced-frames buildings were designed using ETABS software and were divided into inner and outer parts, and modeled for seismic response analyses in PERFORM-3D software. Based on these analyses, performances of viscous dampers with appropriate damping coefficient and hysteresis dampers with appropriate stiffness and strength were compared. Results show that when viscous dampers with appropriate damping coefficient are used, the maximum story drift will be reduced by approximately 35% in the outer structure and approximately 50% in the inner structure relative to the integrated original structure. However, if the hysteresis dampers are used with the proper stiffness and strength, the maximum story drift relative to the integrated original structure will be reduced by approximately 20% in the outer structure and 65% in the inner structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Directed Damage
  • Hysteretic and Viscous Dampers
  • Nonlinear dynamic analysis
  • MATLAB
  • PERFORM-3D
  1. Ziyaiefar, M. (2006) Vertical seismic isolation method in steel structures against earthquake. 6th International Conference on Seismology and Earthquake Engineering, International Institute of Seismology and Earthquake Engineering, pp. 1611-1620.
  2. Hejazi, F., Dalili, M. (2010) Coupling Parallel Buildings by Supplemental Viscous Damper Device. Proceedings of the International Conference on Computing in Civil and Building Engineering, pp. 361-370.
  3. Wijaya, M., Yamao, T. (2013) Seismic Performance Investigation of the Folded Cantilever Shear Structure. International Journal of Civil Engineering and Technology, pp. 145-153.
  4. Abdelraheem Farghaly, A. (2014) Optimization of Viscous Dampers with the Influence of Soil Structure Interaction on Response of Two Adjacent Buildings under seismic load. IOSR Journal of Engineering, pp. 18-27.
  5. Annapurna, V., Vankudre, S. (2014) Vibration Control of Adjacent Buildings Connected with Selected Types of Dampers, International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), pp. 1431-1436.
  6. Jamshidi, J., Hosseini, M. (2015) Dividing the building structure into two parts with dynamic interaction. 2nd International Conference on Earthquake Resistant City”, pp. 352-360.
  7. Bougteb, Y., Ray, T. (2018) Choice between series and parallel connections of hysteretic system and viscous damper for seismic protection of structures. Journal of Earthquake Engineering & Structural Dynamics, pp. 352-360.
  8. Taheri, A., Hosseini, M. and Moghadam, A.S. (2018) Creation of innovative earthquake resistant steel buildings by dividing the structure into inner and outer parts having interaction by hysteretic dampers. JVE International Ltd. Journal of Vibroengineering, pp. 477-493.
  9. Taheri, A. (2017) Dividing the Building’s Skeleton into Two Inner and Outer Interactive Parts and Using Yielding Dampers between them for Seismic Response Reduction. Ph.D. Dissertation submitted to Dept. of Civil Eng., Arak Branch of the Islamic Azad University, Arak, Iran.
  10. Iranian Code Of Practice For Seismic Resistant Design Of Buildings (2015) Standard No. 2800 4th edition.
  11. Federal Emergency Management Agency (2006) Pre-standard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, FEMA-356.
  12. American Building Society of Civil Engineers (2010) Minimum design loads for buildings and other structures.
  13. ATC-40, Applied Technology Council (1998) California Seismic Safety Commission.