Abstract
In most seismic building codes, the design base acceleration is computed using the natural period of vibration of the structure. Design specifications provide empirical formula to estimate the fundamental natural period of a system. In this study a class of steel plate shear walls, that have uniform properties through their height, was considered. The fundamental natural periods of this class of structures were determined using three dimensional geometrically linear finite element analyses and were compared against the estimates provided by seismic design specifications. Comparisons reveal that estimations using approximate formula can lead to unsatisfactory results. Based on this observation a simple hand method has been developed to predict the fundamental period of a steel plate shear wall. In the development of the hand method the steel plate shear wall has been recognized as a vertical cantilever for which simplified analytical solutions exist. Contributions of shear and bending stiffness of the wall have been explicitly taken into account. Furthermore, this simple method has been extended to dual systems having plate walls and special moment frames in the context of theories on wall-frame structures. Natural period estimations using the method that was developed in this study are compared with the finite element solutions and a good agreement is demonstrated. In addition, the effects of geometrical and material nonlinearities on the fundamental period were explored. The fundamental periods of steel plate walls were investigated at various drift levels. Based on the numerical analysis, elongation of the periods due to buckling and yielding of infill plates were quantified and are presented herein
چکیده
در بسیاری از قوانین ساختمان سازی لرزه ای، شتاب پایه طراحی با استفاده از دوره طبیعی لرزش ساختار محاسبه می شود. مشخصات طراحی فرمول تجربی را به منظور برآورد دوره طبیعی اساسی یک سیستم فراهم میکند. در این مطالعه یک گروه از دیوارهای برشی صفحات فولادی، که دارای خواص یکنواخت از از نظر ارتفاع میباشند، در نظر گرفته شد. دوره های طبیعی اساسی این دسته از سازه ها با استفاده از تجزیه و تحلیل عامل محدود هندسی خطی مشخص شد و در برابر تخمین های ارائه شده توسط مشخصات طراحی لرزه ای مورد مقایسه قرار گرفتند. مقایسه نشان میدهد که تخمینها با استفاده از فرمول تقریبی میتواند به نتایج نامطلوب منجر شود. بر اساس این مشاهده یک روش دستی ساده برای پیش بینی دوره های اساسی یک دیوار برشی صفحه فولادی توسعه داده شده است. در توسعه روش دستی دیوار برشی صفحه فولادی به عنوان یک پایه عمودی برای وجود آن راه حل های تحلیلی ساده شناخته شده است. سهم سختی برش و خمش دیوار قبلا با صراحت در نظر گرفته شده است. علاوه بر این، این روش ساده شده برای سیستم های دوگانه دارای دیوارهای صفحهای و چارچوب اندازه حرکت خاص در زمینه تئوری در ساختارهای دیوار-قاب گسترش داده شده است. برآوردهای دوره طبیعی با استفاده از روش هایی که در این مطالعه توسعه داده شد با راه حل اجزاء محدود مقایسه و تطابق خوبی نشان داده شده است. علاوه بر این، اثرات غیر خطی هندسی و مواد در دوره اساسی بررسی شدند. دورههای اساسی دیوارهای صفحه فولادی در سطوح مختلف رانش مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس تجزیه و تحلیل عددی، ازدیاد طول دورهها به علت کمانش و بازده صفحات پر صورت گرفت و در اینجا ارائه شده اند.
1-مقدمه و پیش زمینه
دیوارهای برشی صفحه فولادی (SPSW) را میتوان در ساختمان ها برای مقاومت در برابر نیروهای تولید شده در طی زلزله استفاده کرد. در نمونه صفحات پر فولاد سیستم SPSW که یک گزارش بالا و گسترده ای از عناصر سفت افقی و عمودی مرز (HBE و VBE) متصل میشوند. این سیستم نتیجه شده پایه ای است که شبیه به یک صفحه مشبک است. فلسفه های طراحی برای سیستم های SPSW را میتوان به دو دسته تقسیم کرد. طراحیهای قبلی از صفحات ضخیم یا سفت برای جلوگیری از کمانش ناشی از تنش های برشی تشکیل شده در سطوح کم بار بهره میگیرد. طرحهای جدید، از صفحات نازک تر بهره میگیرد و به ظرفیت فرا کمانش بستگی دارد. مطالعات تجربی و عددی [1-16] گزارش شده که تا به امروز نشان داد که سیستم های SPSW دارای سختی بالا، ظرفیت جذب انرژی بسیار عالی و ویژگی های پسماند با ثبات است.
بسیاری از قوانین ساختمان سازی لرزه ای [17-19] عباراتی را برای طراحی شتاب پایه به عنوان تابعی از دوره طبیعی ساختار ارائه میدهد. بنابراین، محاسبات دقیق دوره های اساسی طبیعی بالاترین اهمیت را در تعیین مقدار نیروهای جانبی در طراحی دارد.
برای تعیین دوره اساسی لرزش ساختار، عبارات بر اساس روش دینامیک سازه (به عنوان مثال روش Reyleigh یا کامپیوتر بر اساس تجزیه و تحلیل مقادیر ویژه) بر اساس مشخصات طراحی مانند ASCE 7 ]17[، Eurocode 8 ]18[ و ملی کد ساخت کانادا (NBCC) ]19[ مجاز است. علاوه بر این، مشخصات طراحی فرمولهای تجربی به منظور برآورد دوره های اساسی ساختار را فراهم میکند. معمولا، این فرمولها به نوع سیستم سازه ای، مواد مورد استفاده و ابعاد ناخالصی بستگی دارد...