بررسی اثر سیستم‌ سازه‌ای بر پتانسیل وقوع خرابی پیش‌رونده ناشی از حذف ستون‌ها در ساختمان‌های بتن مسلح

خرابی پیش رونده پدیده ای خاص در سازه ها است که در آن کل سازه و یا بخشی از آن به علت بروز آسیب یا گسیختگی موضعی در قسمت محدودی از سازه خراب می گردد. در این پدیده، خرابی اغلب به علت یک حادثه مانند انفجار در سازه شروع شده و سپس به دلایلی نظیر عدم بازتوزیع مناسب نیروها بین سایر اعضای سازه ای به دیگر بخش های سازه نیز پیش روی می نماید. در سال های اخیر مطالعه بر روی این پدیده به طور روزافزون مورد توجه قرار گرفته و تحقیقات زیادی از جنبه های مختلف بر روی این موضوع انجام شده است. یکی از حوزه های مورد مطالعه در این زمینه، بررسی اثر سیستم سازه ای بر پتانسیل وقوع خرابی پیش رونده در ساختمان ها است. یکی از متداول ترین انواع سازه های ساختمانی، ساختمان های بتن مسلح می باشد که در کشور ما نیز به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. در این ساختمان ها انواع مختلفی از سیستم های سازه ای نظیر قاب های خمشی بتنی ، سیستم های دوگانه قاب خمشی بتنی همراه با دیوارهای برشی بتنی و غیره به کار برده می شود. انتخاب یک سیستم سازه ای مناسب و نیز اقتصادی برای داشتن ایمنی بیشتر در مقابل پدیده خرابی پیش رونده مستلزم داشتن دانش کافی از رفتار این سیستم ها در برابر این پدیده خواهد بود. مساله ای که این مقاله به دنبال آن است، رسیدن به درک مناسب از رفتار انواع سیستم های سازه ای ساختمان های بتن مسلح در برابر پدیده خرابی پیش رونده و مقایسه این سیستم ها با یکدیگر می باشد. در این راستا پس از مرور ادبیات فنی در حوزه خرابی پیش رونده و بررسی ضوابط آیین نامه های موجود در این خصوص، مدل سازی های عددی لازم برای انجام مطالعات مورد نظر انجام پذیرفته است. مدل های عددی شامل قاب های 3، 7 و 10 طبقه بتنی در سه حالت قاب خمشی متوسط بتنی ، قاب خمشی ویژه بتنی و قاب خمشی متوسط بتنی همراه با دیوار برشی متوسط بتنی بوده است. بارگذاری و طراحی این قاب ها نیز در دو حالت با و بدون در نظر گرفتن ضوابط مربوط به کنترل خرابی پیش رونده انجام پذیرفته است. در حالت طراحی سازه ها با هدف پیش گیری از وقوع خرابی پیش رونده از ضوابط آیین نامه ufc-4-023-03 استفاده شده و این سازه ها تحت حالات مختلف حذف ستون مورد ارزیابی قرار گرفته اند. در نهایت ضوابط مربوط به تحلیل های خطی و غیرخطی این آیین نامه نیز با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که قاب های خمشی بتنی متوسط نسبت به سایر سیستم های سازه ای بتنی مورد بررسی در این مقاله، از نظر اقتصادی و نیز تحمل بارهای ناشی از حذف ستون رفتار بهتری از خود بروز می دهند. همچنین در سازه های مورد بررسی مشخص شده است که در آیین نامه ufc-4-023-03، ضوابط مربوط به تحلیل های غیرخطی حاشیه امنیت بالاتری را نسبت به تحلیل های خطی در نظر می گیرند.

Investigating the impact of structural systems on the potential for progressive collapse in reinforced concrete buildings due to column removal

Progressive collapse is a particular phenomenon in structures in which all or a part of the structure is collapsed due to a local damage or fracture in a limited part of the structure. This phenomenon is often triggered by an accident such as an explosion in the structure and then progresses for reasons other than the proper redistribution of forces between other members of the structure. In this phenomenon, failure is often triggered by an accident such as an explosion in the structure and then progressed to other parts of the structure due to some reasons such as inappropriate redistribution of forces between the other structural members. In recent years, study on progressive collapse in structures has been increasingly taken into account and a number of different researches have been conducted on this topic. One of the issues discussed in this regard is the impact of structural systems on the potential for progressive collapse in buildings. One of the most common types of building structures is reinforced concrete buildings that are also widely used in Iran. In these buildings, various types of structural systems such as ldquo;momentresisting frames systems rdquo;, ldquo;bearing wall systems rdquo;, ldquo;dual systems include momentresisting frames and shear wall rdquo;, etc. are used. Choosing an appropriate system to have more safety against a premature failure requires knowledge of the behavior of these systems against this phenomenon. Proposing and choosing an appropriate structural system to have more safety against the progressive collapse, taking account economic considerations, requires having sufficient knowledge of the behavior of these systems against this phenomenon. In this paper, an attempt has been made to compare the behavior of various structural systems of reinforced concrete structures against the progressive collapse. In this regard, after literature review on the researches and existing standards/codes provisions related to this issue, nine reinforced concrete frames different in structural systems or number of stories have been modeled and the behavior of these frames has been investigated. These frames consist of 3, 7, and 10story frames, as well as three structural systems: ldquo;Intermediate reinforced concrete moment frame rdquo;, ldquo;special reinforced concrete moment frame rdquo; and ldquo;Intermediate reinforced concrete moment frame + Intermediate reinforced concrete shear walls rdquo;. The loading and design of these frames is done in two ways: taking into account the criteria for progressive collapse, without taking into account these criteria. In the design of the structures with the aim of preventing a progressive collapse, the UFC402303 regulations have been used and these structures have been evaluated under different column removal scenarios. Finally, the provisions for linear and nonlinear analysis presented in this code are also compared. The results show that in terms of the ability to withstand the loads on the structure after column removal and also economic considerations, ldquo;Intermediate reinforced concrete moment frame rdquo; have better behavior than other structural systems studied in this paper. Moreover, in the studied structures, it is determined that the UFC402303 regulations, in the nonlinear analysis method, has been provided more conservative criteria compared with linear analysis.