بررسی تاثیر مهاربند بر عملکرد و انهدام پیش رونده سازه‌های بلند فولادی با دهانه‌های بزرگ ورودی به همراه حذف ستون

در ساخت سازه‌های بلند یکی از مهمترین نکات مورد توجه طراحان ایجاد ورودی بزرگ در طبقات پایین ساختمان می‌باشد. نیاز به وجود چنین دهانه‌های بزرگی عمدتا بدلیل مسائل معماری همچون ترافیک زیاد عبور و مرور در ورودی ساختمان، مسائل زیبایی شناسی و ورودی پارکینگ‌ها است. ایجاد این دهانه‌های بزرگ چنانچه با حذف یک ستون همراه باشد موضوع را با مسائل دیگری از مباحث سازه‌ای همچون اثر توالی ساخت، انهدام پیش‌رونده، بارهای حین اجرا و وجود یا عدم وجود تکیه گاه‌های کمکی (شمع‌های موقت) پیوند زده و مسئله را پیچیده تر می‌نماید. در این مطالعه 36 سازه منظم 10، 20 و 30 طبقه با ارتفاع 40 تا 120 متر، با سیستم قاب خمشی در برنامه etabs در نظر گرفته شد. برای بارگذاری ثقلی ساز‌ه‌ها از مبحث ششم مقررات ملی ساختمان و برای محاسبه و بارگذاری بارهای جانبی زلزله از استاندارد 2800 ایران استفاده گردیده است. پس از تحلیل دینامیکی طیفی و آنالیز بار افزون سازه‌های مذکور رفتار آنها از دیدگاه سازه‌ای و اثر استفاده از مهاربند در یک تا چهار طبقه بالایی ستون حذف شده مورد بررسی قرار گرفت. در سازه‌های مورد بررسی تغییرات روند تشکیل مفصل پلاستیک، سطح عملکرد سازه، نسبت نیاز به ظرفیت المان‌های سازه، زمان تناوب مود اول و جابه‌جایی جانبی نسبی در حالت حذف ستون کناری مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین تاثیر حذف ستون کناری به منظور ایجاد ورودی بزرگ برای ساختمان، بر احتمال خرابی پیش رونده سازه 10 طبقه فولادی مورد مطالعه قرار گرفت.  نتایج نشان داد که استفاده از مهاربند برای تقویت تیر دهانه بزرگ راه حل مناسب و اقتصادی است به ویژه مهاربندهای 7 عملکرد بهتری را در مقایسه با مهاربند شورون نشان می‌دهند، در صورتی که تعداد طبقات مهاربندی شده بالای دهانه مورد نظر تا قبل از نقطه عطف ساختمان باشند. زیرا در حالتی که مهاربندها وارد ناحیه مجاور نقطه عطف ساختمان گردند به علت شکل‌پذیری پایین در فشار،  با خرابی در فشار سبب کاهش سطح عملکرد ساختمان می‌شوند. اولین مفصل پلاستیک در هر سطح عملکردی از محل نقطه عطف آغاز می‌شود و در نتیجه استفاده از المان‌های با شکل‌پذیری پایین در این نواحی سبب کاهش شکل‌پذیری سازه می‌گردد. سازه‌های با مهاربند 7 در اکثر موارد دارای ابعاد المان کوچک‌تری نسبت به سازه‌های با مهاربند شورون بوده و اقتصادی‌تر می‌باشد. سازه‌هایی که صرفا با افزایش ابعاد مقاطع تیر و ستون و بدون اضافه نمودن مهاربند تقویت شده‌اند، نسبت به سازه‌های دارای مهاربند مقاومت بیشتری دارند. هر چند که در این حالت ابعاد تعداد زیادی از مقاطع نسبت به سازه‌های مهاربندی شده در برخی موارد تا چند برابر افزایش می‌یابد و لذا این افزایش مقاومت با افزایش زیاد هزینه توام خواهد بود. نتایج حاصل از آنالیز بار افزون و طراحی بر اساس عملکرد نشان داد در صورتی که سازه از ابتدا با فرض عدم وجود ستون طبق روش‌های متداول آیین‌نامه طراحی گردند، با در نظر گرفتن نکاتی، سازه‌ دچار کاهش سطح عملکرد نمی‌گردد و بطور کلی بهتر است از مهاربند‌های با شکل‌پذیری بالاتر استفاده شود.

investigation of the effect of bracing on the performance and progressive collapse of steel tall buildings including long-span entrance and removed column

one of the essential points of interest for designers in constructing the tall building is to create a large entrance to the lower floors of the building. such large openings are mainly because of architectural issues such as high traffic congestion, aesthetics, and parking. creating these large openings, if accompanied by the removal of a column, connects the case with other structural issues such as the effect of the construction sequence, progressive collapse, loads during execution, and the presence or absence of auxiliary supports (temporary piles) and making the problem more complicated. this study considered 36 regular structures of 10, 20, and 30 floors with a height of 40 to 120 meters with the moment resistance frame system in the etabs software. the iranian national building code part 6 has used for load gravity of structures, and the iranian standard no. 2800 has used for calculation and loading of lateral earthquake loads. after spectral dynamic analysis and pushover analysis of the mentioned structures, we examined their behavior from the structural point of view and the effect of using bracing in one to four upper floors of the removed column. in the studied structures, evaluated the changes in plastic hinges formation, structural performance level, demand- capacity ratio(dcr) of structural elements, period of the first mode, and drift in the exterior (non-corner) column removal.also studied the effect of elimination on the exterior column to create a large entrance to the building on theprobability of progressive collapse of the 10-story steel structure. the results showed that braces to strengthenthe large span beam is a convenient and economical solution. in particular, the v braces show betterperformance than the chevron brace if the number of braced floors above the desired span is before thebuilding's inflection point. because when the braces enter the area adjacent to the building's inflection point,they reduce the building's performance level with failure in the pressure because of the low ductility in thepressure. the first plastic hinge at any performance level starts from the inflection point. as a result, the useof low ductility elements in these areas reduces the structure's ductility. in most cases, v brace structures have smaller elements than structures with chevron braces and are more economical. buildings that are reinforced only by increasing the beam and column sections' dimensionswithout adding bracing have more strength than bracing structures. however, many sections' measurements compared to the braced buildings sometimes increase several times in this case. therefore, this increase in strength will be accompanied by an enormous increase in cost. the results of pushover analysis and performance-based design showed that if the structure was designed from the beginning according to the standard code design, assuming the absence of columns, the building does not experience a reduction in performance and is better than using braces with higher ductility.