گسترش تحليلي مشاركت مودهاي بالاتر در تخمين پاسخ لرزه‌اي سازه‌هاي بلند مرتبه قاب محيطي خمشي داراي المان‌هاي زيپر بزرگ ‌مقياس

Analytical Extension of Higher Modes Participation in The Estimation of Seismic Response of Tall Hybrid Framed Tube Structures comprising Mega Zipper Elements

اين مقاله در برگيرنده يك نگرش محاسباتي بر كارايي تحليلي روش پوش‌آور مودال در پيش‌بيني پارامترهاي پاسخ غيرخطي سازه بلند مرتبه قاب محيطي خمشي فولادي داراي پيكربندي المان‌هاي زيپر بزرگ مقياس است. دقت نتايج اين روش از طريق مقايسه با پاسخ‌هاي معيار حاصل از دو مجموعه تحليل‌هاي غيرخطي تاريخچه زماني، مورد بررسي قرار گرفته است. همچنين ميزان اثرات مودهاي بالاتر در پارامترهاي پاسخ سازهاي نيز با در نظرگيري ساختارهاي بارگذاري ترتيب يافته از سه حالت محاسباتي با مشاركت 1، 3 و 5 مود اول انتقالي سنجيده مي‌شود. در اين پژوهش، معيارسازي تغيير مكان هدف در تحليل‌هاي پوش‌آور بر اساس نتايج حاصل از آناليزهاي ديناميكي غيرخطي تاريخچه زماني تحت دو گروه ركوردهاي حوزه نزديك و حوزه دور صورت گرفته است. دامنه تغييرات پارامترهاي پاسخ سه سازه بلند مرتبه قاب محيطي خمشي فولادي 30 طبقه با پيكربندي همسان اسكلت مقاوم، بر اساس انجام يك سري تحليل‌هاي غيرخطي استاتيكي مودال پوش‌آور و نيز ديناميكي تاريخچه زماني، ارزيابي شده است. مدل 1 به عنوان ساختار پايه داراي سيستم مقاوم قاب خمشي محيطي با يك پيكربندي دو لايه متشكل از پانل هاي با اتصالات صلب است. مدل هاي 2 و 3 با چيدمان‌هاي چند طبقه‌اي المان هاي زيپر بزرگ مقياس بر روي اسكلت مدل پايه، به ترتيب با اتصال (در دو حالت) به يك و نيز دو ستون در طبقه همكف معرفي مي‌شوند. چيدمان و آرايش چند طبقه اي المان هاي زيپر بزرگ مقياس با هدف جلوگيري از تشكيل مكانيزم گسترش يافته پالستيك و پرهيز از وقوع وضعيت احتمالي كمانش در ستون هاي طبقات تحتاني مي باشد. آورده‌هاي محاسباتي حاصل از تحليل‌هاي مودال پوش‌آور با نتايج حاصل از تحليل‌هاي تاريخچه زماني غيرخطي به عنوان مقادير دقيق، مقايسه شده و درصد خطاي استاندارد برآورد شده است. ارزيابي نتايج اين مطالعه نشان دهنده قابليت محاسباتي به نسبت مطلوب براي روش پوشآور مودال در پيش‌بيني مشخصات رفتار سازه‌هاي بلند مرتبه، با اسكلت مقاوم متقارن و منظم در پلان و ارتفاع است. ملاحظه شد كه تعبيه المان‌هاي زيپر بزرگ مقياس در پيكره قاب محيطي خمشي، سبب كاهش نسبي پارامترهاي پاسخ لرزهاي غيرخطي و نيز افزايش قابليت پايداري ديناميكي اسكلت مقاوم سازه بلند مرتبه مي‌شود. مقايسه نتايج مربوط به سه مدل مطالعاتي در اين تحقيق نشان مي‌دهد كه حضور المان‌هاي زيپر بزرگ مقياس، تاثيرات مودهاي بالاتر در محاسبه بارگذاري معيارسازي شده براي تحليل هاي پوش‌آور مودال را دچار كاهش نسبي نموده و نيز تفاوت در پيكربندي و چيدمان هندسي المان‌هاي مذكور، تاثير ناچيزي در پارامترهاي پاسخ خواهد داشت.

This paper presents a computational approach to the analytical performance of the modal pushover method (MPA) in predicting nonlinear response parameters of tall buildings comprising hybrid framed tube with large-scale zipper elements. The accuracy of the results based on MPA is evaluated by comparing the benchmark responses obtained through conducting two sets of nonlinear time history analyses (NLRHA). Also, the effects of higher modes on the structural response parameters are measured by considering three computational vectors of the ordered lateral loading prepared according to the participation of the basic mode, as well as the first 3 and 5 transitional modes, separately. In this study, the determination of the target displacement in MPA was set based on the results of NLRHA under two groups of near and far-field records. The variation range of response parameters of the three high-rise 30-story studied structures was evaluated based on conducting a series of MPA as well as NLRHA analyses. The structural system of the first studied model is a combined framed tube structure. The second and third introduced studied models contain a multi-story arrangement of large-scale zipper elements on the basic skeleton by connecting the aforementioned zipper elements to the columns on the ground floor. The multi-story arrangement of large-scale zipper elements has been aimed at preventing the formation of an intensive expanded plastic mechanism and avoiding the possible buckling mode in the columns of the lower floors. The computational outputs of the MPA are compared with the results of the NLRHA (as exact values) and the standard error percentage is estimated. Evaluation of the results presented in this study demonstrates the relatively desirable computational capability of the MPA method in predicting the behavior characteristics of tall building structures with a symmetric and regular rigid skeleton at plan and height. Moreover, it was observed that the presence of large-scale zipper elements in the resistant system could reduce the seismic response parameters and also relatively increases the overall dynamic stability of the high-rise structural skeleton.