مقايسه‌ي عملكرد لرزه‌يي و اقتصاد طرح ديوار برشي فولادي با سيستمهاي باربر جانبي متداول در ساختمانهاي فولادي

A Comparison between Seismic Behavior and Economy of Steel Shear Walls with Common Lateral Bearing Systems in Steel Structures

از جمله سيستم هاي متداول در ساختمان هاي فولادي، قاب هاي با مهاربندي ضربدري، قاب هاي با مهاربندي واگرا، قاب هاي خمشي متوسط، و قاب هاي با ديوار برشي فولادي هستند. دو پارامتر مهم براي انتخاب يك سيستم باربر جانبي مناسب، عملكرد لرزه‌يي و اقتصاد طرح است. در اين پژوهش، قاب هاي دوبُعدي 3 دهانه‌ي 4، 8، و 12 طبقه، كه دهانه هاي وسط آنها مهاربندي شده يا ديوار برشي قرار گرفته است، با استفاده از روش استاتيكي معادل استاندارد 2800 ايران بارگذاري و سپس طراحي شده‌اند. عملكرد لرزه‌يي قاب ها با استفاده از تحليل استاتيكي غيرخطي و تحليل ديناميكي تاريخچه‌ي زماني مورد مطالعه قرار گرفته است. با توجه به نتايج تحليل‌ها، قاب هاي با ديوار برشي فولادي بهترين عملكرد لرزه‌يي (سختي، شكل پذيري، جذب انرژي، و ضريب رفتار) و قاب هاي با مهاربند ضربدري، نا مناسب ترين عملكرد لرزه‌يي را دارند. با توجه به محاسبات اقتصادي، قاب هاي با مهاربند واگرا، اقتصادي ترين طرح و قاب هاي با ديوار برشي فولادي براي قاب‌هاي با ارتفاع كم، غيراقتصادي‌ترين طرح را دارند، كه هر چه ارتفاع قاب‌ها بيشتر مي‌شوند، قاب با ديوار برشي فولادي اقتصادي‌تر مي‌شود، تا درنهايت در سازه‌هاي بلند از بقيه‌ي سيستم‌هاي باربر جانبي اقتصادي‌تر مي‌شود.

With regard to the benefits and drawbacks of all lateral load resisting systems, using the most appropriate, according to building conditions, can maximize the capacity of the structure. Concentric braced frames (CBF), eccentric braced frames (EBF), intermediate moment frames, and pin connection frames, as well as steel shear walls, are standard systems in designing steel buildings. Seismic behavior and the economy of the design are two fundamental factors for selecting an appropriate lateral load resisting system. In this research, 3-bay frames of 4, 8 and 12-stories, with a braced middle bay, have been designed using Iranian seismic code (standard No. 2800) by the equivalent static approach. PERFORM 4.0.2 has been used to evaluate the seismic function of structures. Therefore, the frames designed by PERFORM have been modeled and evaluated with nonlinear static analysis. Considering the capacity curve and the target displacement in various limit states of the structures, frames with steel shear walls give the best seismic behavior (in terms of stiffness, ductility and energy efficiency), whereas frames with CBF give the least desirable results (especially with less ductility compared to other systems). Due to the high magnitude welding needed for frames, the frames designed by EBF and steel shear walls are the best and worst economical designs, respectively In view of the economy of the project, as well as its seismic behavior, steel shear walls are the best selection for 12 story buildings. EBF is recommended in 4 and 8 story buildings, while CBF and moment frames are satisfactory in 4 story buildings.