بررسي تناقض تخمين دوره‌هاي نوسان اصلي در سيستم هاي ديوار برشي فقط فولادي و سيستم هاي دوگانه تركيبي

Difference value in Natural periods of steel plate shear wall systems methods

در بسياري از مفاد آئين‌نامه‌هاي طراحي سازه‌هاي ديناميكي و لرزه‌اي ، شتاب مبناي طرح با استفاده از دوره طبيعي لرزش ساختار محاسبه مي‌شود. به اين منظور روابط طراحي سازه از فرمولي تجربي و متاثر از آزمايش جهت برآورد دوره طبيعي طيف‌هاي لرزه‌اي در سيستم استفاده مي‌نمايند. در اين مطالعه دوره‌هاي نوسان طبيعي حاصل از روش تجزيه و تحليل خطي هندسي براي گروهي از ديوارهاي برشي صفحه فولادي كه داراي ارتفاع يكسان مي‌باشند در قياس با تخمينهاي ارائه شده توسط آئين نامه‌هاي طراحي لرزه‌اي قرار گرفت و نتايج اين مقايسه حاكي از آن است كه تخمين‌هاي بدست‌آمده از روابط مشروح در آئين‌نامه‌ها مي‌تواند به نتايج غير بهينهاي منجرب شود. در اين پژوهش رابطه‌اي رياضي براي پيش‌بيني دوره‌هاي اساسي نوسان طرح در يك ديوار برشي صفحه فولادي تامين و توسعه داده شده است كه سهم سختي برشي و سهم لنگر ديوار در آن به صورت فرضي ثابت در نظر گرفته شده ‌است. همچنين اين رابطه براي سيـــستم‌هاي دوگانه داراي ديوار برشي فولادي و قاب با اندازه حركت محدود نيز در قالب تئوري ساختاري قاب فولادي تعميم داده شده است و برآوردهاي نوسان طبيعي استنتاج يافته از آن در تطابق كامل با نتايج و يافته‌هاي حاصل از روش اجزا محدود مي‌باشد. علاوه بر اين، بررسي اثرات غيرخطي دوره‌هاي طرح منتج به آناليز دوره‌هاي اساسي ديوارهاي برشي صفحه فولادي در سطوح مختلف رانش پايه‌اي شده و براساس تجزيه و تحليل عددي، ازدياد طول دوره‌هاي متاثر از كمانش و تورق صفحات در قالب داده‌هاي آماري با اولويت ترتيبي منظم شده است.

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.