نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

شبیه‌سازی خرابی پیشرونده در قاب‌های فولادی: تمرکز بر معیار دریفت قائم و سطوح عملکرد

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده
دانشیار، گروه مهندسی عمران، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد ارومیه، ارومیه، ایران
چکیده
خرابی پیش‎رونده به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن یک آسیب اولیه و موضعی، به‎ صورت زنجیره‌ای گسترش یافته و منجربه فروپاشی جزئی یا کلی سازه می‌شود. مطالعات اخیر در مورد شکست سازه‌ها، اهمیت این پدیده را به ‎ویژه در برابر بارهای غیرمترقبه‌ای مانند برخورد، انفجار و زلزله نشان می‌دهد. بر اساس آیین‌نامۀ مدیریت تأسیسات ایالات متحده (UFC) و دستورالعمل وزارت دفاع آمریکا (DoD)، ازدست‎دادن ظرفیت باربری یک ستون به‎ عنوان سناریویی محتمل برای ارزیابی رفتار سازه تحت بارهای غیرعادی در نظر گرفته می‌شود. در این پژوهش، یک سازۀ فولادی ۹ طبقه با سیستم قاب خمشی به‎ صورت سه‌بعدی طراحی شد. سپس ستون‌ها در ترازها و موقعیت‌های مختلف در پلان حذف شد و با استفاده از دستورالعمل وزارت دفاع آمریکا و روش مسیر جایگزین انتقال بار (APM)، به کمک تحلیل تاریخچه زمانی غیرخطی، بیشینۀ دریفت قائم بررسی و با سطوح عملکردی مفاصل پلاستیک مقایسه شد. نتایج تحلیل نشان داد که بحرانی‌ترین حالت، مربوط به حذف ستون گوشه است. همچنین در تمامی حالات حذف ستون‌های گوشه، میانی و کناری، حذف ستون در طبقۀ آخر نسبت به طبقات پایین‌تر، اثر بحرانی‌تری بر سازه دارد. به‎ عبارت دیگر، با افزایش ارتفاع، آسیب‌پذیری سازه در برابر خرابی پیش‎روندۀ ناشی از حذف ناگهانی ستون افزایش می‌یابد. علاوه بر این، حذف ستون گوشه در طبقات میانی و بالا باعث عبور از سطح عملکرد ایمنی جانی شده و معیارهای پذیرش را برآورده نمی‌کند. همچنین با افزایش ارتفاع، میزان دریفت قائم در دهانه‌ای که ستون آن حذف شده است، افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Progressive Collapse Simulation of Steel Frames: A Focus on Vertical Drift Criterion and Performance Levels

نویسنده English

Ashkan KhodaBandehLou
Associate Professor, Department of Civil Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran
چکیده English

Progressive collapse is a structural failure phenomenon where local damage spreads progressively, leading to partial or total collapse. It has gained attention due to recent incidents under abnormal loads such as impact, explosion, and earthquake. According to the U.S. Department of Defense (DoD) and the Unified Facilities Criteria (UFC), the loss of a column’s load-bearing capacity is a key scenario for evaluating structural behavior under such conditions. In this study, a 9-story steel moment-resisting frame was modeled in three dimensions. Columns were removed at different heights and locations to assess the structure’s response. Nonlinear time-history analyses were performed following the DoD guidelines and the Alternative Path Method (APM) to determine the maximum vertical drift and relate it to the performance levels of plastic hinges. The results indicated that removing a corner column produces the most critical condition, leading to greater deformation and reduced structural capacity. Moreover, removing a column at the top floor resulted in higher vulnerability compared to lower floors. This suggests that as building height increases, the risk of progressive collapse due to sudden column loss becomes more significant. In some cases, especially when removing corner columns at intermediate or upper levels, the structure exceeded life-safety performance criteria.

کلیدواژه‌ها English

Progressive Collapse
Steel Moment Frame
Vertical Drift
Alternative Path Method (APM)
[1] GSA (2003), “Progressive Collapse Analysis and Design Guidelines for New Federal Office Buildings and Major Modernization Projects”, The U.S. General Services Administration.
[2] رشیدی‌الاشتی، ع. (1391)، ”تأثیر خرابی‌های پیشرونده بر عملکرد لرزه‌ای سازه‌های فولادی“، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل.
 [3]اکبرپور، س. (1389)، ”خرابی پیشرونده و تأثیر آن بر عملکرد لرزه‌ای قاب‌های خمشی بتن‌آرمه“، پایان‌نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه علوم و فنون مازندران.
[4] Kim, J., Park, J.H., and Lee, T.H. (2011), “Sensitivity Analysis of Steel Buildings Subjected to Column Loss”, Engineering Structures, 33, pp.421–432.
[5] Starossek, U., and Haberland, M. (2009), “Evaluating measures of structural robustness”, In Structures Congress: Don't Mess with Structural Engineers: Expanding Our Role, pp.1-8.
[6] Unified Facilities Criteria (UFC) (2005), “Design of Buildings to Resist Progressive Collapse”, Department of Defense.
[7] Kim, J., and Kim, T. (2009), “Assessment of progressive collapse-resisting capacity of steel moment frames”, Journal of Constructional Steel Research, 65(1), pp.169-179.
[8] Kim, T., Kim, J., and Park, J. (2009), “Investigation of progressive collapse-resisting capability of steel moment frames using push-down analysis”, Journal of Performance of Constructed Facilities, 23(5), pp.327-335.
[9] Fu, F. (2010), “3-D nonlinear dynamic progressive collapse analysis of multi-storey steel composite frame buildings—Parametric study”, Engineering Structures, 32(12), pp.3974-3980.
[10] رضانیا، م.، مرادبیگی، ح.، و قلی‌زاده، ا. (۱۳۹۲). "اثر ارتفاع سازه بر خرابی پیش‌رونده در میان قاب بتنی با قاب خمشی"، کنفرانس بین‌المللی عمران، معماری و توسعه پایدار شهری (۱۵ صفحه).
[11] Murtha-Smith, E. (1988), “Alternate path analysis of space trusses for progressive collapse”, Journal of Structural Engineering, 114(9), pp.1978-1999.
[12] American Society of Civil Engineers (2005), ASCE 7-05: Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, New York.
[13] ANSI/AISC 360-22, (2022), Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction.
[14] ANSI/AISC 341-22, (2022), Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction.
[15] Unified Facilities Criteria (UFC) (2009), Design of Buildings to Resist Progressive Collapse, UFC 4-023-03, Including Change 1 (2010), Department of Defense.
[16] FEMA 356 (2000), Prestandard and Commentary for the Seismic Rehabilitation of Buildings, Federal Emergency Management Agency, Washington, D.C.
 [17]مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی. (1393)، "آیین‌نامۀ طراحی ساختمانها در برابر زلزله (استاندارد 2800)"، ویرایش چهارم.
[18] مقررات ملی ساختمان ایران (1401)، مبحث دهم، طرح و اجرای ساختمان‌های فولادی، وزارت راه و شهرسازی، معاونت مسکن و ساختمان‌، ایران.
[19] دفتر تدوین و ترویج مقرات ملی ساختمان، مبحث ششم مقررات ملی ساختمان ایران، بارهای وارد بر ساختمان، (1398)، وزارت مسکن و شهرسازی: تهران، ایران.

  • تاریخ دریافت 18 شهریور 1404
  • تاریخ بازنگری 01 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 29 آبان 1404
  • تاریخ اولین انتشار 29 آبان 1404
  • تاریخ انتشار 01 تیر 1404