نشریه علمی سازه و فولاد

نشریه علمی سازه و فولاد

ارزیابى ضریب رفتار سیستم هاى مهاربندى کمانش تاب بر اساس ارتفاع سازه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه علم و فرهنگ، تهران، ایران
2 دانشگاه علم و فرهنگ
چکیده
در آیین‌نامه‌های ساختمانی موجود، هدف اصلی جلوگیری از فروریزش سازه‌ها حین وقوع زلزله‌های متعدد است؛ در عین‌حال به برخی از اجزای سازه‌ای و غیرسازه‌ای اجازۀ پذیرش خسارت و خرابی داده می‌شود. این خرابی کنترل‌شده، منتج به استهلاک انرژی قابل‌توجهی در سازه می‌شود که این مهم یکی از عوامل حفظ ایمنی جانی در حین وقوع زلزله می‌گردد. آیین‌نامه‌های طراحی سازه عمده ضوابط خود را برای تحلیل‌های خطی معادل مطرح کرده‌اند. توزیع نیروی پیشنهادشده توسط آیین‌نامه‌ها، مانند روش تحلیل استاتیکی معادل، منجربه طراحی سازه‌هایی با توزیع دریفت غیریکنواخت در طبقات می‌شود که می‌تواند منجربه تمرکز دریفت در طبقاتی خاص شود. بنابراین به‌دلیل پاسخ غیرارتجاعی سازه، تغییرشکل‌های ماندگار در اعضای سازه ایجاد می‌شود. مهاربند کمانش‌تاب با جذب قسمت عمدۀ انرژی ورودی زلزله، باعث تمرکز رفتار غیرارتجاعی در خود و جلوگیری از ورود اعضای اصلی سازه به مرحلۀ غیرخطی می‌شود. آیین‌نامه‌های متعدد مقادیر ثابتی را برای ضریب رفتار سیستم‌های سازه‌ای مختلف تعیین کرده‌اند، اما در پژوهش‌های مختلف نشان داده شده که درنظرگرفتن یک عدد ثابت برای  ضریب رفتار سازه‌ها که توسط آیین‌نامه‌ها توصیه شده، می‌تواند منجربه دست‌کم‌گرفتن دریفت طبقات و در نتیجه تقاضای کرنش محوری اضافی در مهاربندهای کمانش‌تاب شود و بروز تغییرشکل‌های ماندگار یا طبقۀ نرم شود. در این پژوهش مقدار ضریب رفتار برای پیکربندی قطری و شورون در سازه‌های 4، 8 و 12 طبقه با اتصال خمشی و مفصلی تیرهای قاب مهاربندی کمانش‌تاب مورد بررسی قرار گرفته‌ و ضریب رفتار این سیستم‌های سازه‌ای به‌صورت تابعی از ارتفاع سازه ارائه شده است. در پایان نیز قابلیت اعتماد سازه‌ها با ضریب رفتار محاسبه‌شده در این پژوهش در مقایسه با مدل‌های طراحی‌شده با ضریب رفتار استاندارد ۲۸۰۰ (ویرایش چهارم) مقایسه شد و مشخص شد با توجه به تغییرات ضریب رفتار در سازه‌های دارای مهاربندی کمانش‌تاب برای حالت‌های مختلف از عدد ۴ تا ۱۳، استفاده از عدد ثابت ۷ یا ۸ که توسط آیین‌نامۀ ایران و آمریکا توصیه شده دست‌کم برای سازه‌های ۸ طبقه و بالاتر مناسب نیست و احتمال خرابی این سازه‌ها در زلزله افزایش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Evaluation of Response Modification Factor of BRB Systems Based on Structure Height

نویسندگان English

Saeid Sarvdalir 1
Seyed Ali Razavi 2
1 Department of Civil Engineering, University of Science and Culture, Tehran, Iran
چکیده English

In current seismic design codes, the primary objective is to prevent structural collapse during strong earthquakes while allowing controlled damage in certain structural and non-structural components. This controlled damage mechanism provides considerable energy dissipation, which is a key factor in ensuring life safety. Most design codes formulate their requirements based on equivalent linear analyses. However, the lateral force distributions suggested by these codes such as the equivalent static method often lead to non-uniform inter-story drift demands, which may cause drift concentration in specific stories. Consequently, permanent deformations can develop in structural members due to inelastic responses. Buckling-Restrained Braces (BRBs) effectively address this issue by dissipating the majority of seismic input energy, thereby concentrating inelastic behavior within themselves and preventing the main structural members from entering the nonlinear range. Although seismic codes assign constant response modification factors (R) to different structural systems, numerous studies have shown that adopting a single fixed value can underestimate story drifts. This underestimation increases axial strain demand in BRBs and may result in residual deformations or soft-story mechanisms. In this study, the response modification factor is evaluated for diagonal and Chevron BRBF configurations in 4, 8, and 12-story buildings with both moment and pinned beam-to-column connections. The R-factors of these systems are proposed as functions of building height. Finally, the structural reliability of models designed with the calculated R-factors is compared against those designed using the constant values prescribed in Iranian Standard No. 2800. The results indicate that, due to the significant variation of R in BRBF systems (ranging from 4 to 13 depending on configuration), using constant values of 7 or 8 as recommended by Iranian and U.S. codes is not appropriate, particularly for structures with eight stories or more. Such simplification may underestimate seismic demands and consequently increase the probability of structural failure during earthquakes.

کلیدواژه‌ها English

Response Modification Factor
BRBF
Low-Mid Height Structures
Diagonal Brace
Chevron Brace
[1] Tremblay, R., Dehghani, M., Fahnestock, L., Herrera, R., Canales, M., Clifton, C., and Hamid, Z. (2016), “Comparison of seismic design provisions for buckling restrained braced frames in Canada, United States, Chile, and New Zealand”, In Structures, 8, pp.183-196.
[2] Montuori, R., Nastri, E., and Tagliafierro, B. (2019), “An optimal seismic force pattern for uniform drift distribution”, Buildings, 9(11), p.231.
[3] Mousavi, S.A., Zahrai, S.M., and Pasand, A.A. (2021), “Drift-based seismic design procedure for Buckling Restrained Braced Frames”, In Structures, 30, pp.62-74.
[4] Erochko, J., Christopoulos, C., Tremblay, R., and Choi, H. (2011), “Residual drift response of SMRFs and BRB frames in steel buildings designed according to ASCE 7-05”, Journal of Structural Engineering, 137(5), pp.589-599.
[5] Zsarnóczay, Á., and Vigh, L.G. (2017), “Effective design measures against soft story development in buckling restrained braced frames”, In 16th World Conference on Earthquake Engineering, 16WCEE, 4356.
[6] Razavi, S.A., and Moeini, M.E. (2025), “Multi-level response modification factor assessment in conventional and reduced length buckling-restrained braced frames”, In Structures, 72, p.108218.
 [7]استاندارد ۲۸۰۰، (۱۳۹۴)، آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (ویرایش چهارم)، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.
[8] ASCE, (2022) "Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures, ASCE 7-22", American Society of Civil Engineers.
[9] Ahmed, M.M., Abdo, M.A.B., and Mohamed, W.A.E.W. (2021), “Evaluation of seismic response modification factor (r) for moderate-rise rc buildings with vertical irregular configurations”.
[10] Mohamed, F.A., Putra, E., and Al-Ani, A. (2024), “Response modification factor (R): A review of its dependency on structural configuration and height”, IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 357(1), p.012003.
[11] Binici, B., Yakut, A., Kadas, K., Demirel, O., Akpinar, U., Canbolat, A., Yurtseven, F., Oztaskin, O., Aktas, S., and Canbay, E. (2023), “Performance of RC buildings after Kahramanmaraş Earthquakes: lessons toward performance based design”, Earthquake Engineering and Engineering Vibration, 22(4), pp.883-894.
[12] Bruneau, M., Uang, C.M., and Whittaker, A.S., (1998), “Ductile design of steel structures”, 389, New York: McGraw-Hill.
[13] مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، (۱۳۹۸)، بارهای وارد بر ساختمان، دفتر تدوین مقررات ملی ساختمان.
[14] Tremblay, R., Bolduc, P., Neville, R., and DeVall, R. (2006), “Seismic testing and performance of buckling-restrained bracing systems”, Canadian Journal of Civil Engineering, 33(2), pp.183-198.
[15] Federal Emergency Management Agency. (2009), “Quantification of Building Seismic Performance Factors” (FEMA P-695). Applied Technology Council.
[16] Freeman, S.A. (1990), “On the correlation of code forces to earthquake demands”, In Proceedings of 4th US–Japan workshop on Improvement of Building Structural Design and Construction Practices, ATC-15-3 Report. Redwood City, California.
[17] Mwafy, A.M., and Elnashai, A.S. (2002), “Calibration of force reduction factors of RC buildings”, Journal of Earthquake Engineering, 6(02), pp.239-273.
[18] Applied Technology Council. (1995), A critical review of current approaches to earthquake-resistant design. ATC-34. Redwood City, CA: Applied Technology Council.
[19] Uang, C.M. (1991), “Establishing R (or R w) and C d factors for building seismic provisions”, Journal of Structural Engineering, 117(1), pp.19-28.
[20] Asgarian, B., and Shokrgozar, H.R. (2009), “BRBF response modification factor”, Journal of constructional steel research, 65(2), pp.290-298.
[21] Vaez, S.R.H., and Sarvdalir, S. (2018), “Reliability-based optimization of one-bay 2-D steel frame”, KSCE Journal of Civil Engineering, 22(7), pp.2433-2440.
[22] Cornell, C.A. (1969), “A probability-based structural code”, In Journal Proceedings, 66(12), pp.974-985.
[23] Ali Razavi, S., and Shirjani, R. (2023), “Optimum Design of BRB Frame Based on Drift Uniformity, Structure Weight, and Seismic Parameters Using Nonlinear Time History Analysis”, In Optimization Methods for Structural Engineering, pp.95-119. Singapore: Springer Nature Singapore.
[24] Oh, K., Lee, K., Chen, L., Hong, S.B., and Yang, Y. (2015), “Seismic performance evaluation of weak axis column-tree moment connections with reduced beam section”, Journal of Constructional Steel Research, 105, pp.28-38..
[25] Razavi, S.A., Kianmehr, A., Hosseini, A., and Mirghaderi, S.R. (2018), “Buckling-restrained brace with CFRP encasing: Mechanical behavior and cyclic response”, Steel and Composite Structures, An International Journal, 27(6), pp.675-689.

  • تاریخ دریافت 05 مهر 1404
  • تاریخ بازنگری 29 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 03 آذر 1404
  • تاریخ اولین انتشار 03 آذر 1404
  • تاریخ انتشار 01 مهر 1404