اثر اندركنش غيرخطي خاك-سازه بر پاسخ لرزه‌اي ساختمان‌هاي قاب خمشيِ ويژه‌‌ كوتاه تا بلند مرتبه فولادي

Influence of nonlinear SSI on the seismic response of low-to-mid-rise steel moment resisting frame buildings

رفتار غيرخطي سيستم خاك-سازه با تحميل انعطاف‌پذيري مازاد بر سيستم و نيز اتلاف انرژي چرخه‌اي در فصل مشترك خاك و شالوده تقاضاي لرزه‌اي سازه را تغيير مي‌دهد. ليكن، در طراحي‌هاي رايج تمايلي به در نظرگرفتن اثرات غيرخطي سيستم خاك-شالوده، خصوصاً بدليل عدم وجود تكنيكي قابل اعتماد، وجود ندارد. در اين مطالعه، اثرات اندركنش غيرخطي خاك-سازه بر پاسخ لرزه‌اي ساختمان‌هاي قاب خمشي ويژه فولادي مورد ارزيابي قرار مي‌گيرد. ابتدا، يك مجموعه از سازه‌هاي متقارن فلزي با قاب خمشيِ ويژهِ 4، 8، 12 و 16 طبقه سه دهانه داراي پي سطحي واقع بر سه نوع خاك سخت، نرم وخيلي نرم طراحي مي‌شوند. سپس، براي تحليل اندركنش از روش ساده و كاربردي فنر-ميراگر معادل بر اساس مدل وينكلر استفاده مي‌شود. در تحليل تاريخچه زماني غيرخطي سيستم خاك و سازه از بيست و يك ركورد زلزله در سطوح خطر مختلف استفاده مي‌شود. نتايج تحليل نشان مي‌دهد كه اندركنش ديناميكي خاك-سازه بخصوص با نرم‌تر شدن خاك، افزايش سطح خطر زلزله و افزايش تعداد طبقات ساختمان مي‌تواند نقشي اساسي در رفتار لرزه‌اي قاب‌هاي خمشي ساختماني فولادي شامل افزايش پريود سيستم، افزايش قابل توجه در تغيير مكان جانبي و دريفت طبقات، افزايش برش درون طبقه و برش پايه و به دنبال آن كاهش سطح عملكرد سازه داشته باشد. بر اساس نتايج بدست آمده چنانچه اندركنش ديناميكي خاك و سازه بطور مناسبي در تحليل و طراحي لحاظ نشود دقت ارزيابي ايمني سازه‌ در مواجه با زلزله نمي‌تواند مورد اعتماد باشد.

The nonlinear behavior of a soil–foundation interface due to mobilization of the ultimate capacity and the consequent energy dissipation may be utilized to alter seismic demands of a structure. However, current design practice does not account for the nonlinear behavior of soil–foundation interface primarily due to the absence of reliable nonlinear soil–structure interaction (SSI) modeling techniques. The objective of this study is to simulate the performance of multi-story building-foundation systems through a Winkler-based approach. Opensees finite element framework is employed for simulation. Four typical 4, 8, 12 and 16-story steel moment resisting frame (MRF) buildings on three hypothetically soft, medium and hard soil sites with shear wave velocities less than 600m/s subjected to actual ground motion records of varied hazard levels are modeled with and without SSI. It is observed that the performance level of models supported by flexible foundation, particularly in an intense earthquake event, may alter significantly in comparison to fixed-base structures. Moreover, for MRFs on soft soil, the nonlinear foundation is found to have a significant effect on the force and displacement demands. This is indicating the necessity for consideration of flexible foundation behavior in the modern design codes in order to accomplish an economic yet safe structural design.