اثر اندركنش سازه– خاك– سازه بر پاسخ لرزه‌اي سازه‌هاي قاب خمشي فولادي كوتاه، ميان و بلند‌مرتبه

Structure-Soil-Structure Interaction (SSSI) effects on seismic response of low-, mid- and high-rise steel moment resisting frame structures

وضعيت‌هاي ناشناخته و يا عوامل در نظر گرفته نشده در طراحي يك سازه مانند مشخصات خاك زير آن و نيز وجود سازه‌هاي مجاور، مي‌توانند بر ضريب اطمينان طراحي و به تبع آن، قيمت تمام شده پروژه تاثيرگذار باشند. از اين رو، اين مطالعه به بررسي اثرات اندركنش سازه و خاك و نيز اثرات همزمان اين اندركنش با حضور سازه مجاور بر پاسخ لرزه‌اي سه ساختمان بنچمارك قاب خمشي فولادي 3، 9 و 20 طبقه در شش حالت مختلف همسايگي ميان آن‌ها و در سه فاصله مختلف پرداخته است. براي اعمال اثرات اندركنش خاك و سازه، ماتريس سختي محيط خاك، از طريق تحليل مدل دو بعدي كرنش مسطحه در نرم‌افزار آباكوس به دست آمده و با استفاده از مجموعه‌اي از المان­هاي از پيش تعريف شده و المان جديد گسترش‌يافته در نرم‌افزار اپن‌سيس به مدل‌هاي دو ‌بعدي غيرخطي از سازه‌ها اضافه مي‌گردد. ميانگين نتايج به دست آمده از تحليل تاريخچه زماني تحت اثر ده ركورد لرزه‌اي حوزه دور نشان مي‌دهند، كه تاثير اندركنش خاك و سازه در پاسخ سازه بلندمرتبه 20 طبقه نسبت به دو سازه‌ي ديگر قابل ‌توجه‌تر است و منجر به افزايش 9 درصدي بيشينه‌ي ميانگين نسبت دريفت و كاهش 6/99 درصدي ميانگين برش پايه در اين سازه‌ نسبت به حالت بستر صلب مي‌گردد. به علاوه، وجود سازه‌هاي بلندمرتبه و ميان‌مرتبه، بيشينه‌ي ميانگين نسبت دريفت سازه‌ي كوتاه‌مرتبه را در نزديك‌ترين فاصله‌ي دو سازه به ترتيب 10/44 و9/36 درصد و ميانگين برش پايه در اين سازه را به ترتيب 2/87 و 3/93 درصد نسبت به حالت بستر انعطاف‌پذير افزايش مي‌دهد.

Unknown situations or factors in the design of a structure, such as underlying soil characteristics and the presence of adjacent structures, can affect the reliability and, consequently, the cost of the project. Therefore, the effects of soil-structure interaction as well as the simultaneous effects of this interaction in the presence of adjacent structures on the seismic response of 3, 9 and 20-story benchmark steel moment resisting frame structures are investigated, including six different adjacency cases of the structures in three different distances. The effect of soil-structure interaction is considered by using a hybrid method, in which the stiffness matrix of the soil system is obtained through analysis of a two-dimensional model in Abaqus considering a plain strain condition. Then, the obtained stiffness matrix is added to the nonlinear 2D model of the structure by using a set of pre-defined and a new developed element in OpenSEES. The results obtained from the time history analysis under ten far-field earthquake records show that the effect of soil-structure interaction on the response of a 20-story structure is more significant than the other two structures and leads to a maximum increase of 9 percent in the maximum average drift ratio and decrease of 6.99 percent in the average base shear in this structure compared to the fixed base. In addition, the presence of high-rise and mid-rise structures increase the maximum average drift ratio of low-rise structures by 10.44 and 9.36 percent and the average base shear in this structure by 2.87 and 3.93 percent, respectively, compared to the flexible base.