عنوان

بهینه‌سازی دیوار برشی فولادی بدون سخت‌کننده جهت کاهش نیروهای اعمالی به اعضای پیرامونی

۵۰۰۷پ

فارسی

بهینه‌سازی دیوار برشی فولادی بدون سخت‌کننده جهت کاهش نیروهای اعمالی به اعضای پیرامونی

[پایان نامه]

سمیه دژبان باسمنج

صنعتی سهند

۱۴۰۲

۱۲۶ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی عمران- سازه

۱۴۰۲/۰۶/۰۱

از سال 1970 دیوارهای برشی فولادی، در بسیاری از ساختمان¬های با¬اهمیت و بلند مرتبه به عنوان یک سیستم مقاوم جانبی در برابر باد و زلزله به¬کار گرفته شدند. این سیستم شامل پانل¬های فولادی پرکننده است که توسط اعضای قاب پیرامونی که شامل تیر و ستون است احاطه می¬شوند. وظیفه¬ی اصلی دیوار برشی فولادی، مقاومت در برابر برش افقی طبقه و لنگر واژگونی ناشی از بارهای جانبی است. به¬طور کلی دیوارهای برشی فولادی به دو دسته با سخت¬کننده و بدون¬سخت کننده دسته بندی می¬شوند. یکی از مشکلات اساسی در زمینه¬ی بهره¬برداری سیستم دیوار برشی بدون¬سخت کننده اعمال تنش¬های بزرگی است که به¬ واسطه¬ی میدان کششی به اعضای پیرامونی وارد می¬شود. این امر باعث می¬شود پایداری کلی سازه در معرض خطر قرار بگیرد. در همین راستا در این پایان¬نامه به منظور بهبود رفتار تیرو ستون و کاهش ابعاد مقاطع بکار رفته برای این سیستم مطالعه¬ای جهت کاهش نیروهای برشی اعمالی به اعضای پیرامونی صورت گرفت؛ برای این منظور پس از صحت¬سنجی روش مدل¬سازی المان محدود و بهینه¬سازی دیوار برشی فولادی بر اساس مطالعات گذشته، با در نظر گرفتن نیروهای داخلی به¬عنوان تابع هدف و حجم صفحه به¬عنوان قید، شکل¬های بهینه¬شده¬ی مختلفی با گزینه¬های مختلف تابع هدف و حاشیه¬بندی نواری متعدد توسط نرم¬افزار ABAQUS بدست آمد. شکل¬های حاصل از بهینه¬سازی در دو جهت 1 و 2 برشی توسط نرم¬افزار AutoCAD با یکدیگر ترکیب شدند و یک شکل واحد بدست آمد. نیروی داخلی اعضای¬ پیرامونی تمامی شکل¬های بهینه تحت بارچرخه¬ای با یکدیگر مورد مقایسه قرار گرفتند و مدلی که کمترین نیروهای داخلی را در عضوهای پیرامونی داشت به¬عنوان شکل نهایی انتخاب شد. سپس با ارائه¬ی یک شکل پیشنهادی اجرایی، این شکل با 54 حالت مختلف تحت مطالعات پارامتریک قرار گرفت و شکلی که در عین کم کردن نیروهای برشی اعضای پیرامونی دارای سختی و جذب انرژی بالا و تغییرشکل قابل قبول و کمانش خارج از صفحه کمتری بود به¬عنوان شکل نهایی انتخاب شد. در نهایت رابطه¬ی ارائه شده در مبحث دهم مقررات ملی ساختمان برای سختی مورد نیاز اعضای پیرامونی بررسی شد و نتیجه گرفته شد با این ورق فولادی می¬توان اعضای پیرامونی با ممان اینرسی کمتری در نظر گرفت که در این حالت ضریب رابطه¬ی سختی اجزای مرزی را برای هر دو عضو افقی و قائم می¬توان تا 0024/0 کاهش داد.

Since 1970, steel plate shear walls (SPSW) have been used in many important and high-rise buildings as a lateral resistance system against wind and earthquakes. This system consists of infill steel panels that are surrounded by perimeter frame members including beams and columns. The main task of the steel plate shear wall is to resist the horizontal story shear and the overturning moment caused by lateral loads. In general, SPSW are divided into two categories of stiffened and unstiffened shear walls. One of the main problems in the field of operation of the unstiffened SPSW system is the application of large stresses to the surrounding members due to the tension field action. This puts the overall stability of the structure at risk. In this regard, in order to improve the behavior of beams and columns and reduce the dimensions of the sections used for this system, a study was conducted to reduce the shear forces applied to the boundary element. For this purpose, after verifying the finite element modeling and optimizing process of SPSWs based on previous studies, considering the internal forces as the objective function and the plate volume as the constraint, the optimized configurations with different optimization areas around the plate were obtained by ABAQUS software. The shapes resulting from the optimization in two shear directions 1 and 2 were combined with each other by AutoCAD software and a single shape was obtained. The internal force of the boundary element of all the optimal shapes under cyclic load were compared with each other and the model with the lowest internal forces in the boundary element was selected as the final shape. Then, by presenting a suggested practical configuration, this shape was subjected to parametric studies with 54 different modes, and a shape that, while reducing the shear forces of the boundary element, has high stiffness, energy absorption capacity and acceptable deformation and less out-of-plane buckling, was chosen as the final form. Finally, the suggested relationship by the 10th topic of the national building regulations, to meet for the required flexural stiffness of the boundary elements, was investigated and it was concluded that the boundary elements with a lower required moment inertia can be considered. In this case, the coefficient of the required flexural stiffness for both horizontal and vertical boundary members can be reduced to 0.0024.

Optimization of unstiffened steel plate shear walls for reduction of induced forces to the boundary elements

دیوار برشی فولادی

بهینه‌سازی توپولوژیکی

نیروهای داخلی اعضای-پیرامونی

دیوار برشی فولادی، بهینه‌سازی توپولوژیکی، دیوار برشی بدون سخت‌کننده، نیروهای داخلی اعضای-پیرامونی

Steel plate shear wall , Topology optmization , Unstiffened shear wall, Internal force of boundary elements

دژبان باسمنج، سمیه

اکبری حامد

سعیدزاده

، آرش

، مهسا

استاد راهنما

استاد مشاور

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

عمران، ۳۰۳۴۰، ۱۴۰۲

p

TF

92029

a

Y