OPTIMUM POSITIONING OF SHEAR WALLS FOR MINIMIZING THE EFFECTS OF LATERAL FORCES IN MULTISTOREY-BUILDINGS

摘要

Ściany oporowe są prawdopodobnie jednym z najczęściej stosowanych systemów bocznego obciążenia w średnich i wysokich budynkach. Charakteryzują się one wysoką sztywnością płaszczyzny oraz wytrzymałością. Mogą one wytrzymać duże poziome obciążenia oraz obciążenie grawitacyjne. Zastosowanie ścian oporowych staje się obecnie nieuniknione w przypadku konstrukcji wielokondygnacyjnych. Stąd też bardzo istotne jest określenie skutecznego, efektywnego i idealnego położenia ściany oporowej w budynkach. Układ ściany oporowej musi być bardzo dokładny, bo jeśli nie, może powodować negatywne skutki. Prawidłowo zaprojektowane budynki ze ścianami oporowymi dały bardzo dobre wyniki podczas ostatnich trzęsień ziemi. Ściany oporowe gwarantują dużą wytrzymałość i sztywność budynków, zgodnie z kierunkiem ich orientacji, co znacznie zmniejsza boczne kołysanie budynku, a tym samym ogranicza możliwość uszkodzenia konstrukcji i jej zawartości. Ściany oporowe w regionach o wysokiej aktywności sejsmicznej wymagają specjalnych detali. Przepisy dotyczące detali monolitycznych konstrukcji żelbetowych i konstrukcji ze ścian oporowych zostały opisane w IS 13920 (1993). Po trzęsieniu ziemi w Bhuj, które miało miejsce w 2001 roku, kodeks ten stał się obowiązkowy dla wszystkich konstrukcji w strefach III, IV i V. W niniejszym projekcie przeprowadzono badanie mające na celu określenie wpływu dodatkowych ścian oporowych, a także optymalnej konfiguracji strukturalnej budynku wielopiętrowego, w drodze radykalnej zmiany położenia ściany oporowej. Rozpatrzono cztery różne przypadki położenia ściany oporowej dla budynków o kondygnacjach G+10, przy zachowaniu zerowej ekscentryczności między środkiem masy i środkiem sztywności. Są to: 1. PRZYPADEK [1]: Konwencjonalne ramy bez ścian oporowych 2. PRZYPADEK [2]: Budynki ze ścianami oporowymi na obrzeżach 3. PRZYPADEK [3]: Budynki ze ścianami oporowymi na obrzeżach przy środkowej części 4. PRZYPADEK [4]: Budynki ze ścianami oporowymi o konstrukcji skrzynkowej w środku geometrii Modelowanie powyższych czterech modeli zostało wykonane przy użyciu oprogramowania komputerowego ATABS 2015. Powyższym modelom przypisano wymiary 18 × 18 m dla płaszczyzny z sześcioma osiami w obu kierunkach, całkowitą wysokość 35 m z cokołem na wysokości 2 m, oraz wysokość ściany wynoszącą 3 m. Modele zostały wyposażone w elewacje ram odpornych na zginanie (OMRF) wraz z konfiguracją ściany oporowej. Zgodnie z IS: 1893-2002 (Część-1), przyjęty został średni rodzaj gleby, Współczynnik Redukcji R otrzymał wartość 5, Współczynnik Ważności I wartość 1.0. Modele zostały umieszczone w strefie sejsmicznej V, dla której czynnik strefy Z wynosi 0.36. W przypadku całej geometrii, w niniejszym badaniu zastosowano wartość M25 i Fe415. Zastosowano przekroje belek cokołowych o wymiarach 0.23 m × 0.23 m oraz belek podłogowych o wymiarach 0.23 m × 0.48 m, a wymiary kolumny wyniosły 0.30 m × 0.70 m. Konstrukcja szkieletowa została poddana bocznemu i grawitacyjnemu obciążeniu, zgodnie z przepisami IS, a wyniki zostały poddane analizie, w celu określenia optymalnego położenia ściany oporowej. W celu opracowania najprostszej, a jednocześnie najbardziej wiarygodnej metody analizy, rozważono połączone działanie Ciężaru Własnego, Ciężaru Użytkowego oraz Sił Sejsmicznych w kierunku poziomym (tj. 1.2 DL + 1.2 LL + 1.2 EQZ). Zachowanie wszystkich systemów szkieletowych zostało potraktowane jako podstawowe badanie modelowanej konstrukcji. Poprzeczny współczynnik dryfowania/ ugięcia został sprawdzony zgodnie z klauzulą 7.11.1 w ramach IS-1893:2002 (tj. pod przejściowymi obciążeniami sejsmicznymi). Te dwa parametry, uznane za przedstawiające porównanie między poszczególnymi ramami, stanowią maksymalne obciążenie kondygnacji. Przeprowadzono również ręczne kontrole zgodnie z IS: 1893-2002 (Część-2) i IS:3920-993, w celu sprawdzenia ważności wyników. Pod względem Dryfowania Kondygnacji, PRZYPADEK 4, bardzo zbliżony do PRZYPADKU 2, dał lepsze wyniki w porównaniu do innych modeli. Pozwoliło nam to przypuszczać, że gdy Ściany Oporowe znajdują się w środku geometrii i przyjmują postać skrzynkową lub są umieszczone w narożnikach, wówczas konstrukcje zachowują się w bardziej stabilny sposób. Ta praktyka stosowania Ścian Oporowych o Konstrukcji Skrzynkowej staje się coraz bardziej popularna, ponieważ wysokie konstrukcje są zazwyczaj wyposażone w system podnoszenia kontrolnego, a ściany oporowe o konstrukcji skrzynkowej służą podwójnemu celowi - jako ściany oporowe oraz pionowy kanu lub przejście dla ruchu wind. Główną różnicę w zachowaniach z PRZYPADKU 4 i PRZYPADKU 2 można zauważyć podczas porównywania Oporu Kondygnacji. PRZYPADEK 2 przedstawia dużo wyższe wartości oporu kondygnacj, w porównaniu do innych modeli. W tej sytuacji, PRZYPADEK 4 okazał się najlepszy. Na podstawie niniejszego badania można zatem bezpiecznie stwierdzić, że ściany oporowe o konstrukcji skrzynkowej umieszczone w środku geometrii budynku dają najlepsze wyniki. Aby jeszcze bardziej zwiększyć efektywność konstrukcji, możliwe jest zastosowanie technik odporności na trzęsienie ziemi, takich jak Tłumiki Sejsmiczne czy Izolacja Podłoża.%Shear walls are the most commonly used lateral load resisting systems in high rises. They have high plane stiffness and strength which can be used to simultaneously resist large horizontal loads while also supporting gravity loads. Hence it is necessary to determine effective and ideal locations of shear walls. Shear wall arrangement must be absolutely accurate, if not, it may cause negative effects instead. In this project, a study has been carried out to determine the effects of additions of shear walls and also the optimum structural configuration of multistory buildings by changing the shear wall locations radically. Four different cases of shear wall positions for G+10 storey buildings have been analyzed by computer application software ETABS. The framed structure was subjected to lateral and gravity loading in accordance with the Indian Standards provision and the results were analyzed to determine the optimum positioning of the shear walls.