הרצאה בנושא אנליזה סיסמית תפקודית מתקדמת עבור מלון רב קומות
אנליזה סיסמית תפקודית מתקדמת עבור מלון Bat-Yam Beach מרצה :אלכס שוחט בשת"פ עם זיו סולומון ,שמואל (בוקשפן מהנדסים) ובעזרתם של :דניאל דובוא ,עימאד נאסירי ,ירון אופיר (ירון אופיר מהנדסים) ירון אופיר מהנדסים בע"מ תוכן עניינים: .1המטרה :להראות שתכן מתקדם מאפשר הבנה טובה יותר של ההתנהגות המבנית ואת מנגנוני התפתחות הכשל בו .הבנה זאת מגבירה את הביטחון של המתכנן בפתרון המבני ומגדילה את בטיחות המבנה. .2תיאור הגיאומטריה ונתונים :עבור מלון בת ים ביץ. .3הגדרת עומסים :ספקטרום עבור בת ים ביץ +ע.שימושי +ע.קבוע .4אנליזה מודלית לפי ת"י 413ולפי :EC8בירור היחס בין התקן הישראלי לאירופאי. .5אנליזת דחיפה לא-ליניארית :Non-Linear Pushover Analysis הערכת הדרישה הסיסמית ומציאת מקדם הקטנת כוח מציאותי למבנה .6אנליזה לא-ליניארית בזמן לאימות התכן :Time History Analysis הערכה ריאליסטית של תגובת המבנה ,הזזות ,כוחות הגזירה (מקדם הגברה מציאותי לגזירה) ,ושיעור הסיבוב הפלסטי ברכיבים הנושאים העיקריים. פברואר 2011 2 תאור המבנה: • גובה מבנה כ~ 150מטר 46( .קומות מעל פני הקרקע) • שטח קומה טיפוסית כ~ 847מ"ר • עובי תקרה בקומה טיפוסית 18ס"מ • שתי קומות מרתף ממפלס 0.00+עד –7.00 • קומת לובי בגובה ממפלס 0.00+עד 6.30+ • ביסוס משולב רפסודה+כלונסאות פברואר 2011 3 קומה טיפוסית לפני עדכון בהמשך לאנליזה מערכת ההקשחה האופקית מתקבלת באמצעות קירות (גזירה וכפיפה) ,גרעין 1 אקסצנטרי וגרעין .2המבנה הוא בעל חתך פתוח .העמודים ההקשחה האופקית ומשמשים ~30 m בהיקף לא תורמים למערכת מרכז קשיחות מרכזית מסה C לנשיאת עומסי הכבידה( .הם כמובן ממודלים ונבדקת תגובתם עבור ההזזה בר.אדמה) ~34 m פברואר 2011 4 עומס סיסמי: מבנה בטון ספקטרום עבור תקופת חזרה 475שנה ,ריסון 5% עבור אזור בת-ים]Z=0.089 [g SDS SD1 אנליזה מודלית אנליזה סטטית TL=4 sec פברואר 2011 Tc=0.69 sec 5 Tb=0.11 sec עומס גרביטציוני+שימושי: טבלת עומסים (קבוע נוסף +שימושי) במפלסי המבנה עומס קבוע נוסף (ק"נ/מ"ר) עומס שימושי (ק"נ/מ"ר) מקדם עומס לשילוב סיסמי שימושי סה"כ עומס נוסף בקומה (ק"נ/מ"ר) מפלס ( -7רפסודה) 10.0 5.0 0.2 11.0 מפלסים -3.4ו0 - 5.0 5.0 0.2 6.0 מפלסים 6.3עד גג המבנה 3.0 2.0 0.2 3.4 גג המבנה 6.0 4.0 0.2 6.8 פברואר 2011 6 אנליזה מודלית: • משקל המבנהWtotal=66000 [ton] : • מלון עונה לקריטריון של בניין מרובה אוכלוסין לכן המקדם הוא 1.25 • מקדם הקטנה בהנחה ורמת משיכות בינונית5 : • עבור אנליזה סיסמית According to ASCE 41-06 & EC8 יש להפחית בקשיחות החתכים עקב סדיקה פברואר 2011 7 אנליזה מודלית: X Y X צורת תנודה עיקרית של פיתול ((T=4.52 sec. צורת תנודה עיקרית של הזזה בכיוון (T=4.77 sec.( X Y צורת תנודה עיקרית של הזזה בכיוון (T=5.21 sec.( Y מסקנות אנליזה מודלית לפי ת"י 413גיליון תיקון מס' :3 תוצאות האנליזה הראשונית הדגישו מספר ליקויים במערכת הנושאת של הבניין המקורי .1חתך פתוח שגורם לאקסצנטריות וריכוז מאמצים גדולים .2צימוד גדול בתגובה המבנית בדיון (ומו"מ)מול אדריכל סוכם על השינויים הבאים: הוספת קורה ותקרה כל מפלס רביעי ובכך ליצור גרעין מרכזי אחד להפחתת הפיתול הגדלת קורות עבור coupling beams שינוי עובי חלק מן הקירות. פברואר 2011 9 אנליזה מודלית :סיכום תוצאות סיכום כוחות לפני הגבלות נוסחה ()26 סיכום כוחות הגזירה בבסיס המבנה לאחר הכפלה במקדם חשיבות I וחלוקה בK - 7499 kN =Vbx 6718 kN =Vby Vbx/Wtotal = 1.16% Vby/Wtotal = 1.04% סיכום כוחות לאחר הכפלה במקדם נוסחה (Scaling Factor )27 המבנה הנדון נחשב למבנה מיוחד כי הוא אינו מקיים חלק מהמאפיינים של מבנה סדיר. 1.0 =m =1.92 Vbx 14368.46 kN nx= mFH/Vbxגזירה בכיוון X =2.14 Vby 14368.46 kN ny= mFH/Vbyגזירה בכיוון Y פברואר 2011 10 אנליזה מודלית: מקדם הגברה לכוחות הגזירה (עבור קירות) בבסיס המבנה 1.870 =)K/(I*ny 1.9 1 =Keff wma =)Keff/wma= K/(I*ny*wma בוצע בדיקה גם להשפעות P-Δוגם לאקסצנטריות פברואר 2011 11 מקדם הקטנה עבור כפיפה מקדם ההגברה על כוחות גזירה מקדם הקטנה עבור גזירה בקירות החלטה לגבי מעבר לעבודה לפי Euro Code 8ואנליזת דחיפה לא-ליניארית: לאור אי הבהירות הקיימת כרגע בתקן הישראלי לגבי מקדמי התכן הוחלט לבצע גם אנליזות מתקדמות יותר ,שתקן 413מאפשר לבצען (סעיף ,)304אך לא מנחה בפירוט כיצד. לכן התכן בוצע לפי Euro Code 8שעודכן בשנים האחרונות בתחום הסיסמי ונחשב לתקן מודרני הכולל אפשרות לביצוע הליכים מתקדמים. האנליזות שבוצעו: .1אנליזה מודאלית (לינארית) לפי EC8כרפרנס להשוואה מול 413ולאנליזות מתקדמות. .2תכן בעזרת אנליזת דחיפה לא-ליניארית .Non-Linear Static Pushover Analysis .3אימות התכן ע"י אנליזה לא ליניארית בזמן Non Linear Time History אנליזות אלה מאפשרות ,כפי שנראה בהמשך ,הבנה יותר טובה של התנהגות המערכת המבנית ובירור מקדמי ההגברה ריאליסטיים. פברואר 2011 12 שלב א'-אנליזה מודלית לפי דרישות EuroCode 8 בוצעו מספר אנליזות מודלית )1 :לפי גיאומטריה שהתקבלה מאנליזה לפי ת"י .413 )2אנליזה עם הקטנת חתכי עמודים וקירות לגובה המבנה. משליש תחתון של גובה המבנה כלפי מעלה בוצע הקטנה הדרגתית של גודל עמודים וקירות מרכזיים • מקדם חשיבות 1.25 עבור רמת משיכות בינונית DCM •מקדם הגברה לכוחות גזירהε=1.5 : •מקדם הקטנת הכוח q= 3.6 : פברואר 2011 13 מודל לאנליזה מודלית שלב א'-השוואת תוצאות בין אנליזה מודלית ת"י 413וEC8 אנליזה מודלית ת"י 413 אנליזה מודלית EuroCode8 מקדם הקטנה K=5 q=3.6 מקדם הגדלה Scaling Factor ~2 - מקדם חשיבות 1.25 1.25 כוח גזירה כולל 14368 kN 11808 kN אחוז ממשקל המבנה 2.22% 1.73% מקדם ההגברה על כוחות הגזירה 1.9 1.5 הזזה מקס' בראש המבנה 50ס"מ פברואר 2011 14 שלב ב' -אנליזת דחיפה לא ליניארית לפי )EC 8 (2004 15 אנליזת דחיפה לא ליניארית לפי יורו קוד Non-Linear Static (Pushover) 8 Analysis אנליזת דחיפה מותרת לתכן כאלטרנטיבה לאנליזה מודלית פברואר 2011 16 אנליזת דחיפה לא ליניארית לפי )EC8 (2004 אנליזת דחיפה :הפעלת עומסים אופקיים הולכים וגדלים (העמסה אינקרמנטלית) עד לרמה בה מתקבלת כניעה במרבית רכיבי המערכת המתנגדים לכוחות אופקיים. נקודת התפקוד :נקודת שיווי משקל בין דרישה (ספקטרום) לתסבולת המבנה (עקום דחיפה) אליה המבנה צריך להגיע ללא כשל. יתרונות השיטה: .1הערכת התגובה הלא-ליניארית והתסבולת האופקית של המבנה (הערכת מקדם הקטנת כוח Kריאלי). .2הערכת הדרישה הסיסמית מהמבנה :כוחות הגזירה, מומנטים ,הזזות ,הסטות אופקיות ,סיבובים פלסטיים... .3קבלת סדר הופעת הפרקים הפלסטיים. תחום התכן פברואר 2011 עקום דחיפה טיפוסי ורמות תפקוד 17 פילוג העומסים האופקיים לגובה המבנה שלב ב' -אנליזה לא ליניארית :מודל חישובי מידול קירות משולבים באמצעות אלמנטים מודל לא ליניארי של המבנה קווים כמקובל בספרות המקצועית )(Courtesy of Paulay & Priestley 1992 תכן סיסמי משיך לפי עקרונות שיטת Capacity Design מערכות משיכות של קירות הקשחה )Ductileאיור מתאר: משולבים (Coupled Walls הינה מערכת יעילה לקבלת כוחותבזבוז מכניזם פלסטי אופקיים בזכות קשיחותה ויכולת אנרגיה גבוהה ע"י הפרקים הפלסטיים רצוי לקבלת בבסיסי הקירות ובקורות הקשר. מערכת משיכה פרקים פלסטיים לבזבוז אנרגיה פברואר 2011 18 שלב ב'-מודל לא ליניארי (הגדרת חתכים)-קירות כל נקודה (צבע שחור) מייצגת אלמנט Jointהמרכז תכונות לא ליניאריות של אותו אלמנט (קורה ,קיר או עמוד) קורה קיר קיר קורה מומנט מומנט מומנט פיתול גזירה גזירה קיר כל נקודה מוגדרת באמצעות 6עקומים לא ליניאריים קורה קורה צירי קורה קורה קורה קורה קיר קיר קיר כל עמודה מיוצגת באמצעות עקום בי-ליניארי קורה קורה קורה קורה קורה קורה קטע קיר עם Joints פברואר 2011 19 שלב ב'-מודל לא ליניארי (חישוב חתכים ותכונות לא ליניאריות)-קירות יש חשיבות באיתור יחסי ההטרחה בכל רכיב לצורך תכנון נכון. M-Phi 60000 50000 30000 20000 ]Moment [kN-m 40000 חישוב משיכות החתך חישוב החתך יחסי הטרחה נכונים עבור כל רכיב 10000 חתך נשלט גזירה-לא תקין !!! 0 0.0003 0.00025 0.0002 0.00015 0.0001 0.00005 0 עקמומית rad/m .1 מאמץ לחיצה מנורמל בחתך קטן מ 0.4 הוכח כמאוד חשוב ברעידת צילה .זו נקודת זכות לתקן הארופאי והישראלי שבה היא קיימת ,בעייתי בתקינה האמריקאית והציילינית תכן חתך לפי EC8 .1 בדיקת משיכות החתך ועדכונה .2 כליאת החתך להגדלת המשיכות Priestley 1996, Paulay & Priestley 1992 100000 90000 80000 60000 50000 40000 30000 חתך נשלט -0.001 כפיפה תקין!! פברואר 2011 ]Moment [kN-m 70000 20000 10000 0 0.0008 0.0006 0.0004 0.0002 0 עקמומית rad/m 20 נניח מנת זיון אורכי בחתך =1% חישוב משיכות החתך חישוב החתך שלב ב'-מודל לא ליניארי (חישוב כליאה) במקרה שלנו: 0.0 0 -1 -0.5 -2 -1.5 -20,000.0 חישוב כליאה נעשה לפי ספרות מקצועית כי יורוקוד לא מאפשר הבנת מנגנון הכליאה .זיון הכליאה N response- -40,000.0 -60,000.0 -80,000.0 -100,000.0 עומד בדרישות מינימום ומקס של יורוקוד. -120,000.0 -140,000.0 20,000.0 18,000.0 16,000.0 14,000.0 12,000.0 10,000.0 8,000.0 V response- 6,000.0 קירוב בי לינארי עיבור גזירה 4,000.0 2,000.0 0.0 3.5 3 2 2.5 1.5 1 0.5 0 100,000.0 90,000.0 80,000.0 70,000.0 60,000.0 M response- 50,000.0 40,000.0 קירוב בי M- לינארי זווית 30,000.0 20,000.0 10,000.0 0.0006 0.0005 0.0004 0.0003 0.0002 0.0001 0.0 0.0000 21 שלב ב'-מידול ותכן קירות משולבים וקורות קשר Coupling Beams ההתנהגות הלא-ליניארית של קורות הקשר מודלה ע"י מפרקים פלסטיים בכפיפה בעל התנהגות בי-ליניארית עם חוזק המתחשב בזיון האלכסוני. *Moment Hinge Model Hinge Nonlinear Behavior According to ASCE 41-06 לאחר פתרון בודקים התפתחות מכניזם פלסטי בנקודת תפקוד וסיבובים פלסטיים, ומתקנים זיון במידת הצורך *John Wales 2010 22 מאנליזת דחיפה ראשונית או מאנליזה מודלית מקבלים הטרחות גזירה ואיתם מחשבים הזיון האלכסוני הדרוש שלב ב' -תוצאות אנליזת הדחיפה הלא-ליניארית: חישוב נקודת תפקוד לפי ) EC8 (2004לצורך הערכת הדרישה הסיסמית 4.5 Sa-Sd 4.0 Capacity curve Performance point 3.0 נקודת שיווי משקל בין עקום תאוצה-הזזה (עקום עומס) לבין עקום תסבולת של המבנה 2.5 2.0 1.5 T*=4.52 sec. 1.0 0.5 0.30 פברואר 2011 0.25 0.10 0.15 0.20 )Sd-spectral displacement (m 23 0.05 0.0 0.00 )Sa-spectral acceleration (m/sec^2 Bilinear curve 3.5 שלב ב'-עקום דחיפה 100%X+30%Y אנליזה מודלית לפני מקדם הקטנה מקדם הקטנה אמיתי רק 1.4 Qact=1.4 Q=3.6 אנליזה מודלית לאחר מקדם הקטנה פברואר 2011 24 שלב ב'-עקום דחיפה 30%X+100%Y Qact=1.5 מקדם הקטנה אמיתי רק 1.5 Q=3.6 פברואר 2011 25 שלב ב'-התפתחות פרקים/מכניזם פלסטיים צריך לבדוק הזזות וסיבובים פלסטיים 1.2F -Fנקודת תפקוד 0.8F 0.6F 0.4F 0.2F שלב ב'-בדיקת שיעור הסיבוב הפלסטי בקורות הקשר (נבדק גם לקירות) תחום המותר עבור LSעד 1.8% קורת קשר coupling beam קורת קשר coupling beam שלב ג' -אנליזה לא ליניארית בזמן לפי )EC 8 (2004 28 Time History Analysis-'שלב ג ליניארית בזמן עבור רעידת אדמה מלאכותית שנוצרה בעזרת-בוצעה אנליזה לא .EC8 (2004) מותאמת לספקטרום התאוצה והזזה לפי דרישות,SIMQKE תוכנת 5% damping ratio and 475 years of return period 0.40 Design Acceleration Spectrum (413, 2009) 0.20 Time History of a Horizontal Generated Artificial Earthquake Record (PGA=0.14g) 0.10 0.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Natural vibration period Tn (sec.) 5% damping ratio and 475 years of return period 0.40 Design Displacement Spectrum (413, 2009) Artificial Ground Motion Record 0.35 0.30 0.25 Horizontal Ground Acceleration (g) 0.16 Spectral Displacement (m) Spectral acceleration, g Artificial Ground Motion Record 0.30 0.12 0.08 0.04 0.00 -0.04 -0.08 -0.12 -0.16 0.0 0.20 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0 10.0 Time (sec.) 0.15 0.10 0.05 0.00 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 Natural vibration period Tn (sec.) 29 2011 פברואר שלב ג'Time History Analysis- הזזה בראש המבנה הגברה בהזזה בעיקר עקב צורות תנודה גבוהות בהתחשב בתגובה הלא-ליניארית סרטון פברואר 2011 30 שלב ג'-גרף גזירה בתחתית הקיר (דוגמה) מודים גבוהים משפיעים בקומות עליונות עקום כוח גזירה בתחתית הקיר 555/80 הגברה ביחס למודלית הגברה ביחס לדחיפה הגברה בעיקר עקב צורות תנודה גבוהות בהתחשב בתגובה הלא- ליניארית ]t=14.7 [sec ]t=12.3 [sec פרקים פלסטיים ]t=9.56 [sec 31 טבלת סיכום תוצאות מאנליזות Time History PushOver Modal (413) Total Base Shear 29,106 16,959 14,368 כוח גזירה כולל Reduction Factor - 1.6 5 מקדם הפחתה Amplification Factor דחיפה- 1.4 אנליזה מודלית- 3 1.5 1.9 מקדם הגברה 32 סיכום ומסקנות: תכן מתקדם: .1תכן מתקדם מגביר את הבטיחות והביטחון במבנה ע"י מציאת מקדמי הקטנה והגברה אמיתיים. .2אנליזה מתקדמת מאפשרת לנו להבין יותר טוב את סדר הכשלים שצפויים להתפתח ולתכנן חתכים בצורה אופטימאלית יותר. .3אנליזה מתקדמת מאפשרת הקטנת היקף הביסוס .במקרה שלנו בוצעה אנליזה . )Soil Structure Interaction) SSI פברואר 2011 33 !תודה רבה YARON OFFIR ENGINEERS LTD Gutwirth Science Park, Technion Campus, Haifa 32000, Israel Tel: 972-4-8323102 Fax: 972-4-8323286 Mobil: 972-54-4654022 www.yaron-offir.com [email protected] 34 2011 פברואר
© Copyright 2024