Σχεδιασμός δεκαώροφου μεταλλικού κτιρίου με σύστημα FUSEIS τύπου dogbone

Abstract

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι η μελέτη,με έμφαση στον αντισεισμικό σχεδιασμό,ενός δεκαώροφου κτιρίου με φέροντα οργανισμό από χάλυβα.Αντί των συνηθισμένων συστημάτων δυσκαμψίας μεταλλικών κτιρίων όπως οι διαγώνιοι και έκκεντροι σύνδεσμοι ή τα πλαίσια,για την πλευρική ευστάθεια και την προστασία έναντι σεισμικών φορτίων έχει επιλεγεί να χρησιμοποιηθεί σύστημα δυσκαμψίας fuseis τύπου dogbone.Το εν λόγω σύστημα δυσκαμψίας,το οποίο αποτελεί ακόμα πεδίο έρευνας,παρέχει τη δυνατότητα επισκευής του έπειτα απο ένα επιβλαβές σεισμικό γεγονός,κάτι που γενικά δεν είναι εύκολα εφικτό στα άλλα συστήματα δυσκαμψίας. Εξετάζονται ενδεικτικά τρείς διαφορετικές ως προς τον αριθμό των διατάξεων του συστήματος fuseis εκδοχές σχεδιασμού,ώστε κατόπιν σύγκρισης τους να προσδιοριστεί η ιδανικότερη.Διαστασιολογούνται επομένως τρία διαφορετικά κτίρια. Επιδιώκεται οι μετακινήσεις των τριών κτιρίων(οι οποίες αποτελούν το κρίσιμο στοιχείο του σχεδιασμού κάθε κτιρίου)να είναι περίπου ίσες ώστε για ένα κοινό δεδομένο απόκρισης,να συγκριθούν οι τρείς περιπτώσεις σχεδιασμού ως προς το συνολικό βάρος χάλυβα,τις αναπτυσσόμενες πλαστιμότητες,τον αριθμό των συνδέσεων και άλλους παράγοντες που ενδιαφέρουν το μηχανικό.Το ένα απ'τα τρία κτίρια που επιλέγεται απ'τη σύγκριση,μελετάται περαιτέρω με εφαρμογή μη γραμμικών δυναμικών αναλύσεων χρονοϊστορίας. Τα τρία κτίρια διαστασιολογούνται μέσω ιδιομορφικών αναλύσεων και η ενδεχόμενη ανελαστική απόκρισή τους προσδιορίζεται μέσω μη γραμμικών στατικών αναλύσεων.Επομένως,η σύγκριση πραγματοποιείται με γνώση ενός σημαντικού όγκου πληροφοριών σχετικά με τις αποκρίσεις τους και άλλα χαρακτηριστικά τους. Με τις δυναμικές αναλύσεις χρονοϊστορίας για το ένα εκ των τριών κτιρίων,προκύπτουν περισσότερα αλλά κυρίως ακριβέστερα δεδομένα σχετικά με την ανελαστική του απόκριση.Τα δεδομένα αυτά,όντας συμβατά με τα αποτελέσματα των προηγούμενων αναλύσεων,διαμορφώνουν την τελική εικόνα σχετικά με την απόκριση του κτιρίου στα αναμενόμενα σεισμικά φορτία.

The subject of study in this thesis is the design of a 10-story steel building, emphasizing the seismic design.In the majority of steel buildings, the required stiffness and strength due to seismic loads is provided through framing systems or bracing systems. In the case of the 10-story steel building which is under consideration, the seismic loads are to be undertaken by a different stiffness system, the dogbone-type FUSEIS system.FUSEIS is a new, innovative system which is still under examination in both theoretical and experimental stage.What is interesting about it, is its ability to be repaired after a harmful seismic episode, an ability which is not easily provided by the common stiffness systems. Three buildings, each of them with a different number of layouts in the FUSEIS system, are to be studied and then compared so as to detect the most preferable.Therefore, the design process is going to be delivered for three different buildings. A basic target of the design of the three buildings is the equality of their displacements(which constitute the critical design factor).Equating the displacements is a necessary requirement so as to compare the total steel weights, the developing and available ductilities, the number of connections and other characteristics of the buildings that concern the designer, for a given response value.Only one of the three buildings is selected, based on the comparison results, and then it is studied furthermore through nonlinear dynamic analyses(timehistory analyses). All the three buildings are designed through linear analyses(eigenmode analyses), and then nonlinear static analyses are conducted for the case that some of them response inelastically.Therefore, the comparison of the buildings is based on a large enough amount of data concerning their response and evaluation. Studying the selected building through nonlinear dynamic analyses, data of more quantity and mainly of higher accuracy is provided about its nonlinear response.This data, being compatible with the results of the previous analyses, configures the final view about the response of the building to the expected seismic loads.