Document

Comparison of seismic and wind actions on buildings in Oman

Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2017
Language
English
English abstract
Lateral loads are critical in the design of medium and high-rise buildings. In some cases these mat govern the design of several primary structural elements. The two principal types of lateral loads that act on building are: wind and seismic loads. Seismic loads depend on mass, seismic intensity and type of soil under the building. Heavy buildings are subjected to large seismic forces that vary along the building height. On the other hand, wind loads depend upon the terrain and the surrounding environment as well as geometry of the building. Both loads are independent but are related in particular circumstances. Previously, in most of the cases the seismicity and wind effects have been ignored in Oman because there was no design standard for earthquake and wind loading. However, Omani seismic code and wind data are available today. This research investigates the effect of seismic and wind loads on medium and high-rise buildings located in Muscat region. Different structural layouts and building heights were studied. The influence of shear walls on the behavior of building was investigated under wind and seismic conditions. Omani seismic code (OSC) was used to calculate the base shear and story shear distribution due to seismic load by Equivalent Static Load (ESL) Method. Wind pressure and its distribution was adopted in accordance with Euro-code EN1991 by considering parameters applicable to Muscat region. STAAD Pro was used to model and analyze the building. As far as seismic effect is concerned, Muscat is located in zone-I with a soil class of 'C'. However, as far as wind effect is concerned, Muscat has a basic wind speed map of 30m/s and terrain category-III. In this research, three different parameters were used such as aspect ratio (25 m x 25 m and 20 m x 40 m), height (11-storey, 15-storey, and 19-storey), and shear wall location (bare frame, core shear wall, and corner shear wall). All these parameters were compared in terms of three factors; lateral displacement, base shear and overturning moment. For the scenario of aspect ratio, it was demonstrated that 20mx40m-Z direction creates maximum lateral displacement under seismic load. However, 20mx40m-X direction has more effect on base shear and overturning moment under seismic effect as well. For the scenario of height, the 19-storey building achieved the highest lateral displacement value due to seismic load. For the scenario of shear wall location, it was found that corner shear wall has the least lateral displacement. It also provides the least vertical moments through all heights due to seismic. Therefore, it can be concluded that seismic load is governing all parameters and buildings located in Muscat should be designed primarily to resist earthquake loading.
Arabic abstract
الأحمال الجانبية مهمة في تصميم المباني المتوسطة و الشاهقة. في بعض الحالات هذه المباني تسيطر على تصميم العديد من العناصر الهيكلية الأساسية. النوعين الأساسيين من الأحمال الجانبية التي تؤثر على هذه المباني هي: أحمال الرياح والزلزال. الأحمال الزلزالية تعتمد على الكتلة، والشدة الزلزالية ونوع التربة تحت المبنى. المباني الثقيلة تتعرض لقوى زلزالية كبيرة والتي تتفاوت على طول ارتفاع المبنى. من جهة أخرى، أحمال الرياح تعتمد على التضاريس والبيئة المحيطة وكذلك شكل المبنى. كلا الأحمال مستقلة ولكن ترتبط في بعض الحالات.
في السابق، وفي معظم الحالات كانت آثار الزلازل والرياح يتم تجاهلها في تصميم المباني في عمان نظرا لعدم وجود معايير تصميمية لأحمال الزلزال والرياح. لكن في الوقت الحالي توفر الدليل العماني لتصميم المباني المقاومة للزلازل و بيانات الرياح.
هذا البحث يتحقق من تأثير الأحمال الزلزالية والرياح على المباني المتوسطة و الشاهقة والتي تقع في منطقة مسقط. بحيث تم دراسة تخطيطات هيكلية وارتفاعات مختلفة لعدد من المباني. كما تم التحقق من تأثير جدران التسليح العمودية على سلوك المبنى تحت تأثير قوى الرياح والزلزال. وقد تم استخدام الدليل العماني لتصميم المباني المقاومة للزلازل لحساب تأثيرها على كلا من قص الأساسات وتوزيع قص الطابق وذلك بواسطة طريقة التحميل الثابت. كما تم اعتماد ضغط الرياح وتوزيعها وفقا للقانون الإنجليزي (EN1991) (اليورو كود) مع مراعاة المعايير المطبقة على محافظة مسقط. وتم استخدام برنامج (ستاد برو) لتحليل وتصميم المبنى.
فيما يتعلق بالتأثير الزلزالي، تقع مسقط في المنطقة الأولى ذات فئة تربة من نوع "C". وبالإضافة إلى ذلك، وفيما يتعلق بتأثير الرياح، فإن خريطة سرعة الرياح الأساسية في مسقط تبلغ 30 متر / ثانية والتضاريس من الفئة الثالثة. في هذه الدراسة تم استخدام ثلاثة عوامل مختلفة تؤثر على المبنى مثل نسبة العرض (25 م × 25 م و 20 م x 40 م)، الارتفاع (11 طابقا، 15 طابقا، 19 طابقا)، وموقع جدار القص (الإطار العاري، جدار القص الجوهري، و جدار القص الزاوية). كل هذه العوامل تم المقارنة بينها من ثلاثة جوانب وهي الإزاحة الأفقية، قص الأساسات، وقوة الانقلاب
وقد أثبتت الدراسة أنه بما يخص نسبة عرض المبنى إلى ارتفاعه فإن المبنى ذي الأبعاد مx 20 م40 وفي حال تعرضه لقوي زلزالية فإنه ينتج أعلى إنحراف أفقي مقارنة بالحالات الأخرى التي تم دراستها. بالإضافة إلى ذلك فإن هذا النوع من المباني يتأثر بصورة أكبر عند تعرضه للزلازل فيما يتعلق بقوة القص المؤثرة على قاعدة المبنى وقابلية انقلابه.
كما أثبتت الدراسة أن المبني ذي ال19 طابقا وفي حال تعرضه للزلازل فإنه ينتج من ذلك أعلى إنحراف أفقي مقارنة بالحالات الأخرى. ومن جهة موقع جدار التسليح العمودي فإن النتائج أثبتت أن موقع الجدار في الركن أو الزاوية ينتج أقل معدل للإزاحة الأفقية للمبنى، كما أنه وفي حال جميع الارتفاعات المدروسة فإن موقع جدار التسليح العمودي في الزاوية ينتج أقل معدل للقوى العمودية المؤثرة على المبنى.
أخيرا، يمكن القول بأن القوى الزلزالية هي الأكثر سيطرة على جميع العوامل في هذه الدراسة وأن المباني المتواجدة في مسقط لابد أن تكون مصممة لمقاومة الزلازل.
Category
Theses and Dissertations

Same Subject

Theses and Dissertations
0
0
Al-Riyami, Khalid Hamid Hamood.
Sultan Qaboos University
2012
Theses and Dissertations
0
0
Saeed, Hasan.
Sultan Qaboos University
2015