Document
Effects of shear wall location and shape on required column reinforcement and lateral displacement of RC tall buildings
Publisher
Sultan Qaboos University
Gregorian
2017
Language
English
Subject
English abstract
In this research, the behavior of a 14-story reinforced concrete building with 35m length, 15m width and 49.5 m height was analyzed using ETABs commercial software with 3D finite element non-linear analysis. The building was made of three-by-seven bays of 5m grid-to-grid spans each. Three column's sections, 500x500, 550x550 and 600x600mm, were examined. Seven models for each section were developed with different shear wall shapes and locations. Three Euro-code (EN 1990:2002 +A1:2005) load combinations were adopted in the analysis namely: (1) 1.35 DL + 1.5 LL, (2) 1.35 DL + 1.5 LL +0.9 WL and (3) 1.35 DL + 1.05 LL + 1.5 WL. Each model comprised 32 columns. Results from all of the 32 columns of each model were analyzed. The building was designed for general office use. A system made of 200mm thick flat slab with 400x700mm spandrel beams were used. A 300 mm thick masonry wall on the spandrel beams was considered in the analysis. A 100mm thick, 2m wide and 2m long drop panel was adopted. The thickness of the reinforced concrete shear wall was maintained as 200 mm. The concrete characteristic compressive strength, the steel characteristic tensile/compressive strength,
of safety for concrete, the factor of safety for steel were maintained as 40N/mm2, 460N/mm2, 1.5 and 1.15 respectively. The live was 3kN/m2 and the dead load of the floor and ceiling finishes was 2.5kN/m2. The dead load of the masonry walls was 4.275kN/m2. The basic wind speed was 3lm/sec. The seven models were: (1) Model 1: No shear wall, (2) Model 2: 5x5m central core shear walls, (3) Model 3: 5x3m leeward square shear walls, Model 4: 5x5m windward square shear walls, Model 5: 3x3m centra square core shear walls, Model 6: 2 L-shaped shear walls at diagonal axis corners, and Model 7: 4 straight line shear walls in the short direction. A systematic test procedure was followed for testing all of the models and the design results from the 32 columns of each model were studied in terms of required longitudinal reinforcement and lateral displacement. The method of elimination among all models was used to select the best two models based on total columns required reinforcement. The selection of the best column from the two best ones was based on the total required reinforcement, total required concrete and lateral displacement. The (Eurocode 2. 2004) recommendation on IS
the maximum area of reinforcement is 4% Ac (mm2) and the minimum is 1% Ac (mm2). It was found that the model with shear walls built in the external periphery in the short direction of building (model 7) gave the best results in terms of the amount of required reinforcement and lateral displacement. The second-best model was the one with shear walls built as L-shape in the opposite corners (model 6). The 600x600mm section was found to be oversized and required only the minimum reinforcement. When the cost of steel is critical, section 550x550mm would be more attractive than 500x500mm. The opposite would be case when the cost of concrete and the rent of space are more critical. In all cases, model 7 was the best followed by model 6. Model 1 of section 500x500mm failed in load combination 2 and 3. Model 1 of section 550x550mm failed load combination 3. Model 3 of section 500x500mm failed load combination 3. All successful models required reinforcement within the code limits (Eurocode 2,2004).
Member of
Resource URL
Arabic abstract
في هذا البحث تم تحليل مبنى من الخرسانة المسلحة مكون من أربعة عشر طابقا ويطول ۳۰م وعرض15م وارتفاع ۹ , ۵ 4 مترا، باستخدام برنامج الحاسوب إيتاب( ETABs commercial software) . و المبنى يتكون من ثلاثة بواكي في سبعة بواكي على أبعاد هم بين الأعمدة في كل اتجاه . تم التحليل باستخدام طريقة التحليل اللاخطي ثلاثي الأبعاد بواسطة طريقة العناصر المحددة. وتمت نمذجة المبنى باختبار ثلاثة أنواع من الأعمدة بمقاطع مختلفة هي: 500x500مم، 550x550 مم، و600x600 مم. ولكل نموذج من المبنى بتلك المقاطع من الأعمدة تم تطوير سبعة نماذج من حوائط القص مختلفة الأبعاد والمواقع، وتم استخدام ثلاثة نماذج للتحميل حسب الكود الأوروبي رقم EN) A1 : 2005 + 1990 : 2002 ) وهي: (1) 1.35 DL + 1.5 LL, (2) 1.35 DL + 1.5 LL + 0.9 WL and (3) 1.35 DL + 1.05 LL + 1.5 WL.
وقد احتوى كل نموذج على ۳۲ عمود و تم تحليل جميع النتائج لكل نموذج، والمبنی مصمم للاستخدام المكتبي بشكل عام. وتم إستخدام بلاطات مسطحة بسمك ۲۰۰ مم تستند على أبيام خارجية ذات ابعاد ۷۰۰مم × 4۰۰ مم . وفي التحليل تم استخدام حوائط من الطوب بسمك ۳۰۰مم تستند على الأيام الخارجية، واستخدمت سنادات البلاطات عند رؤوس الأعمدة( Drop Panel )بسمك ۱۰۰مم وبابعاد ۲×۲م. وتم افتراض سمك حائط القص من الخرسانة المسلحة ۲۰۰ مم. واستخدمت في التحليل الخصائص التالية: قوة انضغاط الخرسانة = 40N
/ mm2 وقوة الشد في حديد التسليح = 460N / mm2 وبافتراض عامل سلامت= 1 . 5 للخرسانة المسلحة و ۱ . ۱۰ لحديد التسليح. كما تم افتراض الحمل الحي المضاف 3kN / m2 والحمولة الثابتة الاضافية 2 . 5kN / m2 ، كما قدرت الحمولة الثابتة لحوائط الطوب بحوالي 13
kN / m واقترضت سرعة الرياح الأساسية 31m / sec . أما النماذج السبعة فكانت كالاتي: نموذج رقم(۱) بدون حائط قص، نموذج رقم (۲) بحوائط قص مركزية بابعاد x5دم، نموذج رقم (۳) بحوائط قص مربعة بابعاد 5x5م في الجهة المقابلة لجهة الرياح، نموذج رقم (4) بحوائط قص مربعة بابعاد 5x5م في جهة هبوب الرياح، نموذج رقم (5) بحوائط قص مركزية بايعاد ۳x۳م، نموذج رقم (1) بحائطي قص قطريين في شكل L، نموذج رقم (۷) باربعة حوائط قص مستقيمة في اتجاه عرض المبنى. وتم انتهاج طريقة منتظمة من أجل التحقق من جميع النماذج والتصاميم المنتجة من ۲۲ عمود لكل نموذج، وتمت دراستها من حيث كمية حديد التسليح المطلوبة ومقدار الازاحة الجانبية. كما تم استخدام نظام الأبعاد في جميع النماذج من أجل اختيار أفضل نموذجين حسب مجموع الأعمدة المسلحة المطلوبة واختيار أفضل عمود من هذين الاثنين حسب كمية التسليح والازاحة الجانبية. وقد اتضح من النتائج أن النموذج رقم 7 الذي يحتوي على حوائط قص في الجوانب الخارجية في الاتجاه القصير اللمبنى أعطى افضل النتائج من ناحية كمية حديد التسليح المطلوبة ومقدار الازاحة الجانبية. أما النموذج الثاني الافضل من بين النماذج فقد كان النموذج رقم (6) ذو حوائط قص في شكل L. ودلت النتائج أيضا أن المقطع 600x600مم أكبر من المطلوب في مثل هذا المبنى حيث وجد أنه لا يحتاج لأكثر من الحد الأدنى للتسليح. وفي حال ارتفاع أسعار حديد التسليح فان استخدام الأعمدة ذات المقطع 550x550 مم يصبح أفضل من استخدام الأعمدة ذوات المقطع 500x500مم ، وبالعكس من ذلك فان كانت تكلفة الخرسانة المسلحة ومساحة الايجار هي الأكبر يجب الأخذ بالخيار الأول. وعلى كل حال فإن النموذج رقم ۷ هو الافضل يليه النموذج رقم 6. أما النماذج الغير مناسبة فهي النموذج رقم 1 تحت تأثير الأحمال أرقام ۲ و ۳) ذو الأعمدة 500x500 مم ، والنموذج ۱ ذو الأعمدة 550x550 مم (تحت تأثير الأحمال رقم ۳)، والنموذج 3 ذو الأعمدة 500x500 مم (تحت تأثير الأحمال رقم ۲). ولم تتعد كميات حديد التسليح في كل الأحوال الكميات الموصي بها في الخرسانة المسلحة والواقعة بين 4% و1% من مساحة مقطع الخرسانة، كما أن تسليح جميع الاعمدة كان في الحدود المسموح بها بواسطة الكود الأوروبي رقم (Eurocode 2,2004).
وقد احتوى كل نموذج على ۳۲ عمود و تم تحليل جميع النتائج لكل نموذج، والمبنی مصمم للاستخدام المكتبي بشكل عام. وتم إستخدام بلاطات مسطحة بسمك ۲۰۰ مم تستند على أبيام خارجية ذات ابعاد ۷۰۰مم × 4۰۰ مم . وفي التحليل تم استخدام حوائط من الطوب بسمك ۳۰۰مم تستند على الأيام الخارجية، واستخدمت سنادات البلاطات عند رؤوس الأعمدة( Drop Panel )بسمك ۱۰۰مم وبابعاد ۲×۲م. وتم افتراض سمك حائط القص من الخرسانة المسلحة ۲۰۰ مم. واستخدمت في التحليل الخصائص التالية: قوة انضغاط الخرسانة = 40N
/ mm2 وقوة الشد في حديد التسليح = 460N / mm2 وبافتراض عامل سلامت= 1 . 5 للخرسانة المسلحة و ۱ . ۱۰ لحديد التسليح. كما تم افتراض الحمل الحي المضاف 3kN / m2 والحمولة الثابتة الاضافية 2 . 5kN / m2 ، كما قدرت الحمولة الثابتة لحوائط الطوب بحوالي 13
kN / m واقترضت سرعة الرياح الأساسية 31m / sec . أما النماذج السبعة فكانت كالاتي: نموذج رقم(۱) بدون حائط قص، نموذج رقم (۲) بحوائط قص مركزية بابعاد x5دم، نموذج رقم (۳) بحوائط قص مربعة بابعاد 5x5م في الجهة المقابلة لجهة الرياح، نموذج رقم (4) بحوائط قص مربعة بابعاد 5x5م في جهة هبوب الرياح، نموذج رقم (5) بحوائط قص مركزية بايعاد ۳x۳م، نموذج رقم (1) بحائطي قص قطريين في شكل L، نموذج رقم (۷) باربعة حوائط قص مستقيمة في اتجاه عرض المبنى. وتم انتهاج طريقة منتظمة من أجل التحقق من جميع النماذج والتصاميم المنتجة من ۲۲ عمود لكل نموذج، وتمت دراستها من حيث كمية حديد التسليح المطلوبة ومقدار الازاحة الجانبية. كما تم استخدام نظام الأبعاد في جميع النماذج من أجل اختيار أفضل نموذجين حسب مجموع الأعمدة المسلحة المطلوبة واختيار أفضل عمود من هذين الاثنين حسب كمية التسليح والازاحة الجانبية. وقد اتضح من النتائج أن النموذج رقم 7 الذي يحتوي على حوائط قص في الجوانب الخارجية في الاتجاه القصير اللمبنى أعطى افضل النتائج من ناحية كمية حديد التسليح المطلوبة ومقدار الازاحة الجانبية. أما النموذج الثاني الافضل من بين النماذج فقد كان النموذج رقم (6) ذو حوائط قص في شكل L. ودلت النتائج أيضا أن المقطع 600x600مم أكبر من المطلوب في مثل هذا المبنى حيث وجد أنه لا يحتاج لأكثر من الحد الأدنى للتسليح. وفي حال ارتفاع أسعار حديد التسليح فان استخدام الأعمدة ذات المقطع 550x550 مم يصبح أفضل من استخدام الأعمدة ذوات المقطع 500x500مم ، وبالعكس من ذلك فان كانت تكلفة الخرسانة المسلحة ومساحة الايجار هي الأكبر يجب الأخذ بالخيار الأول. وعلى كل حال فإن النموذج رقم ۷ هو الافضل يليه النموذج رقم 6. أما النماذج الغير مناسبة فهي النموذج رقم 1 تحت تأثير الأحمال أرقام ۲ و ۳) ذو الأعمدة 500x500 مم ، والنموذج ۱ ذو الأعمدة 550x550 مم (تحت تأثير الأحمال رقم ۳)، والنموذج 3 ذو الأعمدة 500x500 مم (تحت تأثير الأحمال رقم ۲). ولم تتعد كميات حديد التسليح في كل الأحوال الكميات الموصي بها في الخرسانة المسلحة والواقعة بين 4% و1% من مساحة مقطع الخرسانة، كما أن تسليح جميع الاعمدة كان في الحدود المسموح بها بواسطة الكود الأوروبي رقم (Eurocode 2,2004).
Category
Theses and Dissertations