ارزیابی عملکرد و بررسی خطرپذیری لرزه ای سازه های ورزشگاهی (مطالعه موردی: سازه غیرمسقف ورزشگاه فوتبال)

پیری زاده, محبوبه; صابر نیکوپسند, فرنود; بدرلو, بیت اله

doi:10.22065/jsce.2020.231901.2144

ارزیابی عملکرد و بررسی خطرپذیری لرزه ای سازه های ورزشگاهی (مطالعه موردی: سازه غیرمسقف ورزشگاه فوتبال)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

¹ گروه مهندسی عمران، دانشکده فنی و مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران غرب

² کارشناس ارشد مهندسی عمران گرایش زلزله، دانشکده فنى ومهندسى، گروه مهندسى عمران، دانشگاه آزاد اسلامى واحد تهران غرب، تهران، ایران

³ استادیار سازه، گروه عمران، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران

10.22065/jsce.2020.231901.2144

چکیده

سازه های بزرگ مقیاس ورزشگاهی به عنوان بخشی از المانهای شهری با کارکرد اجتماعی و تفریحی قابلیت ایفای نقش دوگانه ای را در برنامه ریزی مدیریت خطرپذیری لرزه ای شهرهای لرزه خیز کشور دارند. با توجه به نوع کاربری سازه هایی از این قبیل که تجمع جمعیت انسانی در آنها در زمان وقوع زلزله محتمل است، ارزیابی عملکرد لرزه ای این سازه ها هم از جنبه جلوگیری از تلفات زیاد و هم از جنبه حفظ سرمایه گذارى مالی می تواند به پیشگیری و کاهش خسارات وارده کمک قابل توجهی نماید. در این تحقیق، سازه جایگاه تماشاگران یک استادیوم روباز ورزشی با سیستم باربر جانبی از نوع قاب خمشی بتنی بر اساس ضوابط آیین نامه ای موجود کشور طراحی لرزه‌ای شده است. سپس عملکرد لرزه ای این سازه، با اعمال روش تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی فزاینده تحت اثر مولفه های افقی شتابنگاشتهای لرزه ای سازگار با ساختگاه در دو حالت استادیوم پر وخالی از جمعیت در زمان زلزله ارزیابی شده است. نتایج ارزیابی حاکی از کاهش 20 تا 50 درصدی ظرفیت شدت لرزه ای میانه سازه در حالت استادیوم پر نسبت به حالت استادیوم خالی می باشد. در حالت ورزشگاه خالی در زمان وقوع زلزله، هدف عملکردی پیش بینی شده در آیین نامه لرزه ای برای ساختمانهای با دسته بندی با اهمیت زیاد تامین شده و امکان استفاده از سازه به عنوان فضای پشتیبان مقابله با بحران در 72 ساعت بعد از وقوع زلزله در تمام سطوح خطر احتمالی فراهم است لکن در بدبینانه ترین سناریو که همزمانی وقوع زلزله با پر بودن کامل ورزشگاه لحاظ شده است، افزایش قابلیت اطمینان به تامین سطح عملکرد مطلوب در زمان وقوع زلزله های با سطح خطر زلزله طرح و بالاتر از آن، از منظر برنامه های کاهش خطرپذیری لرزه ای و موضوعاتی مانند برنامه تخلیه اضطراری جمعیت مورد توجه قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مرمت و مقاوم سازی سازه ها

عنوان مقاله [English]

Performance Evaluation and Seismic Risk Assessment of Stadium Structures (Case Study: A Roofless Football Stadium)

نویسندگان [English]

mahboobeh pirizadeh ¹
Farnood SABER NIKOOPASAND ²
Baitollah badarloo ³

¹ Department of Civil Engineering, College of Engineering, West Tehran Branch, Islamic Azad University, Tehran, Iran

² M.Sc. Department of engineering, Islamic Azad University, West Tehran Branch, Tehran, Iran

³ Assistant Professor, Department of Civil Engineering, Qom University of Technology (QUT), Qom, Iran

چکیده [English]

The large-scale stadium structures as part of the urban elements with social and recreational functions can play a dual role in the seismic risk management of seismic-prone countries. Because of the possibility of human density and unsafely of the crowd during earthquake events, evaluating the seismic performance of these buildings both in terms of minimizing high human losses and ensuring financial investments could help to prevent and mitigate risks, significantly. For this purpose, the grandstand structure of a roofless sports stadium with concrete moment frame lateral system is designed according to the current seismic codes. Then, the seismic performance of the structure is assessed under two different crowd scenarios by applying nonlinear time-history incremental dynamic analysis method under bidirectional excitation of a set of site-compatible earthquake records. According to the results, the median IM capacity of the structure is decreased from 20% to 50% in the full crowded scenario compared to the empty scenario, over the various limit-states. The expected functional objectives of the current seismic codes are satisfied for the scenario of empty structure and it can be considered as backup emergency facilities for the first 72 hours after earthquake events with any intensity levels. However, by considering the most pessimistic scenario when the earthquake coincides with the stadium being full, the application of the seismic risk reduction strategies seems to be essential to the decision-making process to ensure the desired performance level during the earthquake events with return periods more than 475 years for emergency evacuation or emergency temporary accommodation.

کلیدواژه‌ها [English]

seismic risk management
performance-based earthquake engineering
Crowd-Structure Interaction
Grandstand Structure
Sport Stadium

مراجع

[1] Hoshia, M. and Takaaki, N. (Translated by Kalantari, A.) (2000). Seismic Risk Management of Structures. Tehran: International Institute of Earthquake Engineering and Seismology Press (in Persian).

[2] Cimellaro, G. P., Renschler, C., Reinhorn, A. M., and Arendt, L. (2016). PEOPLES: A framework for evaluating resilience. Journal of Structural Engineering, 142(10), 1-13.

[3] Shakib, H., Dardaei, S., and Pirizadeh, M. (2011). A proposed seismic risk reduction program for the mega city of Tehran, Iran. Journal of Natural Hazards Review, 12(3), 140-145.

[4] Vamvatsikos, D. and Cornell, C.A. (2002). Incremental dynamic analysis. Earthquake Engineering & Structural Dynamics, 31(3), 491-514.

[5] Iranian Management and Planning Organization (2015). A Guide to Gymnasiums Architectural Design, No. 373. (in Persian)

[6] Iranian Management and Planning Organization (1996). Technical Standards of the Country's Stadiums, No. 132. (in Persian)

[7] Building and Housing Research Center (2015). Iranian Code of Practice for Seismic Resistant Design of Buildings. Standard No. 2800, Ed. 4, Iran. (in Persian)

[8] Iranian Management and Planning Organization (2014). Instruction for Seismic Rehabilitation of Existing Buildings, No. 360. (in Persian)

[9] Fédération Internationale de Football Association. (2013). FIFA Stadium Safety and Security Regulations.

[10] Gkologiannis, C., Gantes, C., Athanasiadis, A., Majowiecki, M., Zoulas, F., and Schmidt, H. (2010). Structural Design of the New Football Stadium of Panathinaikos FC in Votanikos, Greece. In IABSE Symposium Report (97(1), 63-70). International Association for Bridge and Structural Engineering.

[11] Liu, W. H., Yang Q. S., and Tian, Y. J. (2006). Response analysis of national stadium under spatially varying earthquake ground motions. Journal of the International Association for Shell and Spatial Structures, 47(3), 261-270.

[12] Qian, J. R., Zhang, W. J., and Ji, X. D. (2008). Application of pushover analysis on earthquake response predication of complex large-span steel structures. The 14th World Conference on Earthquake Engineering (pp. 12-17).

[13] Ellis, B. R., Ji, T., and Littler, J. D. (2000). The response of grandstands to dynamic crowd loads. Proceedings of the Institution of Civil Engineers-Structures and Buildings, 140(4), 355-365.

[14] Earthquake Engineering Research Institute (2013). Learning from Earthquakes: The Mw 6.6 Earthquake of April 20, 2013 in Lushan, China. EERI Special Earthquake Report.

[15] Giovinazzi, S., Stevenson, J. R., Mason, A., and Mitchell, J. (2012). Assessing temporary housing needs and issues following Christchurch Earthquakes, New Zealand Christchurch Earthquake, Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering Lisbon, Portugal.

[16] Azzali, S. (2017). Mega sports events and public spaces: the case of Doha and the 2022 World Cup. The 10th Conference of the International Forum on Urbanism (IFoU) (pp. 453-463). International Forum on Urbanism.

[17] Iranian National Sports Facilities Development and Maintenance Company’s Reports [Online]. Available at: http://www.tanavar.ir.

[18] Jalayer, F., and Cornell, C. A. (2003). A Technical Framework for Probability-Based Demand and Capacity Factor Design (DCFD) Seismic Formats. PEER Rep. No. 2003/08, Pacific earthquake engineering center, Berkeley, CA.

[19] Pirizadeh, M., Saber-Nikoopasand, F. and Badarloo, B. (2019). Seismic Performance Evaluation of Code-Designed Grandstand Structure of A Roofless Sport Stadium, The 8th International Conference on seismology& Earthquake Engineering, Tehran, Iran.

[20] Iranian National Building Codes Compilation Office (2014). Iranian national building code, part 6: Loads on building. Ministry of Housing and Urban Development (MHUD). (In Persian)