Date of Award

12-2014

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Civil Engineering (MSCE)

Department

Civil and Environmental Engineering

First Advisor

Dr. Aman Mwafy

Abstract

The rapid developments in the United Arab Emirates along with the repeated seismic activity confirm the significance of planning for the possible damage that may hit earthquake-prone areas in order to mitigate earthquake losses. The contemporary buildings are the most important when estimating the potential losses from earthquakes since they represent concentrated economic and human assets. This study aims at developing vulnerability functions for a wide range of modern building inventory in a highly-populated and earthquake-prone area in the UAE. Ten reference buildings with varying heights from 2 to 100 stories and three different lateral force resisting systems are selected to represent the study area. The reference buildings are completely designed and detailed as per the design provisions and construction practice utilized in the UAE. Detailed fiber-based numerical models are developed for the reference structures and forty natural earthquake records are selected to account for the uncertainty in seismic demands. Over 5,000 inelastic analyses are performed to derive three-dimensional vulnerability functions for the investigated structural systems. It is concluded that, unlike the satisfactory performance of the shear wall and tube in tube structural systems, the flat slabcolumns system is vulnerable to the severe distant earthquakes. It is suggested to decrease the overstrength factor and increase the deflection amplification factor by 10% for the low-rise flat slab-columns system. For the shear wall and tube in tube systems, the force reduction factors can be increased by at least 10%, with a possibility of further increase after a thorough assessment of the proposed reduction in seismic loads. It is also proposed to adopt an effective stiffness of 0.5EI, 0.8EI and 1.0EI for the vertical elements of the flat slab-columns, shear wall and tube in tube vii structural systems, respectively, to arrive at an accurate estimate of the inelastic periods of vibrations. The derived three-dimensional vulnerability relationships in the present study enable the interpolation of results to arrive at the fragilities of a wide range of buildings with different heights and systems. The developed fragility curves are prepared for the direct integration in a comprehensive loss estimation system for the region.

Arabic Abstract

إن معدلات التنمية السريعة بدولة الإمارات العربية المتحدة مع ما تشهده من أنشطة زلزالية متكررة تؤكد على أهمية التنبؤ بالخسائر المحتملة للزلازل وضرورة دراسة أساليب التخفيف من آثارها المتوقعة. تمثل المباني الحديثة أهمية كبرى عند تقدير الخسائر الزلزالية المحتملة نظراً لأنها تمثل أصولاً اقتصادية وبشرية كبيرة. تهدف هذه الدراسة إلى إعداد منحنيات للتنبؤ بخسائر الزلازل (vulnerability curves) لمجموعة كبيرة من المباني المعاصرة في المناطق عالية الكثافة السكانية والأكثر عرضة للزلازل في دولة الإمارات.

في هذه الدراسة تم اختيار عشرة مبانٍ بارتفاعات متفاوتة تتراوح بين طابقين ومائة طابق والتي تشمل ثلاثة أنظمة إنشائية مختلفة لمقاومة القوى الجانبية وذلك لتمثيل المباني بمنطقة الدراسة، وقد تم تصميم المباني المختارة وفقاً لاعتبارات التصميم (design codes) وممارسات البناء المستخدمة بدولة الإمارات، وقد اشتملت الدراسة على إعداد نماذج تحليلية مفصلة معتمدة على طريقة النمذجة بالألياف (fiber-based modeling) للمباني المختارة، وكذلك تم اختيار أربعين سجلاً لزلازل طبيعية وذلك لمراعاة عدم اليقين في الإجهادات الناتجة من الزلازل، وقد تم إجراء أكثر من خمسة آلاف تحليل ديناميكي غير مرن (inelastic analyses) للحصول على منحنيات ثلاثية الأبعاد للتنبؤ بالخسائر الزلزالية للأنظمة الإنشائية محل الدراسة. وقد خلصت الدراسة إلى أنه خلافاً للأداء الجيد لنظام الإنشاء باستخدام جدران القص (shear walls) والنظام المركب (tube in tube)، فإن نظام البلاطات المسطحة مع الأعمدة (flat slab-columns) كان أكثر عرضة لتأثير الزلازل الشديدة المتولدة من مصادر بعيدة، وقد اقترحت الدراسة تقليل معامل القوة الإضافية (overstrength factor) وزيادة معامل تضخيم التشكلات (deflection amplification factor) بنسبة 10% للمباني منخفضة الارتفاع من نظام البلاطات المسطحة مع الأعمدة، بالنسبة لنظام جدران القص والنظام المركب فيمكن زيادة معامل تخفيض قوى التصميم (force reduction factor) بقيمة 10% على الأقل، مع إمكانية زيادة معامل تخفيض القوى بدرجة أكبر بعد عمل تقييم شامل للتخفيض المقترح في قوى التصميم للزلازل. وكذلك اقترحت الدراسة استخدام معامل جساءة فعالة يكافئ 50% و80% و100% من الجساءة الكلية وذلك للعناصر الإنشائية الرأسية من نظام البلاطات المسطحة مع الأعمدة ونظام جدران القص والنظام المركب على التوالي. وتتيح منحنيات التنبؤ بالخسائر الزلزالية ذات الأبعاد الثلاثية المستنتجة في هذه الدراسة الوصول إلى تقييم فعال للخسائر المحتملة من الزلازل لمجموعة كبيرة من المباني بارتفاعات متفاوتة وأنظمة إنشائية مختلفة، وقد تم إعداد منحنيات التنبؤ بالخسائر الزلزالية لدمجها مباشرة في نظام شامل لتقييم الخسائر الزلزالية بالمنطقة.

Download
COinS