324250

Free Vibration of High Rise Buildings using Condensation of Matrices

Article

Last updated: 03 Jan 2025

Subjects

-

Tags

-

Abstract

The complex configuration and free-form shapes of many DOFs lead to an increase in the size of the matrices. As a result, the dynamic analysis of high-rise buildings becomes more complex. These buildings need an extension of more time in the analysis process, and super-computers and costs significantly increased. Accordingly, the reduction of the size of the matrices is required. Therefore, condensation of matrices is one of the most efficient techniques to solve this problem. This research investigates a condensation technique to simplify free vibration dynamic analysis of high-rise buildings to reduce the big matrices resulting from many DOFs based on the Guyan-Irons reduction. The method suggests two approaches (Static and Dynamic) condensation methods. These methods reduce the size of the whole dimension of the structural matrices. A comparison between the static and the dynamic condensation methods was carried out, and obtained the natural frequency in both cases. The results revealed that dynamic condensation is more efficient in calculating the frequencies and mode shapes than static condensation since the dynamic condensation methods consider the effects of the inertia terms of the ignored DOFs, in contrast to static condensation. Because the inertia terms are related to the inverse of the dynamic stiffness matrix, it is impossible to obtain this matrix directly. The dynamic condensation for analyzed models gives a maximum deviation of ± 5:7% from Sap 2000. Therefore, dynamic condensation is applied to sizeable finite element models to compute the frequencies and the different mode shapes faster.   أصبح الاهتمام بالمباني الشاهقة من أهم أولويات الدول المتقدمة كمتطلبات النمو السكاني، تسعى كل دولة لتكون صاحبة أطول ناطحة سحاب. لذلك، تحالف الابتكار المعماري والإنشائي لتصميم ونمذجة وتحليل الهياكل المعقدة. اختلفت الأنظمة الإنشائية لتحمل الأحمال الجانبية. فبزيادة عدد الطوابق والخلجان وأنظمة البناء المختلفة، واختلاف مواد البناء تزيد عدد درجات الحرية، وبالتالي أصبحت المصفوفات كبيرة ومعقدة، واستغرق حلها مزيدًا من الوقت والجهد. حالياً الاهتمام بإيجاد حل لتقليل أبعاد المصفوفات لان التحليل الديناميكي للمباني الشاهقة صار أكثر تعقيدًا بسبب التكوين المعقد وعدد درجات الحرية الكبير ، أحد الحلول هو تكثيف المصفوفات. لتصبح أسهل وأكثر اقتصادا في حل البرمجيات وأجهزة الكمبيوتر. الهدف الرئيسي للبحث: تقليل أبعاد المصفوفات بتقنية التكثيف لتبسيط التحليل الديناميكي للاهتزازات الحرة للمباني الشاهقة لتقليل المصفوفات الكبيرة الناتجة عن العديد من DOF على أساس تقليل Guyan-Irons. باقتراح طريقتان (ثابت وديناميكي) للتكثيف. تم إجراء مقارنة بين طريقتي التكثيف والحصول على التردد الطبيعي في كلتا الحالتين ببرنامج FORTRAN. أيضا دراسة الفرق بين الاختيار الدقيق لدرجات الحرية الرئيسة والمحذوفة  ومقارنة النتائج. أظهرت النتائج أن التكثيف الديناميكي أكثر كفاءة في حساب الترددات وأشكال الأنماط من التكثيف الساكن حيث أن التكثيف الديناميكي تأخذ في الاعتبار تأثيرات شروط القصور الذاتي في DOFs المتجاهلة ، على عكس التكثيف الثابت. نظرًا لأن مصطلحات القصور الذاتي مرتبطة بعكس مصفوفة الصلابة الديناميكية ، فمن المستحيل الحصول على هذه المصفوفة مباشرةً. يعطي التكثيف الديناميكي للنماذج التي تم تحليلها انحرافًا أقصى قدره ± 5: 7٪ عن Sap 2000. لذلك ، يتم تطبيق التكثيف الديناميكي على نماذج العناصر المحدودة الكبيرة لحساب الترددات وأشكال الوضع المختلفة أسرع. استخدام مؤخرًا في ارتباط نماذج تحليل الاختبار والتحكم في الاهتزاز والتحسين الديناميكي الهيكلي وتحليل الاستجابة الديناميكية. تم إجراء تحليل حر لايجاد التردد الطبيعي - الاهتزاز الحر له دورًا مهمًا في التصميم - خاصة للحالة الأساسية لأنه عنصر مهيمن في اهتزازات الرياح والزلازل، حيث يتصرف الهيكل بمرونة.

DOI

10.21608/auej.2023.212837.1374

Keywords

KEYWORDS: Static condensation, Dynamic condensation, High-rise Buildings, Free Vibrations. التكثيف الاستاتيكي، التكثيف الديناميكي، المباني الشاهقة، التحليل الحر

Authors

First Name

Aya

Last Name

Kassem

MiddleName

A.

Affiliation

Structural Engineering Department, Faculty of Engineering, Mansoura University, Mansoura, Egypt.

Email

ayakassem22@gmail.com

City

Mansoura

Orcid

-

First Name

Ahmed

Last Name

Yousef

MiddleName

M.

Affiliation

Structural Engineering Department, Faculty of Engineering, Mansoura University, Mansoura, Egypt.

Email

-

City

-

Orcid

-

First Name

Mohammed

Last Name

Abou El-Saad

MiddleName

N.

Affiliation

Structural Engineering Department, Faculty of Engineering, Mansoura University, Mansoura, Egypt.

Email

naguib2005@yahoo.com

City

-

Orcid

-

Volume

18

Article Issue

69

Related Issue

44187

Issue Date

2023-10-01

Receive Date

2023-05-23

Publish Date

2023-10-01

Page Start

764

Page End

785

Print ISSN

1687-8418

Online ISSN

3009-7622

Link

https://jaes.journals.ekb.eg/article_324250.html

Detail API

https://jaes.journals.ekb.eg/service?article_code=324250

Order

324,250

Type

Original Article

Type Code

706

Publication Type

Journal

Publication Title

Journal of Al-Azhar University Engineering Sector

Publication Link

https://jaes.journals.ekb.eg/

MainTitle

Free Vibration of High Rise Buildings using Condensation of Matrices

Details

Type

Article

Created At

24 Dec 2024