Irregularities in the structure are crucial factors in screening structural vulnerability under extreme loadings. Numerical analyses were carried out considering wind and seismic loadings for four structures with discrete irregularity: continuous and discontinuous beams with varied story levels, and L-shaped irregular buildings. Structural responses such as maximum displacements, bending moments, axial forces, torsions, and story drifts are evaluated as per the criteria and limits defined by ACI 318. The outcomes indicate that the frame system with beam discontinuity on the upper half of the height exhibits the best structural performance. The results also indicate that the asymmetrical design of the L-shaped model makes it more susceptible to damage when subjected to strong lateral loading conditions.
Seismic responses of RC core wall with two outriggers are investigated in this study. In the models analyzed here, one of the outriggers is fixed at the top of the building and the second is placed at different levels along the height of the system. Each of the systems resulting from the placement of the outrigger at different locations is designed according to the prescriptive codes. The location of the outrigger changes along the height. Linear design of all the structures is accomplished by using prescriptive codes. Buckling restrained braces (BRBs) are used in the outriggers and forward directivity near fault and far fault earthquake record sets are used at maximum considered earthquake (MCE) level. Results from nonlinear time history analysis demonstrate that BRB outriggers can change the seismic responses like force distribution and deformation demand of the RC core-walls over the height and lead to the new plastic hinge arrangement over the core-wall height. Plasticity extension in the RC core wall occurs at the base as well as adjacent to the outrigger levels. Considering the maximum inter-story drift ratio (IDR) demand as an engineering parameter, the best location for the second outrigger is at 0.75H, in which the maximum IDR at the region upper the second outrigger level is approximately equal to the corresponding value in the lower region.
The need for eco-friendly building materials such as engineered wood has increased to reduce carbon emissions. Although the range and height of engineered wood buildings are gradually increasing in North America and Europe, engineered wood is mainly used for low-rise residential buildings in Korea. In order to reduce carbon emissions more, therefore, it needs to expand the use of engineered wood by applying it to various buildings with different uses or more stories. With this background, the aim of this study is to investigate the applicability of engineered wood for 9-story office buildings. Since a 9-story building with engineered wood only is not allowed in KBC, an example building has RC ordinary shear walls as the lateral force resisting system while engineered wood is only used for gravity load resisting moment frames. Another example building is also used for comparison where both lateral and gravity load resisting systems are designed by RC. The applicability of engineered wood is investigated by comparing the seismic performance and the amount of carbon emission of both buildings. The result shows that the seismic performance of both buildings was not significantly different while the amount of carbon emission of the engineered wood building was much less then the RC building. Based on this result, engineered wood is sufficiently applicable to 9-story office buildings even though it still needs to pay attention to the shear design of reinforce concrete walls.
This study aims to introduce a new bracing system by which even super-wide frames with large openings can be braced. The proposed system, hereafter called Cable-Pulley Brace (CPB), is a tension-only bracing system with a rectilinear configuration. In CPB, a wire rope passes through a rectilinear path around the opening(s) and connects the lower corner of the frame to its opposite upper one. CPB is a secondary load resisting system with a nonlinear-elastic hysteretic behavior due to its initial pre-tension load. As a result, the required energy dissipation would be provided by the MRF itself, and the main intention of using CPB is to contribute to the initial and post-yield stiffness of the whole system. Using a stiffness calibration technique, optimum placement of the CPBs is discussed to yield a uniform displacement demand along the height of the structure. A displacement-based design procedure is proposed by which the MRF with CPB can be designed to achieve a uniform distribution of inter-story drifts with predefined values. Obtained results indicated that CPB leads to significant reductions in maximum and residual deformations of the MRF at the expense of minor increase in the maximum base shear and developed axial force demands in the columns. In the case of a typical 5-story residential building, compared to SMRF system, CPB system reduces maximum amounts of inter-story and residual drifts by 35% and 70%, respectively. Moreover, openings of the frame are not interrupted by the CPB. This is the most appealing feature of the proposed bracing system from architectural point of view.
Mansouri, Iman;Arabzadeh, Ali;Farzampour, Alireza;Hu, Jong Wan
Steel and Composite Structures
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제37권1호
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pp.91-98
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2020
Steel plate shear walls are recently used as efficient seismic lateral resisting systems. These lateral resistant structures are implemented to provide more strength, stiffness and ductility in limited space areas. In this study, the seismic behavior of the multi-story steel frames with steel plate shear walls are investigated for buildings with 4, 8, 12 and 16 stories using verified computational modeling platforms. Different number of steel moment bays with distinctive lengths are investigated to effectively determine the deflection amplification factor for low-rise and high-rise structures. Results showed that the dissipated energy in moment frames with steel plates are significantly related to the inside panel. It is shown that more than 50% of the dissipated energy under various ground motions is dissipated by the panel itself, and increasing the steel plate length leads to higher energy dissipation capability. The deflection amplification factor is studied in details for various verified parametric cases, and it is concluded that for a typical multi-story moment frame with steel plate shear walls, the amplification factor is 4.93 which is less than the recommended conservative values in the design codes. It is shown that the deflection amplification factor decreases if the height of the building increases, for which the frames with more than six stories would have less recommended deflection amplification factor. In addition, increasing the number of bays or decreasing the steel plate shear wall length leads to a reduction of the deflection amplification factor.
본 연구에서는 단자유도계 시스템에서 작성한 이력에너지 스펙트럼과 누적된 변위 연성비 스펙트럼을 이용하여 비좌굴 가새골조의 내진설계법을 제안하였다. 먼저 목표 연성비에 해당하는 이력에너지 스펙트럼과 누적된 연성비 스펙트럼을 작성하였다. 주어진 목표 변위를 만족하기 위하여 필요한 가새의 단면적은 이력에너지 요구량과 가새에 의하여 소산된 누적 소성에너지를 같다고 하여 산정하였다. 스펙트럼을 작성하고 설계절차의 유효성을 검증하기 위하여 20개의 지진기록을 이용하였다. 제안된 방법에 따라 설계된 3층과 8층 비좌굴 가새골조의 해석결과에 따르면 최상층 변위의 평균값이 성능 목표 변위에 잘 부합됨을 알 수 있다. 또한 층간변위는 구조물 높이에 따라 비교적 일정하였는데 이것은 손상 분포가 일정하기 때문에 바람직하다. 그러므로 제안된 에너지 설계법은 기존 강도설계법의 대안으로 비좌굴 가새골조의 신뢰할만한 설계법이라고 할 수 있다.
Llanes-Tizoc, Mario D.;Reyes-Salazar, Alfredo;Ruiz, Sonia E.;Bojorquez, Eden;Bojorquez, Juan;Leal Graciano, Jesus M.
Earthquakes and Structures
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제16권4호
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pp.469-485
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2019
A numerical investigation regarding local (${\mu}_L$) and story (${\mu}_S$) ductility demand evaluation of steel buildings with perimeter moment resisting frames (PMRF) and interior gravity frames (IGF), is conducted in this study. The interior connections are modeled, firstly as perfectly pinned (PP), and then as semi-rigid (SR). Three models used in the SAC steel project, representing steel buildings of low-, mid-, and high-rise, are considered. The story ductility reduction factor ($R_{{\mu}S}$) as well as the ratio ($Q_{GL}$) of $R_{{\mu}S}$ to ${\mu}_L$ are calculated. ${\mu}_L$ and ${\mu}_S$, and consequently structural damage, at the PMRF are significant reduced when the usually neglected effect of SR connections is considered; average reductions larger than 40% are observed implying that the behavior of the models with SR connections is superior and that the ductility detailing of the PMRF doesn't need to be so stringent when SR connections are considered. $R_{{\mu}S}$ is approximately constant through height for low-rise buildings, but for the others it tends to increase with the story number contradicting the same proportion reduction assumed in the Equivalent Static Lateral Method (ESLM). It is implicitly assumed in IBC Code that the overall ductility reduction factor for ductile moment resisting frames is about 4; the results of this study show that this value is non-conservative for low-rise buildings but conservative for mid- and high-rise buildings implying that the ESLM fails evaluating the inelastic interstory demands. If local ductility capacity is stated as the basis for design, a value of 0.4 for $Q_{GL}$ seems to be reasonable for low- and medium-rise buildings.
In the reinforced concrete structure, as the height of building structure increases, the accurate estimation of differential column shortening is important factor in the structural design. In this study, the analysis of column shortening is applied to 36-story building structure to be built in time. As a result, it may found that, as the difference of compressive stress become larger, differential shortening effect due to creep and shrinkage are more signicant factor to structural designer.
Atmospheric boundary layer winds experience two types of effects due to friction at the ground surface. One effect is the increase of the wind speeds with height above the surface. The second effect, called the Ekman layer effect, entails veering - the change of the wind speed direction as a function of height above the surface. In this study a practical procedure is developed within a database-assisted design (DAD) framework that accounts approximately for veering effects on tall building design. The procedure was applied in a case study of a 60-story reinforced concrete building, which also considered the dependence of veering effects on the orientation of the building. Comparisons are presented between response estimates that do not account for veering, and account for veering conservatively. For the case studied in this paper veering effects were found to be small.
Energy-based seismic design and evaluation methods are promising to be involved in the next generation design codes. Accordingly, determining the distribution of earthquake input energy demand among floor levels is quite imperative in order to develop an energy-based seismic design procedure. In this paper, peak floor input energy demands are achieved from relative input energy response histories of several reinforced concrete (RC) frames. A set of 22 horizontal acceleration histories selected from recorded near-fault earthquakes and scaled in time domain to be compatible with the elastic acceleration design spectra of Turkish Seismic Design Code are used in time history analyses. The distribution of the computed input energy per mass values and the arithmetic means through the height of the considered RC frames are presented as a result. It is found that spatial distribution of input energy per mass is highly affected by the number of stories. Very practical yet consistent formulation of distributing the total input energy to story levels is achieved, as a most important contribution of the study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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