Mathias, Neville;Ranaudo, Francesco;Sarkisian, Mark
International Journal of High-Rise Buildings
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v.5
no.1
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pp.51-62
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2016
The concept of introducing viscous damping devices between outriggers and perimeter columns in tall buildings to provide supplementary damping and improve performance, reduce structural costs, and increase available usable area was developed and implemented by Smith and Willford (2007). It was recognized that the relative vertical movement that would occur between the ends of outriggers and columns, if they were not connected, could be used to generate damping. The movements, and correspondingly damping, can potentially be significantly increased by amplifying them using simple "mechanisms". The mechanisms also make it possible to increase the number of available dampers and thus further increase supplementary damping. The feasibility of mechanisms to amplify supplementary damping and enhance structural performance of tall, slender buildings is studied with particular focus on its efficacy in improving structural performance in wind loads.
Rafizadeh, Hamidreza;Alaghmandan, Matin;Tabasi, Saba Fattahi;Banihashemi, Saeed
Wind and Structures
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v.34
no.5
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pp.407-419
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2022
Many factors should be considered by architects and designers for designing a tall building. Wind load is one of these important factors that govern the design of tall building structures and can become a serious challenge when buildings tend to be built very tall and slender. On the other hand, through the initial stages of a design process, choosing the design geometry greatly affects the wind-induced forces on a tall building. With this respect, geometric shapes with 3-fold rotational symmetry are one of the applied plan shapes in tall buildings. This study, therefore, aims to investigate the aerodynamic characteristics of 8 different geometrical shapes using Computational Fluid Dynamics (CFD) by measuring the drag and lift forces. A case study approach was conducted in which different building shape models have the same total gross area and the same height of 300 meters. The simulation was an incompressible transient flow that ran 1700 timesteps (85 seconds on the real-time scale). The results show a great difference between wind-induced force performance of buildings with different plan shapes. Generally, it is stated that the shapes with the same area, but with smaller perimeters, are better choices for reducing the drag force on buildings. Applying the lift force, the results show that the buildings with plan shapes that have rounded corners act better in crosswind flow while, those with sharp corners induce larger forces in the same direction. This study delivers more analytical understanding of building shapes and their behavior against the wind force through the parametric modelling.
A modern and highly-sustainable addition to the skyline of Seoul, South Korea has been completed; the Federation of Korean Industries Headquarters (FKI). The signature saw-toothed exterior wall of the 245-meter tall tower and the contrasting smooth nature of the pipe-shell structured podium "egg" gives this project and site a unique identity in the city.
The design of tall buildings has recently provided many challenges to structural engineers. One such challenge is to minimise the cross-sectional dimensions of columns to ensure greater floor space in a building is attainable. This has both an economic and aesthetics benefit in buildings, which require structural engineering solutions. The use of high strength steel in tall buildings has the ability to achieve these benefits as the material provides a higher strength to cross-section ratio. However as the strength of the steel is increased the buckling characteristics become more dominant with slenderness limits for both local and global buckling becoming more significant. To arrest the problems associated with buckling of high strength steel, concrete filling and encasement can be utilised as it has the affect of changing the buckling mode, which increases the strength and stiffness of the member. This paper describes an experimental program undertaken for both encased and concrete filled composite columns, which were designed to be stocky in nature and thus fail by strength alone. The columns were designed to consider the strength in axial compression and were fabricated from high strength steel plate. In addition to the encased and concrete filled columns, unencased columns and hollow columns were also fabricated and tested to act as calibration specimens. A model for the axial strength was suggested and this is shown to compare well with the test results. Finally aspects of further research are addressed in this paper which include considering the effects of slender columns which may fail by global instabilities.
Lianjin, Bao;Jianxing, Chen;Peng, Qian;Yongqinag, Huang;Jun, Tong;Dasui, Wang
International Journal of High-Rise Buildings
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v.4
no.3
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pp.219-226
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2015
By the end of 2014, the number of completed and under-construction supertall buildings above 250 meters in China reached 90 and 129, respectively. China has become one of the centers of supertall buildings in the world. Supertall buildings in China are getting taller, more slender, and more complex. The structural design of these buildings focuses on the efficiency of lateral resisting systems and the application of energy dissipation. Furthermore, the research, design, and construction of high-performance materials, pile foundations, and mega-members have made a lot of progress. Meanwhile, more and more challenges are presented, such as the improvement of structural system efficiency, the further understanding of failure models, the definition of design criteria, the application of high-performance materials, and construction monitoring. Thus, local structural engineers are playing a more important role in the design of supertall buildings.
Ultra-high strength concrete and high tensile steel are becoming very attractive materials for high-rise buildings because of the need to reduce member size and structural self-weight. However, limited test data and design guidelines are available to support the applications of high strength materials for building constructions. This paper presents significant findings from comprehensive experimental investigations on the behaviour of tubular columns in-filled with ultra-high strength concrete at ambient and elevated temperatures. A series of tests was conducted to investigate the basic mechanical properties of the high strength materials, and structural behaviour of stub columns under concentric compression, beams under moment and slender beam-columns under concentric and eccentric compression. High tensile steel with yield strength up to 780 MPa and ultra-high strength concrete with compressive cylinder strength up to 180 MPa were used to construct the test specimens. The test results were compared with the predictions using a modified Eurocode 4 approach. In addition, more than 2000 test data samples collected from literature on concrete filled steel tubes with normal and high strength materials were also analysed to formulate the design guide for implementation in practice.
The lateral component of turbulence and the vortices shed in the wake of a structure result in introducing dynamic wind load in the acrosswind direction and the resulting level of motion is typically larger than the corresponding alongwind motion for a dynamically sensitive structure. The underlying source mechanisms of the acrosswind load may be classified into motion-induced, buffeting, and Strouhal components. This study proposes a frequency domain framework to decompose the overall load into these components based on output-only measurements from wind tunnel experiments or full-scale measurements. First, the total acrosswind load is identified based on measured acceleration response by solving the inverse problem using the Kalman filter technique. The decomposition of the combined load is then performed by modeling each load component in terms of a Bayesian filtering scheme. More specifically, the decomposition and the estimation of the model parameters are accomplished using the unscented Kalman filter in the frequency domain. An aeroelastic wind tunnel experiment involving a tall circular cylinder was carried out for the validation of the proposed framework. The contribution of each load component to the acrosswind response is assessed by re-analyzing the system with the decomposed components. Through comparison of the measured and the re-analyzed response, it is demonstrated that the proposed framework effectively decomposes the total acrosswind load into components and sheds light on the overall underlying mechanism of the acrosswind load and attendant structural response. The delineation of these load components and their subsequent modeling and control may become increasingly important as tall slender buildings of the prismatic cross-section that are highly sensitive to the acrosswind load effects are increasingly being built in major metropolises.
Joseph, Leonard M.;Gulec, C. Kerem;Schwaiger, Justin M.
International Journal of High-Rise Buildings
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v.5
no.1
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pp.1-12
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2016
The 1100 foot [335 m] tall Wilshire Grand Center tower under construction in Los Angeles illustrates many key outrigger issues. The tower has a long, narrow floor plan and slender central core. Outrigger braces at three groups of levels in the tower help provide for occupant comfort during windy conditions as well as safety during earthquakes. Because outrigger systems are outside the scope of prescriptive code provisions, Performance Based Design (PBD) using Nonlinear Response History Analysis (NRHA) demonstrated acceptability to the Los Angeles building department and its peer review panel. Buckling Restrained Brace (BRB) diagonals are used at all outrigger levels to provide stable cyclic nonlinear behavior and to limit forces generated at columns, connections and core walls. Each diagonal at the lowest set of outriggers includes four individual BRBs to provide exceptional capacities. The middle outriggers have an unusual 'X-braced Vierendeel' configuration to provide clear hotel corridors. The top outriggers are pre-loaded by jacks to address long-term differential shortening between the concrete core and concrete-filled steel perimeter box columns. The outrigger connection details are complex in order to handle large forces and deformations, but were developed with contractor input to enable practical construction.
K B Rajasekarababu;G Vinayagamurthy;Ajay Kumar T M;Selvirajan S
International Journal of High-Rise Buildings
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v.11
no.4
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pp.287-300
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2022
Unconventional structures are getting more popular in recent days. Large-span roofs are used for many structures, such as airports, stadiums, and conventional halls. Identifying the pressure distribution and wind load acting on those structures is essential. This paper offers a collaborative study of computational fluid dynamics (CFD) simulations and wind tunnel tests for assessing wind pressure distribution for a building with a combined slender curved roof. The hybrid turbulence model, Improved Delayed Detached Eddy Simulation (IDDES), simulates the open terrain turbulent flow field. The wind-induced local pressure coefficients on complex roof structures and the turbulent flow field around the structure were thus calculated based upon open terrain wind flow simulated with the FLUENT software. Local pressure measurements were investigated in a boundary layer wind tunnel simultaneous to the simulation to determine the pressure coefficient distributions. The results predicted by CFD were found to be consistent with the wind tunnel test results. The comparative study validated that the recommended IDDES model and the vortex method associated with CFD simulation are suitable tools for structural engineers to evaluate wind effects on long-span complex roofs and plan irregular buildings during the design stage.
Kimberlain, Jon;Carbary, Larry;Clift, Charles D.;Hutley, Peter
International Journal of High-Rise Buildings
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v.2
no.4
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pp.345-354
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2013
This paper presents an advanced engineering technique using finite element analysis to improve structural silicone glazing (SSG) design in high-performance curtain wall systems for building facade. High wind pressures often result in bulky SSG aluminum extrusion profile dimensions. Architectural desire for aesthetically slender curtain wall sight-lines and reduction in aluminum usage led to optimization of structural silicone bite geometry for improved stress distribution through use of finite element analysis of the hyperelastic silicone models. This advanced design technique compared to traditional SSG design highlights differences in stress distribution contours in the silicone sealant. Simplified structural engineering per the traditional SSG design method lacks accurate forecasting of material and stress optimization, as shown in the advanced analysis and design. Full scale physical specimens were tested to verify design capacity in addition to correlate physical test results with the theoretical simulation to provide confidence of the model. This design technique will introduce significant engineering advancement to the curtain wall industry and building facade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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