Shanghai Tower is a 632-meter super high-rise building located in an area with wind and active earthquake. A sophisticated structural health monitoring (SHM) system consisting of more than 400 sensors has been built to carry out a long-term monitoring for its operational safety. In this paper, a reduced-order model including 31 elements was generated from a full model of this super tall building. An iterative regularized matrix method was proposed to tune the system parameters, making the dynamic characteristic of the reduced-order model be consistent with those in the full model. The updating reduced-order model can be regarded as a benchmark model for further analysis. A long-term monitoring for structural dynamic characteristics of Shanghai Tower under different construction stages was also investigated. The identified results, including natural frequency and damping ratio, were discussed. Based on the data collected from the SHM system, the dynamic characteristics of the whole structure was investigated. Compared with the result of the finite element model, a good agreement can be observed. The result provides a valuable reference for examining the evolution of future dynamic characteristics of this super tall building.
The seismic behavior of a framed structure with chevron-type buckling restrained braces was investigated and their behavior factors, such as overstrength, ductility, and response modification factors, were evaluated. Two types of structures, building frame systems and dual systems, with 4, 8, 12, and 16 stories were designed per the IBC 2003, the AISC LRFD and the AISC Seismic Provisions. Nonlinear static pushover analyses using two different loading patterns and incremental dynamic analysis using 20 earthquake records were carried out to compute behavior factors. Time history analyses were also conducted with another 20 earthquakes to obtain dynamic responses. According to the analysis results, the response modification factors turned out to be larger than what is proposed in the provision in low-rise structures, and a little smaller than the code-values in the medium-rise structures. The dual systems, even though designed with smaller seismic load, showed superior static and dynamic performances.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.2
no.1
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pp.33-42
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2002
A computationally efficient stiffness design method for building structures is proposed in which dynamic soil-structure interaction based on the wave-propagation theory is taken into account. A sway-rocking shear building model with appropriate ground impedances derived from the cone models due to Meek and Wolf (1994) is used as a simplified design model. Two representative models, i.e. a structure on a homogeneous half-space ground and a structure on a soil layer on rigid rock, are considered. Super-structure stiffness satisfying a desired stiffness performance condition are determined via an inverse problem formulation for a prescribed ground-surface response spectrum. It is shown through a simple yet reasonably accurate model that the ground conditions, e.g. homogeneous half-space or soil layer on rigid rock (frequency-dependence of impedance functions), ground properties (shear wave velocity), depth of surface ground, have extensive influence on the super-structure design.
Structural design of most nonprismatic Pre-Engineered Building Systems (PEBS) is performed using optimizing software developed in foreign countries. In this study, a structural optimizing software for the design of 3-D structures of nonprismatic PEBS is developed according to the allowable stress design method of AISC2005 and KBC. Optimizing structural design with nonprismatic members is carried out by repeating the process of structural analysis and member design to minimize the weight of a structure. According to the optimizing design results of 2-D and 3-D structures with nonprismatic members, there are considerable steel savings in designing structures with nonprismatic H-shaped built-up sections rather than with H-shaped rolled sections. When H-shaped built-up sections were used, the weight of the structural steel was reduced when AISC2005 specification rather than AISC1898 was used in the design. It is therefore concluded that utilizing the new AISC2005 specification is safer in preventingweb buckling because the height of a member is designed to be small despite some differences depending on the structural type.
Guevara-Corzo, Jeffrey J.;Begambre-Carrillo, Oscar J.;Garcia-Sanchez, Jesus A.;Sanchez-Acevedo, Heller G.
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.4
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pp.417-434
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2022
In this work, a review of mechanical metamaterials and seismic protection systems that use them is carried out, focusing on passive protection systems. During the last years, a wide variety of classical systems of seismic protection have demonstrated to be an effective and practical way of reducing the seismic vulnerability of buildings, maintaining their health and structural integrity. However, with the emergence of metamaterials, which allow obtaining uncommon mechanical properties, new procedures and devices with high performance have been developed, reducing the seismic risk through novel approaches such as: seismic shields and the redirection of seismic waves; the use of stop band gaps and the construction of buried mass resonators; the design of pentamodal base isolators. These ideas are impacting traditional areas of structural engineering such as the design and building of highly efficient base isolation systems. In this work, recent advances in new seismic protection technologies and researches that integrate mechanical metamaterials are presented. A complete bibliometric analysis was carried out to identify and classify relevant authors and works related with passive seismic protection system based on mechanical metamaterial (pSPSmMMs). Finally, possible future scenarios for study and development of seismic isolators based on mechanical metamaterials are shown, identifying the relevant topics that have not yet been explored, as well as those with the greatest potential for future application.
This paper presents a response spectrum analysis procedure suitable for base isolated regular buildings subjected to near fault ground motions. This procedure is based on the fact that the isolation system may be treated separately since the superstructure behaves as a rigid body on well selected isolation systems. The base isolated building is decomposed into several single-degree of freedom systems, the first one having the total weight of the building is isolated while the remainder when superposed they replicate approximately the behavior of the superstructure. The response of the isolation system is governed by a response spectrum generated for a single isolated mass. The concept of the procedure and its application for the analysis of base isolated structures is illustrated with an example. The present analysis procedure is shown to be accurate enough for the preliminary design and overcomes the limits of applicability of the conventional linear response spectrum analysis.
Outrigger systems have been widely used in super tall buildings constructed since the 1980's, eclipsing previously favored tubular frame systems. However, outriggers are not listed as a seismic lateral load resisting system in any code. Design guidelines are not available. The CTBUH formed the Outrigger Working Group to develop the first-ever outrigger system design guide with an historical overview, considerations for outrigger application, effects on building behavior and design recommendations including concerns specific to this structural system such as differential column shortening and construction sequence impacts. Project examples are presented for various outrigger system types, including advancements in their technology. The guide provides a basis for future discussions on this important topic.
The Hilbert-Huang transform (HHT) consists of empirical mode decomposition (EMD) and Hilbert spectral analysis. EMD has been successfully applied for identification of mode shapes of structures based on input-output approaches. This paper aims to extend application of EMD for output-only identification of mode shapes of linear structures. In this regard, a new simple and efficient method based on band-pass filtering and EMD is proposed. Having rather accurate estimates of modal frequencies from measured responses, the proposed method is capable to extract the corresponding mode shapes. In order to evaluate the accuracy and performance of the proposed identification method, two case studies are considered. In the first case, the performance of the method is validated through the analysis of simulated responses obtained from an analytical structural model with known dynamical properties. The low-amplitude responses recorded from the UCLA Factor Building during the 2004 Parkfield earthquake are used in the second case to identify the first three mode shapes of the building in three different directions. The results demonstrate the remarkable ability of the proposed method in correct estimation of mode shapes of the linear structures based on rather accurate modal frequencies.
Mazinani, Iman;Jumaat, Mohd Zamin;Ismail, Z.;Chao, Ong Zhi
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.3
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pp.297-309
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2014
Under lateral loads Framed Tube (FT) system exhibits reduction of cantilever efficiency due to the effect of shear lag. Braced Tube (BT) represents a valuable solution to overcome shear lag problems by stiffening the exterior frame with diagonal braced members. This study investigates the effect of shear lag on BT and FT under wind load. Shear lag and top-level displacement results are compared with previous findings by researchers on FT and BT systems. The investigation of the effect of various configurations in BT on the reduction the shear lag is another objective of this study. The efficiency of each structure is evaluated using the linear response spectrum analysis to obtain shear lag. STADD Pro software is used to run the dynamic analysis of the models. Results show there is relatively less shear lag in all the BT configurations compared to the FT structural system. Moreover, the comparison of the obtained result with those derived by previous studies shows that shear lag is not proportional to lateral displacement. With respect to results, optimum BT configuration in term of lower shear lag caused by lateral loads is presented.
Besjak, Charles;Biswas, Preetam;Petrov, Georgi I.;Streeter, Matthew;Devin, Austin
International Journal of High-Rise Buildings
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v.6
no.1
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pp.1-9
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2017
The Pertamina Energy Tower (PET) and Manhattan West North Tower (MWNT) are two supertall towers recently designed and engineered by Skidmore, Owings & Merrill (SOM). The structural system for both buildings consists of an interior reinforced concrete core and a perimeter moment frame system, which is primarily structural steel. As is typical for tall towers with both concrete and steel elements, staged construction analysis was performed in order to account for the long term effects of creep and shrinkage, which result in differential shortening between the interior concrete core and steel perimeter frame. The particular design of each tower represents two extremes of behavior; PET has a robust connection between the perimeter and core in the form of three sets of outriggers, while the perimeter columns of MWNT do not reach the ground, but are transferred to the core above the base. This paper will present a comparison of the techniques used during the analysis and construction stages of the design process with the goal of understanding the differences in structural behavior of these two building systems in response to the long term effects of creep and shrinkage. This paper will also discuss the design and construction techniques implemented in order to minimize the differential shortening between the interior and exterior over the lifespan of these towers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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