This paper presents a novel structural damage detection method with a new damage index based on the statistical moments of dynamic responses of a structure under a random excitation. After a brief introduction to statistical moment theory, the principle of the new method is put forward in terms of a single-degree-of-freedom (SDOF) system. The sensitivity of statistical moment to structural damage is discussed for various types of structural responses and different orders of statistical moment. The formulae for statistical moment-based damage detection are derived. The effect of measurement noise on damage detection is ascertained. The new damage index and the proposed statistical moment-based damage detection method are then extended to multi-degree-of-freedom (MDOF) systems with resort to the leastsquares method. As numerical studies, the proposed method is applied to both single and multi-story shear buildings. Numerical results show that the fourth-order statistical moment of story drifts is a more sensitive indicator to structural stiffness reduction than the natural frequencies, the second order moment of story drift, and the fourth-order moments of velocity and acceleration responses of the shear building. The fourth-order statistical moment of story drifts can be used to accurately identify both location and severity of structural stiffness reduction of the shear building. Furthermore, a significant advantage of the proposed damage detection method lies in that it is insensitive to measurement noise.
In the design of tall building system, the wind loading can be more dominant factor than earthquake loading, and thus, it is important to check the stability and human comfort against wind. Experimental wind tunnel test is usually performed to predict wind behavior of a tall building, however, the test is not cost-effective in the preliminary stage for various structural models of tall building systems. In this regard, the study is focused on the numerical wind analysis of the tall building with and without tuned mass dampers based on the three dimensional model of wind loads and building behavior. As a numerical result, an asymmetrical 102-story tall building is presented to show the results of root mean squares of build responses with and without tuned mass dampers.
This research and technology development project is based on the concept and plan of Sumitomo Forestry Co., Ltd., and designed by Nikken Sekkei Ltd., and is aiming to realize 350 m supertall timber-framed buildings in urban areas by 2041, the 350 year anniversary of Sumitomo Forestry's founding(Fig. 1). By constructing office-based multi-use buildings which have 70 stories above ground with GFA of 455,000 ㎡, using a huge amount of timber of 185,000 ㎥, this project envisions to connect forests and cities, and to solve the problems in both of forests and cities. At the present stage, the main objective is to identify the issues related to wood, such as building structural systems, construction methods, materials used, and resource development, and to create a roadmap for future technologies to be researched and developed.
Operation and Maintenance (O&M) phase is the main contributor to the total lifecycle cost of a building. Previous studies have described that Building Information Models (BIM), if available with detailed asset information and their properties, can enable rapid troubleshooting and execution of O&M tasks by providing the required information of the facility. Despite the potential benefits, there is still rarely BIM with Mechanical, Electrical and Plumbing (MEP) assets and properties that are available for O&M. BIM is usually not in possession for existing buildings and generating BIM manually is a time-consuming process. Hence, there is a need for an automated approach that can reconstruct the MEP systems in BIM. Previous studies investigated automatic reconstruction of BIM using architectural drawings, structural drawings, or the combination with photos. But most of the previous studies are limited to reconstruct the architectural and structural components. Note that mechanical components in the building typically require more frequent maintenance than architectural or structural components. However, the building mechanical drawings are relatively more complex due to various type of symbols that are used to represent the mechanical systems. In order to address this challenge, this paper proposed a symbol recognition framework that can automatically recognize the different type of symbols in the building mechanical drawings. This study applied vector-based computer vision techniques to recognize the symbols and their properties (e.g., location, type, etc.) in two vector-based input documents: 2D drawings and the symbol description document. The framework not only enables recognizing and locating the mechanical component of interest for BIM reconstruction purpose but opens the possibility of merging the updated information into the current BIM in the future reducing the time of repeated manual creation of BIM after every renovation project.
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.
Journal of The Korean Digital Architecture Interior Association
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v.10
no.1
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pp.49-56
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2010
The purpose of this study is to examine the relationship between the structural system used in modern architecture and the form and spatial composition of the buildings. The principle in stabilization of structures is closely related to the architectural form. That is, in order to stabilize a building, a special type of structural system is required and consequently shows up with consistent characteristics in the architectural form. Modern architecture can be classified into skeleton structure, trusses structure, and space structure according to the structural characteristics. Skeleton structure is then divided into a perpendicular form and tapered form. Trusses structure is categorized as dome-shaped structure and slab-shaped structure, and space structure can be divided into compressible space structure and tensile space structure. When classifies the modern building with the aspect of architectural effect, there is a possibility of trying to divide with effect of production, and its expression. Effect of production mean structural system and effect of expression mean space and plan.
In this paper, experimental investigations on the inelastic seismic behavior of tunnel form buildings (i.e., box-type or panel systems) are presented. Two four-story scaled building specimens were tested under quasi-static cyclic lateral loading in longitudinal and transverse directions. The experimental results and supplemental finite element simulations collectively indicate that lightly reinforced structural walls of tunnel form buildings may exhibit brittle flexural failure under seismic action. The global tension/compression couple triggers this failure mechanism by creating pure axial tension in outermost shear-walls. This type of failure takes place due to rupturing of longitudinal reinforcement without crushing of concrete, therefore is of particular interest in emphasizing the mode of failure that is not routinely considered during seismic design of shear-wall dominant structural systems.
The use of Engineered Wood Systems (EWS), especially mass-timber, as a structural alternative or complement to steel and concrete is gaining interest and acceptance across different sectors of architecture, engineering, and construction, including in high-rise buildings. Focussing on the Australian context, this study examines the levels of adoption and barriers to using timber as a primary structural material in multi-storey buildings. Data collected from semi-structured interviews with stakeholders at the forefront of adoption in structural design, construction, and property development indicates that timber in multi-storey projects in Australia still faces industry-wide challenges. Designers' awareness and attitudes towards timber adoption are generally positive and suitable for flagship projects, including tall buildings, but for enduring and widespread impact, long-term investment in education within and outside the range of stakeholders already committed to promoting timber adoption is needed.
This study aims to evaluate seismic performance of existing low and mid-rise reinforced concrete buildings by comparing their displacement capacities and displacement demands under selected ground motions experienced in Turkey as well as demand spectrum provided in 2007 Turkish Earthquake Code for design earthquake with 10% probability of exceedance in 50 years for soil class Z3. It should be noted that typical residential buildings are designed according to demand spectrum of 10% probability of exceedance in 50 years. Three RC building sets as 2-, 4- and 7-story, are selected to represent reference low-and mid-rise buildings located in the high seismicity region of Turkey. The selected buildings are typical beam-column RC frame buildings with no shear walls. The outcomes of detailed field and archive investigation including approximately 500 real residential RC buildings established building models to reflect existing building stock. Total of 72 3-D building models are constructed from the reference buildings to include the effects of some properties such as structural irregularities, concrete strength, seismic codes, structural deficiencies, transverse reinforcement detailing, and number of story on seismic performance of low and mid-rise RC buildings. Capacity curves of building sets are obtained by nonlinear static analyses conducted in two principal directions, resulting in 144 models. The inelastic dynamic characteristics are represented by "equivalent" Single-Degree-of- Freedom (ESDOF) systems using obtained capacity curves of buildings. Nonlinear time history analysis is used to estimate displacement demands of representative building models idealized with (ESDOF) systems subjected to the selected ground motion records from past earthquakes in Turkey. The results show that the significant number of pre-modern code 4- and 7-story buildings exceeds LS performance level while the modern code 4- and 7-story buildings have better performances. The findings obviously indicate the existence of destructive earthquakes especially for 4- and 7-story buildings. Significant improvements in the performance of the buildings per modern code are also obvious in the study. Almost one third of pre-modern code buildings is exceeding LS level during records in the past earthquakes. This observation also supports the building damages experienced in the past earthquake events in Turkey.
In 2017, an intraplate earthquake of Mw 7.1 occurred 120 km from Mexico City (CDMX). Most collapsed structural buildings stroked by the earthquake were flat slab systems joined to reinforced concrete (RC) columns, unreinforced masonry, confined masonry, and dual systems. This article presents the simulated response of an actual six-story RC frame building with masonry infill walls that did not collapse during the 2017 earthquake. It has a structural system similar to that of many of the collapsed buildings and is located in a high seismic amplification zone. Five 3D numerical models were used in the study to model the seismic response of the building. The building dynamic properties were identified using an ambient vibration test (AVT), enabling validation of the building's finite element models. Several assumptions were made to calibrate the numerical model to the properties identified from the AVT, such as the presence of adjacent buildings, variations in masonry properties, soil-foundation-structure interaction, and the contribution of non-structural elements. The results showed that the infill masonry wall would act as a compression strut and crack along the transverse direction because the shear stresses in the original model (0.85 MPa) exceeded the shear strength (0.38 MPa). In compression, the strut presents lower stresses (3.42 MPa) well below its capacity (6.8 MPa). Although the non-structural elements were not considered to be part of the lateral resistant system, the results showed that these elements could contribute by resisting part of the base shear force, reaching a force of 82 kN.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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