Kamalzare, Mahmoud;Johnson, Erik A.;Wojtkiewicz, Steven F.
Smart Structures and Systems
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v.15
no.3
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pp.847-862
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2015
Typical base isolated buildings are designed so that the superstructure remains elastic in design-level earthquakes, though the isolation layer is often quite nonlinear using, e.g., hysteretic elements such as lead-rubber bearings and friction pendulum bearings. Similarly, other well-performing structural control systems keep the structure within the linear range except during the most extreme of excitations. Design optimization of these isolators or other structural control systems requires computationally-expensive response simulations of the (mostly or fully) linear structural system with the nonlinear structural control devices. Standard nonlinear structural analysis algorithms ignore the localized nature of these nonlinearities when computing responses. This paper proposes an approach for the computationally-efficient optimal design of passive isolators by extending a methodology previously developed by the authors for accelerating the response calculation of mostly linear systems with local features (linear or nonlinear, deterministic or random). The methodology is explained and applied to a numerical example of a base isolated building with a hysteretic isolation layer. The computational efficiency of the proposed approach is shown to be significant for this simple problem, and is expected to be even more dramatic for more complex systems.
Seismic and wind load performances of buildings are commonly improved by using bracing systems. In practice, standard bracing systems, such as X, Y, V, and K types are used. To determine the appropriate bracing type, the designer uses trial & error method among the standard bracings to obtain better results. However, using topology optimization yields more efficient bracing systems or new bracing can be developed depending on building and loading types. Determination of optimum bracing type for minimum deformation on a building under the effect of wind load is given in this study. A new bracing system is developed by using topology optimization. Element removal method is used to determine and remove the comparatively inefficient materials. Optimized bracing is compared with proposed bracing types available in the related literature. Maximum deformation value of building is used as performance indicator to compare effectiveness of different bracings to resist wind loads. The proposed bracing, yielded 99%, deformation reduction compared to the unbraced building.
Tall Buildings have been one of the most prominent symbols of economic growth for nearly a century. Yet, in the aftermath of the tragedies of September 11, "signature" Tall buildings have become the focus of much debate. The structural systems today are undergoing a major evolution to address the ability of providing flexibility in the design and use of the building together with sustainability (Green) and cost-effective system. This paper describes a new invented structural system, evolutionary structural analysis and design of Tall buildings, which involves the entire analysis process, including conceptual and design stages and comparison with the existing Tall building. This study presents an new innovative structural system, Beehive (Hexagrid), for Tall buildings. The final results are achieved by modeling an 80 story Tall building with the optimized angle and topology of hexagon members by using a computer analysis, ETABS finite element analysis. The objective function of this system is to use one structural system in order to both maximize Eigen frequency for resisting dynamic responses and minimize mean compliance for static responses. Finite element analysis is carried out by using standardized materials. Optimal Hexagrid topologies with the highest stiffness are finally determined to resist both static and dynamic behaviors. Holistic design integration approaches between structures and facades to save energy for environmental control are studied. Innovative design ideas to control structural motion as well as to utilize that motion to harness energy are discussed. Considering abundant emergence of tall buildings all over the world in recent years, the importance of the studies presented in this paper cannot be overemphasized for constructing more sustainable built environments.
Recent severe earthquakes in and around the vital public places worldwide indicate the severe vulnerability of ground excitation to be assailed. Reducing the effect of seismic lateral load in structural design is an important conception. Essentially, seismic isolation is required to shield the superstructure in such a way that the building superstructure would not move when the ground is shaking. This study explores the effectiveness, design, and practical feasibility of base isolation systems to reduce seismic demands on buildings of varying elevations. Thus, static and dynamic analyses were conducted based on site-specific bi-directional earthquakes for base-isolated as well as fixed-based buildings. Remarkably, it was discovered that isolators used in low-rise to high-rise structures tend to significantly decrease the structural responses of seismic prone buildings. The higher allowable horizontal displacement induces structural flexibility and ensure good structural health of the building stories. Reinforcement from vertical and horizontal members can be reduced in significant amounts for BI buildings. Thus, although incorporating base isolators increases the initial outlay, it considerably diminishes the total structural cost.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.19-32
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2003
The structural system of a hybrid building is composed of upper shear wall which resist lateral force by bending deformation and lower frame which resist lateral force by shear deformation. A deep transfer girder is used to transfer gravity load safely from super structures to structural frame beneath. Because of the vertical discontinuity, a building with transfer girder must be analyzed by dynamic analysis. However, this structural system has many problems in performing dynamic analysis that cannot be solved by general analysis procedure. The slabs In transfer floor are considered as either a Plate element or a rigid diaphragm in finite element analysis without appropriate evaluation of their characteristics. Therefore, a reasonable analysis method is proposed in this study by evaluating the diaphragm effect of a hybrid structure system.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.1
s.145
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pp.103-118
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2006
At the initial design stage, the generation process of the production material information of a building block and the simulation process of the block erection, which are required to perform the production planning and scheduling, have been manually performed using 2D drawings, based on the data of parent ships, and subjective intuition from past experience. To make these processes automatic, the accurate generation method of the production material information and the convenient simulation method of the block erection based on the initial hull structural model(3D CAD model), were developed in this study. Here, the initial hull' structural model was generated from the initial hull structural CAD system early developed by us. To evaluate the developed methods. these methods were applied to corresponding processes of a deadweight 300,OOOton VLCC. As a result. it was shown that the production material information of a building block can be accurately generated and the block erection can be conveniently simulated in the initial design stage.
Park, Ji-Hyeong;Kim, Tae-Ho;Kim, Ook-Jong;Lee, Do-Bum
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2009.04a
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pp.561-566
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2009
The outrigger system with a core is widely used for lateral load resisting system of tall building. Recently, structural systems in tall building are adopted to eccentric core and offset outrigger or one-armed outrigger system by trends in planning buildings of irregular type. Therefore, the performance of outrigger system with eccentric core in tall building is evaluated by 50-stories examples which are analyzed for variables such as layout of core and outrigger, arm length of outrigger and depth of outrigger and belt wall.
Structures consisting of concrete and steel parts, which are irregular in damping ratios are investigated. This investigation is a code-based seismic design of such structures. Several practical difficulties encountered, due to inherent differences in the nature of dynamic response of each part, and the different damping ratios of the two parts. These structures are irregular in damping ratios and have complex modes of vibration so that their analysis cannot be handled with the readily available commercial software. Therefore, this work aims to provide simple yet sufficiently accurate constant values of equivalent damping ratios applied to the whole structure for handling the damping irregularity of such structures. The results show that the equivalent damping ratio changes with the height of the building and the kind of the structural system, but it is constant for all accelerations values. Thus, available software SAP2000 applied for seismic analysis, design and the provisions of existing seismic codes. Finally, evaluation of different kinds of structural system used in this research to find the most energy dissipating one found by finding the best value of quality coefficient.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2011.11a
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pp.197-198
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2011
Most of buildings' exterior walls are curtain wall systems and in the respect, the cleaning robot system is the main research item for cleaning and maintenance of them. We have structurely analysed the cases to review on the structural stability of the mullion members where the cleaning robot is attached. The result is showing that the largest stress is formed by the basic wind speed, which is specified in Korean Building Code-Structural.
This paper experimentally investigates the effectiveness and applicability of the time delay control (TDC) algorithm, which is simple and robust to unknown system dynamics and disturbance, for an active mass damper (AMD) system to mitigate the excessive vibration of a building structure. To this end, the theoretical background including the mathematical formulation of the control system is first described; and then, a thorough experimental study using a shaking table system with a small-scale three-story building structural model is conducted. In the experimental tests, the performance of the proposed control system is examined by comparing its structural responses with those of the uncontrolled system in the free vibration and forced vibration cases. It is clearly verified from the test results that the TDC algorithm embedded AMD system can effectively reduce the structural response of the building structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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