Saba Faghirnejad;Denise-Penelope N. Kontoni;Mohammad Reza Ghasemi
Earthquakes and Structures
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v.27
no.4
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pp.285-302
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2024
Conducting nonlinear pushover analysis typically demands intricate and resource-intensive computational efforts, involving a highly iterative process necessary for meeting both design-defined and requirements of codes in performance-based design. This study presents a computer-based technique for reinforced concrete (RC) buildings, incorporating optimization numerical approaches, optimality criteria and pushover analysis to automatically enhance seismic design performance. The optimal design of concrete beams, columns and shear walls in concrete frames is presented using the artificial bee colony optimization algorithm. The methodology is applied to three frames: a 4-story, an 8-story and a 12-story. These structures are designed to minimize overall weight while satisfying the levels of performance including Life Safety (LS), Collapse Prevention (CP), and Immediate Occupancy (IO). The process involves three main steps: first, optimization codes are implemented in MATLAB software, and the OpenSees software is used for nonlinear static analysis. By solving the optimization problem, several top designs are obtained for each frame and shear wall. Pushover analysis is conducted considering the constraints on relative displacement and plastic hinge rotation based on the nonlinear provisions of the FEMA356 nonlinear provisions to achieve each level of performance. Subsequently, convergence, pushover, and drift history curves are plotted for each frame, and leading to the selection of the best design. The results demonstrate that the algorithm effectively achieves optimal designs with reduced weight, meeting the desired performance criteria.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.375-382
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2005
In this paper, a practical control method of wind-induced vibration of high-rise buildings is presented in the form of resizing algorithm. In the structural design process for high-rise buildings, the lateral load resisting system for the building is more often determined by serviceability design criteria including wind-induced vibration level. Even though many drift method have been developed in various forms, no practical design method for wind induced vibration has been developed so far. Structural engineers rely upon heuristic or experience in designing wind induced vibration. The performance of the proposed method is evaluated by comparing wind-induced vibration levels estimated both from approximate techniques and wind tunnel test.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.535-540
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2006
Recently, the resizing algorithms based on the displacement participation factors have been developed for sizing members to satisfy stiffness criteria. It is proved that this resizing algorithms made for utilizing worker's stiffness design are practical and rational when applied to aseismatic design in the range of elastic until now. However, by the preceding research we confirmed that the inelastic performance of steel moment-resisting frame designed by resizing algorithms is not better than that of the frame before resizing. We present therefore a plan for improving inelastic performance of steel moment-resizing frame to which resizing algorithms applied in this paper.
Seismic performances of dual steel moment-resisting frames with mixed use of rigid and semi-rigid connections were investigated to control of the base shear, story drifts and the ductility demand of the elements. To this end, nonlinear seismic responses of three groups of frames with three, eight and fifteen story were evaluated. These frames with rigid, semi-rigid and combined configuration of rigid and semi-rigid connections were analyzed under five earthquake records and their responses were compared in ultimate limit state of rigid frame. This study showed that in all frames, it could be found a state of semi-rigidity and connections configuration which behaved better than rigid frame, with consideration of the base shear and story drifts criterion. Finally, some criteria were suggested to locate the best place of the semi-rigid connections for improvement of the seismic performance of steel moment-resisting frames.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.3
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pp.169-181
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2019
Seismic performance of ordinary reinforced concrete shear wall systems commonly used in high-rise residential buildings is evaluated. Three types of shear walls exceeding 60m in height are designed by performance-based seismic design. Then, incremental dynamic analysis is performed collapse probability is assessed in accordance with the procedure of FEMA P695. As a result, story drift, plastic rotation, and compressive strain are observed to be major failure modes, but shear failure occur little. Collapse probability and collapse margin ratio of performance groups do not meet requirement of FEMA P695. It is observed that critical wall elements fail due to excessive compressive strain. Therefore, the compressive strain of concrete at the boundary area of the shear wall needs to be evaluated with more conservative acceptance criteria.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.5
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pp.473-480
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2011
Recently, the resizing algorithms based on the displacement participation factors have been developed for sizing members to satisfy stiffness criteria. It is proved that this resizing algorithms made for utilizing worker's stiffness design are practical and rational due to the simplicity and convenience of the method. The resizing algorithm can be practically and effectively applied to drift design of buildings. However, the researches on the change of inelastic behavior by the resizing algorithm has been insufficient. To identify the effect on the inelastic behavior of buildings by the resizing method, this study used the reinforced concrete shear wall-frame example. Through the application of the resizing method, the weights of shear wall in the lower class and the weights of columns and beams in the upper class increased respectively. And the initial stiffness of the building increased and the ductility of the buildings had similar with that of the initial structure.
The seismic responses of a building are affected by the connection characteristics that have effects on structural stiffness. In this study, push-over analysis and time history analysis were performed to estimate structural behavior of 2D eight-story unbraced steel structures with partially restrained composite connections using a nonlinear dynamic analysis program. Nonlinear $M-{\theta}$characteristics of connection and material inelastic characteristics of composite beam and steel column were considered. The idealization of composite semi-rigid connection as fully rigid connection yielded an increase in initial stiffness and ultimate strength in the push-over analysis. In time history analysis, the stiffness and hysteretic behavior of connections have effects on base-shear force, maximum story-drift and maximum moment in beams and columns. For seismic waves with PGA of 0.4 g, the structure with the semi-rigid composite connections shows the maximum story-drift with less than the life safety criteria by FEMA 273 and no inelastic behavior of beam and column, whereas in the structure with rigid connections, beams and columns have experienced inelastic behaviors.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.28
no.2
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pp.93-101
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2024
Code-compliant seismic design should be essentially applied to realize the so-called emulative performance of precast concrete (PC) lateral force-resisting systems, and this study developed simple procedures to design precast industrial buildings with intermediate precast bearing wall systems considering both the effect of seismic and blast loads. Seismic design provisions specified in ACI 318 and ASCE 7 can be directly adopted, for which the so-called 1.5Sy condition is addressed in PC wall-to-wall and wall-to-base connections. Various coupling options were considered and addressed in the seismic design of wall-to-wall connections for the longitudinal and transverse design directions to secure optimized performance and better economic feasibility. On the other hand, two possible methods were adopted in blast analysis: 1) Equivalent static analysis (ESA) based on the simplified graphic method and 2) Incremental dynamic time-history analysis (IDTHA). The ESA is physically austere to use in practice for a typical industrial PC-bearing wall system. Still, it showed an overestimating trend in terms of the lateral deformation. The coupling action between precast wall segments appears to be inevitably required due to substantially large blast loads compared to seismic loads with increasing blast risk levels. Even with the coupled-precast shear walls, the design outcome obtained from the ESA method might not be entirely satisfactory to the drift criteria presented by the ASCE Blast Design Manual. This drawback can be overcome by addressing the IDTHA method, where all the design criteria were fully satisfied with precast shear walls' non-coupling and group-coupling strength, where each individual or grouped shear fence was designed to possess 1.5Sy for the seismic design.
Prajapati, Satya Sundar;Far, Harry;Aghayarzadeh, Mehdi
Computers and Concrete
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v.26
no.4
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pp.317-325
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2020
A precise estimation of the natural time period of buildings improves design quality, causes a significant reduction of the buildings' weight, and eventually leads to a cost-effective design. In this study, in order to optimise the reinforced concrete frames design, some symmetrical and unsymmetrical buildings composed of solid and hollow members have been simulated using finite element software SAP 2000. In numerical models, different parameters such as overturning moment, story drift, deflection, base reactions, and stiffness of the buildings were investigated and the results have been compared with strength and serviceability limit criteria proposed by Australian Standard (AS 3600 2018). Comparing the results of the numerical modelling with existing standards and performing a cost analysis proved the merits of hollow box sections compared to solid sections. Finally, based on numerical simulation results, two equations for natural time period of moment resisting reinforced concrete buildings have been presented. Both derived equations reflected higher degree of correlation and reliability with different complexities of building when compared with existing standards and relationships provided by other scholars. Therefore, these equations will assist practicing engineers to predict elastic behaivour of structures more precisely.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.24
no.6
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pp.293-303
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2020
Seismic fragility was assessed for non-seismic reinforced concrete shear walls in Korean high-rise apartment buildings in order to implement an earthquake damage prediction system. Seismic hazard was defined with an earthquake scenario, in which ground motion intensity was varied with respect to prescribed seismic center distances given an earthquake magnitude. Ground motion response spectra were computed using Korean ground motion attenuation equations to match accelerograms. Seismic fragility functions were developed using nonlinear static and dynamic analysis for comparison. Differences in seismic fragility between damage state criteria including inter-story drifts and the performance of individual structural members were investigated. The analyzed building had an exceptionally long period for the fundamental mode in the longitudinal direction and corresponding contribution of higher modes because of a prominently insufficient wall quantity in such direction. The results showed that nonlinear static analyses based on a single mode tend to underestimate structural damage. Moreover, detailed assessments of structural members are recommended for seismic fragility assessment of a relatively low performance level such as collapse prevention. On the other hand, inter-story drift is a more appropriate criterion for a relatively high performance level such as immediate occupancy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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