Seismic structural fragility constitutes an important step for performance based seismic design. Lateral load-resisting structural members are often analyzed under one component base excitation, while the effect of bi-directional shaking is accounted per simplified rules. Fragility curves are constructed herein under real bi-directional excitation by a simple extension of the conventional Incremental Dynamic Analysis (IDA) under uni-directional shaking. Simple SODF systems, parametrically adjusted to different periods, are examined under a set of near-fault and far-fault excitations. Consideration of bi-directional interaction appears important for stiff systems. Further, the study indicates that the peak ground accelertaion, velocity and displacement (PGA, PGV and PGD) of accelerogram are relatively stable and efficient intensity measures for short, medium and long period systems respectively. '30%' combination rule seems to reasonably predict the fragility under bi-directional shaking at least for first mode dominated systems dealt herein up to a limit state of damage control.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.1
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pp.35-44
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2022
It is essential to control the lateral displacement and differential axial shortening of the vertical elements in high-rise buildings. Recently, an outrigger or a mega structure system has been adopted to control the lateral displacement. Furthermore, to resolve the problems caused by differential axial shortening in high-rise buildings, analytical prediction and correction is often studied; however, the study on the comparisons of the lateral load resisting systems to address differential axial shortening is less. Therefore, in this paper, a 60-story RC residential building using an outrigger or a mega structure system is analyzed with a construction sequence. Moreover, differential axial shortening can result in an additional member force of structural members and failure of non-structural members. These problems caused by differential axial shortening affects the behaviors and can damage the important structure member in the high-rise buildings. Hence, the effects of the systems on differential axial shortening between the vertical elements in high-rise buildings are studied.
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.
Steel Plate Shear Walls (SPSWs) have been accepted widely as an effective lateral load resisting system. For seismic performance evaluation of a multi-story building with SPSWs, detailed finite element models or a strip model can be used to represent the SPSW components. However, such models often require significant effort for tall or medium height buildings. In order to simplify the analysis process, discrete elements for the framing members can be used. This paper presents development of a simplified equivalent braced model to study the behavior of the SPSWs. The proposed model is expected to facilitate a simplification to the structural modeling of large buildings with SPSWs in order to evaluate the seismic performance using regular structural analysis tools. It is observed that the proposed model can capture the global behavior of the structures quite accurately and potentially aid in the performance-based seismic design of SPSW buildings.
Many studies reveal that during destructive earthquakes, most of the structures enter the inelastic phase. The amount of hysteretic energy in a structure is considered as an important criterion in structure design and an important indicator for the degree of its damage or vulnerability. The hysteretic energy value wasted after the structure yields is the most important component of the energy equation that affects the structures system damage thereof. Controlling this value of energy leads to controlling the structure behavior. Here, for the first time, the hysteretic behavior and energy dissipation capacity are assessed at presence of elliptical braced resisting frames (ELBRFs), through an experimental study and numerical analysis of FEM. The ELBRFs are of lateral load systems, when located in the middle bay of the frame and connected properly to the beams and columns, in addition to improving the structural behavior, do not have the problem of architectural space in the bracing systems. The energy dissipation capacity is assessed in four frames of small single-story single-bay ELBRFs at ½ scale with different accessories, and compared with SMRF and X-bracing systems. The frames are analyzed through a nonlinear FEM and a quasi-static cyclic loading. The performance features here consist of hysteresis behavior, plasticity factor, energy dissipation, resistance and stiffness variation, shear strength and Von-Mises stress distribution. The test results indicate that the good behavior of the elliptical bracing resisting frame improves strength, stiffness, ductility and dissipated energy capacity in a significant manner.
Rahmzadeh, Ahmad;Ghassemieh, Mehdi;Park, Yeonho;Abolmaali, Ali
Steel and Composite Structures
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v.20
no.3
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pp.545-569
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2016
Stiffeners have widely been used in lateral load resisting systems to improve the buckling stability of shear panels in steel frames. However, due to major differences between plate girders and steel plate shear walls (SPSWs), use of plate girder equations often leads to uneconomical and, in some cases, incorrect design of stiffeners. Hence, this paper uses finite element analysis (FEA) to describe the effect of the rigidity and arrangement of stiffeners on the buckling behavior of plates. The procedures consider transverse and/or longitudinal stiffeners in various practical configurations. Subsequently, curves and formulas for the design of stiffeners are presented. In addition, the influence of stiffeners on the inward forces subjected to the boundary elements and the tension field angle is investigated as well. The results indicate that the effective application of stiffeners in SPSW systems not only improves the structural behavior, such as stiffness, overall strength and energy absorption, but also leads to a reduction of the forces that are exerted on the boundary elements.
Fully rigid floor diaphragm is one of the main assumptions that are widely used in common practices due to its simple application. However, determining the exact degree of diaphragms flexibility cannot be easily accomplished without finite element modeling, which is an expensive and time-consuming procedure. Therefore, it is always possible that apparently rigid diaphragms, based on prescriptive limitations of seismic codes, experience some degrees of flexibility during the earthquakes. Since diaphragm flexibility has more uncertainties in asymmetric-plan structures, this study focuses on errors resulting from probable floor diaphragm flexibility of torsionally restrained structures. The analytical models used in this study were single-story buildings with asymmetric plan and RC shear walls. Although floor system is not considered explicitly, a wide range of considered diaphragm flexibility, from fully rigid to quite flexible, allows the results to be generalizable to a lot of lateral load resisting systems as well as floor systems. It has been shown that in addition to previously known effects of diaphragm flexibility, presence of orthogonal side elements during design procedure with rigid diaphragm assumption and rapid reduction in their absorbed forces can also be an important source to increase errors due to flexibility. Accordingly, from the obtained results the authors suggest designers to consider the possibility of diaphragm flexibility and its adverse effects, especially in torsionally restrained systems in their common designs.
Blandon, Carlos A.;Smith-Pardo, J. Paul;Ortiz, Albert
Earthquakes and Structures
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v.8
no.3
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pp.591-617
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2015
Standards for seismic assessment and retrofitting of buildings provide deformation limit states for structural members and connections. However, in order to perform fully consistent performance-based seismic analyses of soil-structure systems; deformation limit states must also be available for foundations that are vulnerable to nonlinear actions. Because such limit states have never been established in the past, a laboratory testing program was conducted to study the rotational capacity of small-scale foundation models under combined axial load and moment. Fourteen displacement-controlled monotonic and cyclic tests were performed using a cohesionless soil contained in a $2.0{\times}2.0{\times}1.2m$ container box. It was found that the foundation models exhibited a stable hysteretic behavior for imposed rotations exceeding 0.06 rad and that the measured foundation moment capacity complied well with Meyerhof's equivalent width concept. Simplified code-based soil-structure analyses of an 8-story building under an array of strong ground motions were also conducted to preliminary evaluate the implication of finite rotational capacity of vulnerable foundations. It was found that for the same soil as that of the experimental program foundations would have a deformation capacity that far exceeds the imposed rotational demands under the lateral load resisting members so yielding of the soil may constitute a reliable source of energy dissipation for the system.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.2
s.48
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pp.11-19
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2006
In this paper the seismic performances of 4, 10, and 30-story staggered truss systems (STS) were evaluated by observing the force-displacement relationship up io failure. The results were compared with the seismic performance of conventional moment resisting frames and braced frames. According to the analysis results, the STS showed relatively satisfactory lateral load resisting capability. However, in the mid- to high-rise STS, plastic hinges formed first at the chords were transferred to vertical members of the vierendeel panels, which formed a week link and subsequently leaded to brittle collapse of the structure. Therefore to enhance the ductility of STS it would be necessary to reinforce the vertical bracing members of the virendeel panels so that the plastic hinges, once toned in cord members of a virendeel panel, spread out to virendeel panels of neighboring stories.
Reinforced concrete (RC) moment frames are used as lateral seismic load resisting systems in mid- and high-rise buildings in different regions of the world. Based on the seismic design provisions and construction details presented in design codes, RC frames with different levels of ductility (ordinary, intermediate, and special) can be designed and constructed. In Iran, there are RC buildings with various uses which have been constructed based on different editions of design codes. The seismic performance of RC structures (particularly moment frames) in real seismic events is of great importance. In this paper, the observations made on damaged RC moment frames after the destructive Sarpol-e Zahab earthquake with a moment magnitude of 7.3 are reported. Different levels of damage from the development of cracks in the structural and non-structural elements to the total collapse of buildings were observed. Furthermore, undesirable failure modes which are not expected in ductile seismic-resistant buildings were frequently observed in the damaged buildings. The RC moment frames built based on the previous editions of the design codes showed partial or total collapse in this seismic event. The extensive destruction of RC moment frames compared with the other structural systems (such as braced steel frames and confined masonry buildings) was attributed not only to the deficiencies in the construction practice of these buildings but also to the design procedure. In addition, the failure and collapse of masonry infills in RC moment frames were frequent modes of failure in this seismic event. In this paper, the main reasons related to design practice which led to extensive damage in the RC moment frames and their collapse are addressed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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