Since the response reduction effect on over 200-meter-tall resulting from the seismic isolation system is smaller in general than low-rise and mid-rise buildings, mid-story isolated buildings are considered to reduce the response in the upper part above the isolation story, however, in many cases, the acceleration response just below the isolation story is likely to be the largest. This paper presents the structural design schemes, the design of the main structural frames, and the constructions of a 230-meter-tall super high-rise building with mid-story isolation mechanism integrated in Roppongi, Tokyo. Moreover, this paper shows how the architectural and structural design for integrating a mid-story isolation system in a super high-rise building has been conducted and what solutions have been derived in this project. The realization of this building indicates new possibilities for mid-story isolation design for super high-rise buildings.
A seismic isolation system is one of the most effective control devices used for mitigating the structural responses due to earthquake loads. This system is generally used as a type of base isolation system for low- and mid-rise building structures. If the base isolation technique is applied to high-rise buildings, a lot of problems may be induced such as the movement of isolation bearings during severe wind loads, the stability problem of bearings under large compression forces. Therefore, a mid-story isolation system was proposed for seismic protection of high-rise buildings. Residence-commerce complex buildings in Korea have vertical irregularity because shear wall type and frame type structures are vertically connected. This problem can be also solved by the mid-story isolation system. An effective analytical method using super elements and substructures was proposed in this study. This method was used to investigate control performance of mid-story isolation system for residence-commerce complex buildings subjected to seismic loads. Based on numerical analyses, it was shown that the mid-story isolation system can effectively reduce seismic responses of residence-commerce complex tall buildings.
Base isolation system is generally used for low-rise buildings. For high-rise buildings subjected to earthquake loads, a mid-story isolation system was proposed and applied to practical engineering. In this study, seismic responses of high-rise buildings considering the installation story of the mid-story isolation system were evaluated. To do this, the 20-story and 30-story building were used as example structures. Historical earthquakes such as Kobe (1995), Northridge (1994) and Loma Prieta (1989) earthquakes were employed applied as earthquake excitations. The installation location of the mid-story isolation system was changed from the bottom of the $1^{st}$ floor to the bottom of the top floor. The seismic responses of the example building were investigated by changing the location of the isolation layer. Based on the analytical results, when the seismic isolation system is applied, story drift ratio and acceleration response are reduced compared to the case without the isolation system. When the isolation layer is located on the lower part of the building, it is most effective. However, in that case, the possibility that the structure is unstable increases. Therefore, an engineer should consider both structural efficiency and safety when a mid-story isolation system for a high-rise building is designed.
Catastrophe models appraise the natural risk of the built-infrastructure simulating the interaction of its exposure and vulnerability with a hazard. Because of unique configurations and reduced number, mid/high-rise buildings present singular challenges to the assessment of their damage vulnerability. This paper presents a novel approach to estimate the vulnerability of mid/high-rise buildings (MHB) which is used in the Florida Public Hurricane Loss Model, a catastrophe model developed for the state of Florida. The MHB vulnerability approach considers the wind pressure hazard exerted over the building's height as well as accompanying rain. The approach assesses separately the damages caused by wind, debris impact, and water intrusion on building models discretized into typical apartment units. Hurricane-induced water intrusion is predicted combining the estimates of impinging rain with breach and pre-existing building defect size estimates. Damage is aggregated apartment-by-apartment and story-by-story, and accounts for vertical water propagation. The approach enables the vulnerability modeling of regular and complex building geometries in the Florida exposure and elsewhere.
Today 55 percent of the population in the world lives in urban areas which is expected to increase to 68 percent by the year 2050. In the cities, high-rise buildings as symbols of the modern cityscape are dominating the skylines, but the data to demonstrate their embodied energy and environmental impacts are scarce, compared to low- or mid-rise buildings. Reducing the embodied energy and environmental impacts of buildings is critical as about 42 percent of primary energy use and 39 percent of the global greenhouse gas (GHG) emissions come from the building sector. However, it is an overlooked area in embodied energy and environmental impacts of high-rise buildings. Life cycle assessment (LCA) is a widely used tool to quantify the embodied energy and environmental impacts of the building sector. LCA combined with Building Information Modeling (BIM) can simplify data acquisition of the building as well as provide both tools with feedback. Several studies recognize that the integration of BIM and LCA can simplify data acquisition of the building as well as provide tools with feedback. This article provides an overview of literature on BIM-based of embodied energy and environmental impacts of high-rise buildings. It also compares with different LCA methodologies. Finally, major strategies to reduce embodied energy and environmental impacts of high-rise buildings, research limitations and trends in the field are covered.
한국지진공학회 2000년도 추계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Fall 2000
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pp.465-472
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2000
Seismic isolation technique has been applied mainly in low rise buildings and its seismic performance was satisfactory during Kobe Earthquake. However, in the case of medium and/or high-rise buildings, mid-story isolation could be more technically feasible than base isolation to reduce earthquake forces. In this paper, the seismic effectiveness of mid-story isolation in medium and/or high-rise shear building as well as low rise shear building was evaluated analytically. After verifying the effectiveness of mid-story isolation technique, this method also applied in residential-commercial building. It was found that mid-story isolation, that is isolation between upper residential area and lower commercial area, could reduce inter-story drift and floor shear forces comparing to the conventional fixed base.
A base isolation system is widely used to reduce seismic responses of low-rise buildings. This system cannot be effectively applied to high-rise buildings because the initial stiffness of the high-rise building with the base isolation system maintains almost the same as the building without the base isolation system to set the yield shear force of the base isolation system larger than the design wind load. To solve this problem, the mid-story isolation system was proposed and applied to many buildings. The mid-story isolation system has two major objectives; first to reduce peak story drift and second to reduce peak drift of the isolation story. Usually, these two objectives are in conflict. In this study, a hybrid mid-story isolation system for a tall building is proposed. A MR (magnetorheological) damper was used to develop the hybrid mid-story isolation system. An existing building with mid-story isolation system, that is "Shiodome Sumitomo Building" a high rise building having a large atrium in the lower levels, was used for control performance evaluation of the hybrid mid-story isolation system. Fuzzy logic controller and genetic algorithm were used to develop the control algorithm for the hybrid mid-story isolation system. It can be seen from analytical results that the hybrid mid-story isolation system can provide better control performance than the ordinary mid-story isolation system and the design process developed in this study is useful for preliminary design of the hybrid mid-story isolation system for a tall building.
Earthquake response of mid-rise to high-rise buildings provided with friction dampers is investigated. The steel buildings are modelled as shear-type structures and the investigation involved modelling of the structures of varying heights ranging from five storeys to twenty storeys, in steps of five storeys, subjected to real earthquake ground motions. Three basic types of structures considered in the study are: moment resisting frame (MRF), braced frame (BF), and friction damper frame (FDF). Mathematical modelling of the friction dampers involved simulation of the two distinct phases namely, the stick phase and the slip phase. Dynamic time history analyses are carried out to study the variation of the top floor acceleration, top floor displacement, storey shear, and base-shear. Further, energy plots are obtained to investigate the energy dissipation by the friction dampers. It is seen that substantial earthquake response reduction is achieved with the provision of the friction dampers in the mid-rise and high-rise buildings. The provision of the friction dampers always reduces the base-shear. It is also seen from the fast Fourier transform (FFT) of the top floor acceleration that there is substantial reduction in the peak response; however, the higher frequency content in the response has increased. For the structures considered, the top floor displacements are lesser in the FDF than in the MRF; however, the top floor displacements are marginally larger in the FDF than in the BF.
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.
Severe natural multi-hazard events can cause damage to infrastructure and economic losses of billions of dollars. The challenges of modeling these losses include dependency between hazards, cause and sequence of loss, and lack of available data. This paper presents and explores multi-hazard loss modeling in the context of the combined wind and rain vulnerability of mid/high-rise buildings during hurricane events. A component-based probabilistic vulnerability model provides the framework to test and contrast two different approaches to treat the multi-hazards: In one, the wind and rain hazard models are both decoupled from the vulnerability model. In the other, only the wind hazard is decoupled, while the rain hazard model is embedded into the vulnerability model. The paper presents the mathematical and conceptual development of each approach, example outputs from each for the same scenario, and a discussion of weaknesses and strengths of each approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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