The paper reports results of recent studies on the effects of column support conditions on the lateral displacements of moment frames at incipient collapse. The article presents a number of exercises in the plastic theory of structures that lead to useful design formulae. It has been shown that Drift Shifting (DS) is caused due to differences in the stiffnesses of adjoining columns, and that changes in drift ratios are more pronounced at first level column joints in both fixed as well as pinned base frames. In well proportioned moment frames, DS in the upper levels could be minimized, even reduced to zero. It has been demonstrated that DS can be eliminated in properly designed fixed and grade beam supported (GBS) moment frames. Several examples, including symbolic P-delta effects, have been provided to demonstrate the validity and the applications of the proposed ideas to the design and drift control of moment frames. The proposed methodology is exact within the bounds of the theoretical assumptions and is well suited for preliminary design and teaching purposes.
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.
초고층건물 구조설계를 효율적으로 수행하고 설계정보를 합리적으로 처리하기 위해서 통합설계에 대한 필요성이 증가하고 있으며, 또한 기존의 설계사례를 D/B화하여 초기 설계단계에 적용하는 연구가 필요하다. 구조설계 초기 단계에서는 주재료와 구조형태를 선정하고 대략적인 부재치수를 선정하게 되는데, 이것은 건물높이, 사용하중, 기본풍속, 설계가속도, 최대수평변위, 기둥간격, 층고 등과 같은 정보와 유사 사례에 대한 정보를 토대로 결정하게 된다. 그리고 초기 개념설계 단계에서 주어진 문제를 해결하는 방법은 과거 유사한 문제의 해결지식이 유용하게 적용된다. 본 논문에서는 초고층건물의 통합설계시스템에서의 개념구조설계법을 소개하고, 초기 설계단계에서의 적합성을 초고층건물 적용 예제를 이용하여 검토하고자 한다.
A three-dimensional formulation is proposed to analyze the lateral loading distribution of external actions in high-rise buildings. The method is extended to encompass any combination of bracings, including bracings with open thin-walled cross-sections, which are analyzed in the framework of Timoshenko-Vlasov's theory of sectorial areas. More in detail, the proposed unified approach is a tool for the preliminary stages of structural design. It considers infinitely rigid floors in their own planes, and allows to better understand stress and strain distributions in the different bearing elements if compared to a finite element analysis. Numerical examples, describing the structural response of tall buildings characterized by bracings with different cross-section and height, show the effectiveness and flexibility of the proposed method. The accuracy of the results is investigated by a comparison with finite element solutions, in which the bracings are modelled as three-dimensional structures by means of shell elements.
Gkournelos, Panagiotis D.;Bournas, Dionysios A.;Triantafillou, Thanasis C.
Earthquakes and Structures
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제16권5호
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pp.625-639
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2019
The concept of the combined seismic and energy retrofitting of existing reinforced concrete (RC) buildings was examined in this paper through a number of case studies conducted on model buildings (simulating buildings of the '60s-'80s in southern Europe) constructed according to outdated design standards. Specifically, seismic and thermal analyses have been conducted prior to and after the application of selected retrofitting schemes, in order to quantify the positive effect that retrofitting could provide to RC buildings both in terms of their structural and energy performance. Advanced materials, namely the textile reinforced mortars (TRM), were used for providing seismic retrofitting by means of jacketing of masonry infills in RC frames. Moreover, following the application of the TRM jackets, thermal insulation materials were simultaneously provided to the RC building envelope, exploiting the fresh mortar used to bind the TRM jackets. In addition to the externally applied insulation material, all the fenestration elements (windows and doors) were replaced with new high energy efficiency ones. Afterwards, an economic measure, namely the expected annual loss (EAL) was used to evaluate the efficiency of each retrofitting method, but also to assess whether the combined seismic and energy retrofitting is economically feasible. From the results of this preliminary study, it was concluded that the selected seismic retrofitting technique can indeed enhance significantly the structural behaviour of an existing RC building and lower its EAL related to earthquake risks. Finally, it was found that the combined seismic and energy upgrading is economically more efficient than a sole energy or seismic retrofitting scenario for seismic areas of south Europe.
매년 초고층 건축물 관련 프로젝트가 증가하고 있으며, 초고층 건축물의 높이가 증가함에 따라 시공법과 함께 유지관리 방법도 기존방식과는 큰 차이를 보이고 있다. 또한 유지관리 업무 중 가장 빈번하게 수행되는 외벽 청소작업을 보다 안전하게 작업하기 위한 근본적인 대책으로 청소작업의 자동화 및 기계화가 요구되고 있다. 그리고 초고층에서 발생되는 돌풍 등 외부환경의 영향에 대응할 수 있는 방법으로 가이드레일 청소로봇 시스템이 제기되고 있다. 따라서 본 연구는 초고층 건축물 외벽 청소작업의 자동화 및 기계화를 위한 선행연구로써, 외벽 청소로봇 운용을 위한 가이드레일 기본단위유닛 도출과 가이드레일 개념(안)을 개발하는 것이다. 이를 통하여 초고층 건축물 외벽 청소로봇운용을 위한 선행연구이며, 운용에 필요한 최적의 가이드레일 최종설계의 기반을 마련하고자 한다.
This study is to present an engineering solution for the repair frequency and repair rates of a building. The existing data for the repair frequency and repair rates are used to draw the probability distribution for the generalized repair frequency and repair rate in a building. The suggested methodology can be widely used for most buildings to estimate the legal repair frequency and repair rates. Also, the methodology can be applied to resolve the risks on the maintenance costs in LC (Life Cycle) plans or LCC (Life Cycle Cost) analysis. As the future studies, there are the multiple regression analysis including the parameters on incurred costs and the decision methods on efficient repair and replacement.
Recently due to the crisis of environment and resources, construction industry that effect a lot on nature than any other industries is essentially required to consider environmental element through the life cycle. Lots of advanced countries and Korea have already been running green building certification systems. However, GBCC(Green Building Certification Criteria) in Korea is lack of assessment criteria that apply environmental characteristics of tall building in compared with that in advanced countries. To improve the problem, we compared GBCC with LEED(Leadership in Energy and Environmental Design) through the case study. This study provides preliminary data for reflecting environmental characteristics of tall building in GBCC.
This article presents a computationally efficient framework for multi-objective seismic design optimization of steel moment-resisting frame (MRF) structures based on the nonlinear dynamic analysis procedure. This framework employs the uniform damage distribution philosophy to minimize the weight (initial cost) of the structure at different levels of damage. The preliminary framework was recently proposed by the authors based on the single excitation and the nonlinear static (pushover) analysis procedure, in which the effects of record-to-record variability as well as higher-order vibration modes were neglected. The present study investigates the reliability of the previous framework by extending the proposed algorithm using the nonlinear dynamic design procedure (optimization under multiple ground motions). Three benchmark structures, including 4-, 8-, and 12-story steel MRFs, representing the behavior of low-, mid-, and high-rise buildings, are utilized to evaluate the proposed framework. The total weight of the structure and the maximum inter-story drift ratio (IDRmax) resulting from the average response of the structure to a set of seven ground motion records are considered as two conflicting objectives for the optimization problem and are simultaneously minimized. The results of this study indicate that the optimization under several ground motions leads to almost similar outcomes in terms of optimization objectives to those are obtained from optimization under pushover analysis. However, investigation of optimal designs under a suite of 22 earthquake records reveals that the damage distribution in buildings designed by the nonlinear dynamic-based procedure is closer to the uniform distribution (desired target during the optimization process) compared to those designed according to the pushover procedure.
In this paper a simple mathematical model is presented for estimating the natural frequencies and corresponding mode shapes of a tall building with outrigger-belt truss system. For this purposes an equivalent continuum system is analyzed in which a tall building structure is replaced by an idealized cantilever continuum beam representing the structural characteristics. The equivalent system is comprised of a cantilever shear beam in parallel to a cantilever flexural beam that is constrained by a rotational spring at outrigger-belt truss location. The mathematical modeling and the derivation of the equation of motion are given for the cantilevers with identically paralleled and rotational spring. The equation of motion and the associated boundary conditions are analytically obtained by using Hamilton's variational principle. After obtaining non-trivial solution of the eigensystem, the resulting is used to determine the natural frequencies and associated mode shapes of free vibration analysis. A numerical example for a 40 story tall building has been solved with proposed method and finite element method. The results of the proposed mathematical model have good adaptation with those obtained from finite element analysis. Proposed model is practically suitable for quick evaluations during the preliminary design stages.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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