The buckling-restrained braced frames with eccentric configurations (BRBFECs) are stable cyclic behavior and high energy absorption capacity. Furthermore, they have an architectural advantage for creating openings like eccentrically braced frames (EBFs). In the present study, it has been suggested to use the performance-based plastic design (PBPD) method to calculate the design base shear of the BRBFEC systems. Moreover, in this study, to reduce the required steel material, it has been suggested to use the performance-based practical design (PBPD) method instead of the force-based design (FBD) method for the design of this system. The 3-, 6-, and 9-story buildings with the BRBFEC system were designed, and the finite element models were modeled. The seismic performance of the models was investigated using two suits of ground motions representing the maximum considered earthquake (MCE) and design basis earthquake (DBE) seismic hazard levels. The results showed that the models designed with the suggested method, which had lower weights compared to those designed with the FBD method, had a desirable seismic performance in terms of maximum story drift and ductility demand under earthquakes at both MCE and DBE seismic hazard levels. This suggests that the steel weights of the structures designed with the PBPD method are about 13% to 18% lesser than the FBD method. However, the residual drifts in these models were higher than those in the models designed with the FBD method. Also, in earthquakes at the DBE hazard level, the residual drifts in all models except the PBPD-6s and PBPD-9s models were less than the allowable reparability limit.
This paper contains detailed descriptions of a dynamic time-history modal analysis to calculate deflection, inter-storey drift and storey shear demand in single-storey and multi-storey buildings using an EXCEL spreadsheet. The developed spreadsheets can be used to obtain estimates of the dynamic response parameters with minimum input information, and is therefore ideal for supporting the conceptual design of tall building structures, or any other structures, in the early stages of the design process. No commercial packages, when customised, could compete with spreadsheets in terms of simplicity, portability, versatility and transparency. An innovative method for developing the stiffness matrix for the lateral load resistant elements in medium-rise and high-rise buildings is also introduced. The method involves minimal use of memory space and computational time, and yet allows for variations in the sectional properties of the lateral load resisting elements up the height of the building and the coupling of moment frames with structural walls by diaphragm action. Numerical examples are used throughout the paper to illustrate the development and use of the spreadsheet programs.
Earthquake excitations may induce important amount of seismic energy into structures. Current design philosophy mainly deals with the plastic deformations of replaceable energy dissipating devices rather than damages accumulated on structural members. Since earthquake damage is substantially concentrated on these devices they could be replaced after severe earthquakes. In this study, the efficiency of steel cushion (SC) on seismic improvement of a vulnerable reinforced concrete (RC) frame is determined by means of several numerical simulations. The cyclic shear behaviors of SCs were determined by performing quasi-static tests. The test results were the main basis of the theoretical model of SCs which were used in the numerical analysis. These analyses were performed on three types of RC frames namely bare frame (BF), full-braced frame (F-BF) and semi-braced frame (S-BF). According to analysis results; implementation of SCs has considerable effects in reducing the storey shear forces and storey drifts. Moreover plastic energy demands of structural elements were reduced which indicates a significant improvement in seismic behavior of the RC frame preventing damage accumulation on structural elements. Full-braced frame having SCs with the thickness of 25 mm has better performance than semi-braced frame interms of energy dissipation. However, global energy dissipation demand of S-BF and F-BF having SCs with the thickness of 18 mm are almost similar.
Eccentrically braced frames (EBFs) represent an attractive lateral load resisting steel system to be used in areas of high seismicity. In order to assess the likely damage for a given intensity of ground shaking, fragility functions can be used to identify the probability of exceeding a certain damage limit-state, given a certain response of a structure. This paper focuses on developing a set of fragility functions for EBF structures, considering that damage can be directly linked to the interstorey drift demand at each storey. This is done by performing a Monte Carlo Simulation of an analytical expression for the drift capacity of an EBF, where each term of the expression relies on either experimental testing results or mechanics-based reasoning. The analysis provides a set of fragility functions that can be used for three damage limit-states: concrete slab repair, damage requiring heat straightening of the link and damage requiring link replacement. Depending on the level of detail known about the EBF structure, in terms of its link section size, link length and storey number within a structure, the resulting fragility function can be refined and its associated dispersion reduced. This is done by using an analytical expression to estimate the median value of interstorey drift, which can be used in conjunction with an informed assumption of dispersion, or alternatively by using a MATLAB based tool that calculates the median and dispersion for each damage limit-state for a given set of user specified inputs about the EBF. However, a set of general fragility functions is also provided to enable quick assessment of the seismic performance of EBF structures at a regional scale.
Seismic responses of RC core wall with two outriggers are investigated in this study. In the models analyzed here, one of the outriggers is fixed at the top of the building and the second is placed at different levels along the height of the system. Each of the systems resulting from the placement of the outrigger at different locations is designed according to the prescriptive codes. The location of the outrigger changes along the height. Linear design of all the structures is accomplished by using prescriptive codes. Buckling restrained braces (BRBs) are used in the outriggers and forward directivity near fault and far fault earthquake record sets are used at maximum considered earthquake (MCE) level. Results from nonlinear time history analysis demonstrate that BRB outriggers can change the seismic responses like force distribution and deformation demand of the RC core-walls over the height and lead to the new plastic hinge arrangement over the core-wall height. Plasticity extension in the RC core wall occurs at the base as well as adjacent to the outrigger levels. Considering the maximum inter-story drift ratio (IDR) demand as an engineering parameter, the best location for the second outrigger is at 0.75H, in which the maximum IDR at the region upper the second outrigger level is approximately equal to the corresponding value in the lower region.
The assessment of structural performance of transfer structures under potential seismic actions is presented. Various seismic assessment methodologies are used, with particular emphasis on the accurate modelling of the higher mode effects and the potential development of a soft storey effect in the mega-columns below the transfer plate (TP) level. Those methods include response spectrum analysis (RSA), manual calculation, pushover analysis (POA) and equivalent static load analysis (ESA). The capabilities and limitations of each method are highlighted. The paper aims, firstly, to determine the appropriate seismic assessment methodology for transfer structures using these different approaches, all of which can be undertaken with the resources generally available in a design office. Secondly, the paper highlights and discusses factors influencing the response behaviour of transfer structures, and finally provides a general indication of their seismic vulnerability. The representative Hong Kong building considered in this paper utilises a structural system with coupled shear walls and moment resisting portal-frames, above and below the TP, respectively. By adopting the wind load profile stipulated in the Code of Practice on Wind Effects: Hong Kong-1983, all the structural members are sized and detailed according to the British Standards BS8110 and the current local practices. The seismic displacement demand for the structure, when built on either rock or deep soil sites, was determined in a companion paper. The lateral load-displacement characteristic of the building, determined herein from manual calculation, has indicated that the poor ductility (brittle nature) of the mega-columns, due mainly to the high level of axial pre-compression as found from the analysis, cannot be effectively alleviated solely by increasing the quantity of confinement stirrups. The interstorey drift demands at lower and upper zones caused by seismic actions are found to be substantially higher than those arising from wind loads. The mega-columns supporting the TP and the coupling beams at higher zones are identified to be the most vulnerable components under seismic actions.
Kim, Sun-Pil;Kim, Doo-Kie;Kwak, Hyo-Gyoung;Ko, Sung-Hyuk
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.3
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pp.255-264
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2007
In the current domestic and overseas standards concerning seismic design, especially on the capacity & demand spectra in the multi-story building, failure is caused more by story drift than by displacement; and the existing capacity spectrum method (CSM) does not make a close estimate of story drift because response is derived using displacement. Therefore, this paper proposes an improved CSM to estimate story drift and its direct effect on the collapse of structures, yet still maintaining the same advantage and convenience of the existing CSM about a most basic model of multi-story building: shear building. To establish its reliability, the proposed method is applied to an example model and results are then compared with those obtained through nonlinear time-history analysis.
Lagos, Rene;Kupfer, Marianne;Lindenberg, Jorge;Bonelli, Patricio;Saragoni, Rodolfo;Guendelman, Tomas;Massone, Leonardo;Boroschek, Ruben;Yanez, Fernando
International Journal of High-Rise Buildings
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v.1
no.3
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pp.181-194
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2012
Chile is characterized by the largest seismicity in the world which produces strong earthquakes every $83{\pm}9years$ in the Central part of Chile, where it is located Santiago, the capital of Chile. The short interval between large earthquakes magnitude 8.5 has conditioned the Chilean seismic design practice to achieve almost operational performance level, despite the fact that the Chilean Code declares a scope of life safe performance level. Several Indexes have been widely used throughout the years in Chile to evaluate the structural characteristics of concrete buildings, with the intent to find a correlation between general structural conception and successful seismic performance. The Indexes presented are related only to global response of buildings under earthquake loads and not to the behavior or design of individual elements. A correlation between displacement demand and seismic structural damage is presented, using the index $H_o/T$ and the concrete compressive strain ${\varepsilon}_c$. Also the Chilean seismic design codes pre and post 2010 Maule earthquake are reviewed and the practice in seismic design vs Performance Based Design is presented. Performance Based Design procedures are not included in the Chilean seismic design code for buildings, nevertheless the earthquake experience has shown that the response of the Chilean buildings has been close to operational. This can be attributed to the fact that the drift of most engineered buildings designed in accordance with the Chilean practice falls below 0.5%. It is also known by experience that for frequent and even occasional earthquakes, buildings responded elastically and thus with "fully operational" performance. Taking the above into account, it can be said that, although the "basic objective" of the Chilean code is similar to the SEAOC VISION2000 criteria, the actual performance for normal buildings is closer to the "Essential/Hazardous objective".
Maddah, Mohammad M.;Eshghi, Sassan;Garakaninezhad, Alireza
Structural Engineering and Mechanics
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v.82
no.5
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pp.667-678
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2022
Moment-resisting frames (MRFs) are among the most conventional steel structures for mid-rise buildings in many earthquake-prone cities. Here, a simplified performance-based methodology is proposed for the seismic collapse capacity assessment of these buildings. This method employs a novel multi-mode pushover analysis to determine the engineering demand parameters (EDPs) of the regular steel MRFs up to the collapse prevention (CP) performance level. The modal combination coefficients used in the proposed pushover analysis, are obtained from two metaheuristic optimization algorithms and a fitting procedure. The design variables for the optimization process are the inter-story drift ratio profiles resulting from the multi-mode pushover analyses, and the objective values are the outcomes of the incremental dynamic analysis (IDA). Here, the collapse capacity of the structures is assessed in three to five steps, using a modified IDA procedure. A series of regular mid-rise steel MRFs are selected and analyzed to calculate the modal combination coefficients and to validate the proposed approach. The new methodology is verified against the current existing approaches. This comparison shows that the suggested method more accurately evaluates the EDPs and the collapse capacity of the regular MRFs in a robust and easy to implement way.
Bojorquez, Eden;Bojorquez, Juan;Ruiz, Sonia E.;Reyes-Salazar, Alfredo;Velazquez-Dimas, Juan
Structural Engineering and Mechanics
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v.46
no.6
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pp.755-773
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2013
One of the main requirements of the seismic design codes must be its easy application by structural engineers. The use of practically-applicable models or simplified models as single-degree-of-freedom (SDOF) systems is a good alternative to achieve this condition. In this study, deterministic and probabilistic response transformation factors are obtained to evaluate the response in terms of maximum ductility and maximum interstory drifts of multi-degree-of-freedom (MDOF) systems based on the response of equivalent SDOF systems. For this aim, five steel frames designed with the Mexican City Building Code (MCBC) as well as their corresponding equivalent SDOF systems (which represent the characteristics of the frames) are analyzed. Both structural systems are subjected to ground motions records. For the MDOF and the simplified systems, incremental dynamic analyses IDAs are developed in first place, then, structural demand hazard curves are obtained. The ratio between the IDAs curves corresponding to the MDOF systems and the curves corresponding to the simplified models are used to obtain deterministic response transformation factors. On the other hand, demand hazard curves are used to calculate probabilistic response transformation factors. It was found that both approaches give place to similar results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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