High-rise buildings with vertical setback are widely used in practice. From the field investigation of the past earthquakes, it was found that such kind of vertically irregular high-rise building structures easily suffer severe damage during strong earthquakes. This paper presents an extensive study on the earthquake responses of moment-resisting frame structures (MFS) popularly applied in high-rise buildings with vertical setback. Four groups of MFS are designed, including three groups of structures with vertical setback and one group of structures with the lateral stiffness varying along the building height but without vertical setback. The numerical models of the structures are established, and the time history analysis of the structures under different levels of earthquakes is conducted. The earthquake responses of the structures are compared. The influence of the ratio between the horizontal setback dimension and the previous plan dimension, the eccentricity of setback, and the position where the setback occurs on the seismic performance of structures is studied. The rationality of the provisions for the structures with vertical setback specified in the current design codes is checked by the findings from this study.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.13
no.5
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pp.73-78
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2009
Steel Braced frames are a commonly-used seismic resisting system, and chevron steel braced frames are a frequently used type of steel braced frame. Recent research has indicated that the seismic performance of braced frames can be improved by designing the braced frame gusset plate connections in a manner that direct reflects seismic deformation demands, and by permitting yielding in the gusset plate at select performance levels. A parametric study using Finite Element (FE) models was conducted to examine the influence of the gusset plate and framing elements on the seismic performance of chevron braced frames, and to calibrate and develop improved design models. The impact of the frame details, including frame sizes, clearance requirements, gusset plate thickness and tapered plate, was explored. The results suggested that proper detailing of the connection can result in a significant improvement in the frame performance. The results also show that the gusset plate thickness has a significant impact on frame performance.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.14
no.6
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pp.75-84
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2010
In current seismic design provisions, a reduced beam section with bolted web (RBS-B) connections is only permitted for intermediate moment frames (IMF). This study evaluated the seismic performance of steel moment resisting frame systems having RBS-B connections designed according to current seismic design provisions. For this purpose, 12 archetypal IMF systems having two different span lengths (9m, 6m) were designed considering two design load levels (SDC $C_{max}$, SDC $C_{min}$). A nonlinear analytical model that can simulate hysteretic behavior of an RBS-B connection was also developed in this study. The procedures specified in ATC 63 are used to conduct a seismic performance evaluation. Moreover, this study conducts the seismic performance evaluation of IMF systems designed according to a new design method proposed by the authors in the previous study. It was observed that several model frames designed according to current seismic design provisions did not provide satisfactory collapse margin ratios (ACMR). This study also showed that the model frames designed according to the new design procedures had a sufficient ACMR.
Ozcelik, Ozgur;Misir, Ibrahim S.;Saridogan, Serhan
Structural Engineering and Mechanics
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v.58
no.1
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pp.121-142
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2016
The national standard being used in Turkey for suspended ceiling systems (SCS) regulates material and dimensional properties but does not contain regulations regarding installation instructions which cause substandard applications of SCSs in practice. The lack of installation instructions would potentially affect the dynamic performance of these systems. Also, the vast majority of these systems are manufactured using substandard low-quality materials, and this will inevitably increase SCS related damages during earthquakes. The experimental work presented here focuses on the issue of dynamic performance of SCSs with different types of carrier systems (lay-on and clip-in systems), different weight conditions, and material-workmanship qualities. Moreover, the effects of auxiliary fastening elements, so called seismic perimeter clips, in improving the dynamic performance of SCSs were experimentally investigated. Results show that clip-in ceiling system performs better than lay-on system regardless of material and workmanship qualities. On the other hand, the quality aspect becomes the most important parameter in affecting the dynamic performance of lay-on type systems as opposed to tile weights and usage of perimeter clips. When high quality system is used, tile weight does not change the performance of lay-on system, however in poor quality system, tile weight becomes an important factor where heavier tiles considerably decrease the performance level. Perimeter clips marginally increase the dynamic performance of lay-on ceiling system, but it has no effect on the clip-in ceiling system under the shaking levels considered.
Palacios-Quinonero, Francisco;Rubio-Massegu, Josep;Rossell, Josep M.;Rodellar, Jose
Smart Structures and Systems
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v.24
no.1
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pp.67-81
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2019
Rows of closely adjacent buildings with similar dynamic characteristics are common building arrangements in residential areas. In this paper, we present a vibration control strategy for the seismic protection of this kind of multibuilding systems. The proposed approach uses an advanced Linear Matrix Inequality (LMI) computational procedure to carry out the integrated design of distributed multiactuation schemes that combine interbuilding linking devices with interstory actuators implemented at different levels of the buildings. The controller designs are formulated as static output-feedback H-infinity control problems that include the interstory drifts, interbuilding approachings and control efforts as controlled-output variables. The advantages of the LMI computational procedure are also exploited to design a fully-decentralized velocity-feedback controller, which can define a passive control system with high-performance characteristics. The main ideas are presented by means of a system of three adjacent five-story identical buildings, and a proper set of numerical simulations are conducted to demonstrate the behavior of the different control configurations. The obtained results indicate that interstory-interbuilding multiactuation schemes can be used to design effective vibration control systems for adjacent buildings with similar dynamic characteristics. Specifically, this kind of control systems is able to mitigate the vibrational response of the individual buildings while maintaining reduced levels of pounding risk.
Analytical models were developed and seismic behaviors were analyzed for a three-story stone pagoda at the Cheollyongsa temple site, which was damaged by the Gyeongju earthquake of 2016. Both finite and discrete element modeling were used and the analysis results were compared to the actual earthquake damage. Vulnerable parts of stone pagoda structure were identified and their seismic behaviors via sliding, rocking, and risk analyses were verified. In finite and discrete element analyses, the 3F main body stone was displaced uniaxially by 60 and 80 mm, respectively, similar to the actual displacement of 90 mm resulting from the earthquake. Considering various input conditions such as uniaxial excitation and soil-structure interaction, as well as seismic components and the distance from the epicenter, both models yielded reasonable and applicable results. The Gyeongju earthquake exhibited extreme short-period characteristics; thus, short-period structures such as stone pagodas were seriously damaged. In addition, we found that sliding occurred in the upper parts because the vertical load was low, but rocking predominated in the lower parts because most structural members were slender. The third-floor main body and roof stones were particularly vulnerable because some damage occurred when the sliding and rocking limits were exceeded. Risk analysis revealed that the probability of collapse was minimal at 0.1 g, but exceeded 80% at above 0.3 g. The collapse risks at an earthquake peak ground acceleration of 0.154 g at the immediate occupancy, life safety, and collapse prevention levels were 90%, 52%, and 6% respectively. When the actual damage was compared with the risk analysis, the stone pagoda retained earthquake-resistant performance at the life safety level.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.12
no.1
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pp.79-87
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2008
Seismic performance evaluation of structure requires an estimation of the structural performance in terms of displacement demand imposed by earthquakes on the structure. Incremental Dynamic Analysis(IDA) is a analysis method that has recently emerged to estimate structural performance under earthquakes. This method can obtained the entire range of structural performance from the linear elastic stage to yielding and finally collapse by subjecting the structure to increasing levels of ground acceleration. Most structures are expected to deform beyond the limit of linearly elastic behavior when subjected to strong ground motion. The nonlinear response history analysis(NRHA) among various nonlinear analysis methods is the most accurate to compute seismic performance of structures, but it is time-consuming and necessitate more efforts. The nonlinear approximate methods, which is more practical and reliable tools for predicting seismic behavior of structures, are extensively studied. The uncoupled modal response history analysis(UMRHA) is a method which can find the nonlinear reponse of the structures for ESDF from the pushover curve using NRHA or response spectrum. The direct spectrum analysis(DSA) is approximate nonlinear method to evaluate nonlinear response of structures, without iterative computations, given by the structural linear vibration period and yield strength from the pushover analysis. In this study, the practicality and the reliability of seismic performance of approximate nonlinear methods for incremental dynamic analysis of mixed building structures are to be compared.
Joseph, Leonard M.;Gulec, C. Kerem;Schwaiger, Justin M.
International Journal of High-Rise Buildings
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v.5
no.1
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pp.1-12
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2016
The 1100 foot [335 m] tall Wilshire Grand Center tower under construction in Los Angeles illustrates many key outrigger issues. The tower has a long, narrow floor plan and slender central core. Outrigger braces at three groups of levels in the tower help provide for occupant comfort during windy conditions as well as safety during earthquakes. Because outrigger systems are outside the scope of prescriptive code provisions, Performance Based Design (PBD) using Nonlinear Response History Analysis (NRHA) demonstrated acceptability to the Los Angeles building department and its peer review panel. Buckling Restrained Brace (BRB) diagonals are used at all outrigger levels to provide stable cyclic nonlinear behavior and to limit forces generated at columns, connections and core walls. Each diagonal at the lowest set of outriggers includes four individual BRBs to provide exceptional capacities. The middle outriggers have an unusual 'X-braced Vierendeel' configuration to provide clear hotel corridors. The top outriggers are pre-loaded by jacks to address long-term differential shortening between the concrete core and concrete-filled steel perimeter box columns. The outrigger connection details are complex in order to handle large forces and deformations, but were developed with contractor input to enable practical construction.
Current seismic codes require from the seismically designed structures to be capable to withstand inelastic deformation. Many studies dealt with the development of different inelastic spectra with the aim to simplify the evaluation of inelastic deformation and performance of structures. Recently, the concept of inelastic spectra has been adopted in the global scheme of the performance-based seismic design through capacity-spectrum methods. In this paper, the median of the ductility demand ratio for 80 ground motions are presented for different levels of normalized yield strength, defined as the yield strength coefficient divided by the peak ground acceleration (PGA). The influence of the post-to-preyield stiffness ratio on the ductility demand is investigated. For fixed levels of normalized yield strength, the median ductility versus period plots demonstrated that they are independent of the earthquake magnitude and epicentral distance. Determined by regression analysis of the data, two design equations have been developed; one for the ductility demand as function of period, post-to-preyield stiffness ratio, and normalized yield strength, and the other for the inelastic deformation as function of period and peak ground acceleration valid for periods longer than 0.6 seconds. The equations are useful in estimating the ductility and inelastic deformation demands for structures in the preliminary design. It was found that the post-to-preyield stiffness has a negligible effect on the ductility factor if the yield strength coefficient is greater than the PGA of the design ground motion normalized by gravity.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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