Single-storey industrial buildings are one of the most often type of structures built among various skeletal framed steel constructions. These metallic buildings offer an exceptional opportunity to minimise the material employed, contributing to a more sustainable construction. In particular, the mansard portal frame is a typology made up of broken beams that involves different lengths and discontinuous slopes. This study aims the weight reduction of the standard mansard portal frame with design purposes by means of varying four parameters: the kink position, the eaves-apex slope, the span and the columns height. In this work, we suggest some guidelines that can improve the economical competitive capabilities of their structural design. In all the cases analysed, the joints of the portal frame are placed over the theoretical non-funicular shape to uniform loads. This allows reducing the bending moment and the shear force, but increasing the axial force. In addition, the performance of mansard and typical pitched portal frames submitted to the same boundary conditions is compared in terms of efficiency in the use of steel. In the large majority of the cases, mansard typologies are lighter than the common pitched frames and, hence, more economical.
Masonry walls are amongst the oldest building systems. A large portion of the research on these structures focuses on the load-bearing walls. Numerical methods have been generally used in modelling load-bearing walls during recent years. In this context, macro and micro modelling techniques emerge as widely accepted techniques. Micro modelling is used to investigate the local behaviour of load-bearing walls in detail whereas macro modelling is used to investigate the general behaviour of masonry buildings. The main objective of this study is to investigate the elastic behaviour of the load- bearing walls in masonry buildings by using micro modelling technique. In order to do this the brick and mortar units of the masonry walls are modelled by the combination of plane truss elements and plane frame elements with no shear deformations. The model used in this study has fewer unknowns then the models encountered in the references. In this study the vertical frame elements have equivalent elasticity modulus and moment of inertia which are calculated by the developed software. Under in-plane static loads the elastic displacements of the masonry walls, which are encountered in literature, are calculated by the developed software, where brick units are modelled by plane frame elements, horizontal joints are modelled by vertical frame elements and vertical joints are modelled by horizontal plane truss elements. The calculated results are compatible with those given in the references.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.5
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pp.45-51
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2002
The characteristics of nonlinear seismic behavior and failure mechanism of RC space frame in railroad viaducts have been studied by the numerical analysis in time domain. The structure concerned is modeled in 3 dimensional extent and the RC frame elements consisting of fibers are employed for the columns. The fibers are characterized as RC zone and PC one to distinguish the different energy release after cracking resulted from the bond characteristic between concrete and re-bar. Due to the deviation of the mass center and the stiffness center of the entire structure the complex behavior is shown under seismic actions. The excessive shear force is concentrated on the column beside flexible one relatively, which leads to the failure of bridge concerned.
Farsangi, E. Noroozinejad;Yang, T.Y.;Tasnimi, A.A.
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.4
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pp.653-669
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2016
Recent earthquakes worldwide show that a significant portion of the earthquake shaking happens in the vertical direction. This phenomenon has raised significant interests to consider the vertical ground motion during the seismic design and assessment of the structures. Strong vertical ground motions can alter the axial forces in the columns, which might affect the shear capacity of reinforced concrete (RC) members. This is particularly important for non-ductile RC frames, which are very vulnerable to earthquake-induced collapse. This paper presents the detailed nonlinear dynamic analysis to quantify the collapse risk of non-ductile RC frame structures with varying heights. An array of non-ductile RC frame architype buildings located in Los Angeles, California were designed according to the 1967 uniform building code. The seismic responses of the architype buildings subjected to concurrent horizontal and vertical ground motions were analyzed. A comprehensive array of ground motions was selected from the PEER NGA-WEST2 and Iran Strong Motions Network database. Detailed nonlinear dynamic analyses were performed to quantify the collapse fragility curves and collapse margin ratios (CMRs) of the architype buildings. The results show that the vertical ground motions have significant impact on both the local and global responses of non-ductile RC moment frames. Hence, it is crucial to include the combined vertical and horizontal shaking during the seismic design and assessment of non-ductile RC moment frames.
"A practical architect might not unnaturally conceive the idea of erecting a vast edifice whose frame should be entirely of iron, and clothing the frame--preserving it--by means of a casing of stone…that shell must be regarded only as an envelope, having no function other than supporting itself..." --Viollet-le-Duc, 1868. Viollet-le-Duc's recipe for an encased iron frame foresaw the separation of structural and enclosing functions into discrete systems. This separation is an essential characteristic of skyscrapers today, but at the time of his writing cast iron's brittle nature meant that iron frames could not, on their own, resist lateral forces in tall structures. Instead, tall buildings had to be braced with masonry shear walls, which often also served as environmental enclosure. The commercial availability of steel after the 1880s allowed for self-braced metal frames while parallel advances in glass and terra cotta allowed exterior walls to achieve vanishingly thin proportions. Two Chicago buildings by D.H. Burnham & Co. were the first to match a frame "entirely of iron" with an "envelope" supporting only itself. The Reliance Building (1895) was the first of these, but the Fisher Building (1896) more fully exploited this new constructive typology, eschewing brick entirely, to become the first "building without walls," a break with millennia of tall construction reliant upon masonry
In this study, the effect of presence and distribution of masonry infill walls on the mid-rise steel frame structures having soft ground storey was evaluated by implementing finite element (FE) methods. Masonry infill walls were distributed randomly in the upper storey keeping the ground storey open without any infill walls, thus generating the worst case scenario for seismic events. It was observed from the analysis that there was an increase in the seismic design forces, moments and base shear in presence of randomly distributed masonry infill walls which underlines that these design values need to be amplified when designing a mid-rise soft ground storey steel frame with randomly distributed masonry infill. In addition, it was found that the overstrength related force modification factor increased and the ductility related force modification factor decreased with the increase in the amount of masonry infilled bays and panels. These must be accounted for in the design of mid-rise steel frames. Based on the FE analysis results on two mid-rise steel frames, design equations were proposed for determining the over strength and the ductility related force modification factors. However, it was recommended that these equations to be generalized for other steel frame structure systems based on an extensive analysis.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.23
no.1
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pp.43-54
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2019
Existing reinforced concrete frame buildings designed for only gravity loads have been seismically vulnerable due to their inadequate column detailing. The seismic vulnerabilities can be mitigated by the application of a column retrofit technique, which combines high-strength near surface mounted bars with a fiber reinforced polymer wrapping system. This study presents the full-scale shaker testing of a non-ductile frame structure retrofitted using the combined retrofit system. The full-scale dynamic testing was performed to measure realistic dynamic responses and to investigate the effectiveness of the retrofit system through the comparison of the measured responses between as-built and retrofitted test frames. Experimental results demonstrated that the retrofit system reduced the dynamic responses without any significant damage on the columns because it improved flexural, shear and lap-splice resisting capacities. In addition, the retrofit system contributed to changing a damage mechanism from a soft-story mechanism (column-sidesway mechanism) to a mixed-damage mechanism, which was commonly found in reinforced concrete buildings with strong-column weak-beam system.
Journal of the Architectural Institute of Korea Structure & Construction
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v.34
no.4
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pp.43-50
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2018
The purpose of this study is to improve the seismic performance of RC framed buildings such as piloti buildings and school facilities. For this purpose, a half size RC frame specimen (SFD) was made and the inside of frame was reinforced with steel frame and S type strut steel damper. The experimental results are compared with those of the previous studies under the same conditions. The comparative specimens are non-reinforced specimen (BF) and damper reinforced specimen (AFD) that confined the column with an aramid sheet. As a result of comparing the maximum strength, stiffness degradation and energy dissipation capacity, SFD specimen was evaluated to be better than comparative specimens. According to the experimental results and FE analysis results, it was confirmed that the shear deformation was concentrated in the steel damper. And it was showed that cracks were concentrated at the upper and lower ends of the strut of the S type damper, and the final failure was observed at struts. From this, it was verified that the steel damper appropriately dissipates energy due to the lateral load.
The profound impact of earthquakes on human lives and the built environment emphasizes the substantial human and economic losses result-ing from structural collapses. Many researchers in this field highlight the longstanding societal challenge posed by earthquakes and under-score the imperative to minimize such losses. Over the decades, researchers have dedicated efforts to seismic design, focusing on improv-ing structural performance to mitigate earthquake-induced damages. This has led to the development of various structural analysis methods. In this research, a specific RC frame structure (401 Bldg.) at Kyungpook National University that is designed for educational purposes, serves as a representative case. This research employs SAP 2000 for simulation, aiming to assess the structural performance under seismic condi-tions, focusing on evaluating the structural behavior under different column orientations. This research utilizes RSA (Response Spectrum Analysis) to comprehensively examine parameters of displacement, base shear force, base moment, joint radians, and story drift. Referring to the results from RSA, this research also assesses the structural performance using LTHA (Linear Time History Analysis) by conducting synthetic frequency domain and synthetic time domain analyses based on the seismic wave from the Kobe 1995 earthquake (Abeno). Based on the findings from the discussions, this research is expected to be a valuable reference for structural design within seismic resistance and the seismic reinforcement of existing RC frame structures.
A hybrid post and beam shear wall system with structural insulation panel (SIP) infill was developed as a part of a green home 'Han-green' project through post and beam construction for contemporary life style. This project is on-going at the Korea Forest Research Institute to develop a new building system which improves Korean traditional wet-type building system and stimulates industrialized wood construction practice with pre-cut system. Compared to the traditional wet-type infill wall components, the hybrid wall system has benefits, such as, higher structural capacity, better thermal insulation performance, and shorter construction term due to the dry-type construction. To build up the hybrid wall system, in previous, SIP infill wall components can be manufactured at factory, and then inserted and nailed with helically threaded nails into the post and beam members at site. Shear performance of the hybrid wall system was evaluated through horizontal shear tests. The SIP hybrid wall system showed higher maximum shear strength, initial stiffness, ductility, yield strength, specified strength, and the specified allowable strength than those of post and beam with light-frame wall system. In addition to this, the hybrid wall system can provide speedy construction and structural and functional advantages including energy efficiency in the building system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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