The composite truss has been widely used for tall buildings and long-span structures in North America. As compared with other similar structures, it has merits such as reduction of construction period, low span/depth ratio, low dead weight and so on. It has the most effective trait for structures with long span of 12~18m. After collapse of WTC, the fire resistance behaviors of structures have been actively conducted under various fire conditions in several country. This study showed that the surface temperature of steel member in the composit truss beam was reached to $700^{\circ}C$ under the fire condition of a short time. Under the same condition, the temperature in concrete was within $200^{\circ}C$. The composit truss beam with 20mm bracing was collapsed by rapid deflection after about 3minutes. However, the beams with 25mm, 35mm, and 45mm bracing were not collapsed, even though those were reached to deflection standard of L/20 within 15minutes.
Wind fragility analysis (WFA) of concrete chimney is often executed disregarding temperature effects. But combined wind and temperature effect is the most critical limit state to define the safety of a chimney. Hence, in this study, WFA of a 70 m tall RC chimney for combined wind and temperature effects is explored. The wind force time-history is generated by spectral representation method. The safety of chimney is assessed considering limit states of stress failure in concrete and steel. A moving-least-squares method based dual response surface method (DRSM) procedure is proposed in WFA to alleviate huge computational time requirement by the conventional direct Monte Carlo simulation (MCS) approach. The DRSM captures the record-to-record variation of wind force time-histories and uncertainty in system parameters. The proposed DRSM approach yields fragility curves which are in close conformity with the most accurate direct MCS approach within substantially less computational time. In this regard, the error by the single-level RSM and least-squares method based DRSM can be easily noted. The WFA results indicate that over temperature difference of 150℃, the temperature stress is so pronounced that the probability of failure is very high even at 30 m/s wind speed. However, below 100℃, wind governs the design.
Proceedings of the Korean Institute of Building Construction Conference
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2009.11a
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pp.31-34
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2009
Large outrigger elements tie the concrete core to perimeter columns, significantly increasing the building's lateral stiffness as well as its resistance to overturning due to wind. The outriggers are deep elements, and large tie forces are resisted by top and bottom heavy longitudinal reinforcing and vertical ties. To reduce construction costs, all primary reinforcing bars in outrigger levels are SD500. Further, concrete strengths of 80MPa have been specified for outrigger elements. However, the reductions in the amount of concrete and reinforcement steel are more increased in tall building. With these backgrounds, 80MPa high strength concrete outrigger system using post tension method is developed. Significant economic savings can be made by reducing the element sizes and material content. The developed outrigger system is designed using strut-and-tie models. In addition, four 1/4-scale test specimens were selected from the same prototype structure. The results from the tests are confirmed that the structural behaviors of the developed outrigger member have better capacities than those of a conventional method.
As concrete wind-turbine towers are increasingly being used in wind-farm construction, there is a growing need to understand the behavior of concrete wind-turbine towers. In particular, experimental evaluations of concrete wind-turbine towers are necessary to demonstrate the dynamic characteristics and load-carrying capacity of such towers. This paper describes a model test of a prestressed concrete wind-turbine tower that examines the dynamic characteristics and load-carrying performance of the tower. Additionally, a numerical model is presented and used to verify the design approach. The test results indicate that the first natural frequency of the prestressed concrete wind turbine tower is 0.395 Hz which lies between frequencies 1P and 3P (0.25-0.51 Hz). The damper ratio is 3.3%. The maximum concrete compression stresses are less than the concrete design compression strength, the maximum tensile stresses are less than zero and the prestressed strand stresses are less than the design strength under both the serviceability and ultimate limit state loads. The maximum displacement of the tower top are 331 mm and 648 mm for the serviceability limit state and ultimate limit state, respectively, which is less than L/100 = 1000 mm. Compared with traditional tall wind-turbine steel towers, the prestressed concrete tower has better material damping properties, potential lower maintenance cost, and lower construction costs. Thus, the prestressed concrete wind-turbine tower could be an innovative engineering solution for multi-megawatt wind turbine towers, in particular those that are taller than 100 m.
Rocking motion have been used for achieving the 'resilient buildings' against earthquakes in recent studies. Low-rise buildings, unlike the tall ones, because of their small aspect ratio tend to slide rather than move in rocking mode. However, since rocking is more effective in seismic response reduction than sliding, it is desired to create rocking motion in low-rise buildings too. One way for this purpose is making the building's structure rock on its internal bay(s) by reducing the number of bays at the lower part of the building's skeleton, giving it a mushroom form. In this study 'mushroom skeleton' has been used for creating multi-story rocking regular steel buildings with square plan to rock on its one-by-one bay central lowest story. To show if this idea is effective, a set of mushroom buildings have been considered, and their seismic responses have been compared with those of their conventional counterparts, designed based on a conventional code. Also, a set of similar buildings with skeleton stronger than code requirement, to have immediate occupancy (IO) performance level, have been considered for comparison. Seismic responses, obtained by nonlinear time history analyses, using scaled three-dimensional accelerograms of selected earthquakes, show that by using appropriate 'mushroom skeleton' the seismic performance of buildings is upgraded to mostly IO level, while all of the conventional buildings experience collapse prevention (CP) level or beyond. The strong-skeleton buildings mostly present IO performance level as well, however, their base shear and absolute acceleration responses are much higher than the mushroom buildings.
Concrete structures may rarely collapse in fire incidents but fire induced damage to structural members is inevitable as a result of material degradation and thermal expansion. This requires certain repairing measures to be applied to restore the performance of post-fire members. A brief review on investigation of post-fire damage of concrete material and concrete structural members is presented in this paper, followed by a review of post-fire repair research regarding various types of repairing techniques (FRP, steel plate, and concrete section enlargement) and different type of structural members including columns, beams, and slabs. Particularly, the fire scenarios adopted in these studies leading to damage are categorized as three levels according to the duration of gas-phase temperature above 600℃ (t600). The repair effectiveness in terms of recovered performance of concrete structural members compared to the initial undamaged performance has been summarized and compared regarding the repairing techniques and fire intensity levels. The complied results have shown that recovering the ultimate strength is achievable but the stiffness recovery is difficult. Moreover, the current fire loading scenarios adopted in the post-fire repair research are mostly idealized as constant heating rates or standard fire curves, which may have produced unrealistic fire damage patterns and the associated repairing techniques may be not practical. For future studies, the realistic fire impact and the system-level structural damage investigation are necessary.
In this paper, it is aimed to present a comparative study about the structural behavior of tall buildings consisting of different type of materials such as concrete, steel or timber using finite element analyses and experimental measurements on shaking table. For this purpose, two 1/60 scaled 28 and 30-stories wooden building models with $40{\times}40cm$ and $35{\times}35cm$ ground/floor area and 1.45 m-1.55 m total height are built in laboratory condition. Considering the frequency range, mode shapes, maximum displacements and relative story drifts for structural models as well as acceleration, displacement and weight limits for shaking table, to obtain the typical building response as soon as possible, balsa is selected as a material property, and additional masses are bonded to some floors. Finite element models of the building models are constituted in SAP2000 program. According to the main purposes of earthquake resistant design, three different earthquake records are used to simulate the weak, medium and strong ground motions. The displacement and acceleration time-histories are obtained for all earthquake records at the top of building models. To validate the numerical results, shaking table tests are performed. The selected earthquake records are applied to first mode (lateral) direction, and the responses are recorded by sensitive accelerometers. Comparisons between the numerical and experimental results show that shaking table tests are enough to identify the structural response of wooden buildings. Considering 20%, 10% and 5% damping rations, differences are obtained within the range 4.03-26.16%, 3.91-65.51% and 6.31-66.49% for acceleration, velocity and displacements in Model-1, respectively. Also, these differences are obtained as 0.49-31.15%, 6.03-6.66% and 16.97-66.41% for Model-2, respectively. It is thought that these differences are caused by anisotropic structural characteristic of the material due to changes in directions parallel and perpendicular to fibers, and should be minimized using the model updating procedure.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.12
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pp.50-56
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2017
The perimeter structure in high-rise buildings, which plays a major role in resisting lateral forces, is generally formed by the orthogonal placement of the beam and column, but currently various grid patterns are implemented. In a previous study, the adaptability of the $IsoTruss^{(R)}$ grid (ITG) as a perimeter structure was examined. In this study, a method of estimating the required cross sectional area of a member in a preliminary design is proposed. The members of the perimeter structure are placed in three planes, perpendicular (PPR), parallel (PPL) and oblique (POQ) to the lateral loading, and the stiffness of the members in the POQ was taken into account by projecting them onto the PPL or PPR. Three models are established for member size zoning through the height of the building, in order to investigate the effect of the shear and moment in the calculation of the required cross sectional area. To examine the effectiveness of this study, a 64-story building is designed and analyzed. The effect of the member size zoning was examined by comparing the maximum lateral displacement, required steel amount, and axial strength ratio of the columns. Judging from the maximum lateral displacement, which was 97.3% of the allowable limit, the proposed formula seems to be implemental in sizing the members of an ITG structure at the initial stage of member selection.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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