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.
High-rise structures prone to large vibrations under the action of strong winds, resulting in fatigue damage of the structural components and the foundation. A novel compound damping cable system (CDCS) is proposed to suppress the excessive vibrations. CDCS uses tailored double cable system with increased tensile stiffness as the connecting device, and makes use of the relative motion between the high-rise structure and the ground to drive the damper to move back-and-forth, dissipating the vibration mechanical energy of the high-rise structure so as to decaying the excessive vibration. Firstly, a third-order differential equation for the free vibration of high-rise structure with CDCS is established, and its closed form solution is obtained by the root formulas of cubic equation (Shengjin's formulas). Secondly, the analytical solution is validated by a laboratory model experiment. Thirdly, parametric analysis is conducted to investigate how the parameters affect the vibration control performance. Finally, the dynamic responses of the high-rise structure with CDCS under harmonic and stochastic excitations are calculated and its vibration mitigation performance is further evaluated. The results show that the CDCS can provide a large equivalent additional damping ratio for the vibrating structures, thus suppressing the excessive vibration effectively. It is anticipated that the CDCS can be used as a good alternative energy dissipation system for vibration control of high-rise structures.
The development history, the current situation and the future of the performance-based seismic design of building structures in China are presented in this paper. Firstly, the evolution of performance-based seismic design of building structures specified in the Chinese codes for seismic design of buildings of the edition 1974, 1978, 1989, 2001 and 2010 are introduced and compared. Secondly, in two parts, this paper details the provisions of performance-based seismic design in different Chinese codes. The first part is about the "Code for Seismic Design of Buildings" (GB50011) (edition 1989, 2001 and 2010) and "Technical Specification for Concrete Structures of Tall Building", which presents the concepts and methods of performance-based seismic design adopted in Chinese codes; The second part is about "Management Provisions for Seismic Design of Outof-codes High-rise Building Structures" and "Guidelines for Seismic Design of Out-of-codes High-rise Building Structures", which concludes the performance-based seismic design requirements for high-rise building structures over the relevant codes in China. Finally, according to those mentioned above, this paper pointed out the imperfections of current performance-based seismic design in China and proposed the possible direction for further improvement.
Li, Zuohua;Shan, Qingfei;Ning, Jiafei;Li, Yu;Guo, Kaisheng;Teng, Jun
Computers and Concrete
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v.29
no.2
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pp.93-105
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2022
The degrees of freedom (DOFs) of high-rise structures increase rapidly due to the need for refined analysis, which poses a challenge toward a computationally efficient method for numerical analysis of high-rise structures using the finite element method (FEM). This paper presented an efficient iterative method, an algebraic multigrid (AMG) with a Jacobi overrelaxation smoother preconditioned conjugate gradient method (AMG-CG) used for solving large-scale structural system equations running on heterogeneous platforms with parallel accelerator graphics processing units (GPUs) enabled. Furthermore, an AMG-CG FEM application framework was established for the numerical analysis of high-rise structures. In the proposed method, the coarsening method, the optimal relaxation coefficient of the JOR smoother, the smoothing times, and the solution method for the coarsest grid of an AMG preconditioner were investigated via several numerical benchmarks of high-rise structures. The accuracy and the efficiency of the proposed FEM application framework were compared using the mature software Abaqus, and there were speedups of up to 18.4x when using an NVIDIA K40C GPU hosted in a workstation. The results demonstrated that the proposed method could improve the computational efficiency of solving structural system equations, and the AMG-CG FEM application framework was inherently suitable for numerical analysis of high-rise structures.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.04a
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pp.151-160
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1999
It is recommended to have symmetric plan and elevation in structural design of hight-rise building structures to reduce torsional response of the structures. However it is not always allowed to do so due to architectural purposes. in many cases high-rise buildings are asymmetric. The purpose of this study is to predict the torsional behavior of high-rise building structures with asymmetric plan. Equivalent lateral stiffness and deformation shape factor are used for prediction of torsional response of high-rise buildings. Overall torsion of a structure is estimated by equivalent lateral stiffness and torsion of each floor is estimated by deformation factor in each 2-D lateral force resisting elements.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.151-158
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2006
Structural health monitoring is concerned with the safety and serviceability of the users of structures, especially for the case of building structures and infrastructures. When considering the safety of a structure, the maximum stress in a member due to live load, earthquake, wind, or other unexpected loadings must be checked not to exceed the stress specified in a code. It will not fail at yield, excessively large displacements will deteriorate the serviceability of a structure. To guarantee the safety and serviceability of structures, the maximum displacement in a structures must be monitored because actual displacement is a direct assessment index on its stiffness. However, no practical method has been reported to monitor the displacement, especially for the case of displacement of high-rise buildings because of not to easy accessive. In this paper, it is studied displacement measuring method of high-rise buildings using LiDAR The method is evaluated by analyzing accuracy of measured displacements for existing building.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.22
no.1
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pp.17-24
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2022
Currently, the construction trend of high-rise structures is changing from a cube-shaped box to a free-form. In the case of free-form structures, it is difficult to predict the behavior of the structure because it induces torsional deformation due to inclined columns and the eccentricity of the structure by the horizontal load. For this reason, it is essential to review the stability by considering the design variables at the design stage. In this paper, the position of the weak vertical member was analyzed by analyzing the behavior of the structure according to the change in the core position of the twisted high-rise structures. In the case of the shear wall, the shear force was found to be high in the order of proximity to the center of gravity of each floor of the structure. In the case of the column, the component force was generated by the axial force of the outermost beam, so the bending moment was concentrated on the inner column with no inclination.
Nowadays, many engineers believe that hybrid structures with reinforced concrete central core walls and perimeter steel frames offer an economical method to develop the strength and stiffness required for seismic design. As a result, a variety of such structures have recently been applied in actual construction. However, the performance-based seismic design of such structures has not been investigated systematically. In the performance-based seismic design, quantifying the seismic damage of complete structures by damage indices is one of the fundamental issues. Four damage states and the final softening index at each state for high-rise hybrid structures are suggested firstly in this paper. Based on nonlinear dynamic analysis, the relation of the maximum inter-story drift, the main structural characteristics, and the final softening index is obtained. At the same time, the relation between the maximum inter-story drift and the maximum roof displacement over the height is also acquired. A double-variable index accounting for maximum deformation and cumulative energy is put forward based on the pushover analysis. Finally, a case study is conducted on a high-rise hybrid structure model tested on shaking table before to verify the suggested quantities of damage indices.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.16
no.1
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pp.105-113
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2016
Since the 1980s, the number of large space buildings in Korea has consistently been increasing due to large scale international competitions such as the Olympics and the World Cup, demands for environmental improvement, and development of structural systems. Due to these reasons, this paper conducted a comparative analysis on terrorism risk factors of large space structure and skyscrapers in Korea. The results suggest that the total risk level of high-rise and large space structure was "medium level risk" and that the terrorism risk level for large space structure was as high as that for high-rise buildings. As it relates to the risk levels depending on scenarios, terrorism risks to large space structure were higher than high-rise buildings in the "internal explosion" and "internal intrusion" categories. And the results of analyzing explosion-related scenarios except for CBR suggest that terrorism risks to large space structure were highest when it comes to Internal-Explosive followed by Internal-Intrusion and Explosive-Zone I; and the results showed a regular pattern. On the other hand, in the case of high-rise buildings, terrorism risks were highest in Internal-Explosive followed by Explosive-Zone I and Explosive-Zone II; and the results showed an irregular pattern.
Whilst most research focuses on the reduction of operative energy use in buildings, the aspect of which (and how many) materials are used is often neglected and poorly explored. However, considering the continuous growth of the global population and the limited availability of resources, it is clear that focusing on operative energy alone is too short-sighted. The tasks lying ahead for architects and engineers cannot be accomplished with conventional methods of construction. With a share of 50-60% of global resource consumption, the building industry has a decisive impact on our environment. If business as usual continues, resources will be significantly depleted in a matter of decades. Therefore, researchers of the University of Stuttgart are investigating the concept of adaptivity as a promising method for saving resources in the built environment. The term adaptivity in the context of building structures was first introduced by Werner Sobek. It describes a method where sensors, actuators and control units are implemented in systems or facades in order to oppose physical impacts in an ideal way. The applicability of this method will be verified on an experimental high-rise building at the University campus in Stuttgart. Thus, this paper describes this innovative research project and depicts the concept of adaptivity in high-rise structures. Furthermore, it gives an overview of potential actuation concepts and the interdisciplinary challenges behind them.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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