This paper summarizes the structural concept and design of the "Nakanoshima Festival Tower West" in Osaka, Japan, which is 200m high and has a super-high damping system. Its superstructure is mainly composed of a central core and outer tube frames. It has a bottom truss structure at the boundary between the low-rise and mid-rise sections of the building, where the column arrangement is changed. Besides, the high-rise section of the building has a neck truss structure. These truss structures smoothly transfer the axial forces of the columns and reduce the flexural deformations induced by horizontal loads. Oil dampers with extremely high damping capacity are installed in the rigid walls named the "Big Wall Frames" of the low-rise section. Moreover, many braces and damping devices are well arranged in the center core of each story. The damping effects of these devices ensure that all structural members are remain within the elastic range and that story drifts are within 1/150 in large earthquakes. This super-high damping structure in the low-rise section is named the "Damping Layer". The whole structural system is named the "Super Damping Structure". The whole structural systems enhance the building's safety, comfort and Business Continuity Planning (BCP) under large earthquakes.
Seismic performance analysis of steel-brace reinforced concrete (RC) frame using topology optimization in highly seismic region was discussed in this research. Topology optimization based on truss-like material model was used, which was to minimum volume in full-stress method. Optimized bracing systems of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were established, and optimized bracing systems of substructure were also gained under different constraint conditions. Thereafter, different structure models based on optimized bracing systems were proposed and applied. Last, structural strength, structural stiffness, structural ductility, collapse resistant capacity, collapse probability and demolition probability were studied. Moreover, the brace buckling was discussed. The results show that bracing system of RC frame could be derived using topology optimization, and bracing system based on truss-like model could help to resolve numerical instabilities. Bracing system of topology optimization was more effective to enhance structural stiffness and strength, especially in mid-rise and high-rise frames. Moreover, bracing system of topology optimization contributes to increase collapse resistant capacity, as well as reduces collapse probability and accumulated demolition probability. However, brace buckling might weaken beneficial effects.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.14
no.1
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pp.65-72
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2009
This study presents a structural design optimizing sizes of high-rise steel plane truss members by maximizing stiffness subjected to given volume constraints. The sizing optimum design is evaluated by using a well-known optimality criteria (OC) of gradient-based optimization methods. In typical size optimization methods, truss structures are optimized with respect to minimum weight with constraints on the value of some displacement and on the member stresses. The proposed method is an inversed size optimization process in comparisons with the typical size optimization methods since it maximizes stiffness associated with stresses or displacements subjected to volume constraints related to weight. The inversed approach is another alternative to classical size optimization methods in order to optimize members' sizes in truss structures. Numerical applications of a round shape steel pipe truss structure are studied to verify that the proposed maximum stiffness-based size optimization design is suitable for optimally developing truss members's sizes.
To connect exterior reinforced concrete (RC) columns with the steel belt truss, the gusset plates are welded to the steel plates embedded in the RC column. Then, the concrete around an embedded plate is very likely to be damaged by the heat input from a long-time (6 to 48 hours) welding of the embedded and gusset plates at a joint between RC columns and steel belt truss. However, very few studies have assessed the concrete damage caused by the welding heat between embedded and gusset plates, and no clear onsite solution has been found. In this paper, experimental tests have been carried out on 4 full-scale specimen to analyze the effect of long-time (about 6 hours) onsite welding (1-side welding and 3-side welding) between a gusset plate and an embedded plate in high strength concrete with compressive strength of 55 MPa and 80 MPa on RC columns. The effect of the long-time welding heat of embedded and gusset plates, which are used in real high-rise building construction sites, on concrete is analyzed in terms of the following three items: 1) temperature distribution, 2) pattern and characteristics of cracks, and 3) effect of the cracks on the compressive strength of RC column. Based on the experimental results, even though the heat input up to about 150? from the long-time onsite welding on the high-strength concrete column for the joint could result in concrete cracks in a radial form, it is found that the welding cracks have no effect on the axial stiffness and strength of the concrete column.
This paper describes the structural solution for the design of a 29-story high-rise tower, which features a large office space above the Kabukiza Theatre. Kabuki is a type of Japanese traditional drama, and Kabukiza is the home building of Kabuki. GINZA KABUKIZA is the fifth generation of the Kabukiza Theatre, the first of which was built in 1889. In order to support 23 stories of office space above the theater - featuring a large void in plan - two 13-meter-deep mega-trusses, spanning 38.4 meters, are installed at the fifth floor of the building. Steelwork is used as a primary material for the structure above-ground, and a hybrid response control system using a buckling-restrained brace and oil damper is adopted in order to achieve a high seismic performance. This paper also describes the erection process of installing hydraulic jacks directly above the mega-truss at column bases, in order to keep the structure above the truss level during construction. The temple architecture of the previous Kabukiza is carefully restored by incorporating contemporary light-weight materials supported by steelwork.
This paper presents the experimental investigation into a new type of steel-concrete hybrid outrigger system developed for the high-rise building structure. The steel truss is embedded into the reinforced concrete outrigger wall, and both the steel truss and concrete outrigger wall work compositely to enhance the overall structural performance of the tower structures under extreme loads. Meanwhile, metal dampers of low-yield steel material were also adopted as a 'fuse' device between the hybrid outrigger and the column. The damper is engineered to be 'scarified' and yielded first under moderate to severe earthquakes in order to protect the structural integrity of important structural components of the hybrid outrigger system. As such, not brittle failure is likely to happen due to the severe cracking in the concrete outrigger wall. A comprehensive experimental research program was conducted into the structural performance of this new type of hybrid outrigger system. Studies on both the key component and overall system tests were conducted, which reveal the detailed structural response under various levels of applied static and cyclic loads. It was demonstrated that both the steel bracing and concrete outrigger wall are able to work compositely with the low-yield steel damper and exhibits both good load carrying capacities and energy dispersing performance through the test program. It has the potential to be applied and enhance the overall structural performance of the high-rise structures over 300 m under extreme levels of loads.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.5
no.2
s.16
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pp.89-97
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2005
As building structures are becoming high-rise, large-scale, and specialized, the use of high-strength materials increase. Therefore, an analytical model is necessary to appropriately predict the shear strength of reinforced concrete (RC) beams with high-strength materials. This study presents a truss model which is able to reasonably predict the shear strength of the RC beams having high-strength steel bars. Test results of 107 RC beams reported in the technical literatures were collected to check the validity of proposed model, TATM, for the shear strength of the RC beams with high-strength reinforcing bars. They were compared to theoretical results obtained from proposed model, TATM, and existing truss models. The experimental results were better predicted by TATM rather than other truss models, and the ratios of experimental results to theoretical results obtained from TATM were almost constant regardless of the yield strengths of tension and shear reinforcements.
Chunyu, Tian;Congzhen, Xiao;Hong, Zhang;Jinzhe, Cao
International Journal of High-Rise Buildings
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v.1
no.3
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pp.221-228
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2012
Shanghai Tower is a super high-rise building of 632 m height with 'mega frame-core- outrigger truss' structure system. Due to the complexity and irregularity of structure, shaking table test was carried out to investigate its seismic performance. A 1/40 scaled test model was designed, built and tested on shaking table under earthquake of small, moderate and large levels. The experimental results showed that the structure can meet the requirements of Chinese codes and reach scheduled performance objectives. Elastic and plastic time-history analysis on the structure were carried out and the results were compared to experimental results. Based on the research results some suggestions were proposed to contribute favorable effect on the seismic capacity of the structure.
This paper studies the seismic behavior of reinforced concrete (RC) walls with encased cold-formed and thin-walled (CFTW) steel truss, which can be used as an alternative to the conventional RC walls or steel reinforced concrete (SRC) composite walls for high-rise buildings in high seismic regions. Seven one-fourth scaled RC wall specimens with encased CFTW steel truss were designed, manufactured and tested to failure under reversed cyclic lateral load and constant axial load. The test parameters were the axial load ratio, configuration and volumetric steel ratio of encased web brace. The behaviors of the test specimens, including damage formation, failure mode, hysteretic curves, stiffness degradation, ductility and energy dissipation, were examined. Test results indicate that the encased web braces can effectively improve the ductility and energy dissipation capacity of RC walls. The steel angles are more suitable to be used as the web brace than the latticed batten plates in enhancing the ductility and energy dissipation. Higher axial load ratio is beneficial to lateral load capacity, but can result in reduced ductility and energy dissipation capacity. A volumetric ratio about 0.25% of encased web brace is believed cost-effective in ensuring satisfactory seismic performance of RC walls. The axial load ratio should not exceed the maximum level, about 0.20 for the nominal value or about 0.50 for the design value. Numerical analyses were performed to predict the backbone curves of the specimens and calculation formula from the Chinese Code for Design of Composite Structures was used to predict the maximum lateral load capacity. The comparison shows good agreement between the test and predicted results.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.17
no.2
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pp.90-98
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2016
High-rise buildings construction project have various risk factors. Major risk factors are negative results such as time delay and increase of costs. Therefore, this study was analyzed risk factors in construction stages of high-rise buildings using by PROMETHEE technique. For this, this research were identified risk factors through experts Focus Group Interview(FGI). And, PROMETHEE was used to setup evaluation standard for analysis of high-rise building construction risks. Next, the standard of evaluation index calculation was composed by using the definition level in PDRI. Preference function and evaluation index were identified through questionnaires. Through these processes, this study has calculated the importance of high-rise building construction risks using by PROMETHEE technique. As a result, high degree risk factors were as following. These are 'Operation plan of material lifting', 'Outrigger & Belt Truss Construction', 'Foundation work plan of high-rise building' and 'Considering a Structure concept of high-rise building'.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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