The use of outriggers with dampers (the damped outrigger concept) has been shown to be a cost effective method of adding structural damping to a high rise building, and has been described in previous work by the author. This paper further develops the methods used to design such systems and highlights lessons learned in their application. This includes calculation methods, a review of subsequent research from others, and discussions regarding code-compliance.
Omika, Yukihiro;Koshika, Norihide;Yamamoto, Yukimasa;Kawano, Kenichi;Shimizu, Kan
국제초고층학회논문집
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제5권1호
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pp.43-50
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2016
The reinforced-concrete multi-story shear-wall structure, which can free a building from beams and columns to allow the planning of a vast room, has increasingly been used in Japan as a high-rise reinforced-concrete structure. Since this structural system concentrates the seismic force onto multi-story shear walls inside, the bending deformation of the walls may cause excessive deformation on the upper floors during an earthquake. However, it is possible to control the bending deformation to within a certain level by setting high-strength and rigid beams (outriggers) at the top of the multi-story shear walls; these outriggers restrain the bending behavior of the walls. Moreover, it is possible to achieve high energy dissipation by placing vibration control devices on the outriggers and thus restrain the bending behavior. This paper outlines the earthquake response analysis of a high-rise residential tower to demonstrate the effectiveness of the outrigger frame incorporating vibration control devices.
The structural efficiency of tall buildings heavily depends on the lateral stiffness and resistance capacity. Among those structural systems for tall buildings, outrigger system is one of the most common and efficient systems especially for those with relatively regular floor plan. The use of outriggers in building structures can be traced back from early 50 from the concept of deep beams. With the rise of building height, deep beams become concrete walls or now in a form of at least one story high steel truss type of outriggers. Because of the widened choice in material to be adopted in outriggers, the form and even the objective of using outrigger system is also changing. In the past, outrigger systems is only used to provide additional stiffness to reduce drift and deflection. New applications for outrigger systems now move to provide additional damping to reduce wind load and acceleration, and also could be used as structural fuse to protect the building under a severe earthquake condition. Besides analysis and member design, construction issue of outrigger systems is somehow cannot be separated. Axial shortening effect between core and perimeter structure is unavoidable. This paper presents a state-of-the-art review on the outrigger system in tall buildings including development history and applications of outrigger systems in tall buildings. The concept of outrigger system, optimum topology, and design and construction consideration will also be discussed and presented.
Joseph, Leonard M.;Gulec, C. Kerem;Schwaiger, Justin M.
국제초고층학회논문집
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제5권1호
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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.
Reinforced concrete core-wall structures with buckling-restrained brace outriggers are interesting systems which have the ability to absorb and dissipate energy during strong earthquakes. Outriggers can change the energy demand in a tall building. In this paper, the energy demand was studied by using the nonlinear time history analysis for the mentioned systems. First, the structures were designed according to the prescriptive codes. In the dynamic analysis, three approaches for the core-wall were investigated: single plastic hinge (SPH), three plastic hinge (TPH) and extended plastic hinge (EPH). For SPH approach, only one plastic hinge is allowed at the core-wall base. For TPH approach, three plastic hinges are allowed, one at the base and two others at the upper levels. For EPH approach, the plasticity can extend anywhere in the wall. The kinetic, elastic strain, inelastic and damping energy demand subjected to forward directivity near-fault and ordinary far-fault earthquakes were studied. In SPH approach for all near-fault and far-fault events, on average, more than 65 percent of inelastic energy is absorbed by buckling-restrained braces in outrigger. While in TPH and EPH approaches, outrigger contribution to inelastic energy demand is reduced. The contribution of outrigger to inelastic energy absorption for the TPH and EPH approaches does not differ significantly. The values are approximately 25 and 30 percent, respectively.
Mobile scaffold is used as a work platform in construction sites. According to industrial accident data, 10 fatalities occur annually on average due to falling from mobile scaffold in construction sites. To prevent such fatal accidents, safety standards must be improved by analyzing the causes of fatal accidents related to mobile scaffold. Accordingly, we analyzed domestic and international safety standards for mobile scaffold and analyzed the fatalities (117 persons) caused by mobile scaffold accidents in domestic construction sites during 2011-2020 and found that fall, overturn, and collapse accounted for 88% (103 persons), 10.3% (12 persons), and 1.7% (2 persons) of fatalities, respectively. The main causes of fatal accidents were found to be non-installation or insufficient installation of safety rails and outriggers and incorrect sequence of work. Based on the analysis results, we proposed strategies for improving the safety standards, such as the use of advanced guard rails and wheel-attached outriggers, to enhance the safety and field applicability of the mobile scaffold. Technology development and improvements in the safety standards for the use of mobile scaffold will aid in the prevention of fatal accidents caused by mobile scaffold.
Special consideration should be given to differential column shortening during the design and construction of a tall building to mitigate the adverse effects caused by such shortening. The effects of the outrigger - which is conventionally used to increase the lateral stiffness of a tall building - on the differential shortening are investigated in this study. Three analysis models, a constant-section, constant-stress, and general model, are prepared, and the differential shortenings of these models with and without the outrigger are compared. The effects of connection time, sectional area, and location of the outrigger on the differential shortening are studied. The sectional area of the outrigger shows a non-linear relation in reducing the maximum differential shortening. The optimum locations of the single and dual outriggers are investigated by an exhaustive search method, and it is confirmed that a global optimum location exists. This study shows that the outrigger can be utilized to reduce the differential shortening between the interior core wall and the perimeter columns as well as to reduce the lateral displacements due to wind or earthquake loads.
Jianlong, Zhou;Daoyuan, Lu;Liang, Huang;Jun, Ji;Jun, Zhu;Jingyu, Wang
국제초고층학회논문집
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제3권2호
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pp.99-106
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2014
This paper presents the determination of the structural system of the Changsha IFC T1 tower with 452 m in architectural height and 440.45 m in structural height. Sensitivity analyses are carried out by varying the location of belt trusses and outriggers. The enhancement of seismic capacity of the outer frame by reasonably adjusting the column size is confirmed based on parametric studies. The results from construction simulation including the non-load effect of structures demonstrate that the deformation of vertical members has little effect on the load-bearing capacity of belt trusses and outriggers. The elastoplastic time-history analysis shows that the overall structure under rare earthquake load remains in an elastic state. The influence of the frame shear ratio and frame overturning moment ratio on the proposed model and equivalent mega column model is investigated. It is found that the frame overturning moment ratio is more applicable for judging the resistance of the outer frame against lateral loads. Comparison is made on the variation of these two effects between a classical frame-core tube-outrigger structure and a structure with diagonal braces between super columns under rare earthquakes. The results indicate that plasticity development of the top core cube of the braced structure may be significantly improved.
Chang, Chia-Ming;Wang, Zhihao;Spencer, Billie F. Jr.;Chen, Zhengqing
Smart Structures and Systems
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제11권5호
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pp.435-451
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2013
High-rise buildings are a common feature of urban cities around the world. These flexible structures frequently exhibit large vibration due to strong winds and earthquakes. Structural control has been employed as an effective means to mitigate excessive responses; however, structural control mechanisms that can be used in tall buildings are limited primarily to mass and liquid dampers. An attractive alternative can be found in outrigger damping systems, where the bending deformation of the building is transformed into shear deformation across dampers placed between the outrigger and the perimeter columns. The outrigger system provides additional damping that can reduce structural responses, such as the floor displacements and accelerations. This paper investigates the potential of using smart dampers, specifically magnetorheological (MR) fluid dampers, in the outrigger system. First, a high-rise building is modeled to portray the St. Francis Shangri-La Place in Philippines. The optimal performance of the outrigger damping system for mitigation of seismic responses in terms of damper size and location also is subsequently evaluated. The efficacy of the semi-active damped outrigger system is finally verified through numerical simulation.
Since atypical high-rise buildings are vulnerable to gravity loads and seismic loads, various structural systems must be applied to ensure the stability of the structure. In this study, the authors selected a 60-story twisted-shaped structure among atypical high-rise structures as an analytical model to investigate its structural behavior concerning the outrigger system. The structural analyses were performed varying the number of installed layers and the arrangement of the outrigger system, as well as the placement of the mega column, as design variables. The analysis revealed that the most effective position for the outrigger was 0.455H from the top layer, consistent with previous studies. Additionally, connecting outriggers and mega columns significantly reduced the displacement response of the model. From an economic standpoint, it is deemed efficient to connect and install outriggers and mega columns at the structure's ends.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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