RC buildings constitute the prevailing type of construction in earthquake-prone region like Kathmandu Valley. Most of these building constructions were based on conventional methods. In this context, the present paper studied the seismic behaviour of existing RC buildings in Kathmandu Valley. For this, four representative building structures with different design and construction, namely a building: (a) representing the non-engineered construction (RC1 and RC2) and (b) engineered construction (RC3 and RC4) has been selected for analysis. The dynamic properties of the case study building models are analyzed and the corresponding interaction with seismic action is studied by means of non-linear analyses. The structural response measures such as capacity curve, inter-storey drift and the effect of geometric non-linearities are evaluated for the two orthogonal directions. The effect of plan and vertical irregularity on the performance of the structures was studied by comparing the results of two engineered buildings. This was achieved through non-linear dynamic analysis with a synthetic earthquake subjected to X, Y and $45^{\circ}$ loading directions. The nature of the capacity curve represents the strong impact of the P-delta effect, leading to a reduction of the global lateral stiffness and reducing the strength of the structure. The non-engineered structures experience inter-storey drift demands higher than the engineered building models. Moreover, these buildings have very low lateral resistant, lesser the stiffness and limited ductility. Finally, a seismic safety assessment is performed based on the proposed drift limits. Result indicates that most of the existing buildings in Nepal exhibit inadequate seismic performance.
Current seismic codes (e.g. the NTC08 Italian code and the EC8 European code) adopt a performance-based approach for both the design of new buildings and the assessment of existing ones. Different limit states are considered by verifying structural members as well as non structural elements and facilities which have generally been neglected in practice. The key role of non structural elements on building performance has been shown by recent earthquakes (e.g. L'Aquila 2009) where, due to the extensive damage suffered by infills, partitions and ceilings, a lot of private and public buildings became unusable with consequent significant socio-economic effects. Furthermore, the collapse of infill panels, particularly in the case of out-of-plane failure, represented a serious source of risk to life safety. This paper puts forward an infill model capable of accounting for the effects arising from prior in-plane damage on the out-of-plane capacity of infill panels. It permits an assessment of the seismic performance of existing RC buildings with reference to both structural and non structural elements, as well as of their mutual interaction. The model is applied to a building type with RC framed structure designed only to vertical loads and representative of typical Italian buildings. The influence of infill on building performance and the role of the out-of-plane response on structural response are also discussed.
This study investigates the effects of soft story, short columns, heavy overhangs, pounding, and construction and workmanship quality parameters on seismic response of reinforced concrete buildings through nonlinear static and dynamic procedures. The accounted parameters are selected for their common use in rapid screening of RC buildings. The 4- and 7-story buildings designed according to pre-modern codes are used to reflect majority of the existing building stock. The relative penalty scores are employed in this study to evaluate relative importance of certain irregularities in the existing rapid seismic assessment procedures. Comparison of relative scores for the irregularities considered in this study show that the overall trend is similar. The relatively small differences may be accounted for regional construction practices. It is concluded that initial-phase seismic assessment procedures based on architectural features yield in somewhat similar results independent of their bases. However, the differences in the scores emphasize the proper selection of the method based on the regional structure characteristics.
Pejovic, Jelena R.;Serdar, Nina N.;Pejovic, Radenko R.
Earthquakes and Structures
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제15권4호
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pp.443-452
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2018
In this paper the new intensity measures (IMs) for probabilistic seismic analysis of RC high-rise buildings with core wall structural system are proposed. The existing IMs are analysed and the new optimal ones are presented. The newly proposed IMs are based on the existing ones which: 1) comprise a wider range of frequency velocity spectrum content and 2) are defined as the integral along the velocity spectrum. In analysis characteristics of optimal IMs such as: efficiency, practicality, proficiency and sufficiency are considered. As prototype buildings, RC high-rise buildings with core wall structural system and with characteristic heights: 20-storey, 30-storey and 40-storey, are selected. The non-linear 3D models of the prototype buildings are constructed. 720 non-linear time-history analyses are conducted for 60 ground motion records with a wide range of magnitudes, distances to source and various soil types. Statistical processing of results and detailed regression analysis are performed and appropriate demand models which relate IMs to demand measures (DMs), are obtained. The conducted analysis has shown that the newly proposed IMs can efficiently predict the DMs with minimum dispersion and satisfactory practicality as compared to the other commonly used IMs (e.g., PGA and $S_a(T_1)$). The newly proposed IMs overcome difficulties in calculating of integral along the velocity spectrum and present adequate replacement for IMs which comprise a wider range of frequency velocity spectrum content.
Gkournelos, Panagiotis D.;Bournas, Dionysios A.;Triantafillou, Thanasis C.
Earthquakes and Structures
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제16권5호
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pp.625-639
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2019
The concept of the combined seismic and energy retrofitting of existing reinforced concrete (RC) buildings was examined in this paper through a number of case studies conducted on model buildings (simulating buildings of the '60s-'80s in southern Europe) constructed according to outdated design standards. Specifically, seismic and thermal analyses have been conducted prior to and after the application of selected retrofitting schemes, in order to quantify the positive effect that retrofitting could provide to RC buildings both in terms of their structural and energy performance. Advanced materials, namely the textile reinforced mortars (TRM), were used for providing seismic retrofitting by means of jacketing of masonry infills in RC frames. Moreover, following the application of the TRM jackets, thermal insulation materials were simultaneously provided to the RC building envelope, exploiting the fresh mortar used to bind the TRM jackets. In addition to the externally applied insulation material, all the fenestration elements (windows and doors) were replaced with new high energy efficiency ones. Afterwards, an economic measure, namely the expected annual loss (EAL) was used to evaluate the efficiency of each retrofitting method, but also to assess whether the combined seismic and energy retrofitting is economically feasible. From the results of this preliminary study, it was concluded that the selected seismic retrofitting technique can indeed enhance significantly the structural behaviour of an existing RC building and lower its EAL related to earthquake risks. Finally, it was found that the combined seismic and energy upgrading is economically more efficient than a sole energy or seismic retrofitting scenario for seismic areas of south Europe.
Keihani, Reza;Bahadori-Jahromi, Ali;Goodchild, Charles
Structural Engineering and Mechanics
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제71권5호
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pp.563-576
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2019
According to The Concrete Centre, in the UK shear walls have become an inseparable part of almost every reinforced concrete frame building. Recently, the construction industry has questioned the need for shear walls in low to mid-rise RC frame buildings. This study tried to address the issue in two stages: The first stage, the feasibility of removing shear walls in an existing design for a residential building where ETABS and CONCEPT software were used to investigate the structural performance and cost-effectiveness respectively. The second stage, the same structure was examined in various locations in the UK to investigate regional effects. This study demonstrated that the building without shear wall could provide adequate serviceability and strength within the safe range defined by Eurocodes. As a result, construction time, overall cost and required concrete volume are reduced which in turn enhance the sustainability of concrete construction.
Static pushover analyses of typical existing reinforced concrete frames, designed according to the previous generations of design codes in Greece, have established these structures' inelastic characteristics, namely overstrength, global ductility capacity and available behaviour factor q, under planar response. These were compared with the corresponding demands at the collapse limit state target performance point. The building stock considered accounted for the typical variability, among different generations of constructed buildings in Greece, in the form, the seismic design code in effect and the material characteristics. These static pushover analyses are extended, in the present study, in the time history domain. Consequently, the static analysis predictions are compared with Incremental Dynamic Analysis results herein, using a large number of spectrum compatible recorded base excitations of recent destructive earthquakes in Greece and abroad, following, for comparison, similar conventional limiting failure criteria as before. It is shown that the buildings constructed in the 70s exhibit the least desirable behaviour, followed by the buildings constructed in the 60s. As the seismic codes evolved, there is a notable improvement for buildings of the 80s, when the seismic code introduced end member confinement and the requirement for a joint capacity criterion. Finally, buildings of the 90s, designed to modern codes exhibit an exceptionally good performance, as expected by the compliance of this code to currently enforced seismic provisions worldwide.
Existing building structures can easily present material mechanical properties which can largely vary even within a single structure. The current European Technical Code, Eurocode 8, does not provide specific instructions to account for high variability in mechanical properties. As a consequence of the high strength variability, at the occurrence of seismic events, the structure may evidence unexpected phenomena, like torsional effects, with larger experienced deformations and, in turn, with reduced seismic performance. This work is focused on the reduction in seismic performance due to the concrete strength variability. The analysis has been performed on a case-study, i.e., a 3D RC framed 4 storey building. A Normal distribution, compatible to a large available database, has been taken to represent the concrete strength domain. Different plan layouts, representative of realistic strength distributions, have been considered, and a statistical analysis has been performed on the induced reduction in seismic performance. The obtained results have been compared to the standard analysis as provided by Eurocode 8 for existing buildings. The comparison has shown that the Eurocode 8 provisions are not conservative for existing buildings having a large variability in concrete strength.
New buildings have been designed using different seismic design standards that have been revised. However, the seismic performance of existing buildings is evaluated through the same performance evaluation guidelines. Existing buildings may not satisfy the performance targets suggested in the current guidelines, but there are practical limitations to discriminating the existing buildings with poor seismic performance through a full investigation. In this regard, to classify buildings with poor seismic performance according to the applied standard, this study aimed to evaluate performance-based investigation of the seismic design proposals of buildings with different design standards. The target buildings were set as RC ordinary moment frames for office occupancy. Changes in seismic design criteria by period were analyzed, and the design spectrum changes of reinforced concrete ordinary moment resisting frames were compared to analyze the seismic load acting on the building during design. The seismic design plan was derived through structural analysis of the target model, compared the member force and cross-sectional performance, and a preliminary evaluation of the seismic performance was performed to analyze the performance level through DCR. As a result of the seismic performance analysis through the derived design, the reinforced concrete ordinary moment frame design based on AIK 2000 has an insufficient seismic performance level, so buildings built before 2005 are likely to need seismic reinforcement.
Most of the existing seismic codes for RC buildings consider only a scenario earthquake for analysis, often characterized by the response spectrum at the specified location. However, any real earthquake event often involves occurrences of multiple earthquakes within a few hours or days, possessing similar or even higher energy than the first earthquake. This critically impairs the rehabilitation measures thereby resulting in the accumulation of structural damages for subsequent earthquakes after the first earthquake. Also, the existing seismic provisions account for the non-linear response of an RC building frame implicitly by specifying a constant response modification factor (R) in a linear elastic design. However, the 'R' specified does not address the changes in structural configurations of RC moment-resisting frames (RC MRFs) viz., building height, number of bays present, bay width, irregularities arising out of mass and stiffness changes, etc. resulting in changed dynamic characteristics of the structural system. Hence, there is an imperative need to assess the seismic performance under sequential earthquake ground motions, considering the adequacy of code-specified 'R' in the representation of dynamic characteristics of RC buildings. Therefore, the present research is focused on the evaluation of the non-linear response of medium-rise 3D RC MRFs with and without vertical irregularities under bi-directional sequential earthquake ground motions using non-linear dynamic analysis. It is evident from the results that collapse probability increases, and 'R' reduces significantly for various RC MRFs subjected to sequential earthquakes, pronouncing the vulnerability and inadequacy of estimation of design base shear by code-specified 'R' under sequential earthquakes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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