Yang, Qingshan;Wang, Juan;Kim, Sunjoong;Chen, Huihui;Spencer, Billie F. Jr.
Smart Structures and Systems
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제29권4호
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pp.561-576
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2022
Heritage timber structures represent the history and culture of a nation. These structures have been inherited from previous generations; however, they inevitably exhibit deterioration over time, potentially leading to structural deficiencies. Structural Health Monitoring (SHM) offers the potential to assess operational anomalies, deterioration, and damage through processing and analysis of data collected from transducers and sensors mounted on the structure. This paper reports on the design and implementation of a long-term SHM system on the Feiyun Wooden Pavilion in China, a three-story timber building built more than 500 years ago. The principles and features of the design and implementation of SHM systems for heritage timber buildings are systematically discussed. In total, 104 sensors of 6 different types are deployed on the structure to monitor the environmental effects and structural responses, including air temperature and humidity, wind speed and direction, structural temperatures, strain, inclination, and acceleration. In addition, integrated data acquisition and transmission subsystem using a newly developed software platform are implemented. Selected preliminary statistical and correlation analysis using one year of monitoring data are presented to demonstrate the condition assessment capability of the system based on the monitoring data.
This paper reflects on the structural design of Haut; a 21-storey high-end residential development in Amsterdam, the Netherlands. Construction started in 2019 and is in progress at the time of writing. Upon completion in 2021, Haut will be the first residential building in the Netherlands to achieve a 'BREEAM-outstanding' classification. The building will reach a height of 73 m, making it the highest timber structure in the Netherlands. It contains some 14.500 ㎡ of predominantly residential functions. It features a hybrid concrete-timber stability system and concrete-timber floor panels. This paper describes the concepts behind the structural design for Haut and will touch upon the main challenges that have arisen from the specific combination of characteristics of the project. The paper describes the design of the stability system and -floor system, the analysis of differential movements between concrete and timber structures and wind vibrations. The paper aims to show how the design team has met these specific challenges by implementing a holistic design approach and integrating market knowledge at an early stage of the design.
In order to figure out the usability of various timber structures in the educational facility, the recent timber structure examples published in the Japanese architectural magazine, 'ShinKenchiku' over the past five years were surveyed. As the results, timber structures were presented in many cases of nursery schools and kindergartens overwhelmingly, and they also used in various school buildings, university facilities, and the roof structure of the school's gymnasium, with intention of having the differentiated design and space features. The examples show that span 6 to 10m is generally used with flexure structure system and flexure+compression structure system added the strut as compression members. In addition concerning stability, it was founded that the struts have an stability effect in the flexure+compression structure system, and flexure structure system examples using semi-rigid joints have open spaces liberally in two-way direction for about 9m span. For large spaces structures with span of 15~20m or more, the various structural system such as suspension structure, truss, flexure+compression, etc. was designed to overcome the material limitations of timbers and to make an design effect in structure system.
Yilmaz, Semih;Karahasan, Olguhan Sevket;Altunisik, Ahmet Can;Vural, Nilhan;Demir, Serhat
Structural Engineering and Mechanics
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제81권6호
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pp.737-750
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2022
Timber-Concrete Composite construction system consists of combining timber beam or deck and concrete with different connectors. Different fastener types are used in Timber-Concrete Composite systems. In this paper, the effects of two types of fasteners on structural behavior are compared. First, the notches were opened on timber beam, and combined with reinforced concrete slab by fasteners. This system is called as Notched Connection System. Then, timber beam and reinforced concrete slab were combined by new type designed fasteners in another model. This system is called as Notched-Slab Approach. Two laboratory models were constructed and bending tests were performed to examine the fasteners' effectiveness. Bending test results have shown that heavy damage to concrete slab occurs in Notched Connection System applications and the system becomes unusable. However, in Notched-Slab Approach applications, the damage concentrated on the fastener in the metal notch created in the slab, and no damage occurred in the concrete slab. In addition, non-destructive experimental measurements were conducted to determine the dynamic characteristics. To validate the experimental results, initial finite element models of both systems were constituted in ANSYS software using orthotropic material properties, and numerical dynamic characteristics were calculated. Finite element models of Timber-Concrete Composite systems are updated to minimize the differences by manual model updating procedure using some uncertain parameters such as material properties and boundary conditions.
Energy-based methodology is utilized to design novel timber-steel hybrid core wall system. The timber-steel core wall system consists of cross laminated timber (CLT), steel columns, angled brackets and t-stub connections. The CLT wall panels are stiff and strong, and ductility is provided through the steel t-stub connections. The structural system was modelled in SAP2000 finite element program. The hybrid system is explained in detail and validated using first principles. To evaluate performance of the hybrid core system, a 7-story building was designed using both forced-based design and energy based design (EBD) approaches. Performance of the structure was evaluated using 10 earthquakes records selected for 2500 return period and seismicity of Vancouver. The results clearly served as a good example of the benefits of EBD compared to conventional forced based design approaches.
Typical floor systems in contemporary tall buildings consist of reinforced concrete or composite metal deck over framing members and account for a majority of the structural weight of the building. The use of high-density materials, such as reinforced concrete and steel, increases the weight of floor systems, reducing the system's overall efficiency. With the introduction of high-performance materials, mainly mass timber products, and fiber-reinforced composites, in the construction industry, designers and engineers have multiple options to choose from when selecting structural materials. This paper discusses the application of mass timber and carbon fiber composites as structural materials in floor systems of tall buildings. The research focused on a comparative analysis of the structural system efficiency for five different design options for tall building floor systems. Finite Element Analysis (FEA) method was adopted to develop a simulation framework, and parametric structural models were simulated to evaluate the structural performance under specific loading conditions. Simulation results revealed the advantages of lightweight structural materials to improve system efficiency and reduce material consumption. The impact of mechanical properties of materials, loading conditions, and issues related to fire engineering and construction were briefly discussed, and future research topics were identified in conclusion.
Ascent, a 25 story residential tower located in Milwaukee, WI (USA), will become the tallest timber building in the world upon completion. This paper discusses the project's structural system, permit process, groundbreaking project specific testing, and several of the challenges the team overcame, all of which open the door to future Mass Timber projects; particularly in the United States.
This paper presents seismic performance and reliability evaluation on steel-timber hybrid shear wall systems composed of steel moment resisting frames and infill light frame wood shear walls. Based on experimental observations, damage assessment was conducted to determine the appropriate damage-related performance objectives for the hybrid shear wall systems. Incremental time-history dynamic analyses were conducted to establish a database of seismic responses for the hybrid systems with various structural configurations. The associated reliability indices and failure probabilities were calculated by two reliability methods (i.e., fragility analysis and response surface method). Both methods yielded similar estimations of failure probabilities. This study indicated the greatly improved seismic performance of the steel-timber hybrid shear wall systems with stronger infill wood shear walls. From a probabilistic perspective, the presented results give some insights on quantifying the seismic performance of the hybrid system under different seismic hazard levels. The reliability-based approaches also serve as efficient tools to assess the performance-based seismic design methodology and calibration of relative code provisions for the proposed steel-timber hybrid shear wall systems.
Goncalves, Ana Maria;Ferreira, Joao Gomes;Guerreiro, Luis;Branco, Fernando
Structural Engineering and Mechanics
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제53권2호
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pp.189-204
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2015
After the large destruction of Lisbon due to the 1755 earthquake, the city had to be almost completely rebuilt. In this context, an innovative structural solution was implemented in new buildings, comprising internal timber framed walls which, together with the floors timber elements, constituted a 3-D framing system, known as "cage", providing resistance and deformation capacity for seismic loading. The internal timber framed masonry walls, in elevated floors, are constituted by a timber frame with vertical and horizontal elements, braced with diagonal elements, known as Saint Andrew's crosses, with masonry infill. This paper describes an experimental campaign to assess the in-plane cyclic behaviour of those so called "frontal" walls. A total series of 4 tests were conducted in 4 real size walls. Two models consist of the simple timber frames without masonry infill, and the other two specimens have identical timber frames but present masonry infill. Experimental characterization of the in-plane behaviour was carried out by static cyclic shear testing with controlled displacements. The loading protocol used was the CUREE for ordinary ground motions. The hysteretic behaviour main parameters of such walls subjected to cyclic loading were computed namely the initial stiffness, ductility and energy dissipation capacity.
This Study is concerned with the acceptance of Western timber structure and the interior space of church buildings in the early modern period in Korea. Timber roofs have represented a wide variety of constructional forms and have been fundamental to any technological appraisal of the evolution of both of Western and Eastern architecture. Especially the roof structure of the church buildings reflects the technological level, aesthetic sense, and spacial concepts of the age. Between Western timber structure and Korean timber structure, there are many differences in not only structural form but also form of roof, members, load, frame system and etc. And there were various types of framing technique such as timber truss, timber arch, timber vault in the western style church architecture in the early modern period in Korea. I have summarized the character of the acceptance process of Western timber structure and the influences on the interior space of church buildings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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