For evaluation of building performance, a nonlinear dynamic capacity of the building is a key parameter. In this study, an reinforced concrete special moment resisting frame building was chosen to study the process of determining the nonlinear dynamic capacity. The building, which was designed by IBC 2003 representing new codes, was composed of special moment resisting frames in the perimeter and internal frames inside the building. The capacity, which is inter-story drift capacity, consists of two categories, local and global collapses. Global collapse capacity was determined by incremental dynamic analysis. Local collapse capacity was determined by the same method except for utilizing damage index. In audition to this, it was also investigated that the effect of including internal frames designed by gravity load in the analysis. Results showed that the damage index is a useful tool for determining local collapse. Furthermore, including the internal frames with special frames in the analysis is very important in determining the capacity of a building so both must be considered at the same time.
In this study, two geometrically identical multi-storey steel buildings with different lateral load resisting systems are structurally analyzed under same earthquake conditions and they are compared with respect to their construction costs of their structural systems. One of the systems is a steel structure with eccentrically steel braced frames. The other one is a RC wall-steel frame system, that is a steel framed structure in combination with a reinforced concrete core and shear walls of minimum thickness that the national code allows. As earthquake resisting systems, steel braced frames and reinforced concrete shear walls, for both cases are located on identical places in either building. Floors of both buildings will be of reinforced concrete slabs of same thickness resting on composite beams. The façades are assumed to be covered identically with light-weight aluminum cladding with insulation. Purpose of use for both buildings is an office building of eight stories. When two systems are structurally analyzed by FEM (finite element method) and dimensionally compared, the dual one comes up with almost 34% less cost of construction with respect to their structural systems. This in turn means that, by using a dual system in earthquake zones such as Turkey, for multi-storey steel buildings with RC floors, more economical solutions can be achieved. In addition, slender steel columns and beams will add to that and consequently more space in rooms is achieved.
Rehabilitation and retrofitting of structures designed in accordance to standard design codes is an essential practice in structural engineering and design. For steel structures, one of the challenges is to strengthen the panel zone as well as its analysis in moment-resisting frames. In this research, investigations were undertaken to analyze the influence of the panel zone in the response of structural frames through a computational approach using ETABS software. Moment-resisting frames of six stories were studied in supposition of real panel zone, different values of rigid zone factor, different thickness of double plates, and both double plates and rigid zone factor together. The frames were analyzed, designed and validated in accordance to Iranian steel building code. The results of drift values for six stories building models were plotted. After verifying and comparing the results, the findings showed that the rigidity lead to reduction in drifts of frames and also as a result, lower rigidity will be used for high rise building and higher rigidity will be used for low rise building. In frames with story drifts more than the permitted rate, where the frames are considered as the weaker panel zone area, the story drifts can be limited by strengthening the panel zone with double plates. It should be noted that higher thickness of double plates and higher rigidity of panel zone will result in enhancement of the non-linear deformation rates in beam elements. The resulting deformations of the panel zone due to this modification can have significant influence on the elastic and inelastic behavior of the frames.
RezaTabatabaiefar, S. Hamid;Fatahi, Behzad;Samali, Bijan
Structural Engineering and Mechanics
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제45권3호
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pp.311-321
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2013
In this study, to have a better judgment on the structural performance, the effects of dynamic Soil-Structure Interaction (SSI) on seismic behaviour and lateral structural response of mid-rise moment resisting building frames are studied using Finite Difference Method. Three types of mid-rise structures, including 5, 10, and 15 storey buildings are selected in conjunction with three soil types with the shear wave velocities less than 600m/s, representing soil classes $C_e$, $D_e$ and $E_e$, according to Australian Standard AS 1170.4. The above mentioned frames have been analysed under two different boundary conditions: (i) fixed-base (no soil-structure interaction), and (ii) flexible-base (considering soil-structure interaction). The results of the analyses in terms of structural lateral displacements and drifts for the above mentioned boundary conditions have been compared and discussed. It is concluded that the dynamic soil-structure interaction plays a considerable role in seismic behaviour of mid-rise building frames including substantial increase in the lateral deflections and inter-storey drifts and changing the performance level of the structures from life safe to near collapse or total collapse. Thus, considering soil-structure interaction effects in the seismic design of mid-rise moment resisting building frames, particularly when resting on soft soil deposit, is essential.
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.
'Stepped building' frames, with vertical geometric irregularity, are now increasingly encountered in modern urban constructions. This paper proposes a new approach to determine the lateral load pattern, considering the contributions from the higher modes, suitable for pushover analysis of stepped buildings. Also, a modification to the displacement coefficient method of ASCE/SEI 41-13 is proposed, based on nonlinear time history analysis of 78 stepped frames. When the newly proposed load pattern is combined with the modified displacement coefficient method, the target displacement for the stepped building frame is found to match consistently the displacement demand given by the time history analysis.
Inverted V (or chevron) braced steel frames have been seen as being highly prone to soft story response once the compression brace buckles under earthquake loading. To salvage chevron braced frames. the concept of the zipper column was proposed many years ago such that the zipper column can redistribute the inelastic demand over the height of the building. However. rational design method for the zipper column has not been established yet. In this paper, a new dynamic design method for the zipper column was proposed by combining the refined physical braced model and modal pushover analysis. Inelastic dynamic analysis conducted on 6 story building model showed that the proposed method was more superior to the existing static design method and was very effective in improving seismic performance of chevron braced steel frames.
Numerous failures in welded connections in steel moment-resisting building frames (SMRF) were observed when buildings were inspected after the 1994 Northridge Earthquake. These observations raised concerns about the effectiveness of such frames for resisting strong earthquake ground motions. The behavior of SMRFs during an earthquake must be assessed using nonlinear dynamic analysis, and such assessments must permit the deterioration in connection strength to capture the behavior of the frame. The uncertainties that underlie both structural and dynamic loading also need to be included in the analysis process. This paper describes the analysis of one of approximately 200 SMRFs that suffered damage to its welded beam-to-column connections from the Northridge Earthquake is evaluated. Nonlinear static and dynamic analysis of this SMRF in the time domain is performed using ground motions representing the Northridge Earthquake. Subsequently, a detailed uncertainty analysis is conducted for the building using an ensemble of earthquake ground motions. Probability distributions for deformation-related limit states, described in terms of maximum roof displacement or interstory drift, are constructed. Building fragilities that are useful for condition assessment of damaged building structures and for performance-based design are developed from these distributions.
In this paper, seismic performance assessment has been examined for a mid-rise RC building subjected to 2016 Gyeongju earthquake occurred in Korea. For the purpose of the paper, 2D external and internal frames in each direction of the building have been employed in the present comparative analyses. Nonlinear static pushover analyses have been conducted to estimate frame capacities. Nonlinear dynamic time-history analyses have also been carried out to examine demands for the frames subjected to ground motions recorded at stations in near of Gyeongju and a previous earthquake ground motion. Analytical predictions demonstrate that maximum demands are significantly affected by characteristics of both spectral acceleration response and spectrum intensity over a wide range of periods. Further damage potential of the frames has been evaluated in terms of fragility analyses using the same ground motions. Fragility results reveal that the ground motion characteristics of the Gyeongju earthquake have little influence on the seismic demand and fragility of frames.
Many building codes use the empirical equation to determine fundamental period of vibration where in effect of length, width and the stiffness of the building is not explicitly accounted for. In the present study, ANN models are developed in three categories, varying the number of input parameters in each category. Input parameters are chosen to represent mass, stiffness and geometry of the buildings indirectly. Total numbers of 206 buildings are analyzed out of which, data set of 142 buildings is used to develop these models. It is demonstrated through developed ANN models that geometry of the building and the sizes of the columns are significant parameters in the dynamic analysis of building frames. The testing dataset of these three models is used to obtain the empirical relationship between the height of the building and fundamental period of vibration and compared with the similar equations proposed by other researchers. Experiments are conducted on Mild Steel frames using uniaxial shake table. It is seen that the values obtained through the ANN models are close to the experimental values. The validity of ANN technique is verified by experimental values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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