Keihani, Reza;Bahadori-Jahromi, Ali;Goodchild, Charles
Structural Engineering and Mechanics
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v.71
no.5
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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.
One of the most important issues in structural systems is evaluation of the margin of safety in low and mid-rise buildings against the progressive collapse mechanism due to the earthquake loads. In this paper, modeling of collapse propagation in structural elements of RC frame buildings is evaluated by tracing down the collapse points in beam and column structural elements, one after another, under earthquake loads and the influence of column removal is investigated on how the collapse expansion in beam and column structural members. For this reason, progressive collapse phenomenon is studied in 3-story and 5-story intermediate moment resisting frame buildings due to the corner and edge column removal in presence of the earthquake loads. In this way, distribution and propagation of the collapse in progressive collapse mechanism is studied, from the first element of the structure to the collapse of a large part of the building with investigating and comparing the results of nonlinear time history analyses (NLTHA) in presence of two-component accelograms proposed by FEMA_P695. Evaluation of the results, including the statistical survey of the number and sequence of the collapsed points in process of the collapse distribution in structural system, show that the progressive collapse distribution are special and similar in low-rise and mid-rise RC buildings due to the simultaneous effects of the column removal and the earthquake loads and various patterns of the progressive collapse distribution are proposed and presented to predict the collapse propagation in structural elements of similar buildings. So, the results of collapse distribution patterns and comparing the values of collapse can be utilized to provide practical methods in codes and guidelines to enhance the structural resistance against the progressive collapse mechanism and eventually, the value of damage can be controlled and minimized in similar buildings.
One of the most important issues in structural systems is evaluation of the margin of safety in low and mid-rise buildings against the progressive collapse mechanism due to the earthquake loads. In this paper, modeling of collapse propagation in structural elements of RC frame buildings is evaluated by tracing down the collapse points in beam and column structural elements, one after another, under earthquake loads and the influence of column removal is investigated on how the collapse expansion in beam and column structural members. For this reason, progressive collapse phenomenon is studied in 3-story and 5-story intermediate moment resisting frame buildings due to the corner and edge column removal in presence of the earthquake loads. In this way, distribution and propagation of the collapse in progressive collapse mechanism is studied, from the first element of the structure to the collapse of a large part of the building with investigating and comparing the results of nonlinear time history analyses (NLTHA) in presence of two-component accelograms proposed by FEMA_P695. Evaluation of the results, including the statistical survey of the number and sequence of the collapsed points in process of the collapse distribution in structural system, show that the progressive collapse distribution are special and similar in low-rise and mid-rise RC buildings due to the simultaneous effects of the column removal and the earthquake loads and various patterns of the progressive collapse distribution are proposed and presented to predict the collapse propagation in structural elements of similar buildings. So, the results of collapse distribution patterns and comparing the values of collapse can be utilized to provide practical methods in codes and guidelines to enhance the structural resistance against the progressive collapse mechanism and eventually, the value of damage can be controlled and minimized in similar buildings.
Rocking motion have been used for achieving the 'resilient buildings' against earthquakes in recent studies. Low-rise buildings, unlike the tall ones, because of their small aspect ratio tend to slide rather than move in rocking mode. However, since rocking is more effective in seismic response reduction than sliding, it is desired to create rocking motion in low-rise buildings too. One way for this purpose is making the building's structure rock on its internal bay(s) by reducing the number of bays at the lower part of the building's skeleton, giving it a mushroom form. In this study 'mushroom skeleton' has been used for creating multi-story rocking regular steel buildings with square plan to rock on its one-by-one bay central lowest story. To show if this idea is effective, a set of mushroom buildings have been considered, and their seismic responses have been compared with those of their conventional counterparts, designed based on a conventional code. Also, a set of similar buildings with skeleton stronger than code requirement, to have immediate occupancy (IO) performance level, have been considered for comparison. Seismic responses, obtained by nonlinear time history analyses, using scaled three-dimensional accelerograms of selected earthquakes, show that by using appropriate 'mushroom skeleton' the seismic performance of buildings is upgraded to mostly IO level, while all of the conventional buildings experience collapse prevention (CP) level or beyond. The strong-skeleton buildings mostly present IO performance level as well, however, their base shear and absolute acceleration responses are much higher than the mushroom buildings.
The low-rise buildings with gable roofs are commonly used in a number of industries. In order to study the characteristics of peak external pressure coefficient on low-rise buildings with gable roofs, wind-tunnel test have been carried out. Wind-induced pressures were measured simultaneously at many points on wind-pressure models, typical of simple low-rise buildings with gable roofs, which have seven different roof slope with constant width(D), height(H), and length(D). The pressure measurements were made in one kind of turbulent boundary layer, which simulated the natural winds over typical suburban terrains at a geometric scale of 1/150. The results indicate that peak external pressure coefficient on the roof and wall edges were increased. The results compared with wind standard of KBC-2005 and standards of various nations. The comparative resultant, experimental result appeared very similar at AIJ-2004. But the results were somewhat larger then wind standard of KBC-2005.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.26
no.2
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pp.49-58
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2022
The 2017 Pohang earthquake caused severe damage to low-rise piloti buildings. The damage was caused mainly by column shear failure, and some core walls were as well. The damaged piloti buildings in Pohang City could be relieved if they were designed correctly according to the standards at that time. However, the post-earthquake investigation revealed design, construction, and permission problems. To solve the problems, the Piloti Building Structure Design Guidelines that include strict specifications were published in 2018. Separately, KDS 41 17 00, the seismic design standard for buildings, was enacted in 2019 and it included the guideline contents. Therefore, at least after the publication of the guidelines, piloti buildings, designed by the standard and guidelines, can be expected to possess better seismic performance than existing piloti buildings. To confirm this, the probability of exceedance for several damage state thresholds was estimated for existing and designed piloti buildings. As a result, the probability of damage of designed piloti buildings was very low compared to existing ones. Consequently, it was confirmed that the guideline and standard adequately supplement the structural fragility of existing piloti buildings.
In coastal regions, it is common to witness significant damages on low-rise buildings caused by hurricanes and other extreme wind events. These damages start at high pressure zones or weak building components, and then cascade to other building parts. The state-of-the-art in experimental and numerical aerodynamic load evaluation is to assume buildings with intact envelopes where wind acts only on the external walls and correct for internal pressure through separate aerodynamic studies. This approach fails to explain the effect of openings on (i) the external pressure, (ii) internal partition walls; and (iii) the load sharing between internal and external walls. During extreme events, non-structural components (e.g., windows, doors or rooftiles) could fail allowing the wind flow to enter the building, which can subject the internal walls to lateral loads that potentially can exceed their load capacities. Internal walls are typically designed for lower capacities compared to external walls. In the present work, an anticipated damage development scenario is modelled for a four-story building with a stepped gable roof. LES is used to examine the change in the internal and external wind flows for different level of assumed damages (starting from an intact building up to a case with failure in most windows and doors are observed). This study demonstrates that damages in non-structural components can increase the wind risk on the structural elements due to changes in the loading patterns. It also highlights the load sharing mechanisms in low rise buildings.
This research suggests the most effective way for improving energy efficiency in tall buildings is a "fabric-first" approach. This involves optimizing the performance of the building form and envelope as a first priority, with additional technologies a secondary consideration. The paper explores a specific fabric-first energy standard known as "Passivhaus". Buildings that meet this standard typically use 75% less heating and cooling. The results show tall buildings have an intrinsic advantage in achieving Passivhaus performance, as compared to low-rise buildings, due to their compact form, minimizing heat loss. This means high-rises can meet Passivhaus energy standards with double-glazing and moderate levels of insulation, as compared to other typologies where triple-glazing and super-insulation are commonplace. However, the author also suggests that designers need to develop strategies to minimize overheating in Passivhaus high-rises, and reduce the quantity of glazing typical in high-rise residential buildings, to improve their energy efficiency.
The high-rise building is a dramatic phenomenon and a powerful expression of architecture in the modern civilization. The architecture of these high-rise buildings has been developed with mutual contributions of architectural aesthetic form and advanced technologies. Architecturally the significant evolution of tall buildings from ancient towers is a "change of function" from some religious symbols to a commercial concept that has aesthetically become acceptable with the changing of modern society and culture driven by a technological evolution. Generally, this commercial function in the evolution of high-rise building is office where high-rise working style is simply a necessity to meet quantitative market demands since this style in major cities around world has been changed from low-rise to high-rise during the last several decades in influenced of the modern industrial society. To achieve optimum spaces with architectural aesthetics in the high-rise building, the design has become collaborative, requiring the input of architects, engineers, economists, and other consultants. Hence, architects must deeply understand the basic planning theories of high-rise buildings and try to find optimum planning between architectural aesthetics and other issues. For the approach, we can firstly start with measurement and analysis of the planning use situation for major planning issues of high-rise buildings in practice. Therefore, this study is to analysis Design Elements and to find commonly used planning strategies, tectonic, of high-rise building in practice. It will give a chance to confirm commonly used planning and then becomes the starting point of the planning development of high-rise buildings based on practical planning issues.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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