The inelastic earthquake response of existing, reinforced concrete buildings with an open ground story, designed according to the old Greek codes, is investigated before and after their seismic strengthening with steel braces restricted to the open ground stories. The seismic performance evaluation is based on Part 3 of Eurocode 8 for assessment and retrofitting of buildings. Three and five-story, symmetric and non-symmetric buildings are subjected to a set of seven pairs of synthetic accelerograms, compatible with the design spectrum, and conclusions are drawn regarding the effectiveness of the strengthening solutions. Seismic behavior of the selected models confirms results of previous work regarding the insufficient capacity of the open ground stories for design level earthquakes. It is also shown that strengthening only the weak ground story, a choice having the substantial advantage of low cost and continued usage of the building during its seismic retrofitting, can remove the inherent weakness without shifting the problem to the stories above and thus making such buildings at least as strong as those without a weak first story. This partial strengthening is possible for symmetric as well as eccentric buildings, in which torsion plays a further detrimental role.
Karabini, Martha A.;Karabinis, Athanasios J.;Karayannis, Chris G.
Earthquakes and Structures
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제22권4호
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pp.345-353
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2022
The configuration of an open ground floor (pilotis) is a common and very critical irregularity observed in multistory reinforced concrete frame structures. The characteristics and the geometrical formation of the beams of the first story proved to be a critical parameter for the overall seismic behavior of this type of Reinforced Concrete (RC) structures. In this work the combination of open ground floor (pilotis) morphology with very strong perimetrical beams at the level of the first story is studied. The observation of the seismic damages and the in situ measurements of the fundamental period of four buildings with this morphology and Π-shaped plan view are presented herein. Further analytical results of a pilotis type Π-shaped RC structure are also included in the study. From the measurements and the analytical results yield that the open ground floor configuration greatly influences the fundamental period whereas this morphology in combination with strong beams can lead to severe local shear damages in the columns of the ground floor. The structural damage was limited in the columns of the ground floor and yet based on the changes of the in situ measured fundamental period the damaged level is assessed as DI=88%. Furthermore, due to the Π-shape of the plan view the tendency of the parts of the building to move independently strongly influences the distribution of the damages over the ground floor vertical elements.
Favvata, Maria J.;Naoum, Maria C.;Karayannis, Chris G.
Structural Engineering and Mechanics
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제47권6호
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pp.791-818
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2013
The seismic performance of reinforced concrete (RC) frame structures with irregularities leading to soft first floor is studied using capacity assessment procedures. The soft first story effect is investigated for the cases: (i) slab-column connections without beams at the first floor, (ii) tall first story height and (iii) pilotis type building (open ground story). The effects of the first floor irregularity on the RC frame structure performance stages at global and local level (limit states) are investigated. Assessment based on the Capacity Spectrum Method (ATC-40) and on the Coefficient Method (FEMA 356) is also examined. Results in terms of failure modes, capacity curves, interstory drifts, ductility requirements and infills behaviour are presented. From the results it can be deduced that the global capacity of the structures is decreased due to the considered first floor morphology irregularities in comparison to the capacities of the regular structure. An increase of the demands for interstory drift is observed at the first floor level due to the considered irregularities while the open ground floor structure (pilotis type) led to even higher values of interstory drift demands at the first story. In the cases of tall first story and slab-column connections without beams soft-story mechanisms have also been observed at the first floor. Rotational criteria (EC8-part3) showed that the structure with slab-column connections without beams exhibited the most critical response.
Masonry infills are normally considered as non-structural elements in design practice, therefore, the interaction between the bounding frame and the strength contribution of masonry infills is commonly ignored in the seismic analysis work of the RC frames. However, a number of typical RC frames with irregular distributed masonry infills have suffered from undesirable weak-story failure in major earthquakes, which indicates that ignoring the influence of masonry infills may cause great seismic collapse risk of RC frames. This paper presented the investigation on the risk of seismic collapse of RC frames with irregularly distributed masonry infills through a large number of nonlinear time history analyses (NTHAs). Based on the results of NTHAs, seismic fragility curves were developed for RC frames with various distribution patterns of masonry infills. It was found that the existence of masonry infills generally reduces the collapse risk of the RC frames under both frequent happened and very strong earthquakes, however, the severe irregular distribution of masonry infills, such as open ground story scenario, results in great risk of forming a weak story failure. The strong-column weak-beam (SCWB) ratio has been widely adopted in major seismic design codes to control the potential of weak story failures, where a SCWB ratio value about 1.2 is generally accepted as the lower limit. In this study, the effect of SCWB ratio on inter-story drift distribution was also parametrically investigated. It showed that improving the SCWB ratio of the RC frames with irregularly distributed masonry infills can reduce inter-story drift concentration index under earthquakes, therefore, prevent weak story failures. To achieve the same drift concentration index limit of the bare RC frame with SCWB ratio of about 1.2, which is specified in ACI318-14, the SCWB ratio of masonry-infilled RC frames should be no less than 1.5. For the open ground story scenario, this value can be as high as 1.8.
Despite its disadvantages, soft story can reduce the damage to the upper floors by concentrating drift in that specific story provided that large drifts are avoided. Gapped-Inclined Brace (GIB) with reduced P-delta effects and the control of soft story stiffness makes it possible to take advantage of the soft story in buildings and increase their capacity for energy dissipation. OpenSees software is used in this study to validate and modify the GIB model's shortcomings. Also, the analysis method for this element is changed for design. The modified element is evaluated in 3D analysis. Finally, to retrofit an existing building, this element is used. Based on the Iranian seismic code, a six-story reinforced concrete building is modelled and studied with 3D analysis. In this building, the construction shortcomings and elimination of infills on the ground floor cause the formation of a soft story. Results of nonlinear static analysis, nonlinear dynamic, and incremental dynamic analysis using both components of seismic acceleration applied to the structure at different angles and the fragility curves indicate the improvement of the retrofitted structure's performance using the modified element to reach the required performance level following the retrofit code.
Iman Hakamian;Kianoosh Taghikhani;Navid Manouchehri;Mohammad Mahdi Memarpour
Earthquakes and Structures
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제25권2호
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pp.99-112
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2023
This paper investigates the influences of Soil-Structure Interaction (SSI) on the seismic behavior of two-dimensional reinforced concrete moment-resisting frames subjected to Far-Field Ground Motion (FFGM) and Near-Field Ground Motion (NFGM). For this purpose, the nonlinear modeling of 7, 10, and 15-story reinforced concrete moment resisting frames were developed in Open Systems for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees) software. Effects of SSI were studied by simulating Beam on Nonlinear Winkler Foundation (BNWF) and the soil type as homogenous medium-dense. Generally, the building resistance to seismic loads can be explained in terms of Incremental Dynamic Analysis (IDA); therefore, IDA curves are presented in this study. For comparison, the fragility evaluation is subjected to NFGM and FFGM as proposed by Quantification of Building Seismic Performance Factors (FEMA P-695). The seismic performance of Reinforced Concrete (RC) buildings with fixed and flexible foundations was evaluated to assess the probability of collapse. The results of this paper demonstrate that SSI and NFGM have significantly influenced the probability of failure of the RC frames. In particular, the flexible-base RC buildings experience higher Spectral acceleration (Sa) compared to the fixed-base ones subjected to FFGM and NFGM.
본 논문은 터널건설로 인해 발생된 인접지반에서의 지반변위가 프레임구조물에 미치는 영향을 터널 시공조건(지반손실)을 달리하면서 조사한 것이다. 터널굴착에 의해 발생된 지반변위에 노출된 4층 오픈 프레임구조물과 블록으로 채워진 프레임구조물이 서로 다른 시공조건(지반손실)에 노출될 때 발생되는 구조물 거동을 수치해석을 통해 조사하였다. 오픈 프레임구조물은 탄성구조물로서 모델링 한 반면, 블록으로 채워진 프레임구조물은 소요전단 및 인장강도 이상의 응력이 발생할 때 구조물에 실제크랙이 발생할 수 있도록 모델링하였다. 터널굴착유발 지반변위에 노출된 두 서로 다른 프레임구조물의 거동 및 손상정도를 터널 시공조건에 따라 조사하였으며, 발생된 구조물의 거동 및 손상정도는 구조물에 발생한 변형, 크랙크기 및 분포를 고려하여 서로 비교하였다. 뿐만 아니라, 다양한 시공조건(지반손실)의 변화에 의해 구조물에 유발될 수 있는 손상정도의 크기를 손상도 예측기준(Son and Cording, 2005)을 사용하여 제시하였다. 이러한 결과들은 향후 터널굴착으로 인해 유발되는 인접 프레임구조물의 손상을 제어하고 최소화하는데 필요한 정보를 제공할 것이다.
Open ground story (OGS) reinforced concrete (RC) buildings are vulnerable to the complete collapse or severe damages under seismic actions. This study investigates the effectiveness of four different strengthening techniques representing the local and global modifications to improve the seismic performance of a non-ductile RC OGS frame. Steel caging and concrete jacketing methods of column strengthening are considered as the local modification techniques, whereas steel bracing and RC shear wall systems are selected as the global strengthening techniques in this study. Performance-based plastic design (PBPD) approach relying on energy-balance concept has been adopted to determine the required design force demand on the strengthening elements. Nonlinear static and dynamic analyses are carried out on the numerical models of study frames to assess the effectiveness of selected strengthening techniques in improving the seismic performance of OGS frame.. Strengthening techniques based on steel braces and RC shear wall significantly reduced the peak interstory drift response of the OGS frame. However, the peak floor acceleration of these strengthened frames is amplified by more than 2.5 times as compared to that of unstrengthened frame. Steel caging technique of column strengthening resulted in a reasonable reduction in the peak interstory drift response without substantial amplification in peak floor acceleration of the OSG frame.
Buckling-restrained braces are passive control devices with high level of energy dissipation ability. However, they suffer from low post-yield stiffness which makes them vulnerable to severe ground motions, especially near-field earthquakes. Among the several methods proposed to improve resistance of BRB frames, mega-brace configuration can be a solution to increase frame lateral strength and stiffness and improve distribution of forces to prevent large displacement in braces. Due to the limited number of research regarding the performance of such systems, the current paper aims to assess seismic performance of BRB frames with mega-bracing arrangement under near-field earthquakes via a detailed probabilistic framework. For this purpose, a group of multi-story mega-BRB frames were modelled by OpenSEES software platform. In the first part of the paper, simplified procedures including nonlinear pushover and Incremental Dynamic Analysis were conducted for performance evaluation. Two groups of near-fault seismic ground motions (Non-pulse and Pulse-like records) were considered for analyses to take into account the effects of record-to-record uncertainties, as well as forward directivity on the results. In the second part, seismic reliability analyses are conducted in the context of performance based earthquake engineering. Two widely-known EDP-based and IM-based probabilistic frameworks are employed to estimate collapse potential of the structures. Results show that all the structures can successfully tolerate near-field earthquakes with a high level of confidence level. Therefore, mega-bracing configuration can be an effective alternative to conventional BRB bracing to withstand near-field earthquakes.
Park, Myoung Hwan;Jeong, Byung Yong;Park, Cha-O-Rum
대한인간공학회지
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제34권5호
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pp.427-436
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2015
Objective: This study aims to analyze occupational accidents of parking lot attendants by parking lot type. Background: Recently, efforts are made to analyze accident characteristics by occupation type targeting the workers engaged in the same work. Method: This study analyzes 303 occupational accidents of parking lot attendants occurring from 2010 to 2012. Parking lots are grouped into two groups according to the work environment. One is public/ground type which comprises road side or open area parking lots and the other is building/mechanical type which comprises a multi-story parking building with connecting ramps and/or mechanical parking system. The characteristics of occupational accidents by parking lot type are analyzed. Results: Accident characteristics showed the difference between public/ground type and building/mechanical type on the size of enterprise, age, gender and work experience of the injured. Also the accident type, source of accident and parts of body affected are different between the two parking lot types. Conclusion and Application: The findings of accident characteristics according to parking lot types can be used as baseline data for establishing systemized preventative policies for occupational accidents of parking lot attendants.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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