구조물 내진설계에 대한 개념이 사양중심설계에서 성능기반설계로 변화하고 있다. 구조물 목표성능을 직접 부여하여 설계하는 성능기반설계를 위해서는 구조물 실제 거동을 정확히 예측하기 위한 비탄성 구조해석이 필요하다. 이에 본 연구에서는 KBC2009 기준으로 설계한 5층 철근콘크리트 모멘트-저항골조 시스템 구조물을 대상으로 푸쉬오버해석을 수행하여 내진성능을 평가한 후 직접공사비를 산출하여 경제성을 분석하였다. 분석 결과 보통 및 중간모멘트골조는 요구성능설계기준을 만족하며 직접공사비 또한 유사한 것으로 평가되었다. 하지만, 강 기둥-약 보 기준이 적용되는 특수모멘트골조는 요구성능설계기준을 만족하나 다른 골조시스템 보다 비경제적인 것으로 평가되었다. 따라서 IBC2012에서는 내진설계범주 D 중간모멘트골조 적용을 제한하고 있지만 5층 철근콘크리트 모멘트-저항골조 구조물의 경우, 특수모멘트골조 보다 보통 및 중간모멘트골조로 설계하는 것이 합리적이라고 판단된다.
건축 구조물의 내진 설계는 탄성 정적 방법에 기초하고 있으나, 강진시 구조물의 실제 거동은 비탄성 동적이기 때문에 설계 규준의 적합성을 판단하기 위해서는 비탄성 동적 해석이 요구된다. 본 논문에서는 철근 콘크리트 특수 모멘트 저항 골조 건물을 선택하여 IBC 2003에 따라 설계한 후, 선택된 부재들의 최대 소성 회전, 소산 에너지를 구하여, 건물의 비탄성 거동이 규준에서 의도한 거동을 보이는 지를 검토함과 동시에 층간변위률 요구값을 구하여 설계 한도를 만족하는 지를 조사하였다. 더불어 비횡력 저항 시스템인 내부 모멘트 저항 골조의 해석시 포함 여부의 영향도 함께 조사하였다. 해석 결과 IBC 2003에 의해 설계된 건물은 규준이 의도한 비탄성 거동을 보여주었으며 층간변위률 또한 설계한도를 만족하였다. 그리고, 내부 모멘트 저항 골조는 지진 해석 결과에 중요한 영향을 미치므로 해석 모델에 반드시 포함되어야 함을 알수 있었다.
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, nonlinear dynamic analyses were performed in order to evaluate and compare the structural response of different type of moment resisting frame buildings equipped with conventional braces (CBs) and buckling restrained braces (BRBs) subjected to near-field ground motions. For this, the case study frames, namely, ordinary moment-resisting frame (OMRF) and special moment-resisting frame (SMRF) having two equal bays of 6 m and a total height of 20 m were utilized. Then, CBs and BRBs were inserted in the bays of the existing frames. As a brace pattern, diagonal type with different configurations were used for the braced frame structures. For the earthquake excitation, artificial pulses equivalent to Northridge and Kobe earthquake records were taken into account. The results in terms of the inter-story drift index, global damage index, base shear, top shear, damage index, and plastification were discussed. The analysis of the results indicated a considerable improvement in the structural performance of the existing frames with the inclusion of conventional and especially buckling-restrained braces.
ACI 318(1999) 규준에서는 모멘트골조를 특수모멘트골조, 중간모멘트골조, 보통모멘트골조의 3가지로 구분하고 있다. 이중 중 약 지진 지역에서는 대부분의 구조물이 보통모멘트골조로 설계되고 있다. 이러한 보통모멘트골조는 현행 규준에서 가장 엄격하지 않은 상세와 요구사항이 적용되는 골조 형식이다 본 연구는 중력하중으로만 설계되고 ACI 318(1999) 기준의 보통모멘트골조의 상세만을 가지는 3층의 사무소 건물의 내진 성능 평가를 그 목표로 한다 실험적 연구를 위하여 1/3 축소 모델을 제작하여 준정적 실험을 실시하였다. 보통모멘트골조의 전체적인 거동은 갑작스러운 강도의 저감 없이 안정적인 거동을 하였다 실험결과, 중력하중으로만 설계된 3층의 사무소건물은 UBC 1997 규준의 지진 지역 1, 2A, 2B에서의 요구하는 설계 밑면전단력보다 더 큰 횡력 저항 능력을 가지고 있는 것으로 나타났다.
In this study, alternative seismic force-resisting systems for plant structure supporting equipment were designed, and the seismic performance thereof was compared using nonlinear dynamic analysis. One alternative seismic force-resisting system was designed per the requirement for ordinary moment-resisting and concentrically braced frames but with a reduced base shear. The other seismic force-resisting system was designed by accommodating seismic details of intermediate and unique moment-resisting frames and special concentrically braced frames. Different plastic hinge models were applied to ordinary and ductile systems based on the validation using existing test results. The control model obtained by code-based flexible design and/or reduction of base shear did not satisfy the seismic performance objectives, but the alternative structural system did by strengthened panel zones and a reduced effective buckling length. The seismic force to equipment calculated from the nonlinear dynamic analysis was significantly lower than the equivalent static force of KDS 41 17 00. The comparison of design alternatives showed that the seismic performance required for a plant structure could be secured economically by using performance-based design and alternative seismic-force resisting systems adopting minimally modified seismic details.
Kailash Chaudhary;Kshitij C. Shrestha;Ojaswi Acharya
Earthquakes and Structures
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제25권2호
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pp.79-87
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2023
Special moment resisting steel frame structures are now being used commonly in highly seismic regions as seismically reliable structures. However, a very important parameter describing the dynamics of steel structures during earthquake loading, Soil Structure Interaction (SSI), is generally neglected. In this study, the significance of consideration of flexibility of soil in being able to obtain a result closer to reality is asserted. The current paper focuses on calculation of seismic fragility curves special moment resisting steel frame structures under different earthquake loadings for fixed-base and SSI models. The observation of obtained fragility curves lead to the conclusion that the SSI has a considerable effect on component fragility for the steel structures, with its effects decreasing for higher peak ground acceleration. The results show that the structures when considered SSI have a higher probability of exceeding a damage limit state. This observation attests the role of SSI in the accurate study of structural performance.
According to the definition, progressive collapse could occur due to the initial partial failure of the structural members which by spreading to the adjacent members, could result in partial or overall collapse of the structure. Up to now, most researchers have investigated the progressive collapse due to explosion, fire or impact loads. But new research has shown that the seismic load could also be a factor for initiation of the progressive collapse. In this research, the progressive collapse capacity for the 5 and 15-story steel special moment resisting frames using push-down nonlinear static analysis, and nonlinear dynamic analysis under the gravity loads specified in the GSA Guidelines, were studied. After identifying the critical members, in order to investigate the seismic progressive collapse, the 5-story steel special moment resisting frame was analyzed by the nonlinear time history analysis under the effect of earthquakes with different characteristics. In order to account for the initial damage, one of the critical columns was weakened at the initiation of the earthquake or its Peak Ground Acceleration (PGA). The results of progressive collapse analyses showed that the potential of progressive collapse is considerably dependent upon location of the removed column and the number of stories, also the results of seismic progressive collapse showed that the dynamic response of column removal under the seismic load is completely dependent on earthquake characteristics like Arias intensity, PGA and earthquake frequency contents.
Tabebordbar, Amir;Dehghan, Seyed Mehdi;Fathi, Farshid;Najafgholipour, Mohammad Amir
Steel and Composite Structures
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제41권5호
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pp.747-759
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2021
Built-up Double-I (BD-I) columns have been commonly used for mid-rise steel-frame structures in Iran. These columns consist of two hot rolled IPE sections which are connected by two cover plates and fillet welds. Until 2017, BD-I columns were employed in intermediate moment resisting frames (MRF) using welded flange plate (WFP) connections. To evaluate the seismic behavior of the connections, four samples were made and tested based on cyclic loading according to AISC 341-16. It was concluded that typical samples cannot satisfy the seismic provisions related to intermediate MRFs. In contrast, the proposed connections retrofitted with two-part external diaphragms were able to satisfy not only the seismic requirements related to intermediate MRFs but also those related to special MRFs according to AISC. The numerical modeling of these samples was performed using ABAQUS finite element software. This study compared the hysteresis moment-rotation curves, plastic strains, and behavior modes in both experimental samples and numerical models.
This research presents that seismic performance of steel moment resisting frame building designed by past provision(UBC, Uniform Building Code) before and after retrofitted with BRB (Buckling-Restrained Brace) was evaluated using response modification factor (R-factor). In addition, the seismic performance of the retrofitted past building was compared with that specified in current provision. The past building considered two different connections: bilinear connection, which was used by structural engineer for building design, and brittle connection observed in past earthquakes. The nonlinear pushover analysis and time history analysis were performed for the analytical models considered in this study. The R-factor was calculated based on the analytical results. When comparing the R-factor of the current provision with the calculated R-factor, the results were different due to the hysteresis characteristics of the connection types. After retrofitted with BRBs, the past buildings with the bilinear connection were satisfied with the seismic performance of the current provision. However, the past buildings with the brittle connection was significantly different with the R-factor of the current provision.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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