Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.2
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pp.159-167
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2017
The purpose of this study is to accurately estimate the wind-induced responses of a tall building structure for using the estimated responses in the process of calculating the optimal force of an active control device. Kalman filter was used for the estimation process and a 3-storied model structure on a shaking table was tested for the verification of the estimation accuracy. The system matrices of the model were constructed based on the mode parameters obtained by the system identification. The estimated displacement matched up well with the measured one. Finally, the wind-induced responses of a real 39-storied building structure excited by the typhoon MUIFA were estimated.
Tall buildings are categorized as important structures because of the large number of occupants and high construction costs. The choice of competent lateral load resisting systems in tall buildings is of crucial importance. Bracing systems have long been an economic and effective method for resisting lateral loads in steel structures. However, there are some potential adverse aspects to bracing systems such as the limitations they inflict on architectural plans, uplift forces and poor performances in compression. in order to eliminate the mentioned problems and for cost optimization, in this paper, six 20-story steel buildings and frames with different types of bracing, i.e., conventional, mega-scale and buckling-restrained bracing (BRB) were analyzed. Linear and modal push-over analyses were carried out. The results pointed out that Mega-Scale Bracing (MSB) system has significant superiority over the conventional bracing type. The MSB system is 25% more economic. Some other advantages of MSB include: up to 63% less drift ratio, up to 38% better performance in lateral displacement, up to 100% stiffer stories, and about 50% smaller uplift forces. Moreover, MSB equipped with BRB attests even a better seismic behavior in the aforementioned parameters.
With the rapid urbanization and growing energy use intensity in the built environment, the glazed curtainwall has become ever more important in the architectural practice and environmental stewardship. Besides its energy efficiency roles, window has been an important transparent component for daylight penetration and a view-out for occupant satisfaction. In response to the climate crisis caused by the built environment, this research focuses on the study of net-zero energy retrofitting by using a new building integrated photovoltaic (BIPV) curtainwall as a sustainable alternative to conventional window systems. Design variables such as building orientations, climate zones, energy attributes of BIPV curtainwalls, and glazed area were studied, to minimize energy consumption and discomfort hours for three cities representing hot (Miami, FL), mixed (Charlotte, NC), and cold (Minneapolis, MN). Parametric analysis and Pareto solutions are presented to provide a comprehensive explanation of the correlation between design variables and performance objectives for net-zero energy retrofitting applications.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.18
no.4
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pp.41-48
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2018
Recently, the concept of an outrigger damper system with a damper added to the existing outrigger system has been developed and applied for dynamic response control of high-rise buildings. However, the study on the structural characteristics and design method of Outrigger damper system is in the early stages. In this study, a 50 story high - rise building was designed and an outrigger damper system with viscoelastic damper was applied for wind response control. The time history analysis was performed by using the kaimal spectrum to create an artificial wind load for a total of 1,000 seconds at 0.1 second intervals. Analysis of the top horizontal maximum displacement response and acceleration response shows that outrigger damper systems are up to 28.33% and 49.26% more effective than conventional outrigger systems, respectively. Also, it is confirmed that the increase of damping ratio of dampers is effective for dynamic response control. However, since increasing the damping capacity increases the economic burden, it is necessary to select the appropriate stiffness and damping value of the outrigger damper system.
The latest developments in topology optimization are integrated with Computational Fluid Dynamics (CFD) for the conceptual design of building structures. The wind load on a building is simulated using CFD, and the structural response of the building is obtained from finite element analysis under the wind load obtained. Multiple wind directions are simulated within a single fluid domain by simply expanding the simulation domain. The bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) algorithm with a scheme of material interpolation is extended for an automatic building topology optimization considering multiple wind loading cases. The proposed approach is demonstrated by a series of examples of optimum topology design of perimeter bracing systems of high-rise building structures.
While there are a number of guidelines used throughout the world in the assessment of acceptability of tall building accelerations, none are based on systematically conducted surveys of occupant reaction to wind-induced motion. In this study, occupant response data were gathered by both a self-reporting mechanism and by interviewer-conducted surveys in control tower structures over a period of four years. These two approaches were designed in conjunction with experimental psychologists to ensure unbiased reporting. The data allowed analysis of perception thresholds and tolerability at different building frequencies and in different wind climates. The long-term nature of the studies also allowed an investigation of the causes and effects of adaptation to building motion. As the surveys were designed to allow multiple use during single storms, the effects of exposure duration were investigated. A final exit survey was conducted at the primary survey location to investigate views of the acceptability of wind-induced motion and the factors underlying these views. The findings of the field studies indicate that none of the currently used acceleration guidelines address all of the factors that contribute to occupant dissatisfaction. An alternative framework for assessing acceleration acceptability is proposed.
Jilei Hu;Luoyan Wang;Wenxiang Shen;Fengjun Wei;Rendong Guo;Jing Wang
Earthquakes and Structures
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v.25
no.2
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pp.135-148
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2023
The structure-soil-structure interaction (SSSI) effect in adjacent structures may affect the liquefaction-induced damage of shallow foundation structures. The existing studies only analysed the independent effects on the structural dynamic response but ignored the coupling effect of height difference and distance of adjacent structures (F) on liquefied foundations on the dynamic response. Therefore, this paper adopts finite element and finite difference coupled dynamic analysis method to discuss the effect of the F on the seismic response of shallow foundation structures. The results show that the effect of the short structure on the acceleration response of the tall structure can be neglected as F increases when the height difference reaches 2 times the height of the short structure. The beneficial effect of SSSI on short structures is weakened under strong seismic excitations, and the effect of the increase of F on the settlement ratio gradually decreases, which causes a larger rotation hazard. When the distance is smaller than the foundation width, the short structure will exceed the rotation critical value and cause structural damage. When the distance is larger than the foundation width, the rotation angle is within the safe range (0.02 rad).
An overview of seismic isolation and structural control in Japan is presented. The paper includes a mention of the history of aseismic technology and the earthquake threat in Japan, summarizes the merits of seismic isolation and response control, and discusses the types of devices used and some recent project examples. The projects presented are mostly examples of response control used for high-rise buildings. These types of buildings are not amendable to seismic isolation, and are a challenge to applying damping devices, as their high aspect ratio means that their dominant deformation mode is bending. Japanese engineers have developed a range of unique techniques to apply response control to these types of structures. Concluding remarks discuss some of the current challenges to expanding the use of seismic isolation and response control technologies.
The 246.8-m-tall Beijing Olympic Tower (BOT) is a new landmark in Beijing City, China. Its unique architectural style with five sub-towers and a large tower crown gives rise to complex dynamic characteristics. Thus, it is wind-sensitive, and a double-stage pendulum tuned mass damper (DPTMD) has been installed for vibration mitigation. In this study, a finite-element analysis of the wind-induced responses of the tower based on full-scale measurement results was performed. First, the structure of the BOT and the full-scale measurement are introduced. According to the measured dynamic characteristics of the BOT, such as the natural frequencies, modal shapes, and damping ratios, an accurate finite-element model (FEM) was established and updated. On the basis of wind measurements, as well as wind-tunnel test results, the wind load on the model was calculated. Then, the wind-induced responses of the BOT with the DPTMD were obtained and compared with the measured responses to assess the numerical wind-induced response analysis method. Finally, the wind-induced serviceability of the BOT was evaluated according to the field measurement results for the wind-induced response and was found to be satisfactory for human comfort.
The principle of energy dissipation technology is to dissipate or absorb the seismic energy input through the deformation or velocity change of dampers installed in the main structure of high-rise buildings, so as to reduce the seismic response of the buildings. With the development of energy dissipation technology, recognized as an effective and new measurement for reducing seismic effects, its application in high-rise buildings has become more and more popular. The appropriate energy dissipation devices suitable for high-rise buildings are introduced in this paper. The effectiveness of energy-dissipation technology for reducing the seismic response of high-rise buildings with various structural forms is demonstrated with a number of actual examples of high-rise buildings equipped with various energy dissipation devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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