Framed masonry wall structures represent a typical high-rise structural system that are also seismically vulnerable. During ground motions, they are excited in both in-plane and out-of-plane terms. The interaction between the frame and the infill during ground motion is a highly investigated phenomenon in the field of seismic engineering. This paper presents a numerical investigation of two distinct static out-of-plane loading methods for framed masonry wall models. The first and most common method is uniformly loaded infill. The load is generally induced by the airbag. The other method is similar to in-plane push-over method, involves loading of the frame directly, not the infill. Consequently, different openings with the same areas and various placements were examined. The numerical model is based on calibrated in-plane bare frame models and on calibrated wall models subjected to OoP bending. Both methods produced widely divergent results in terms of load bearing capabilities, failure modes, damage states etc. Summarily, uniform load on the panel causes more damage to the infill than to the frame; openings do influence structures behavior; three hinged arching action is developed; and greater resistance and deformations are obtained in comparison to the frame loading method. Loading the frame causes the infill to bear significantly greater damage than the infill; infill and openings only influence the behavior after reaching the peak load; infill does not influence initial stiffness; models with opening fail at same inter-storey drift ratio as the bare frame model.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.1
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pp.55-62
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2002
The upper wall-lower frame structures(mixed building structures) are usually composed of shear wall structure in the upper part of structure which is used as residential space and frame structure in the lower part of structure which is used as commercial space centering around the transfer system in the lower part of structure. These structures are characteristics of stiffness irregularity, mass irregularity, and vertical geometric irregularity. The purpose of this study is to investigate the nonlinear response characteristics and the seismic capacity of mixed building structures when the number of stories in the lower frame is varied. The conclusions of this study are following. 1) As the result of push-over analysis of structure such as roof drift(i.e. roof displacement/structural height) and base shear coefficient, when the stories of lower frame system are increased, base shear coefficient is decreased, but roof drift is increased. 2) According to an increase in stories of the lower fame, story drift and ductility ratio of upper wall system are decreased and behavior of upper wall system is closed to elastic. 3) When the stories of lower frame system are increased, the excessive story drift is concentrated on the lower frame system.
Kim, Do-Hyun;Lee, Hyun-Ho;Kim, Young-Sik;Woo, Sung-Woo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.11a
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pp.871-874
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2008
In the beginning of KBC-2005, many structural engineers had have difficulty in designing the flat plate structures. Recently KBC-2005 has been revising. At this point, we need to study the lateral resisting systems which are based on KBC-2008 draft and applicable to the flat plate structure. When the RC structure system of KBC 2008 draft is compared with that of KBC-2005, there are some differences. (1) Structural system and height limitations according to seismic design category (2) Special Requirement such as special RC shear wall (3) New lateral force resisting system such as shear wall-frame interaction system The KBC-2008 will give structural engineers to choose the various lateral force resisting system
Komur, Mehmet A.;Kara, Mehmet E.;Deneme, Ibrahim O.
Structural Engineering and Mechanics
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v.74
no.1
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pp.121-128
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2020
This paper presents an experimental study on the dynamic characteristics of infilled reinforced concrete (RC) frames. A 1/3-scaled, one-bay, three-storey RC frame was produced and tested by using operational modal analysis (OMA). The experiments were performed on five specimens: one reference frame with no infill walls and four frames with infill walls. The RC frame systems included infill walls made of hollow clay brick, which were constructed in four different patterns. The dynamic characteristics of the patterns, including the frequency, mode shapes and damping ratios in the in-plane direction, were obtained by 6 accelerometers. Twenty-minute records under ambient vibration were collected for each model, and the dynamic characteristics were determined using the ambient vibration testing and modal identification software (ARTeMIS). The experimental studies showed that the infill walls significantly affected the frequency value, rigidity and damping ratio of the RC frame system.
The fundamental period of vibration is one of the most critical parameters in the analysis and design of structures, as it depends on the distribution of stiffness and mass within the structure. Therefore, building codes propose empirical equations based on the observed periods of actual buildings during seismic events and ambient vibration tests. However, despite the fact that infill walls increase the stiffness and mass of the structure, causing significant changes in the fundamental period, most of these equations do not account for the presence of infills walls in the structure. Typically, these equations are dependent on both the structural system type and building height. The different values between the empirical and analytical periods are due to the elimination of non-structural effects in the analytical methods. Therefore, the presence of non-structural elements, such as infill panels, should be carefully considered. Another critical factor influencing the fundamental period is the effect of Soil-Structure Interaction (SSI). Most seismic building design codes generally consider SSI to be beneficial to the structural system under seismic loading, as it increases the fundamental period and leads to higher damping of the system. Recent case studies and postseismic observations suggest that SSI can have detrimental effects, and neglecting its impact could lead to unsafe design, especially for structures located on soft soil. The current research focuses on investigating the effect of infill panels on the fundamental period of moment-resisting and eccentrically braced steel frames while considering the influence of soil-structure interaction. To achieve this, the effects of building height, infill wall stiffness, infill openings and soil structure interactions were studied using 3, 6, 9, 12, 15 and 18-story 3-D frames. These frames were modeled and analyzed using SeismoStruct software. The calculated values of the fundamental period were then compared with those obtained from the proposed equation in the seismic code. The results indicate that changing the number of stories and the soil type significantly affects the fundamental period of structures. Moreover, as the percentage of infill openings increases, the fundamental period of the structure increases almost linearly. Additionally, soil-structure interaction strongly affects the fundamental periods of structures, especially for more flexible soils. This effect is more pronounced when the infill wall stiffness is higher. In conclusion, new equations are proposed for predicting the fundamental periods of Moment Resisting Frame (MRF) and Eccentrically Braced Frame (EBF) buildings. These equations are functions of various parameters, including building height, modulus of elasticity, infill wall thickness, infill wall percentage, and soil types.
Omika, Yukihiro;Koshika, Norihide;Yamamoto, Yukimasa;Kawano, Kenichi;Shimizu, Kan
International Journal of High-Rise Buildings
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v.5
no.1
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pp.43-50
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2016
The reinforced-concrete multi-story shear-wall structure, which can free a building from beams and columns to allow the planning of a vast room, has increasingly been used in Japan as a high-rise reinforced-concrete structure. Since this structural system concentrates the seismic force onto multi-story shear walls inside, the bending deformation of the walls may cause excessive deformation on the upper floors during an earthquake. However, it is possible to control the bending deformation to within a certain level by setting high-strength and rigid beams (outriggers) at the top of the multi-story shear walls; these outriggers restrain the bending behavior of the walls. Moreover, it is possible to achieve high energy dissipation by placing vibration control devices on the outriggers and thus restrain the bending behavior. This paper outlines the earthquake response analysis of a high-rise residential tower to demonstrate the effectiveness of the outrigger frame incorporating vibration control devices.
In buildings structures, the flexural stiffness reduction of beams and columns due to concrete cracking plays an important role in the nonlinear load-deformation response of reinforced concrete structures under service loads. Most Seismic Design Codes do not precise effective stiffness to be used in seismic analysis for structures of reinforced concrete elements, therefore uncracked section properties are usually considered in computing structural stiffness. But, uncracked stiffness will never be fully recovered during or after seismic response. In the present study, the effect of concrete cracking on the lateral response of structure has been taken into account. Totally 120 cases of 3 Dimensional Dynamic Analysis which considers the real and accidental torsional effects are performed using ETABS to determine the effective structural system across the height, which ensures the performance and the economic dimensions that achieve the saving in concrete and steel amounts thus achieve lower cost. The result findings exhibits that the dual system was the most efficient lateral load resisting system based on deflection criterion, as they yielded the least values of lateral displacements and inter-storey drifts. The shear wall system was the most economical lateral load resisting compared to moment resisting frame and dual system but they yielded the large values of lateral displacements in top storeys. Wall systems executes tremendous stiffness at the lower levels of the building, while moment frames typically restrain considerable deformations and provide significant energy dissipation under inelastic deformations at the upper levels. Cracking found to be more impact over moment resisting frames compared to the Shear wall systems. The behavior of various lateral load resisting systems with respect to time period, mode shapes, storey drift etc. are discussed in detail.
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.
Air Traffic Control (ATC) towers play significant role in the functionality of each airport. In spite of having complex dynamic behavior and major role in mitigating post-earthquake problems, less attention has been paid to the seismic performance of these structures. Herein, seismic response of an existing ATC tower with a wall-frame structural system that has been designed and detailed according to a local building code was evaluated through the framework of performance-based seismic design. Results of this study indicated that the linear static and dynamic analyses used for the design of this tower were incapable of providing a safety margin for the required seismic performance levels especially when the tower was subjected to strong ground motions. It was concluded that, for seismic design of ATC towers practice engineers should refer to a more sophisticated seismic design approach (e.g., performance-based seismic design) which accounts for inelastic behavior of structural components in order to comply with the higher seismic performance objectives of ATC towers.
To investigate opportunities for wood frame housing and to activate wood frame house construction, trends of construction activities. preference about housing, and building codes related to wood frame housing were discussed. And two models of wood frame house were developed and construction cost was analyzed to compare with comparative masonry houses. The results obtained were as follows: 1. While 77.8% of people prefer single-family houses, majority of people(74.9%), ironically, possess multi-family houses such as apartments Wood work cost was ratio of 4% of total building cost. while wood material cost accounted merely for 11 % out of total building material cost. 2. Building code was not major barrier to residential house at height under 13m. The building code regulated major structural member and family boder wall of multi-family house to be built with fire retardant material. 3. The proper wood frame house was analyzed of town house or villa type locating in suburban of big city with hot ondol system for the upper middle class. 4 There was no difference in construction cost between western style wood frame house and comparable masonry house, but construction cost for Korean style wood frame house is 27% higher than that of comparable masonry house. It was necessary to reduce materials and cost down by prefabrication technique for both style of wood frame house.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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