The expediency of revising universal rules for the combination of gravity and lateral actions of wind force-resisting steel structures recommended by the Standards EN 1990 and ASCE/SEI 7-05 is discussed. Extreme wind forces, gravity actions and their combinations for the limit state design of structures are considered. The effect of statistical uncertainties of extreme wind pressure and steel yield strength on the structural safety of beam-column joints of wind force-resisting multistory steel frames designed by the partial factor design (PFD) and the load and resistance factor design (LRFD) methods is demonstrated. The limit state criterion and the performance process of steel frame joints are presented and considered. Their long-term survival probability analysis is based on the unsophisticated method of transformed conditional probabilities. A numerical example illustrates some discrepancies in international design standards and the necessity to revise the rule of universal combinations of loads in wind and structural engineering.
This study investigates the reliability of the performance levels of moment resisting steel frames subjected to lateral loads such as wind and earthquake. The reliability assessment has been performed with respect to three performance levels: serviceability, damageability, and ultimate limit states. A four-story moment resisting frame is used as a typical example. In the reliability assessment the uncertainties in the loadings and in the capacity of the frame have been considered. The wind and earthquake loads are assumed to have lognormal distribution, and the frame resistance is assumed to have a normal distribution. In order to obtain an appropriate limit state function a linear relation between the loading and the deflection is formed. For the reliability analysis an algorithm has been developed for determination of limit state functions and iterations of the first order reliability method (FORM) procedure. By the method presented herein the multivariable analysis of a complicated reliability problem is reduced to an S-R problem. The procedure for iterations has been tested by a known problem for the purpose of avoiding convergence problems. The reliability indices for many cases have been obtained and also the effects of the coefficient of variation of load and resistance have been investigated.
Vinyl house is a simple agricultural structure that is installed economically and easily. In contrast, every year the farmers have spent a lot of money because of the collapse of this structure caused by the external forces such as strong wind and heavy snow. To prevent this damage due to frequent heavy snow and strong wind, it would be necessary to design it again. But getting rid of former vinyl house and reconstructing is unreasonable. It would be very economic if the former vinyl house is strengthened simply. This paper covers the investigation of the effect of the bracing systems that are additionally inserted inside the ordinary single frames as well as unbraced multiple frames that resisting only the strong wind load.
Recently, post tension flat plate slab system is widely used for a new slab structural system. Slab-column connections may fail in brittle manner by punching shear. Flat plate slabs have been widely used for gravity load resisting system in buildings. Lateral resistance usually provided by shear walls or moment resisting frames. Since plat plates move together with lateral loading system during earthquake or wind, it is important to evaluate the gravity resistance under a drift experienced by lateral force resisting system during either design earthquake or wind. Thus, this study investigated post tension flat plate slab systems whether they have sufficient strength and deformability to resist gravity loads during specified drift levels. Experimental research was carried out.
Cassiano, David;D'Aniello, Mario;Rebelo, Carlos;Landolfo, Raffaele;da Silva, Luis S.
Steel and Composite Structures
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제21권3호
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pp.479-500
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2016
Seismic design criteria allow enhancing the structural ductility and controlling the damage distribution. Therefore, detailing rules and design requirements given by current seismic codes might be also beneficial to improve the structural robustness. In this paper a comprehensive parametric study devoted to quantifying the effectiveness of seismic detailing for steel Moment Resisting Frames (MRF) in limiting the progressive collapse under column loss scenarios is presented and discussed. The overall structural performance was analysed through nonlinear static and dynamic analyses. With this regard the following cases were examined: (i) MRF structures designed for wind actions according to Eurocode 1; (ii) MRF structures designed for seismic actions according to Eurocode 8. The investigated parameters were (i) the number of storeys; (ii) the interstorey height; (iii) the span length; (iv) the building plan layout; and (v) the column loss scenario. Results show that structures designed according to capacity design principles are less robust than wind designed ones, provided that the connections have the same capacity threshold in both cases. In addition, the numerical outcomes show that both the number of elements above the removed column and stiffness of beams are the key parameters in arresting progressive collapse.
Serror, M. Hassanien;Diab, R. Adel;Mourad, S. Ahmed
Earthquakes and Structures
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제7권6호
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pp.1171-1186
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2014
Damping is one of the parameters that control the performance of structures when they are subjected to seismic, wind, blast or other transient shock and vibration disturbances. By adding supplemental viscous dampers, the energy input from a transient deformation is absorbed, not only by the structure itself, but also by the supplemental dampers. The aim of this study is to evaluate the values of both damping and ductility reduction factors for steel moment resisting frames with supplemental linear viscous dampers. Two-dimensional finite element models have been established for a range of low to mid rise buildings with different parameters: number of floors; number of bays; and number of dampers with different supplemental damping ratios (from 5% to 30%). A parametric study has been performed using time history analyses and a well-documented research method (N2-method). In addition, an equation has been proposed for each reduction factor based on regression analysis for the obtained results. The results of the Time history analyses are compared with those of a modified N2-method. Moreover, a comparison with values specified in the European code EC8 and the Egyptian code ECP-201 has been performed.
The design wind pressure for low-rise buildings in the ASCE 7-10 is defined by procedures that are categorized into the Main Wind Force-Resisting System (MWFRS) and the Components and Cladding (C&C). Some of these procedures were originally developed based on steel portal frames of industrial buildings, while the residential structures are a completely different structural system, most of which are designed as low-rise light-frame wood constructions. The purpose of this study is to discuss the rationality (or irrationality) of the extension of the wind loads calculated by the ASCE 7-10 to the light-frame wood residential buildings that represent the most vulnerable structures under extreme wind conditions. To serve this purpose, the same approach as used in the development of Chapter 28 of the ASCE 7-10 that envelops peak responses is adopted in the present study. Database-assisted design (DAD) methodology is used by applying the dynamic wind loads from Louisiana State University (LSU) database on a typical residential building model to assess the applicability of the standard by comparing the induced responses. Rather than the postulated critical member demands on the industrial building such as the bending moments at the knee, the maximum values at the critical points for wood frame buildings under wind loads are used as indicators for the comparison. Then, the critical members are identified through these indicators in terms of the displacement or the uplift force at connections and roof envelope. As a result, some situations for each of the ASCE 7 procedures yielding unconservative wind loads on the typical low-rise residential building are identified.
The assessment of structural performance of transfer structures under potential seismic actions is presented. Various seismic assessment methodologies are used, with particular emphasis on the accurate modelling of the higher mode effects and the potential development of a soft storey effect in the mega-columns below the transfer plate (TP) level. Those methods include response spectrum analysis (RSA), manual calculation, pushover analysis (POA) and equivalent static load analysis (ESA). The capabilities and limitations of each method are highlighted. The paper aims, firstly, to determine the appropriate seismic assessment methodology for transfer structures using these different approaches, all of which can be undertaken with the resources generally available in a design office. Secondly, the paper highlights and discusses factors influencing the response behaviour of transfer structures, and finally provides a general indication of their seismic vulnerability. The representative Hong Kong building considered in this paper utilises a structural system with coupled shear walls and moment resisting portal-frames, above and below the TP, respectively. By adopting the wind load profile stipulated in the Code of Practice on Wind Effects: Hong Kong-1983, all the structural members are sized and detailed according to the British Standards BS8110 and the current local practices. The seismic displacement demand for the structure, when built on either rock or deep soil sites, was determined in a companion paper. The lateral load-displacement characteristic of the building, determined herein from manual calculation, has indicated that the poor ductility (brittle nature) of the mega-columns, due mainly to the high level of axial pre-compression as found from the analysis, cannot be effectively alleviated solely by increasing the quantity of confinement stirrups. The interstorey drift demands at lower and upper zones caused by seismic actions are found to be substantially higher than those arising from wind loads. The mega-columns supporting the TP and the coupling beams at higher zones are identified to be the most vulnerable components under seismic actions.
Modular buildings are constructed by assembling modular units which are prefabricated in a factory and delivered to the site. However, due to a problem of noise between floors, concrete slab is usually poured at the top or bottom level of a modular unit in Korea. This greatly increases the weight of buildings, but designing vertical members of modular units to resist overall gravity loads is very inefficient. In this study, considering domestic building construction practices, feasible structural systems for tall modular buildings are proposed in which separate steel frames and reinforced concrete core walls are designed to resist gravity and lateral loads. To verify performance, a three-dimensional structural analysis has been performed with two types of prototype buildings, i.e., a residential building and a hotel. From the results, wind-induced lateral displacements and seismic story drifts are examined and compared with their limit values. Between the two kinds of buildings, the efficiency of the proposed system is also evaluated through a comparison of the weight of structural components. Finally, the effect of a floor diaphragm on the overall behavior is analyzed and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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