Performance evaluation of steel buildings with roof concentrated water masses during intense earthquakes
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The analysis of moving water masses located on the roof of buildings is a relevant topic in structural engineering since they often cause severe damage during intense seismic events. Usually, this effect is ignored in seismic design. This paper addresses the problem through the nonlinear dynamic analysis (NLRHA) of a 15-story steel frame structure subjected to a set of 7 Chilean subduction earthquake records scaled to the NCh433 design spectrum. The building was represented by a two-dimensional numerical model in OpenSEES software, while the model developed by Housner and the ACI350.3 standard were used to represent the hydrostatic and hydrodynamic behavior of water at rest and in motion, respectively. The results show that besides modifying the modal parameters, the effect of waves increases the maximum roof acceleration demand by 30% and the maximum displacements and floor drifts by 10%. Moreover, the residual deformation at the end of the event increases considerably (63%), reaching a higher degree of structural damage reflected in the inelastic behavior of the elements. Manuscript received: 09/09/2021Manuscript accepted: 11/11/2021
El análisis de masas de agua en movimiento ubicadas en la azotea de edificaciones es un tema relevante en la ingeniería estructural, pues a menudo son causantes de daños severos durante eventos sísmicos intensos. Usualmente, este efecto es ignorado en el diseño sismorresistente. En el presente estudio, se abordó este problema a través del análisis dinámico no lineal (ADNL) de una estructura de marcos de acero de 15 pisos, sometida a un set de 7 registros de sismos de subducción chilenos escalados al espectro de diseño de NCh433. La edificación se representó mediante un modelo numérico bidimensional en el software OpenSEES, mientras que se utilizó el modelo desarrollado por Housner y la norma ACI350.3 a fin de representar el comportamiento hidrostático e hidrodinámico del agua en reposo y en movimiento respectivamente. Los resultados obtenidos muestran que además de modificarse los parámetros modales, el efecto del oleaje incrementa la demanda aceleración máxima de techo en un 30% y en un 10% los máximos desplazamientos y derivas de piso. Asimismo, la deformación residual obtenida al final del evento se incrementa considerablemente (63%), alcanzándose un mayor grado de daño estructural reflejado en la incursión inelástica de los elementos. Artículo recibido: 09/09/2021 Artículo aceptado: 11/11/2021
- Publication Year
- 2022
- Language
- spa
- Topic
- Repository
- Revista Investigación y desarrollo
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- openAccess
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- Derechos de autor 2022 Investigación & Desarrollo