Composite steel and concrete high-rise building under the seismic action

Hari Hara Subramanian Arasakkannan

Master's thesis

Abstract:

Název: Parametrická studie vlivu laděného tlumiče hmoty na kompozitní ocelové a betonové výškové budovy při seismickém působení. Tato práce zkoumá seizmickou odolnost vysokých ocelobetonových kompozitních budov s primárním zaměřením na začlenění Tuned Mass Dampers (TMD) jako strategické opatření. Vzhledem k zásadní důležitosti bezpečnosti a funkčnosti v oblastech náchylných k seismice je cílem tohoto výzkumu posunout naše chápání efektivních strategií návrhu. Výzkumná cesta začíná zkoumáním konstrukčních systémů a metod seismického tlumení používaných ve výškových budovách. Zdůrazňuje integraci TMD s ocelobetonovými kompozitními systémy výložníků s jádrem a ukazuje jejich účinnost při spolupráci proti seismickým silám. Studie využívá komplexní přístup zahrnující analytické modelování, numerické simulace a praktické případové studie a porovnává numerické modely se systémy TMD a bez nich, aby se určily optimální charakteristiky a umístění pro maximální efektivitu. Praktické důsledky tohoto výzkumu jsou zvláště důležité pro zúčastněné strany ve výškové výstavbě. Poznatky odvozené z optimalizačních strategií a návrhových úvah přispívají k základnímu porozumění a v konečném důsledku zvyšují bezpečnost a funkčnost konstrukcí v oblastech náchylných k seismické aktivitě. Výsledky výzkumu navíc hrají klíčovou roli při formování vývoje stavebních norem a regulačních rámců. Sblížení seismických návrhových norem se špičkovými pokroky ve stavebním inženýrství je klíčovým cílem, jehož cílem je ovlivnit budoucnost odolných výškových staveb. V souhrnu tato práce slouží jako komplexní průvodce pro zlepšení seismické odolnosti ocelobetonových spřažených výškových budov. Integrace Tuned Mass Dampers se ukazuje jako hmatatelné a efektivní řešení, připravené ke zvýšení bezpečnosti a výkonu konstrukcí v oblastech náchylných k seismické aktivitě.

Abstract:

Title: A parametric study on influence of tuned mass damper on composite steel and concrete high-rise building under the seismic action. This thesis explores the seismic resilience of tall steel-concrete composite buildings, with a primary focus on incorporating Tuned Mass Dampers (TMD) as a strategic measure. Given the critical importance of safety and functionality in seismic-prone regions, this research aims to advance our comprehension of effective design strategies. The research journey commences by examining the structural systems and seismic damping methods employed in high-rise buildings. It highlights the integration of TMDs with steel-concrete composite core outrigger systems, showcasing their collaborative efficacy against seismic forces. Employing a comprehensive approach involving analytical modelling, numerical simulations, and practical case studies, the study compares numerical models with and without TMD systems to determine optimal characteristics and placement for maximum effectiveness. The practical implications of this research are particularly relevant for stakeholders in high-rise construction. Insights derived from optimization strategies and design considerations contribute to the fundamental understanding, ultimately enhancing the safety and functionality of structures in regions prone to seismic activity. Additionally, the research findings play a crucial role in shaping the development of building standards and regulatory frameworks. The alignment of seismic design standards with cutting-edge advancements in structural engineering is a key objective, aiming to influence the future of resilient high-rise construction. In summary, this thesis serves as a comprehensive guide for advancing the seismic resilience of steel-concrete composite high-rise buildings. The integration of Tuned Mass Dampers emerges as a tangible and effective solution, poised to enhance both the safety and performance of structures in areas susceptible to seismic activity.

Keywords

Seismická odolnost, Spřažené ocelobetonové budovy, Vyladěné hmotnostní tlumiče (TMD), Výšková konstrukce, Konstrukční systémy, Seismické tlumení, Systémy výložníků s kompozitním jádrem, Numerické modelování, Seismicky náchylné oblasti, Pozemní stavitelství.

Keywords

Seismic resilience, Steel-concrete composite buildings, Tuned Mass Dampers (TMD), High-rise construction, Structural systems, Seismic damping, Composite core outrigger systems, Numerical Modelling, Seismic-prone regions, Structural engineering.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 11. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 9. 1. 2024
• Supervisor: Miroslav Rosmanit
• Reader: Lenka Koubová

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta stavební

Master programme:
Stavební inženýrství - Konstrukce staveb