Influence of dynamic soil-structure interaction analyses on shear buildings

Renzi, Stefano

Despite extensive research there is still controversy regarding the role of SSI in the seismic performance of structures founded on soft soil. Neglecting SSI effects is currently being suggested in many seismic codes as a conservative simplification that would supposedly lead to improved safety margins. The interest in studying the seismic SSI is motivated by the necessity of computing the effective earthquake excitation to a structure (Foundation Input Motion) with respect to the free-field ground motion. The latter strongly influences the structure seismic demand as it takes into account both the soil-foundation coupling (i.e. the dynamic impedance function of the soil-foundation system) and the scattering effects caused by the motion of foundations (i.e. the kinematic interaction effects). A systematic application of complete SSI analyses to different types of buildings (up to twenty storeys), has been performed; the compliance of the ground has been evaluated by means of the computer program SASSI2000 (Lysmer et al., 1999). Concrete shear-type structures have been modeled as generalized Single Degree Of Freedom (SDOF) systems using the principle of virtual displacements, while different soil conditions (consistent with the EC8-I), foundation depths and seismic excitations are taken into account. SSI effect has been also evaluated in terms of maximum displacements/accelerations at the top of the buildings and a systematic comparison with the fixed-base solutions has been performed. The final goal is the set-up of simplified charts and tables that can be easily used by consultants who want to face the task of SSI in an immediate and simplified manner. Such tool could be very useful for engineers, especially concerning the design of medium-rise reinforced-concrete buildings and/or for pre-design stages, where the SSI effect must be estimated and cannot be excluded a priori.

Trotz umfangreicher Forschung bestehen nach wie vor kontroverse Auffassungen über die Rolle der Boden-Struktur-Interaktion (BSI) beim seismischen Leistungfähigkeit von auf weichem Untergrund errichteten Strukturen. Die Vernachlässigung der BSI-Effekte wird gewöhnlich in vielen seismischen Codes als konservative Vereinfachung empfohlen, was vermutlich zu erhölten Sicherheitsspielräumen führt. Das Interesse an der Untersuchung der seismischen BSI begründet auf der Notwendigkeit die effektive Erdbebenerregung auf eine Struktur zu errechnen (Untergrund Input Bewegung) unter Berücksichtigung der Freifeldbewegung. Die letzteren beeinflussen stark die seismische Strukturanforderung, da sowohl die Bodenfundamentverbindung (d.h. die dynamische Impedanzfunktion des Unterfrund-Fundament-Systems) und die Streueffekte (Scattering) auf Grund der Bewegungen der Fundamente (d.h. die kinematischen Interaktionseffekte), beachtet wurden. Es wurde eine systematische Anwendung der gesamten BSI-Analyse auf verschiedene Gebäudearten (bis zu zwanzig Stockwerken) durchgeführt; die Weichheit des Grundes wurde mit hilfe des Computerprogramms SASSI2000 (Lysmer et al., 1999) bewertet. Konkrete Scherstrukturen wurden als allgemeine Single Degree Of freedom (SDOF) Systeme modelliert, wobei das Prinzip der virtuellen Verschiebungen angewandt wurde, während man unterschiedlichen Bodenverhältnissen (in Übereinstimmung mit EC8-I), Grundlagentiefen und seismischen Bewegungen Rechnung trug. Der BSI-Effekt wurde auch bewertet im Hinblick auf die maximalen Verschiebungen/Beschleunigungen des obersten Teils eines Gebäudes und es fand ein systematischer Vergleich mit den Festverankerungslösungen statt. Das Endziel ist die Ausarbeitung von vereinfachten Diagrammen und Tabellen, die für Fachberater einfach zu konsultieren sind, welche die Aufgabe der BSI auf unmittelbare und vereinfachte Art angehen wollen. Dieses Arbeitsinstrument wird Ingenieuren eine groe Hilfe sein, besonders was die Projektierung halbhoher betonverstärker Gebäude und/oder die Vorentwurf-Phasen betrifft, wo der BSI-Effekt geschätzt werden muss und nicht a priori ausgeschlossen werden kann.

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Renzi, Stefano: Influence of dynamic soil-structure interaction analyses on shear buildings. 2009.

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