Diseño del sistema de control de respuesta sísmica en edificaciones de mediana altura de acero estructural. - Valdez Aguilar, Daniel Steeven; Garcia Loayza, Steeven Humberto (Machala : Universidad Técnica de Machala, 2024)
This document focuses on seismic control systems implemented in mid-rise structural steel buildings. Implementing these control systems in Ecuador is of vital importance due to the presence of high seismic hazard zones. Therefore, the objective of this study is to design a seismic control system using computational tools and a review of scientific articles to reduce seismic demand in mid-rise buildings in the city of Machala during severe and extreme earthquakes. As a methodology for designing structural elements based on seismic-resistant design, the study follows the AISC 360 standard alongside national regulations such as NEC-Seismic Hazard, NEC-Seismic Risk, and NEC-Steel Structures. Additionally, the Nonlinear Time-History Analysis methodology was used to implement seismic signals, along with acceleration design spectra for earthquakes with return periods of 475 years and 2500 years. This allowed for the evaluation of drift control, displacements, shear forces, and distortions experienced by the structure during seismic excitations. The design methodology for isolators was also applied, considering one-degree and two-degree-of-freedom systems to verify results obtained through computational software. The most significant results obtained were as follows: for the base-isolated building using lead rubber bearings (LRB) with an effective stiffness per isolator of 100 Ton/m under an earthquake with a 2500-year return period, a maximum drift of 0.17% was recorded for dynamic seismic analysis. In comparison, the fixed-base structure exhibited a maximum drift of 0.74% under an earthquake with a 475-year return period. Regarding displacements in the base-isolated structure, evaluated using the 2500-year spectrum and incorporating the BM reduction factor from the building’s torsional period, the maximum displacement in the x-axis was 50.67 cm, while in the y-axis, it was 50.04 cm. Additionally, the average displacements integrating 11 seismic signals in the isolated structural model, including the 2500-year spectrum with the BM reduction factor, resulted in a base displacement of 57.92 cm in the x-axis and 64.52 cm in the y-axis. In conclusion, integrating a seismic control system significantly benefits mid-rise structures in the city of Machala. Although it increases displacements and shear forces, it helps keep the structure outside the range of maximum accelerations from the 475-year and 2500-year design spectra. This system effectively controls the isolation period and reduces accelerations that could negatively impact the building.
El presente documento se enfoca en los sistemas de control sísmicos implementados en edificaciones de media altura de acero estructural, el cual, implementar estos sistemas de control en nuestro país, Ecuador es de vital importancia por la presencia de zonas de mayor peligrosidad sísmica, debido a esto se tiene como objetivo el diseñar un sistema de control sísmico mediante herramientas computacionales y revisión de artículos científicos que permita reducir la demanda sísmica en las edificaciones de mediana altura de la Ciudad de Machala ante un sismo severo y extremo. Como metodología para el diseño de los elementos estructurales en función de un diseño sismorresistente se basó en la normativa AISC 360 en paralelo a las normativas nacionales como NEC-Peligro Sísmico, NEC- Riesgo sísmico, y NEC- Estructuras de acero, también se usó la metodología de Análisis No Lineal Tiempo – Historia para implementar el uso de señales sísmicas, en conjunto con espectros de diseño de aceleraciones con sismos de períodos de retorno de 475 años y 2500 años para revisar los controles de derivas, desplazamientos, cortantes y distorsiones que sufre la edificación ante estas excitaciones telúricas. También se usó la metodología de diseño de aisladores para un grado de libertad y dos grados de libertad para la comprobar resultados obtenidos por el software computacional. Los resultados más importantes que se tuvieron fueron los siguientes: para la edificación de base aislada con la utilización de aisladores elastoméricos con núcleo de plomo LRB (Lead Rubber Bearings) con una rigidez efectiva por aislador de 100 Ton/m con un sismo de período de retorno de 2500 años, se obtuvo una deriva máxima de 0.17% para sismo dinámico comparado con la base fija que se obtuvo una deriva máxima de 0.74% con un sismo con período de retorno de 475 años, estos resultados son para la superestructura, referente a desplazamientos en base aislada evaluándola con el espectro de 2500 años integrando el factor de reducción BM desde el período de torsión en el edificio entrega un máximo desplazamiento en el eje x de 50.67 cm en la base aislada, para el eje y se obtuvo un desplazamiento de 50.04 cm, mientras que los desplazamientos promedios integrando las 11 señales sísmicas en el modelado estructural aislado incluyendo el espectro de 2500 años con el factor de reducción BM, se alcanza un desplazamiento en la base aislada de 57.92 cm en el eje x, para el eje y se tiene de 64.52 cm. En conclusión, el integrar un sistema de control sísmico contribuye en gran medida a las estructuras de mediana altura de la ciudad de Machala, ya que, es cierto que aumentan, desplazamientos y cortantes, ayuda a estar fuera del alcance de las aceleraciones máximas que integran al espectro de diseño de 475 y 2500 años, controlando el período de aislamiento y reduciendo las aceleraciones que pueden afectar a la edificación.
Keywords: SISTEMAS DE CONTROL SISMICO; AISLADORES ELASTOMERICOS CON NUCLEO DE PLOMO LRB; FACTOR DE REDUCCION BM; SEÑALES SISMICAS