A Method to Improve the Seismic Performance of Steel Moment Resisting Frames Based on Eigenfrequency Optimization

Abstract

Steel moment resisting frames are a structural system used throughout the world, mainly for their ductility and the speed and ease of their construction. These buildings are usually designed per procedures based on seismic design codes, seeking to minimize the total cost of the building. To aid in better building designs, researchers have proposed different methodologies, which have been proven to be effective. However, their practical use has been limited by their low computational efficiency and their difficulty to implement by practicing engineers. This article proposes a method to improve the seismic performance of steel moment resisting frame buildings based on eigenfrequency optimization. The main advantage of the proposed method is its computational efficiency and that it is simple to implement. The method is demonstrated for a four-story and an eight-story building, whose seismic performance is compared to traditional building designs using nonlinear analyses and seismic fragility functions. The results show that the seismic performance improves significantly with the proposed method with respect to that of traditionally designed buildings, reducing their seismic fragility and increasing their overstrength. These findings and the computational efficiency of the method suggest that it is a viable alternative for use within engineering practice.

Los pórticos de acero resistentes a momento son un sistema estructural utilizado en todo el mundo, principalmente por su ductilidad y la rapidez y facilidad de su construcción. Estas edificaciones suelen ser diseñadas por procedimientos basados ​​en códigos de diseño sísmico, buscando minimizar el costo total de la edificación. Para ayudar en mejores diseños de edificios, los investigadores han propuesto diferentes metodologías, que han demostrado ser efectivas. Sin embargo, su uso práctico se ha visto limitado por su baja eficiencia computacional y su dificultad de implementación por parte de los ingenieros en ejercicio. Este artículo propone un método para mejorar el comportamiento sísmico de edificios con estructura de acero resistente a momento basado en la optimización de frecuencias propias. La principal ventaja del método propuesto es su eficiencia computacional y que es simple de implementar. El método se demuestra para un edificio de cuatro y ocho pisos, cuyo desempeño sísmico se compara con los diseños de edificios tradicionales utilizando análisis no lineales y funciones de fragilidad sísmica. Los resultados muestran que el comportamiento sísmico mejora significativamente con el método propuesto con respecto al de las edificaciones de diseño tradicional, reduciendo su fragilidad sísmica y aumentando su sobrerresistencia. Estos hallazgos y la eficiencia computacional del método sugieren que es una alternativa viable para su uso en la práctica de la ingeniería.