Frames with Intentionally Eccentric W-Shape, C-Shape, and Round HSS Braces

Abstract

Steel Frames with Intentionally Eccentric Braces (FIEBs) are an innovative Seismic Force-Resisting System (SFRS) that offers significant advantages compared to Concentrically Braced Frames (CBFs).Recent research has shown that the adjustable stiffness and strength of Braces with Intentional Eccentricity (BIEs) with square Hollow Structural Section (HSS) bracing members allows for a better control over the structure’s dynamic response and for a reduction of the capacity-based design forces on the non-energy-dissipating members. In this article, the aptness of W-shapes, C-shapes, and round HSSs to be employed as bracing members in multi-story FIEBs is evaluated preliminarily. To this end, hypothetical buildings with FIEBs based on the three section types as their SFRS are designed using a displacement-based procedure for the seismic hazard of locations in Costa Rica, and their performance is assessed numerically with Non-Linear Response History Analysis (NLRHA). The results show that the three section types produce FIEBs that display a satisfactory seismic response in terms of maximum story drifts and story shears, and that the use of W-shape BIEs results in the most cost-effective designs.Los marcos de acero con riostras intencionalmente excéntricas (FIEB, del inglés Frame with Intentionally Eccentric Braces) constituyen un sistema sismorresistente novedoso que ofrece ventajas significativas en comparación con los marcos arriostrados concéntricamente. Investigaciones recientes han mostrado que la ajustabilidad de la resistencia y la rigidez que ofrecen las riostras intencionalmente excéntricas (BIE, del inglés Brace with Intentional Eccentricity) de sección estructural hueca (HSS, del inglés Hollow Structural Section) rectangular permite un mejor control sobre la respuesta dinámica de la estructura y reducir las fuerzas de diseño por capacidad para los miembros no disipadores de energía. En este artículo, se evalúa preliminarmente la aptitud de las secciones W, secciones C y HSS redondas para ser empleadas como BIE en FIEB de varios niveles. Con este fin, se diseñan edificios hipotéticos de diferentes alturas con FIEB basados en los tres tipos de sección mencionados, utilizando un procedimiento de diseño basado en desplazamientos y considerando la amenaza sísmica de sitios en Costa Rica. El desempeño de los edificios se evalúa numéricamente mediante análisis no lineal de respuesta en el tiempo. Los resultados muestran una respuesta sísmica satisfactoria por parte de los FIEB con las tres secciones consideradas, en términos de razones de deriva máxima y cortantes de piso, e indican que, entre estas, las secciones W permiten diseños más eficientes.