2014 Presentacion NSC CDT Parte 01b

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Norma NTN 001

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  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Diseo Ssmico de Componentes y Sistemas No Estructurales

    Parte I Rodrigo Retamales Saavedra, PhD

    Ingeniero Civil Universidad de Chile

    Octubre de 2014

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Contenidos del Curso Sesin 1

    Introduccin al curso

    Sismicidad nacional

    Importancia de componentes no estructurales

    Comportamiento de sistemas no estructurales durante terremotos

    Investigaciones recientes y en curso

    Sesin 2

    Herramientas de modelacin y anlisis de sistemas no estructurales

    2

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Sesin 3

    Requisitos de diseo ssmico de NTM 001

    Alternativas de calificacin

    Sesin 4

    Ejemplos de diseo y detallamiento

    Sesin 5

    Proteccin de equipo no anclado

    Recomendaciones adicionales de proteccin ssmica

    3

    Contenidos del Curso

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Nociones de Sismicidad Nacional

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 7

    Sismicidad Nacional

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Sismicidad Nacional

    Fuente: Servicio Sismolgico Universidad de Chile

    Fuente: USGS

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Sismicidad Nacional

    bmalog m

    m es la tasa anual de ocurrencia de sismos con magnitud M>m

    a y b se determinan a partir de anlisis de regresin de datos disponibles en catlogos de sismos

    Martin (1990) determino que a=5.86 y b=0.85

    Caracterizacin de sismicidad por medio de relaciones Gutenberg-Richter

    Lo anterior implica que: Se produce un sismo M7 cada 9 meses! Se produce un sismo M7.5 cada 2.5 aos!

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Introduccin a Componentes y Sistemas No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Componentes No Estructurales

    Corresponden a todos los contenidos de una estructura y todos sus componentes que no son estructurales (vigas, muros, columnas, losas, nudos, capiteles, fundaciones, etc.)

    Se pueden clasificar en tres grupos: Componentes arquitectnicos. Componentes que forman parte integral de

    la construccin: tabiques, cielos falsos, pisos falsos, luminarias, parapetos, puertas, ventanas, revestimientos y terminaciones, elementos decorativos, letreros, etc.

    Equipos elctricos y mecnicos (puntuales y distribuidos). Componentes que forman parte integral de la construccin. Incluyen generadores, paneles solares, calderas, sistemas HVAC, transporte vertical, redes elctricas, redes de gas, alcantarillado, agua potable, corrientes dbiles, sistemas de extincin de incendio, etc.

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Componentes No Estructurales

    Se pueden clasificar en tres grupos: (Contd) Contenidos. Generalmente son propiedad de los usuarios del edificio.

    Incluyen mobiliario tales como escritorios, estantes, gabinetes, libreros, etc., y equipamiento menor (de oficina, de cocina, etc.) tales como computadores, sistemas de telefona, hornos, etc. Se requiere juicio para determinar los contenidos que requieren proteccin ssmica.

    Generalmente no cuentan con diseo ssmico

    Son especificados por arquitectos, especialistas o decoradores

    Pueden ser comprados por los propietarios o usuarios sin el consentimiento de los diseadores, una vez entregada la estructura

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 13

    Componentes No Estructurales

    Fuente: FEMA 74

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Importancia de Componentes No Estructurales

    La armonizacin del desempeo de componentes estructurales y no estructurales es fundamental para el desempeo ssmico global de un edificio Incluso en caso de un buen desempeo del sistema estructural, los

    daos de los componentes y sistemas no estructurales pueden imposibilitar la habitabilidad de una estructura con posterioridad a un terremoto

    Las fallas de los componentes no estructurales pueden generar caos o daos que impidan la evacuacin de las estructuras o impedir el ingreso de los cuerpos de rescate

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Objetivos de desempeo de las estructuras

    Fuente: VISION 2000

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 17

    Clasificacin del Sismo Intervalo de Recurrencia Probabilidad de

    Ocurrencia

    Frecuente 43 aos 100% en 50 aos Ocasional 72 aos 50% en 50 aos

    Raro 475 aos 10% en 50 aos Muy raro 970 aos 10% en 100 aos

    Estado limite Descripcin del Dao

    Completamente operacional

    Sin dao, servicio continuo.

    Operacional La mayora de las operaciones y funciones pueden recuperarse inmediatamente. Reparaciones son requeridas para recuperar algunos servicios no esenciales. El dao es moderado. La estructura es segura para ser ocupada inmediatamente. Las operaciones esenciales son protegidas.

    Proteccin de la vida El dao es moderado. Sistemas estructurales y contenidos especficos pueden ser protegidos del dao. La seguridad de la vida es generalmente protegida. La estructura se daa pero permanece estable. No existe peligro de cada de objetos. Las reparaciones son posibles.

    Cercano al colapso El colapso estructural es prevenido. Componentes no estructurales pueden caer. Reparaciones son generalmente no posibles.

    Colapso Colapso estructural completo.

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 18

    Los componentes no estructurales requieren proteccin ssmica dado que pueden constituir: Riesgo a la vida: Corresponde al riesgo de resultar daado fsicamente

    por el componente. Esto no incluye los efectos de prdida de funcin u operacin de equipo de soporte de vida (Esto es un riesgo asociado a la prdida de operacin).

    Riesgo de prdida de la inversin: Corresponde al riesgo de incurrir en costos de reparacin o reemplazo por causa del dao. En general, no se incluyen en este tem los costos indirectos asociados (dao por inundaciones causadas por roturas de caeras, prdidas comerciales por daos de computadores, etc.)

    Riesgo de prdida de funcin u operacin: Corresponde al riesgo de prdida funcional por dao de un componente/sistema. Esto generalmente no incluye las prdidas funcionales por daos en las redes pblicas (las que pueden ser catastrficas)

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 19

    Pero, Que es el riesgo?:

    RIESGO = AMENAZA x VULNERABILIDAD

    Los siguientes cuadros muestran calificaciones de riesgo para los distintos tipos de componentes y sistemas no estructurales

    Las calificaciones dependen del tipo de sismicidad (amenaza): baja, moderada o alta

    Se indica el tipo de calificacin ssmica requerida: Estudio de Ingeniera (ER), detallamiento prescriptivo (PR) o Ingeniera no requerida (NE). En Chile se exige ingeniera para TODO diseo, salvo excepciones

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 20

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 21

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 22

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 23

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 24

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Componentes no estructurales y contenidos de edificios constituyen mas del 80% de la inversin en infraestructura

    (Miranda et al.)

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    El diseo de la infraestructura, a nivel mundial, se esta moviendo hacia un diseo que proteja la inversin y la operacin, en adicin a los objetivos actuales de proteccin de la vida y prevencin del colapso.

    Esto significa que se requiere especial atencin al diseo no estructural

    NCh433

    Importancia de Componentes No Estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Desempeo ssmico de componentes estructurales

    En general, el desempeo ssmico de los componentes y sistemas estructurales, en Chile, ha sido satisfactorio

    Aplicacin de un cdigo de diseo estructural estricto en materia de deformaciones admisibles

    Las deficiencias del cdigo fueron corregidas con posterioridad al terremoto de 2010

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Fuente: Rene Lagos Engineers

    Desempeo ssmico de componentes estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Fuente: Rene Lagos Engineers

    Desempeo ssmico de componentes estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Fuente: Rene Lagos Engineers

    Desempeo ssmico de componentes estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Fuente: Rene Lagos Engineers

    Desempeo ssmico de componentes estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Fuente: Rene Lagos Engineers

    Desempeo ssmico de componentes estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Desempeo Sismico de Componentes y Sistemas No Estructurales

    34

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Desempeo ssmico de componentes no estructurales

    En general, el desempeo ssmico de los componentes y sistemas no estructurales, en Chile y el mundo, NO ha sido satisfactorio

    En muchos casos, los daos han impedido la continuidad de operacin de las estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 36

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Fuente: Gua para la Reduccin de Vulnerabilidad en el Diseo de Nuevos Establecimientos de Salud

    Desempeo ssmico de componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Causas de daos de componentes no estructurales

    Daos de componentes no anclados

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 39

    Daos de componentes que cruzan separaciones entre cuerpos de un edificio

    Causas de daos de componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Daos de componentes sensibles a deformaciones

    Causas de daos de componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 41

    Daos observados en componentes no estructurales

    Kobe Japn 1995 (M6.8) US$ 102 Billones en prdidas (2.5% del PIB)

    6434 fallecidos

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    El Salvador 2001 (M7.6) Prdidas equivalentes al 12% del PIB

    La red de salud perdi 1917 camas (39% de la capacidad)

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Nisqually EEUU 2001 (M6.8) Profundidad 52 km

    US$ 2 Billones en prdidas

    Casi todas las prdidas asociadas a dao no estructural

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Nisqually EEUU 2001 (M6.8)

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Christchurch NZ 2010 y 2011 (M7.1 y M6.3) 0 y 181 fallecidos

    US$ 5 y US$ 12 billones en prdidas (Total 13% del PIB)

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Christchurch NZ 2010 y 2011 (M7.1 y M6.3)

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Christchurch NZ 2010 y 2011 (M7.1 y M6.3)

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 49

    Tuhoku Japn 2011 (M9.0) Profundidad 32 km, distancia a la costa 70

    km, rea ruptura 500x200 km

    25000 fallecidos

    US$ 309 Billones en prdidas

    PGA 2.9g

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 50

    Maule Chile 2010 (M8.8) Profundidad 35 km

    rea ruptura 500x100 km

    Epicentro a 105 km Concepcin

    25000 fallecidos

    US$ 30 Billones en prdidas (14% del PIB)

    1300 replicas M4+ en 1 mes

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 51

    Fuente: USGS

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 52 Fuente: R. Boroschek

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Maule Chile 2010 (M8.8) Duracin del movimiento fuerte

    Fuente: GEER

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Maule Chile 2010 (M8.8)

    Aceleraciones Mximas del Suelo

    Fuente: R. Boroschek

    Fuente: EERI

    Altura de Olas

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Maule Chile 2010 (M8.8) Estimacin de Prdidas

    Fuente: EERI

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Maule Chile 2010 (M8.8) Prdidas en la industria Fuente: A. Filiatrault

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 57 Fuente: E. Miranda

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 58

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 59

    Daos observados en componentes no estructurales

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Daos Redes Contra Incendio

    En general, no se observa cumplimiento de disposiciones de proteccin ssmica como las indicadas en NFPA-13 o SMACNA 60

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    En general, no se observa cumplimiento de disposiciones de proteccin ssmica como las indicadas en NFPA-13 o SMACNA

    Colgador pandeado Interaccin rociador/cielo falso

    61

    Daos Redes Contra Incendio

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 62

    En general, no se observa cumplimiento de disposiciones de proteccin ssmica como las indicadas en NFPA-13 o SMACNA

    Daos Redes Contra Incendio

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Daos Equipo Elctrico y Mecnico

    En general, no se observan anclajes adecuados. En muchos casos, los anclajes no existen 63

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Equipamiento elctrico y mecnico sin diseo ssmico adecuado 64

    Daos Equipo Elctrico y Mecnico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 65

    Daos Equipo Elctrico y Mecnico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 66

    Daos Equipo Elctrico y Mecnico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 67

    Daos Ascensores

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 68

    Daos Mobiliario

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 69

    Daos ventanas, parapetos y vas de evacuacin

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 70

    Daos en racks

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Lecciones aprendidas

    Deficiente (e incluso inexistente) diseo ssmico de componentes y sistemas no estructurales

    En muchos casos no se observan anclajes Normativa no establece responsables por el diseo

    ssmico de componentes y sistemas no estructurales Proyectos especialidades no son sujetos a revisin

    ssmica Daos por interaccin entre componentes Existencia en el mercado de componentes y sistemas

    no estructurales que no son adecuados para uso en zonas de alta sismicidad

    Deficiente inspeccin durante la instalacin

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Cuales son los desafos?

    En comparacin con los componentes y sistemas estructurales, existe muy poca informacin para el diseo

    La informacin disponible no se encuentra debidamente resumida y consensuada

    En muchos casos, las disposiciones normativas se ajustan con posterioridad a los eventos ssmicos: se observa lo que no funciona o funciona mal y se corrige en las siguientes ediciones de los cdigos

    Armonizar el desempeo ssmico estructural y no estructural

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Investigacin Reciente y en Desarrollo

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Investigacin reciente

    La investigacin efectuada entre los aos 70s y 80s, principalmente en EEUU, estuvo orientada a desarrollar procedimientos de modelacin y anlisis de sistemas no estructurales para la industria nuclear

    La investigacin reciente (2000-13) ha estado orientada a: Describir analticamente la dinmica de los componentes Evaluar la respuesta de componentes ensayados a escala real Desarrollar herramientas de modelacin y anlisis orientadas al diseo

    de componentes Desarrollar nuevos materiales Desarrollar sistemas de proteccin ssmica de componentes Desarrollar equipos de ensayo Desarrollar procedimientos de ensayo mas realistas Evaluar la interaccin entre componentes (Ejemplo: interaccin entre

    tabiques, cielos falsos y sprinklers) Desarrollar bases de datos de fragilidad ssmica Desarrollar herramientas cuantitativas de diseo resiliente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Mc Mullin and Merrick (2002) Lang and Restrepo (2005)

    Investigated cost-damage relationships for different gypsum wallboard partition configurations

    Investigated seismic fragility of a typical office space constructed with gypsum light gauge metal stud partition walls

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Goodwin and Maragakis (2004)

    Investigated seismic behavior of 3 -4 braced and unbraced piping systems. No significant damage found.

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Konstantinidis and Makris (2005) Nastase, Hutchinson et al (2005)

    Investigated seismic response of freestanding and restrained laboratory equipment (incubator and refrigerator)

    Investigated dynamic response of NSC during full scale building vibration tests

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Chaudhuri and Hutchinson (2005) Badillo-Almaraz and Whittaker (2005)

    Investigated seismic fragility of storage glassware typically found in laboratories and hospitals

    Investigated seismic fragility of full scale suspended ceiling systems

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Memari et al. (2006)

    Investigated the seismic vulnerability of architectural glass panels curtain walls

    79

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 80

    NEES Wood Project @ University at Buffalo

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 81

    NEES Wood Project @ University at Buffalo

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 82

    NEES Wood Project @ University at Buffalo

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 83

    NEES Wood Project @ e-defense

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 84

    Ensayos efectuados en E-Defense: Estructura escala real de 5 pisos montada sobre aisladores y rieles. Cada piso contiene equipo y mobiliario oficina, hospitales y vivienda

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 85

    Ensayos E-Defense: Efectuados en Agosto 2011

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 86

    Ensayos E-Defense: Efectuados en Agosto 2011

    Investigacin reciente

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 87

    Investigaciones en desarrollo Proteccin no estructural (calificacin ssmica)

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 88

    Investigaciones en desarrollo Proteccin no estructural (calificacin ssmica)

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 89

    Investigaciones en desarrollo Proteccin no estructural (calificacin ssmica)

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 90

    Investigaciones en desarrollo Proteccin no estructural

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 91

    Investigaciones en desarrollo Proteccin no estructural

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    The UB-NCS is a modular and versatile two-level platform for experimental seismic performance evaluation of full-scale nonstructural systems under realistic full-scale building floor motions

    92

    A. Filiatrault, G. Mosqueda, A. Reinhorn y R. Retamales

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Porque es necesario?

    Las mesas vibradoras solo tienen capacidad para reproducir, a escala y en tiempo real, los movimientos del suelo (stroke 15 cm)

    Se necesita un equipo que permita reproducir los desplazamientos y aceleraciones esperador en los niveles superiores de los edificios

    Los equipos utilizados para el ensayo de componentes no estructurales sensibles a desplazamientos operan cuasi- estticamente

    Se necesita un equipo que imponga simultneamente desplazamientos de piso y deformaciones de entrepiso a escala real y en tiempo real

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Building Building Description and Location Measured Peak Roof Accel. (g)

    Estimated Fundam. Period T (s)

    Estimated Peak Roof Velocity (in/sec)

    Estimated Peak Roof

    Disp. (in)

    Pacific Park Plaza

    30-story concrete shear wall and moment resisting frame; Emeryville, CA.

    0.37 Loma Prieta

    2.69 61.0 26.4

    Olive View Medical Center

    6-story concrete moment resisting frames and steel plate shear walls; Sylmar, CA.

    1.50 Northridge

    0.33 30.3 1.57

    7-story R/C building

    Moment resisting frames in perimeter and flat plates and columns in the interior; Van Nuys, CA.

    0.58 Northridge

    1.98 70.5 22.4

    13-story R/C building

    Non-ductile moment resisting concrete frames with concrete shear walls in basements; Sherman Oaks, CA

    0.45 Northridge

    3.00 82.7 39.4

    Floor motions recorded in 4 instrumented buildings Selection of high performance dynamic actuators:

    Envelope of floor motions: Peak acceleration: up to 3g Peak velocity: 100 in/s Peak displacement: 40 in

    Other actuator properties: Load capacity: 22 kips Actuator mid-stroke: 15 ft UB-NCS operating frequency

    range: 0.2-5 Hz (based on actuator bow-string frequency)

    94

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    UB-NCS Drawings 12'-

    6"

    Removable Beam

    Removable Beam

    Removable Beam

    2'

    2'

    2'

    2'

    2' 2' 2' 2'2' 2'

    2'

    2'

    HSS8x6x1/2" (TYP)

    Removable Beam

    9"

    1'

    1'

    1'

    1'

    1'

    1'

    1'

    9"

    Holes 1 3/8" (TYP)

    9"1'1'1'1'1'1'1'9" 1' 1' 1' 1'

    12'-6"

    1'

    1'

    1'

    1'

    Restrainer Beam (TYP)

    14'

    14'

    10'

    EL 340.00HSS8x6x1/2" (TYP)

    Stopper (TYP)

    EL 172.00HSS8x6x1/2" (TYP)

    HSS8x8x1/2" (TYP)

    8"

    8"

    EL 000.00

    HSS8x8x1/2" (TYP)

    Curtis Universal Joint (TYP)Model CJ655

    28'-

    5"

    12'-6"

    Plan view & elevation

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 96

    Experimental verification of equipment capabilities: Random, harmonic, simulated and recorded motions

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014 97

    Experimental verification of equipment capabilities: Random, harmonic, simulated and recorded motions

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Experimental verification of equipment capabilities: Random, harmonic, simulated and recorded motions

    Simulated building seismic response Existing medical facility located in the San Fernando Valley, Southern

    California

    4-story steel framed building with non uniform distribution of mass and stiffness

    Rea

    ctio

    n W

    all

    Rea

    ctio

    n W

    all

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    0 5 10 15 20 25-2

    -1

    0

    1

    2

    Time (sec)

    Drift

    (in

    )

    Comparison Desired and Observed Interstory Drift

    Observed

    Desired

    0 5 10 15 20 25-2

    -1

    0

    1

    2Observed Interstory Drift

    Time (sec)

    Drift

    (in

    )

    0 5 10 15 20 25

    -10

    0

    10

    Time (sec)

    Dis

    pla

    cem

    ent

    (in)

    Comparison Desired and Observed Displacement. Top Level

    Observed

    Desired

    0 5 10 15 20 25

    -10

    0

    10

    Comparison Desired and Observed Displacement. Bottom Level

    Time (sec)

    Dis

    pla

    cem

    ent

    (in)

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5Comparison Desired and Observed Floor Response Spectra Bottom Level

    Frequency (Hz)

    SA (g)

    Desired

    Observed

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    1

    2

    3

    4

    5

    6Comparison Desired and Observed Floor Response Spectra Top Level

    Frequency (Hz)

    SA (g)

    Desired

    Observed

    Experimental verification of equipment capabilities: Simulated building seismic response

    FRS

    (g)

    FRS

    (g)

    99

    The Nonstructural Component Simulator

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Why new testing protocols are necessary? Current testing protocols focus either on displacement or acceleration sensitive nonstructural components (NSCs):

    Racking protocols displacement sensitive NSCs

    Shake table protocols acceleration sensitive NSCs

    Some nonstructural systems may be sensitive to both displacements and accelerations

    Therefore, a general protocol is necessary to: Replicate seismic demands expected on distributed nonstructural systems located at the upper levels of multistory buildings

    Take advantage of the new UB-NCS testing capabilities

    Generate the data required by designers and practitioners for improved seismic design of NSCs

    Protocolo para el UB-NCS

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Three testing protocols are proposed:

    One for seismic qualification complementing AC156 protocol

    Two for seismic fragility analysis (dynamic and quasi-static) complementing FEMA461 protocols

    The proposed testing protocols are:

    Defined by simple loading patterns given by a set of closed-form equations

    Suitable for experimental testing of distributed, self standing or anchored (at a single or two consecutive building levels) nonstructural components, systems and equipment located within multistory buildings

    Suitable for evaluating seismic performance of individual NSCs and evaluating dynamic interactions between components in a nonstructural system

    Protocolo para el UB-NCS

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Continuous beam model and Random Vibration Theory (RVT) considered for estimating: Distribution of absolute accelerations along building height

    Distribution of generalized drifts along building height

    Parameters for building model: Primary system periods: Tp=0.1-5 sec

    Secondary system periods: Ts=0-5 sec

    Damping for primary and secondary systems: p= s =5% Parameter controlling building deformation pattern: a=0, 5 and 10

    x

    k

    c

    u(x,t)

    u (t)g

    H

    m

    ..

    u (h,t)ss

    s

    s

    h

    GA EIp, Tp, s, Ts

    1 GA

    H EIa

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Seismic input for the building model consists of

    Power Spectral Density (PSD) functions Compatible with a Probabilistic Seismic Hazard (PSH) given by

    USGS-USH ground response spectrum

    Period T (sec) Spectral

    Amplitude (g)

    0.0 0.63

    0.1 1.22

    0.2 1.51

    0.3 1.34

    0.5 0.96

    1.0 0.50

    2.0 0.22

    USGS Spectral Acceleration Amplitudes

    for a SH with PE 10%/50yrs

    SDS

    SD1

    0 0.5 1 1.5 2 2.50

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4

    1.6USGS Hazard Consistent Ground Response Spectrum

    Period T (sec)

    Spectr

    al A

    ccele

    ration S

    a (

    g)

    USGS Data

    0 0.5 1 1.5 2 2.50

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4

    1.6USGS Hazard Consistent Ground Response Spectrum

    Period T (sec)

    Spectr

    al A

    ccele

    ration S

    a (

    g)

    USGS Data

    Best Fit USGS Data

    Interpolating Function

    p

    oo

    a q

    oo

    T1 4.5

    TAS T

    T T1 1TT0.1T

    R

    103

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

    50

    100

    150

    200

    250USGS Hazard Consistent PSD Ground Acceleration

    Frequency f (Hz)

    PS

    D (

    cm

    2/s

    3)

    Definition of hazard consistent PSD (Gupta et al., 1998)

    g

    2

    2

    a du 2 2 4

    d

    6 S TS , 2ln

    12 3 T2ln

    104

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Estimation of PSD primary and secondary system seismic

    responses

    Absolute accelerations:

    Generalized drifts:

    T Ts

    2 2 2 4 *

    s s s s s su uS h, , S h, 4 H H

    m

    g g

    m m

    Tg

    m m

    g

    N

    2

    u u n n n n n n

    n 1

    N N

    2

    u n m n m n n n nun 1 m 1

    N N

    *

    n m n m n m n m n m m n n m u n m

    n 1 m 1

    S 2S x 1 H 2i

    S x, S x x 1 2H 2i

    x x 4 2i S H H

    1

    2 2

    s s s sH 2i

    1

    2 2

    n n n nH 2i

    m m

    g

    N N*

    u n m n m n m

    n 1 m 1

    S x, S H H

    105

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Estimation of mean peak seismic demands (Cartwright et al., 1956)

    Peak response amplitude:

    Peak response factor:

    Root mean square amplitude:

    Number of maxima:

    nth moment of PSDY:

    Max max RMSY N Y

    2 2

    N 1

    2 2 2max

    0

    N N e 1 e d

    RMS oY m

    d 4

    2

    T mN

    2 m

    nn Ym S d

    106

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Three dimensional Floor Response Spectra FRS (a=5)

    01

    23

    45

    0

    2

    4

    60

    5

    10

    15

    T s (s)

    3-D Floor Response Spectra at Ground Level

    Tp (s)

    Absolu

    te A

    ccele

    ration (

    g)

    0.2

    0.4

    0.6

    0.8

    1

    1.2

    1.4

    01

    23

    45

    0

    2

    4

    60

    5

    10

    15

    T s (s)

    3-D Floor Response Spectra at 0.2H

    Tp (s)

    Absolu

    te A

    ccele

    ration (

    g)

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    01

    23

    45

    0

    2

    4

    60

    5

    10

    15

    T s (s)

    3-D Floor Response Spectra at 0.4H

    Tp (s)

    Absolu

    te A

    ccele

    ration (

    g)

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    01

    23

    45

    0

    2

    4

    60

    5

    10

    15

    T s (s)

    3-D Floor Response Spectra at 0.6H

    Tp (s)

    Absolu

    te A

    ccele

    ration (

    g)

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    01

    23

    45

    0

    2

    4

    60

    5

    10

    15

    T s (s)

    3-D Floor Response Spectra at 0.8H

    Tp (s)

    Absolu

    te A

    ccele

    ration (

    g)

    2

    4

    6

    8

    10

    12

    01

    23

    45

    0

    2

    4

    60

    5

    10

    15

    T s (s)

    3-D Floor Response Spectra at Roof Level

    Tp (s)

    Absolu

    te A

    ccele

    ration (

    g)

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    8

    9

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    2

    4

    6

    8

    84th

    Percentile FRS for Building with ao=0

    Period Secondary System Ts (sec)

    FR

    S (

    g)

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    2

    4

    6

    8

    84th

    Percentile FRS for Building with ao=5

    Period Secondary System Ts (sec)

    FR

    S (

    g)

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    2

    4

    6

    8

    84th

    Percentile FRS for Building with ao=10

    Period Secondary System Ts (sec)

    FR

    S (

    g)

    Ground h=0.1H h=0.2H h=0.3H h=0.4H h=0.5H h=0.6H h=0.7H h=0.8H h=0.9H Roof

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    1

    2

    3

    4

    5

    6Mean 84th Percentile FRSs along Building Height

    Period Secondary System Ts (sec)

    FR

    S (

    g)

    Ground

    h=0.1H

    h=0.2H

    h=0.3H

    h=0.4H

    h=0.5H

    h=0.6H

    h=0.7H

    h=0.8H

    h=0.9H

    Roof

    Quotients between

    peak FRS values along building

    height and peak Sa are calculated

    84th percentile FRSs and mean 84th percentile FRS along building height

    108

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Extrapolated mean 84th percentile FRS along building height

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    1

    2

    3

    4

    5

    6Mean 84th Percentile FRSs along Building Height

    Period Secondary System Ts (sec)

    FR

    S (

    g)

    Ground

    h=0.1H

    h=0.2H

    h=0.3H

    h=0.4H

    h=0.5H

    h=0.6H

    h=0.7H

    h=0.8H

    h=0.9H

    Roof

    1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.50

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1

    Variation of Peak FRS / Peak Sa Rates along Building Height

    Peak FRS / Peak Sa Rate

    h/H

    Data

    Best Fit

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    1

    2

    3

    4

    5

    6Extrapolated Mean 84th Percentile FRSs along Building Height

    Period Secondary System Ts (sec)

    FR

    S (

    g)

    Ground

    h=0.1H

    h=0.2H

    h=0.3H

    h=0.4H

    h=0.5H

    h=0.6H

    h=0.7H

    h=0.8H

    h=0.9H

    Roof

    2 3

    Factor

    h h h hFRS 1 10 19.4 12.4

    H H H H

    s Factor a s

    h hFRS T , , FRS S T ,

    H H

    109

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Generalized Drift Spectra (GDS) and mean 84th% generalized drift along

    building height

    0 1 2 3 4 5 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    Generalized Drift Spectrum ao=0

    Period Primary System Tp (sec)

    Dri

    ft

    (%

    )

    0 1 2 3 4 5 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    Generalized Drift Spectrum ao=5

    Period Primary System Tp (sec)

    Dri

    ft

    (%

    )

    0 1 2 3 4 5 60

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    Generalized Drift Spectrum ao=10

    Period Primary System Tp (sec)

    Dri

    ft

    (%

    )

    h=0.1H h=0.2H h=0.3H h=0.4H h=0.5H h=0.6H h=0.7H h=0.8H h=0.9H Roof

    0 0.5 1 1.50

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    184th% Drift Demands along Building Height

    Generalized Drift (%)

    Norm

    aliz

    ed B

    uild

    ing H

    eig

    ht

    h/H

    a=0

    a=5

    a=10

    0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.40

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1Variation of Mean 84th% Generalized Drift along Building Height

    Generalized Drift (%)

    Norm

    aliz

    ed B

    uild

    ing H

    eig

    ht

    h/H

    Data

    Best Fit

    Proposed

    2 0.55

    h1.09 0.3

    Hh

    H 1 h 6 h h hsin 7 1.9 0.3

    4 H 5 H H H

    Estimacin de demandas en estructuras

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Complements current AC156 testing protocol

    Imposes seismic demands compatible with mapped spectral demands defined in current ASCE 7-05 provisions: Characterized by spectral parameters SDS and SD1

    Considers the location of the component along building height h/H: Large interstory drifts and relatively low accelerations are imposed on components located at lower levels Large accelerations and relatively low interstory drifts are imposed on components located at upper levels

    Floor motion histories calibrated to match: ASCE 7-05 ground response spectrum FEMA450 FRS at a given building height h/H (Approximately)

    Interstory drift history matches a hazard consistent generalized drift expected at a given normalized building height h/H

    Floor motions calibrated to induce and impose the same number of total and damaging Rainflow cycles on acceleration and displacement sensitive nonstructural systems as would be observed during real (recorded) building floor motions (CSMIP database)

    111

    Protocolo para calificacin ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Bottom DS D1 DS D1 Factor

    h h hx t, ,S ,S t, ,S ,S f t cos t w t FRS

    H H H

    a

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-20

    0

    20

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Bottom Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-50

    0

    50

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    ec)

    Bottom Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1

    0

    1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Bottom Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

    2

    4

    6

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    Function controlling shape of protocol

    response spectrum

    Instantaneous testing frequency

    (Time at which minimum testing frequency is reached)

    max

    d 2

    r min

    f1t log

    S f

    Instantaneous testing phase

    Windowing function

    rS 12oct min

    (Sweeping rate calibrated to induce a controlled number of Rainflow cycles on acceleration sensitive NSCs)

    Peak ground response spectrum

    extrapolation factor

    = -1.25 parameter calibrated to match response spectra in the long period range

    d

    d

    t t1

    tmin

    max

    max

    ff t f

    f

    Closed-form equation for bottom level of UB-NCS :

    Protocolo para calificacin ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    2

    dt t

    D1

    D1 NCS

    Sh ht, ,S h e cos t w t

    H 0.5g H

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-15

    -10

    -5

    0

    5

    10

    15Protocol Displacement History

    Time (sec)

    Dis

    pla

    cem

    ent

    (in)

    Bottom

    Top

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

    -1

    0

    1

    Protocol Interstory Drift History

    Time (sec)

    Drift

    (%

    )

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

    -50

    0

    50

    Protocol Velocity History

    Time (sec)

    Velo

    city (

    in/s

    ec)

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1.5

    -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    1.5Protocol Acceleration History

    Time (sec)

    Accele

    ration (

    g)

    0 5 10 15 20 25-15

    -10

    -5

    0

    5

    10

    15Nonscaled Hospital Displacement History

    Time (sec)

    Dis

    pla

    cem

    ent

    (in)

    Bottom

    Top

    0 5 10 15 20 25

    -1

    0

    1

    Nonscaled Hospital Interstory Drift History

    Time (sec)

    Drift

    (%

    )

    0 5 10 15 20 25

    -50

    0

    50

    Nonscaled Hospital Velocity History

    Time (sec)

    Velo

    city (

    in/s

    ec)

    0 5 10 15 20 25-1.5

    -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    1.5Nonscaled Hospital Acceleration History

    Time (sec)

    Accele

    ration (

    g)

    UB-NCS interstory height

    Target (ASCE7 hazard consistent) generalized drift expected at a given

    building height

    Top DS D1 Bottom DS D1 D1

    h h hx t, ,S ,S x t, ,S ,S t, ,S

    H H H

    Closed-form equation for top level of UB-NCS

    Enveloping function (Gaussian)

    = 10.5 sec is calibrated to impose a controlled number of Rainflow cycles on displacement sensitive NSCs

    Closed-form equation for interstory drift:

    113

    Protocolo para calificacin ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    CSMIP Station

    ID City

    Building Structural

    System

    Number of Stories

    Building Period

    (s) Type

    Design Date

    Site Geology

    Recorded Earthquakes

    in Station

    Min. Distance

    to Source (km)

    Max. PGA (g)

    Max.PFA (g)

    24464 North Hollywood

    Reinforced concrete

    columns and beams

    20 2.56 Hotel 1967 Sandstone, shale

    Whittier Northridge

    15 0.30 0.65

    24514 Sylmar Concrete slab, metal deck, steel

    frames

    6 0.40 Hospital 1976 Alluvium Whittier Northridge

    13 0.80 1.50

    24629 Los Angeles Concrete slabs, steel frames and

    deck

    54 6.20 Office 1988 Alluvium over

    sedimentary rock

    Northridge 32 0.13 0.18

    47459 Watsonville Concrete slabs and shear walls

    4 0.37 Commercial - Fill over alluvium

    Loma Prieta 17 0.58 1.20

    24322 Sherman Oaks

    Concrete slabs, beams, and

    columns

    13 0.84 Commercial 1964 Alluvium Whittier Landers

    Northridge

    13 0.75 0.42

    24386 Van Nuys Concrete slabs, columns,

    spandrel beams

    7 1.58 Hotel 1965 Alluvium Landers Big Bear

    Northridge

    7 0.45 0.58

    Calibration of cycles induced and imposed by protocol A parameter is considered

    N10 and N50 are considered representative of the number of total and damaging cycles induced on acceleration sensitive NSCs

    Nl with l in the range 10-90 considered for calibrating interstory drift protocol

    Cycles Cycle MaxN N A A

    Protocolo para calificacin ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Example 1: SDS=1.283g, SD1=0.461g and h/H=1 (Northridge, Soil Class B)

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-20

    0

    20

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Bottom Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-50

    0

    50

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    ec)

    Bottom Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1

    0

    1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Bottom Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

    2

    4

    6

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-20

    0

    20

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Top Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-50

    0

    50

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    ec)

    Top Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-1

    0

    1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Top Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

    2

    4

    6

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-1.5

    -1

    -0.5

    0

    0.5

    1

    1.5Interstory Drift History

    Time (sec)

    Inte

    rsto

    ry D

    rift

    (in

    )

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    5Comparison Floor Response Spectra

    Period Secondary System (sec)

    FR

    S (

    g)

    Target FEMA450 FRS

    Bottom level

    Top level

    Mean

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

    10

    20

    30

    40

    50

    60Number of Cycles Imposed on Displacement Sensitive Components

    No o

    f C

    ycle

    s N

    Protocol

    Mean FloorMotions

    84th% FloorMotions

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    10

    20

    30

    40

    50

    Frequency Secondary System (Hz)

    No C

    ycle

    s N

    50

    Number of Cycles with A>0.5AMax

    Induced on Acceleration Sensitive Components

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    50

    100

    150

    Frequency Secondary System (Hz)

    No C

    ycle

    s N

    10

    Number of Cycles with A>0.1AMax

    Induced on Acceleration Sensitive Components

    Mean Floor Motions

    84th% Floor Motions

    Protocol

    Peak Displacements Peak Interstory Drift Peak Velocities Peak Accelerations

    DMax Bot

    (in)

    DMax Top

    (in) Max (in)

    Max (%)

    VMax Bot

    (in/s)

    VMax Top

    (in/s)

    AMax Bot

    (g)

    AMax Top

    (g)

    18.8 20.0 1.21 0.79 26.6 28.0 0.55 0.58

    Protocolo para calificacin ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Example 2: SDS=0.365g, SD1=0.114g and h/H=0 (New York, Soil Class D)

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-2

    0

    2

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Top Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-5

    0

    5

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    ec)

    Top Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.1

    0

    0.1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Top Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

    2

    4

    6

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-2

    0

    2

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Bottom Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-5

    0

    5

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    ec)

    Bottom Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.1

    0

    0.1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Bottom Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 450

    2

    4

    6

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50-0.4

    -0.3

    -0.2

    -0.1

    0

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4Interstory Drift History

    Time (sec)

    Inte

    rsto

    ry D

    rift

    (in

    )

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    0.05

    0.1

    0.15

    0.2

    0.25

    0.3

    0.35

    0.4

    0.45Comparison Ground Response Spectra

    Period Secondary System (sec)

    Sa (

    g)

    Target ASCE7 GRS

    Bottom level

    Top level

    Mean

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    10

    20

    30

    40

    Number of Cycles with A>0.5AMax

    Induced on Acceleration Sensitive Components

    Frequency Secondary System (Hz)

    No C

    ycle

    s N

    50

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    50

    100

    150

    Frequency Secondary System (Hz)

    No C

    ycle

    s N

    10

    Number of Cycles with A>0.1AMax

    Induced on Acceleration Sensitive Components

    Mean Floor Motions

    84th% Floor Motions

    Protocol

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

    10

    20

    30

    40

    50

    60Number of Cycles Imposed on Displacement Sensitive Components

    No o

    f C

    ycle

    s N

    Protocol

    Mean Floor Motions

    84th% Floor Motions

    Peak Displacements Peak Interstory Drift Peak Velocities Peak Accelerations

    DMax Bot

    (in)

    DMax Top

    (in) Max (in)

    Max (%)

    VMax Bot

    (in/s)

    VMax Top

    (in/s)

    AMax Bot

    (g)

    AMax Top

    (g)

    1.16 1.54 0.38 0.25 1.64 2.10 0.04 0.05

    Protocolo para calificacin ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Complement current FEMA461 protocols

    Two protocols for fragility assessment are proposed: Dynamic if velocities and/or accelerations control specimen performance Quasi-static if loading rate does not control specimen performance

    Based on simplified qualification protocol equations Considers a site characterized by spectral coordinates:

    SDS=1g and SD1=0.6g

    Fragility protocol imposes maximum seismic demands expected along height of multistory buildings: Matching a maximum mean 84th% FRS Reaching a maximum drift max targeted according to observations and results of monotonic tests

    Protocolo para anlisis de fragilidad ssmica

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Closed-form equation for bottom level of UB-NCS:

    a FragilityBottom F

    x t 4 t f t cos t w t

    Function controlling target spectral acceleration shape

    Closed-form equation for interstory drift history:

    2

    d

    F

    t t

    Fragility

    Maxt e cos t w t

    Closed-form equation for top level of UB-NCS:

    Fragility Fragility FragilityTop Bottomx t x t t

    Protocolo para anlisis de fragilidad ssmica: Dinmico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    10

    20

    30

    40

    Number of Cycles with A>0.5AMax

    Induced on Acceleration Sensitive Components

    Frequency Secondary System (Hz)

    No C

    ycle

    s N

    50

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    50

    100

    150

    Frequency Secondary System (Hz)

    No C

    ycle

    s N

    10

    Number of Cycles with A>0.1AMax

    Induced on Acceleration Sensitive Components

    Mean Floor Motions

    84th% Floor Motions

    Protocol

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

    10

    20

    30

    40

    50

    60Number of Cycles Imposed on Displacement Sensitive Components

    No o

    f C

    ycle

    s N

    DynamicFragilityProtocol

    Mean Floor Motions

    84th% FloorMotions

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-30

    -15

    0

    15

    30

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Bottom Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-40

    -20

    0

    20

    40

    Time (sec)

    Velo

    c (

    in/s

    ec)

    Bottom Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.8

    -0.4

    0

    0.4

    0.8

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Bottom Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-30

    -15

    0

    15

    30

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Top Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-40

    -20

    0

    20

    40

    Time (sec)

    Velo

    c (

    in/s

    ec)

    Top Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.8

    -0.4

    0

    0.4

    0.8

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Top Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-5

    -4

    -3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3

    4

    5Interstory Drift History

    Time (sec)

    Inte

    rsto

    ry D

    rift

    (in

    )

    0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 50

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    5Desired Floor Response Spectra

    Period Secondary System (sec)

    FR

    S (

    g)

    Bottom level FRS

    Top level FRS

    Mean FRS

    Peak Displacements Peak Interstory Drift Peak Velocities Peak Accelerations R DMax Bot

    (in)

    DMax Top

    (in) Max (in)

    Max (%)

    VMax Bot

    (in/s)

    VMax Top

    (in/s)

    AMax Bot

    (g)

    AMax Top

    (g)

    1* 22.5 26.6 4.14 3.00 33.9 39.1 0.57 0.65

    Protocolo para anlisis de fragilidad ssmica: Dinmico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Proposed as an alternative to current QS protocol in FEMA461 Compatible with demands imposed by dynamic fragility protocol All cycles imposed by QS drift protocol are primary cycles

    Protocolo para anlisis de fragilidad ssmica: Cuasi-esttico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Closed-form equations for interstory drift protocol:

    2*QS

    QS

    t t

    QS QS

    QS max QS min dt e cos t t t t

    0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-3

    -2

    -1

    0

    1

    2

    3

    Time (sec)

    Inte

    rsto

    ry D

    rift

    Ratio (

    %)

    Quasi-Static Fragility Interstory Drift Protocol

    0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1000

    10

    20

    30

    40

    50

    60Number of Cycles Imposed on Displacement Sensitive Components

    N

    QS Protocolfor UB-NCS

    Mean CSMIPFloor Motions

    84th% CSMIPFloor Motions

    FEMA461Protocol

    121

    Protocolo para anlisis de fragilidad ssmica: Cuasi-esttico

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Experimental seismic performance assessment of full-scale emergency

    room

    Testing protocol for SDS = 1.51g, SD1 = 0.5g, and h/H = 1

    Particular case of protocol considering a = 0.75 (constant) and = -1.35

    Detailed performance analysis conducted on partition walls and wall mounted

    monitors

    Monitor 1Cabinet

    Gurney & Dummy

    Monitor 4

    Pole 1

    Monitor 315x18x18in

    15x18x18in

    13x16x7 in

    26x28x76

    Pole 2

    1'-53 8" 2'

    10'-81

    2"

    1'-107

    8"

    3'-53

    8"

    5'-41

    4"

    5'-113 4" 9516" 3'-8" 2'-1" 2'

    14'-618"

    Monitor 215x18x18in

    2'-4"

    2'-012"

    Cart

    11'-03 4" Photo ER Lateral view ER Layout ER

    (a) (b) (c) (d) (e)

    (a) Dummy sitting on gurney, poles with IV pumps, video rack, cart and monitor; (b) Medical gas

    piping, outlets and monitor; (c) Video rack; (d) Surgical lamp; and (e) Sprinkler runs

    Monitor 1Cabinet

    Gurney & Dummy

    Monitor 4

    Pole 1

    Monitor 315x18x18in

    15x18x18in

    13x16x7 in

    26x28x76

    Pole 2

    1'-53 8" 2'

    10'-81

    2"

    1'-107

    8"

    3'-53

    8"

    5'-41

    4"

    5'-113 4" 9516" 3'-8" 2'-1" 2'

    14'-618"

    Monitor 215x18x18in

    2'-4"

    2'-012"

    Cart

    11'-03 4" Photo ER Lateral view ER Layout ER

    (a) (b) (c) (d) (e)

    (a) Dummy sitting on gurney, poles with IV pumps, video rack, cart and monitor; (b) Medical gas

    piping, outlets and monitor; (c) Video rack; (d) Surgical lamp; and (e) Sprinkler runs

    Evaluacin desempeo ssmico sala de emergencias

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

    0

    20

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Bottom Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40-40

    -20

    0

    20

    40

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    )

    Bottom Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40-1

    0

    1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Bottom Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 400

    2

    4

    6

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    0 5 10 15 20 25 30 35 40-20

    0

    20

    Time (sec)

    Dis

    p (

    in)

    Top Displacement History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40-40

    -20

    0

    20

    40

    Time (sec)

    Ve

    loc (

    in/s

    )

    Top Velocity History

    0 5 10 15 20 25 30 35 40-1

    0

    1

    Time (sec)

    Acc (

    g)

    Top Acceleration History

    0 5 10 15 20 25 30 35 400

    2

    4

    Time (sec)

    Inst

    Fre

    q (

    Hz)

    Instant Frequency

    DMax Bot (in) DMax Top (in) dMax (in) Max (%) VMax Bot (in/s) VMax Top (in/s) AMax Bot (g) AMax Top (g)

    1 10% 1.63 1.76 0.13 0.09% 3.1 3.3 0.07 0.08

    2 25% 4.08 4.4 0.33 0.22% 7.6 8.2 0.18 0.19

    3 50% 8.15 8.80 0.66 0.43% 15.3 16.3 0.37 0.39

    4 100% 16.3 17.6 1.31 0.87% 30.5 32.6 0.73 0.77

    5 150% 24.5 26.4 1.97 1.30% 45.8 48.9 1.10 1.16

    TestScaling

    Factor

    Peak Displacements Peak Interstory Drift Peak Velocities Peak Accelerations

    Test

    Description DMax Bot (in) DMax Top (in) dMax (in) Max (%) VMax Bot (in/s) VMax Top (in/s) AMax Bot (g) AMax Top (g)

    12 Drift Protocol (Quasi-static) 200% - 2.62 2.62 1.73% - - - -

    13 Drift Protocol (Quasi-static) 250% - 3.28 3.28 2.17% - - - -

    14 Drift Protocol (Quasi-static) 300% - 3.93 3.93 2.60% - - - -

    15 Drift Protocol (Quasi-static) 350% - 4.59 4.59 3.03% - - - -

    TestScaling

    Factor

    Peak Displacements Peak Interstory Drift Peak Velocities Peak Accelerations

    Evaluacin desempeo ssmico sala de emergencias

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    Protocol loading histories

    124

    Evaluacin desempeo ssmico sala de emergencias

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    Comparison with simulated building floor

    motions

    125

    Evaluacin desempeo ssmico sala de emergencias

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    Evaluacin desempeo ssmico sala de emergencias

  • Proteccin Ssmica Sistemas No Estructurales Octubre 2014

    Drift Ratio

    (%) Observed Damage

    0.09 : No visible damage in specimen

    0.23 : Minimum level of damage observed

    Incipient hairline cracks along base of cornerbeads and gypsum panel joints

    0.47 : Raised areas and small cracks around screws near bottom and top tracks

    Hairline cracks all along of corner beads

    Vertical cracks t 1 16" along wall boundary panel joints

    Small hairline cracks around door fenestration

    1.42 : Widespread pop-out of screws around wall boundaries

    Tape covering vertical wall boundaries completely damaged

    Permanent gaps1 16" t 1 4" along cornerbeads, some horizontal gypsum panel joints,

    and door fenestration

    1.77 : Widespread pop-out of screws in the whole specimen

    Tape covering vertical wall boundaries completely damaged

    Permanent gaps1 16" t 1 4" along cornerbeads, horizontal gypsum panel joints, and

    door fenestration

    Some permanent gaps t 1 4" along cornerbeads

    Initiated gypsum panel detachment from steel studded frame

    2.22 : Generalized pop-out of screws in the whole specimen

    Tape covering vertical wall boundaries completely damaged

    Permanent gaps t 1 4" and crushing of joint compound along cornerbeads, horizontal

    gypsum panel joints, and door fenestration

    Gypsum panel detached from steel studded frame

    2.67 : Damage total of specimen

    Most of gypsum panels are detached of steel studded frame

    Extensive crushing of gypsum along panel joints and cornerbeads

    127

    Desempeo ssmico de tabiques

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    -3 -2 -1 0 1 2 3-30

    -20

    -10

    0

    10

    20

    30Ensemble Histeresis Loops Emergency Room

    Interstory Drift (%)

    Forc

    e (

    Kip

    s)

    10% Protocol

    25% Protocol

    50% Protocol

    100% Protocol

    150% Protocol

    200% Protocol (QS)

    250% Protocol (QS)

    300% Protocol (QS)

    350% Protocol (QS)

    Desempeo ssmico de tabiques

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    0 0.5 1 1.5 2 2.5 30

    0.1

    0.2

    0.3

    0.4

    0.5

    0.6

    0.7

    0.8

    0.9

    1Fragility Curve for Wall-Mounted patient Monitor

    Horizontal Acceleration at Equipment Base (g)

    Pro

    babili

    ty o

    f C

    olla

    pse (

    %)

    Data

    Best Fit

    Best Fit Parameter for Monitor

    Base Acceleration (g) Damage Measure Damage State

    Associated

    Peak acceleration at

    base of monitor

    Monitors supporting

    device failure

    1.35 0.20

    Desempeo ssmico monitores de signos vitales

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    Gracias! Preguntas?

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