Seismic Response and Design of Steel Multi-Tiered Concentrically Braced Frames

Les contreventements concentriques en treillis à multiples segments (CCMS) sont des contreventements constitués de diagonales formant deux ou plusieurs panneaux qui sont superposés sur la hauteur du contreventement. Les CCMS sont couramment utilisés en Amérique du Nord afin d'offrir une résistance latérale pour les bâtiments d'un seul étage de grande hauteur,comme les bâtiments industriels, les installations sportives, les centres de congrès ou les hangars d'avion. Dans ces structures, la configuration CCMS est préférable puisque l'utilisation de diagonales de contreventement simples partant des fondations jusqu'au niveau du toit n'est plus pratique. Dans les CCMS, la longueur et la taille des diagonales sont réduites de manière significative, ce qui est favorable pour rencontrer les limites d'élancement prescrites dans les normes parasismiques. De plus, les colonnes peuvent être considérées comme contreventées latéralement dans le plan du cadre à niveau intermédiaire entre deux panneaux, ce qui contribue également à réduire la taille des poteaux et la quantité requise d'acier. Les colonnes de gravité adjacentes qui sont situées dans le même plan qu'un CCMS peuvent aussi être considérées comme contreventées latéralement en ajoutant des membrures horizontales aux niveaux intermédiaires entre les panneaux. Dans les CCMS, les colonnes sont en général des sections en W orientées de telle sorte que la flexion hors-plan se produise selon l'axe fort de la colonne, permettant ainsi à la colonne de résister au flambement hors plan sur toute la hauteur du cadre.

Abstract

Steel multi-tiered braced frames (MT-BFs) are commonly used in North America to provide lateral resistance for tall single storey buildings such as industrial buildings, sport facilities, convention centers, or airplane hangars. In these structures, MT-BF configuration is preferable, as the use of single bracing members extending from the foundation to the roof level is no longer practical. MT-BFs consist of tall steel braced frames built with multiple bracing panels stacked over the height of the frame. In MT-BFs, brace lengths and sizes are reduced significantly, which is favourable to satisfy the slenderness limits specified in the seismic provisions. Additionally, the columns can be considered as laterally braced in the plane of the frame at every tier point, which also contributes to reducing the steel tonnage. Adjacent gravity columns located along MT-BF lines can similarly be laterally braced by adding horizontal struts at tier levels. In MTBFs, columns are typically I-shaped members oriented such that strong axis bending develops outofplane, so the column can resist out-of-plane buckling over the full building height.