Impact of Soil-Structure Interaction on Seismic Design of Steel Frames Foundations

Afin d'assurer une réponse appropriée d’un bâtiment lors d'un tremblement de terre, les normes et standards canadiens établissent les exigences minimales pour la conception parasismique. L'approche de conception par capacité est mise en place comme méthode principale pour assurer une résistance, une rigidité et une stabilité suffisantes des structures en réponse aux charges sismiques. La conception par capacité est basée sur l’idée que les déformations inélastiques qui se développent dans les éléments spéciaux du système des reprise des charges sismiques (SFRS) connus comme des fusibles dissipent l’énergie introduite par les seimes. Le dimensionnement du reste des éléments SFRS doit se faire de façon à maintenir la capacité maximale de ces fusibles. Cette approche peut conduire à de grandes dimensions d'éléments sur le chemin de descente de la charge sismique, du sommet jusqu'à la fondation. À la fin, les fondations sont dimensionnées pour résister la capacité probable du système de reprise des charges sismiques (fondation « capacityprotected ») ou d'une partie de celui-ci (fondation « not-capacity protected »). Les éditions actuelles des codes de construction canadiennes font une distinction explicite entre les fondations qui permettent un comportement basculant lors d’un tremblement de terre et celles qui sont restreintes aux mouvements de rotation. Cette distinction joue désormais un rôle important lors de la conception du SFRS si les fondations basculantes sont utilisées. Les fondations basculantes entraînent des déplacements inter-étage supplémentaires dans la super-structure qui doivent être pris en compte lors de l’estimation des déflexions latérales. Pour contrôler les déplacements latéraux de la superstructure, la taille de la fondation est le plus souvent augmentée ce qui peut conduire aux très grandes fondations qui peuvent des fois mettre en question le choix d’un système en acier pour la reprise des charges sismiques.»

Abstract

In order to ensure an adequate response during an earthquake, National Building code of Canada (NBC) and standards for design of steel and concrete structures ( S16 and A23.3) establish the minimum provisions for earthquake resistant design. Capacity design approach is implemented as primary method the provide sufficient strength, stiffness and stability to the structure in response to seismic loads. Capacity design approach is based on the idea that the inelastic deformation of seismic force resisting system (SFRS) are confined to the so-called fuse elements, who dissipate earthquake energy, while the rest of the SFRS elements is designed to sustain the maximum capacity of these fuses. This approach can lead to large element dimensions along the seismic load path, from the roof of the building down to the foundation. Ultimately, foundations are dimensioned to resist the probable capacity of the SFRS (capacity-protected foundation) or a portion of this capacity (not-capacity protected foundation). Recent editions of the Canadian construction codes and standards make an explicit distinction between foundations that allow a rocking behavior during an earthquake and those that are restrained to rotational movements. This distinction is now playing an active role during the design of the SFRS if rocking foundations are used. Rotations of rocking foundations cause an additional inter-storey drift of the super-structure that must be considered when the lateral deflections are estimated. To control the deformation increase, oftentimes the footing sizes are increased, resulting in a significant augmentation of footing size if lateral deflection limits are not satisfied. The dimensions and the associated cost of such foundation can be so important that the choice of steel SRFS can be put in question»