The effect of soil-structure interaction on seismic design of eccentrically braced frames foundations

«La relation entre le basculement des fondations et la conception de la capacité est essentielle dans la conception des fondations d'une structure en acier, particulièrement dans les zones sujettes à l'activité sismique. Ces concepts jouent un rôle déterminant pour améliorer les performances sismiques des bâtiments, assurant leur résilience et leur sécurité en cas de tremblement de terre. La fondation oscillante implique une conception délibérée de la base du bâtiment pour permettre un mouvement contrôlé lors des événements sismiques. Contrairement aux fondations fixes traditionnelles, qui transmettent directement les forces sismiques à la structure, entraînant potentiellement des dommages importants, une fondation oscillante permet au bâtiment de se déplacer d'avant en arrière sur sa base, réduisant ainsi les forces latérales transmises à la superstructure. En réalité, une partie de l'énergie sismique est dissipée par l'oscillation. Cependant, la norme CSA A23.3-19 se concentre sur la création de fondations favorisant ce comportement oscillant, sans donner de détails précis sur les charges sismiques requises pour concevoir les fondations des ossatures en acier contreventées. Cette procédure de conception de fondation est spécifiquement adaptée aux systèmes de résistance sismique en béton. Les demandes et les facteurs de sécurité mentionnés dans la norme canadienne de conception de l'acier reposent sur des études portant sur les murs de refends en béton. La procédure de conception de fondation pour les systèmes de murs de cisaillement en béton est basée sur les charges issues des exigences de ductilité à l'intersection entre la fondation et les murs de cisaillement. Cependant, dans les ossatures en acier contreventées, les demandes de ductilité proviennent du mécanisme de plasticité présent dans tous les éléments de la structure, engendrant ainsi une charge cumulative sur la fondation. Ceci peut conduire à des estimations de conception excessivement prudentes pour les besoins de la fondation et les déplacements totaux du bâtiment. Cette approche affecte négativement non seulement les fondations elles-mêmes, en augmentant leur taille et leur coût, mais également le choix de l'acier comme matériau pour le système de résistance sismique. Cette recherche examinera cette problématique en utilisant une méthode d'analyse non linéaire.»

Abstract

«The relationship between foundation rocking and capacity design is essential in the design of a steel frame structure's foundation, particularly in areas prone to seismic activity. These concepts play a crucial role in improving the seismic performance of buildings, ensuring their resilience and safety during earthquakes. Foundation rocking involves intentionally designing the building's foundation to permit controlled movement during seismic events. Traditional fixed foundations tend to transmit seismic forces directly to the structure, potentially leading to severe damage. However, with a rocking foundation, the building can sway back and forth on its base, reducing the lateral forces transmitted to the superstructure. A portion of seismic energy is dissipated through the rocking motion. Consequently, the CSA A23.3-19 standard focuses on establishing foundations conducive to rocking behaviour, yet it lacks precise specifications regarding seismic load criteria for designing foundations specifically tailored to steel braced frames. This foundation design procedure is primarily intended for concrete seismic force-resisting systems. The requirements and safety factors outlined in the Canadian steel design standard are derived from research conducted on concrete shear walls. The foundation design procedure for concrete shear wall systems is based on loads stemming from ductility demands at the intersection of the foundation and shear walls. Conversely, in braced steel frames, ductility demands originate from plasticity mechanisms present in all frame elements, resulting in cumulative loads on the foundation. This might lead to overly conservative estimations for foundation requirements and overall building drifts, negatively impacting not only the foundations themselves by necessitating increased size and cost but also influencing the selection of steel as the material for the force-resisting system. This research will address this issue through a nonlinear analysis method.»