Performance of Seismically Deficient Existing Braced Steel Frame Structures With Flexible Diaphragms in Halifax

Note:Concentrically braced frames (CBFs) have been one of the fundamental structural systems for lateral force resistance chosen by designers for low-rise steel construction since the early part of the twentieth century. CBFs designed using the building codes and standards of the 1960s were designed using the principle that they remained in the linearly elastic range. The current design philosophy of the 2010 National Building Code of Canada (NBCC) and CSA-S16-09 is based on the principles of capacity design and recognises the cyclic inelastic behaviour of CBFs. Since no detailing or design requirements for an inelastic seismic response were included in structures designed with past building codes, these structures are likely to exhibit seismic deficiences, including lack of lateral resistance and insufficient ductility. Guidelines for evaluating the performance of CBFs are required in order to provide recommendations for seismic evaluation and rehabilitation for such existing buildings for future building codes. The behaviour of one-storey steel structures built with the 1965 National Building Code of Canada (NRCC 1965) and CSA-S16-65 (CSA 1965) under current building code standards for seismic design was studied in order to aid in establishing such guidelines. The response of a series of sixteen one-storey buildings with varying aspect ratios and heights was studied, subjected to ten artificial and ten historical earthquake ground motions. The nonlinear seismic behaviour of the CBFs was determined using an analytic Open Sees, Open System for Earthquake Engineering Simulatuion (OpenSees 201), model for nonlinear time history dynamic analysis, including drift and ductility demands on the braces. The intended performance level in the design earthquakes, as well as the acceptance criteria used in the braced frame analysis were established using FEMA P695 (FEMA 2009) criteria. In general, although acceptable performance was not acheived in all cases, the one-storey stee structures built with the 1965 National Building Code of Canada, on average, performed well, for the seven failure criteria outlined in this study.Les cadres a contrevenements concentriques (CCC) sont un des systemes fondamentaux coisis par les concepteurs de batiments de faible hauteur en acier pour la resistance aux charges laterales depuis le debut du vingtieme siecle. Les CCC construit selon les codes de batiments et standards des annees 1960 ont ete concus avec le principe qu'ils demeurent dans la zone d'elasticite lineaire. La philosophie de conception en vigeur dans le Code nationale de batiment 2010 et le CSA-S16-09 est base sur le principe de calcul par capacite et constate le comportement inelastique cyclique des CCC. Les batiments concus avec ces anciens codes n'avaient aucune exigence de detaillage ou conception particulier pour un comportement inelastique cyclique, donc il est probable que ces structures demontrent des deficiences sismiques, incluant un manque de resistance aux charges laterales et un manque de ductilite. Des principes pour l'evaluation de la performance des CCC sont requis pour fournir des recommandations opur l'evaluation sismique et des exigences pour la rehabilitation de ces structures existantes pour les futurs codes de batiment. Le comportement de structures d'un etage concus avec le Code nationale de batiment 1965 (NRCC 1965) et le CSA-S16-65 (CSA 1965) selon les normes sismiques des codes de batiment en vigeur a ete etudier pour aider a etablir ces recommandations. La performance d'une serie de seize batiments d'un etage avec des rapports d'aspect et hauteurs varies a ete etudiee, subie a dix enregistrements sismiques artificiels et historiques. Le comportement non-lineaire sismique des CCC a ete determine avec un modele analytique OpenSees, Open System for Earthquake Engineering Simulation (OpenSees 2011), pour des analyses non-lineaires dynamiques temporelles, incluant les demandes de deplacement et ductilite des contreventements. Le niveau de performance vise avec les seismes de conception, et les criteres d'acceptation dans l'analyse des cades contreventer a ete etablie avec FEMA P695 (FEMA 2009). Selon cette etude, en generale, meme si les criteres d'acceptation n'ont pas ete atteints dans tous les cas, les batiments d'un etage concu avec le Code nationale de batiment 1965 ont, en moyenne, performer bien pour les sept criteres d'evaluation soulignee dans cette etude