on 28 february 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. this map is...

67
(Project Rainbow II) NATURAL HAZARD AND RISK ENGINEERING (NHRE) WS 2010/2011 By Firdaus (91128) This report is submitted as a part of subject of Evaluation and ReDesign of Structures On 28 February 2011

Upload: others

Post on 14-Sep-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

(Project Rainbow II) 

     

NATURAL HAZARD AND RISK ENGINEERING (NHRE) WS 2010/2011 

 By Firdaus (91128) 

   

    

    

This report is submitted as a part of subject of  Evaluation and Re‐Design of Structures 

On 28 February 2011 

Page 2: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

CONTENTS 

 

1. General                      1 2. Modeling of the Structural System                3 

2.1 Interpretation of the Structural System in view of Earthquake Resistant    3 

2.2 Reliable Numerical Model                4 

2.2.1 Layout and Geometry                5 

2.2.2 Cross Sections                  7 

2.2.3 Material Properties and Load Cases             11 

2.2.4 Masses and Distributed Loads              13 

2.3 Identification of Dynamic response Characteristics          17 

3. Capacity Curve, Spectra  and Damage States            19 

3.1 Check the effect of different horizontal Load Pattern          19 

3.2 Application of Capacity Spectrum Method            20 

3.3 Limit States                    26 

3.4 Critical Acceleration Levels in Dependence of Subsoil Conditions      32 

4. Prediction of Structural Damage Corresponding to the Seismic Impact      36 

4.1 According to the 1999 Düzce Earthquake            36 

4.2 Comparison of Predicted with Observed Damage          39 

5. Application of Strengthening and Retrofitting Measures          41 

5.1 Modeling of Strengthening Measures              41 

5.1.1 Reinforced Concrete Columns              42 

5.1.2 Column Flexural Strengthening              44 

5.1.3 Column Ductility Improvement and Shear Strengthening        47 

5.2 Evaluation of the applied strengthening method on the basis the analysis results  51 

6. Conclusions and Recommendations              54 

7. References                      55 

8. Annex  1                      56 

 

 

Page 3: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  1 

 EVALUATION AND RE‐DESIGN OF STRUCTURES 

 

1. General 

The 1999 İzmit earthquake was a 7.6 magnitude earthquake that struck northwestern Turkey on August 

17, 1999, at about 3:02am local time. The event lasted for 37 seconds, killing around 17 thousand people 

and  leaving  approximately  half  a million  people  homeless.  The  nearby  city  of  Izmit was  very  badly 

damaged. 

 

An official Turkish estimate of October 19, 1999, placed the toll at 17,127 killed and 43,959 injured, but 

many  sources  suggest  the  actual  figure may have been  closer  to  45,000 dead  and  a  similar number 

injured.  Reports  from  September  1999  show  that  120,000  poorly  engineered  houses were  damaged 

beyond repair, 50,000 houses were heavily damaged, 2,000 other buildings collapsed and 4,000 other 

buildings were heavily damaged. 600,000 people were left homeless after the earthquake. 

 

Bolu is a province in north western in the Black Sea region of Turkey, midpoint between the large cities 

of  Istanbul  and  Ankara.  It  covers  an  area  of  7,410  km²,  and  the  population  is  271,545.  This  is  an 

attractive forested mountain district centre on the city of Bolu, which has a long history. 

 

The objective of this project is to 

1. Evaluate the vulnerability and slightly damaged of RC frame structures, which were affected by 

the 1999 Düzce earthquake. 

2. Determine  the capacity of  the building, predict and compare  the damage under  the occurred 

seismic action. 

3. Apply some strengthening measures onto the reconstructed building. 

 

The pictures below describe the shaking map which was generated by Mapinfo version 10.5.  It can be 

clearly seen that the earthquake source was situated at the land and it was really near to the main cities.  

Page 4: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  2 

 Figure 1. Shaking map of The 1999 İzmit earthquake 

 

 Figure 2. Detail of Intensity zone due to the 1999 İzmit earthquake 

 

 

Page 5: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  3 

Based on the task, position of Bolu 15 is  Latitude : 40.739479° and Longitude : 31.611561°. 

In the map below, the topography of Bolu city is situated at the valley and the building (Red box) can be 

seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. 

 Figure 3. 3D Perspective with respect to topography by using ArcGIS and sketchup  

 

2. Modeling of the Structural System  2.1. Interpretation of the Structural System in view of Earthquake Resistant 

Nowadays, Earthquakes are very difficult to predict when it will occur and where it is. Therefore, the 

only way  to  prevent  structural  damage  against  a  seismic  loading  in  earthquake  areas  is  through 

proper design and construction. For that purpose,  it is important to sufficiently understand seismic 

activity, dynamic effect and related building response. The dynamic response of a building against 

an  earthquake  vibration  is  an  important  structural  aspect  which  directly  affects  the  structural 

resistance  and  consequently  the  hazard  level.  Not  only  the  direct  member  displacements  and 

member strength must be considered in structural analysis, but also second order effects caused by 

large displacements due to cyclic loading.  

In order  to design an earthquake resistant steel building, engineers can choose different methods 

and  structural  components  capable  to withstand  lateral  loads. These  structural elements  can be: 

shear walls,  concentrically  or  eccentrically  braced  frames, moment  resisting  frames,  diaphragms, 

truss systems and other similar systems. The determination of an appropriate earth resisting system 

Page 6: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  4 

also  is  dependent  upon  the  building  design's  architectural  concept.  Therefore,  the  designer 

responsible  for making an earthquake  resistant building must develop a comprehensive structural 

system  that will  address  the  requirements  of  earthquake  safety,  building  cost,  building  use,  and 

importantly the architectural design.  

 

Figure 4. This building is reconstructed 

by  RC‐Frame  with  Shear  wall  (Blue). 

These  shear  wall  are  necessary  to 

resist  earthquake  force  from  weak 

direction. We  could  install  it  as  a  lift 

access. 

 

2.2. Reliable Numerical Model 

 

PERFORM  3D  is  a  highly  focused  nonlinear  software  tool  for  earthquake  resistant  design. 

Complex  structures,  including  those  with  intricate  shear  wall  layouts,  can  be  analyzed 

nonlinearly using a wide variety of deformation‐based and strength‐based limit states. 

 

PERFORM  3D  provides  powerful  performance  based  design  capabilities,  and  can  calculate 

demand/capacity (usage) ratios for all components and all limit states. Performance assessment 

based on ATC‐40, FEMA‐356 or ATC‐440 is fully automated. 

 

PERFORM 3D output includes usage ratio plots, pushover diagrams, energy balance displays, as 

well as mode shapes, deflected shapes, and time history records of displacements and forces. 

 

Page 7: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  5 

2.2.1. Layout and Geometry  The task (Bolu 15) given, consists of portal frame (column and beam) without wall. The layout of  this building is: 

 Figure 5. Layout of Bolu 15 Building 

 

The 3D perspective of this building can be seen in the figure 6 below: 

Page 8: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  6 

 

Figure 6. 3D perspective of Bolu 15 Building  Detail of each element properties is following below:  

Table 1. Element properties of Bolu 15 

  

 

Elements b h A (m2) γ (kg/m3) W (kg/m) W (kg/cm) W (kN/cm)

A Column_20x100 0.2 1 0.2 2400 480 4.8 0.048B Column_25x60 0.25 0.6 0.15 2400 360 3.6 0.036C Column_25x70 0.25 0.7 0.175 2400 420 4.2 0.042D Column_30x70 0.3 0.7 0.21 2400 504 5.04 0.050E Column_20x190 0.2 1.9 0.38 2400 912 9.12 0.091

beam_20x50 0.2 0.5 0.1 2400 240 2.4 0.024

2.6 m 

2.6 m 

2.6 m 

2.6 m 

Page 9: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  7 

2.2.2. Cross Sections  

Every element has own cross section stiffness and material properties. The table below is describing the detail of cross section properties for Bolu 15. 

Table 2. Section stiffness for each element 

 There are  two  types of  fiber cross section  for beam and column elements, namely  the “Beam 

Inelastic  Fiber  Section”  and  the  “Column  Inelastic  Fiber  Section”.  In  this  project, we  just use 

column element for all sections which is limited 60 fibers for each section. Column sections use 

the fiber properties for bending about both axes, and account for P‐M‐M interaction.  

 

The following material types are currently allowed for the fibers :  

1. steel material 

2. tension‐only material 

3. buckling material 

4. Concrete material. 

 

The detail of fibers for each section is illustrated in the figures below: 

 

 

Dimension

Section stiffness

1 Axial Area (cm2) 2000 1500 1750 2100 1000 3800

2 Shear area Axis 2 (cm2) 1666.7 1250 1458.3 1750 833.33 3166.5

3 Shear area axis 3 (cm2) 1666.7 1250 1458.3 1750 833.33 3166.54 Torsional Inertia 233690 242680 294690 485080 104760 4567105 bending Inertia Axis 2 66667 78125 91146 157500 33333 1266706 bending Inertia Axis 3 1666700 450000 714580 857500 208330 1.14E+07Material properties

1 Young's Modulus  (kN/cm2) 3350 3350 3350 3350 3350 33502 Poisson's ratio 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

3 Shear Modulus (kN/cm2) 1395.8 1395.8 1395.8 1395.8 1395.8 1675

C ‐ 20x190 cm (E)

C ‐ 20x100 cm (A)

C ‐ 25x60 cm (B)

C ‐ 25x70 cm (C)

C ‐ 30x70 cm (D)

B ‐ 20x50 cm

Page 10: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  8 

 

Figure 7. Fiber position in column 20 cm x 100 cm 

Page 11: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  9 

 

Figure 8. Fiber position in column 25 cm x 60 cm 

 

 

Figure 9. Fiber position in column 25 cm x 70 cm 

Page 12: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  10 

 

 

Figure 10. Fiber position in column 30 cm x 70 cm 

 

 

Figure 11. Fiber position in beam 20 cm x 50 cm 

Page 13: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

2. Th

co

C

be

 

 

 .2.3. Mater

he table belo

onsists  of  3 

orrelation  be

elow: 

Stress

Figure 1

rial Propertie

ow explains th

element  typ

etween  stres

Figure

s (kN/cm2) 

2. Fiber posit

s and Load Ca

he material p

pes,  which  a

ss  and  strain 

e 13. Relation

tion in column

ases 

properties for

are  steel  ba

for  each  el

n between Str

 

n 20 cm x 190

r all material 

r,  cover  con

ement  could

ress and Strai

0 cm 

types in Bolu

ncrete  and  c

d  be  illustrate

in 

u 15. Each ele

onfined  conc

ed  by  the  p

 

Strain (cm)

11 

 

ement 

crete. 

icture 

Page 14: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  12 

Table 3. Detail of Stress and Strain for each material type. 

  

 There are 2 load types are applied onto the elements, which are Dead Load and Live Load. These 

loads are distributed on the slab and additional elements. The beam element accommodates all 

these loads into line load along the beam span. 

 

The table below is explaining the detail of Load Cases in Bolu 15. 

     

material Properties SteelCover

concreteConfined Concrete

Young's Modulus [kN/cm2] 20000 3350 3350KH/KO pos 0.003KH/KO neg 0.179 0.313

Tension StressesFY (kN/cm2) 50FU (kN/cm2) 55

Compression StressesFY (kN/cm2) 2.8 2.92FU (kN/cm2) 3.5 4.05

Tension StrainsDU (cm) 0.078DX (cm) 0.088DL (cm) 0.08DR (cm) 0.082FR/FU 0.01

Compression StrainsDU (cm) 0.002 0.00195DX (cm) 0.006 0.0412DL (cm) 0.0025 0.0054DR (cm) 0.005 0.03914FR/FU 0.01 0.8

Tension CapacitiesLevel 1 0.0025 0.0022 0.00392Level 2 0.08 0.004Level 3 0.006

Compression CapacitiesLevel 1 0.0022 0.00392Level 2 0.004Level 3 0.006

Strength Loss Interaction 1

Page 15: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  13 

Table 4. Detail Load cases in Bolu 15 

  2.2.4. Masses and Distributed Loads 

Bolu 15 building is analyzed by considering non linear behavior where we have to investigate the masses (m), damping (c) and stiffness (k). These parameters are related into an equation which is declared in the following below: 

mx¨(t) + cx˙ (t) + kx(t) = f(t) 

Mass is a main factor to determine mode shape due to dynamic load. Mode shape is related to the  frequency/period which  is  generated by  a  vibration  (lateral  load).  In perform 3D, we  are doing a push over analysis where we apply a lateral load to determine maximum capacity from a building. 

The table below describes the masses distribution for each node which is illustrated in the figure 14. 

 

Position Type of Loadthickness

(m)γ

(kN/m3)q

(kN/m2)L (m)

floor_span_1 RC floor 0.16 24 3.84 4.1 15.744 kN/mPlaster and covering 1.25 4.1 5.125 kN/mLightweight partitions 1.25 4.1 5.125 kN/mTotal Dead Load 6.34 25.994 kN/mLive Load 2 4.1 8.2 kN/m

floor_span_2 RC floor 0.16 24 3.84 3.1 11.904 kN/mPlaster and covering 1.25 3.1 3.875 kN/mLightweight partitions 1.25 3.1 3.875 kN/mTotal Dead Load 6.34 19.654 kN/mLive Load 2 3.1 6.2 kN/m

floor_span_3 RC floor 0.16 24 3.84 3.2 12.288 kN/mPlaster and covering 1.25 3.2 4 kN/mLightweight partitions 1.25 3.2 4 kN/mTotal Dead Load 6.34 20.288 kN/mLive Load 2 3.2 6.4 kN/m

roof_span_1 Dead Load 0.2 24 4.8 4.1 19.68 kN/mSnow 1.25 4.1 5.125 kN/mTotal Dead Load 6.05

roof_span_2 Dead Load 0.2 24 4.8 3.1 14.88 kN/mSnow 1.25 3.1 3.875 kN/mTotal Dead Load 6.05

roof_span_3 Dead Load 0.2 24 4.8 3.2 15.36 kN/mSnow 1.25 3.2 4 kN/mTotal Dead Load 6.05

Load

Page 16: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  14 

Table 5. Masses distribution at Bolu 15 

  

Masses at every point above are assigned for all joint in Bolu 15 building. Dead Load masses are 

assigned for all storeys, whereas the Live Load masses are not assigned for 4th storey since there 

is no activity at the top storey. 

 

Slab loads transmitted to beams can be calculated from the areas limited by lines bisecting the 

angles  at  the  corners  of  any  panel  as  shown  in  figure  15.  These  loads  are  of 

triangular/trapezoidal pattern. Transforming these loads to equivalent uniform distributed loads 

is allowed by the code. 

L1 L2 ADead

Load (kN)Live Load

(kN)

Dead Load on the Roof

(kN)Point A 2.05 2.45 5.02 31.84 10.05 30.39Point B 3.60 2.45 8.82 55.92 17.64 53.36Point C 3.15 2.45 7.72 48.93 15.44 46.69Point D 1.60 2.45 3.92 24.85 7.84 23.72Point E 2.05 3.80 7.79 49.39 15.58 47.13Point F 3.60 3.80 13.68 86.73 27.36 82.76Point G 3.15 3.80 11.97 75.89 23.94 72.42Point H 1.60 3.80 6.08 38.55 12.16 36.78Point I 2.05 2.65 5.43 34.44 10.87 32.87Point J 3.60 2.65 9.54 60.48 19.08 57.72Point K 3.15 2.65 8.35 52.92 16.70 50.50Point L 1.60 2.65 4.24 26.88 8.48 25.65Point M 2.05 2.75 5.64 35.74 11.28 34.11Point N 3.60 2.75 9.90 62.77 19.80 59.90Point O 3.15 2.75 8.66 54.92 17.33 52.41Point P 1.60 2.75 4.40 27.90 8.80 26.62Point Q 2.05 2.85 5.84 37.04 11.69 35.35Point R 3.60 2.85 10.26 65.05 20.52 62.07Point S 3.15 2.85 8.98 56.92 17.96 54.31Point T 1.60 2.85 4.56 28.91 9.12 27.59Point U 2.05 2.20 4.51 28.59 9.02 27.29Point V 3.60 1.85 6.66 42.22 13.32 40.29Point W 3.15 1.85 5.83 36.95 11.66 35.26Point X 1.60 1.40 2.24 14.20 4.48 13.55

Page 17: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  15 

 

Figure 14. Slab zone for vertical load at the point 

 

Figure 15. Load Distribution from slab to beams 

Based on the method above, these tables are detail of  loading calculation from the slab to the beams. 

4.1 3.1 3.2

4.9

2.7

2.6

2.9

2.83.7

4.4

A B C D

E F G H

K L

M N

I

O

J

P

Q R S T

UV

W X

Page 18: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  16 

Table 6. Triangular/trapezoidal loads 

  

Table 7. Line Loads for H1 Direction 

 

slab Types b (m) h (m) L1 (m) L2 (m) A (m2)L

(m)Dead Load

(kN/m)Live Load

(kN/m)1.1 triangular 4.1 2.05 4.2025 4.1 6.19 1.95

trapezoidal 2.05 4.9 0.8 5.8425 4.9 5.32 1.681.2 triangular 3.1 1.55 2.4025 3.1 8.18 2.58

trapezoidal 1.55 4.9 1.8 5.1925 4.9 5.98 1.891.3 triangular 3.2 1.6 2.56 3.2 7.93 2.50

trapezoidal 1.6 4.9 1.7 5.28 4.9 5.88 1.862.1 triangular 4.1 1.025 2.10125 4.1 12.37 3.90

trapezoidal 1.025 2.7 0.65 1.716875 2.7 9.97 3.152.2 triangular 3.1 0.775 1.20125 3.1 16.36 5.16

trapezoidal 0.775 2.7 1.15 1.491875 2.7 11.47 3.622.3 triangular 3.2 0.8 1.28 3.2 15.85 5.00

trapezoidal 0.8 2.7 1.1 1.52 2.7 11.26 3.553.1 triangular 4.1 1.025 2.10125 4.1 12.37 3.90

trapezoidal 1.025 2.6 0.55 1.614375 2.6 10.21 3.223.2 triangular 3.1 0.775 1.20125 3.1 16.36 5.16

trapezoidal 0.775 2.6 1.05 1.414375 2.6 11.65 3.683.3 triangular 3.2 0.8 1.28 3.2 15.85 5.00

trapezoidal 0.8 2.6 1 1.44 2.6 11.45 3.614.1 triangular 4.1 1.025 2.10125 4.1 12.37 3.90

trapezoidal 1.025 2.9 0.85 1.921875 2.9 9.57 3.024.2 triangular 3.1 0.775 1.20125 3.1 16.36 5.16

trapezoidal 0.775 2.9 1.35 1.646875 2.9 11.16 3.524.3 triangular 3.2 0.8 1.28 3.2 15.85 5.00

trapezoidal 0.8 2.9 1.3 1.68 2.9 10.94 3.455.1 triangular 4.1 1.025 2.10125 4.1 12.37 3.90

trapezoidal 1.025 2.8 0.75 1.819375 2.8 9.76 3.085.2 triangular 3.1 0.775 1.20125 3.1 16.36 5.16

trapezoidal 0.775 2.8 1.25 1.569375 2.8 11.31 3.575.3 triangular 3.2 0.8 1.28 3.2 15.85 5.00

trapezoidal 0.8 2.8 1.2 1.6 2.8 11.10 3.50

BeamDead Load

(kN/m)

Live Load (kN/m)

Dead Load

(kN/cm)

Live Load (kN/cm)

A-B 6.19 1.95 0.062 0.020B-C 8.18 2.58 0.082 0.026C-D 7.93 2.50 0.079 0.025E-F 18.56 5.85 0.186 0.059F-G 24.54 7.74 0.245 0.077G-H 23.78 7.50 0.238 0.075I-J 24.74 7.80 0.247 0.078J-K 32.72 10.32 0.327 0.103K-L 31.70 10.00 0.317 0.100M-N 24.74 7.80 0.247 0.078N-O 32.72 10.32 0.327 0.103O-P 31.70 10.00 0.317 0.100Q-R 24.74 7.80 0.247 0.078R-S 32.72 10.32 0.327 0.103S-T 31.70 10.00 0.317 0.100U-V 12.37 3.90 0.124 0.039V-W 16.36 5.16 0.164 0.052W-X 15.85 5.00 0.159 0.050

Page 19: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  17 

Table 8. Line Loads for H2 Direction 

  

2.3. Identification of Dynamic response Characteristics  

The  structure  behaves  3‐dimensionally  against  earthquake  ground  motion,  therefore  the  response 

characteristics  are  necessary  to  be  reflected  to  the  design  of  structures.  As  the  first  step  of  a 

breakthrough on the 3‐dimentional Reinforced Concrete (RC) column response behaviors, we focus on 

the bilateral behavior. 

 

The experimental results showed that the effect of bilateral excitation of the column was found to be 

significant on the non‐linear response behavior of the column. Furthermore, it was found that the fiber 

element model  analysis  could  simulate  the  experimental  results well before  the deterioration of  the 

strength of the columns caused by the buckling of  longitudinal reinforcement and the peeling of cover 

concrete. 

 

The figure below describes two drift directions which are used to do Pushover analysis. We are pushing 

the building corresponding to the limit of the drift. 

BeamDead Load

(kN/m)

Live Load (kN/m)

Dead Load

(kN/cm)

Live Load (kN/cm)

A-E 5.32 1.68 0.053 0.017B-F 11.30 3.56 0.113 0.036C-G 11.87 3.74 0.119 0.037D-H 5.88 1.86 0.059 0.019E-I 9.97 3.15 0.100 0.031F-J 21.44 6.76 0.214 0.068G-K 22.74 7.17 0.227 0.072H-L 11.26 3.55 0.113 0.036I-M 10.21 3.22 0.102 0.032J-N 21.87 6.90 0.219 0.069K-O 23.10 7.29 0.231 0.073L-P 11.45 3.61 0.114 0.036M-Q 9.57 3.02 0.096 0.030N-R 20.73 6.54 0.207 0.065O-S 22.11 6.97 0.221 0.070P-T 10.94 3.45 0.109 0.035Q-U 9.76 3.08 0.098 0.031R-V 21.07 6.65 0.211 0.066S-W 22.41 7.07 0.224 0.071T-X 11.10 3.50 0.111 0.035

Page 20: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  18 

 

 

  Figure 16. Drift directions at one corner 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Drift at H1 Direction Drift at H2 Direction

Page 21: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

3. Capa 3.1. C

Struct

displa

 

The g

for pu

than H

  

Limit

SteeSteeConcConc

city Curve, S

Check the eff

tural capacity

acement curv

raph below d

ushover at H

H2 direction. 

Ta

t State at H1 Di

l Yieldingl Ultimatecrete Spallingcrete Degradat

Spectra  and

ect of differe

y is represent

e is by trackin

describes capa

1 direction  is

 

Figure 17

ble 9. Base Sh

irection

Ref. D

%0.0.0.

tion 0.

d Damage St

ent horizonta

ted by a push

ng the base s

acity curve fo

s higher  than

7. Capacity Cu

hear and refe

Drift Base Shea

kN.005 283.03.013 551.13.007 394.44.008 430.55

tates 

l Load Patter

hover curve. T

hear and the 

or 2 push ove

n H2 direction

urve from 2 p

erence drift fr

   

Lim

ar

31 Ste37 Ste46 Con51 Con

rn 

The most con

roof displace

r directions. A

n.  It means, 

push over ana

rom 2 push ov

mit State at H2 

eel Yieldingeel Ultimatencrete Spallingncrete Degrad

nvenient way

ement.  

As shown in t

stiffness at H

alysis 

ver analysis 

Direction

Ref. Dr

%0.1440.418

g 0.193ation 0.240

y to plot the f

the graph, du

H1 direction  i

 

rift Base Shear

kN4% 986.2898% 1746.9803% 1180.4600% 1352.451

19 

force‐

ctility 

is  less 

 

r

9001

Page 22: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  20 

Table 10. Detail Base shear value for each reference drift from 2 push over analysis 

   

3.2. Application of Capacity Spectrum Method  

The Capacity  Spectrum Method  (CSM)  is  a procedure  that  can be  applied  to  Performance‐Based 

Seismic Design which gives a realistic assessment of how a structure will perform when subjected to 

either particular or generalized earthquake ground motion. By converting the base shears and roof 

displacements  from a non‐linear pushover  to equivalent  spectral accelerations and displacements 

and  superimposing  an  earthquake  demand  curve,  the  non‐linear  pushover  becomes  a  capacity 

spectrum. 

 

Ref. Drift F (KN) Ref. Drift F (KN) Ref. Drift F (KN)

0.00% 0 1.20% 556.3774 0.00% 00.00% 3.867924 1.25% 549.0917 0.00% 9.1451090.05% 51.97622 1.29% 535.0541 0.05% 479.10770.10% 90.22143 1.35% 551.1366 0.10% 765.16720.15% 122.2763 1.39% 533.1299 0.14% 986.28930.20% 150.1437 1.44% 546.6237 0.19% 1180.460.25% 177.4794 1.50% 558.7481 0.24% 1352.4510.30% 203.3567 1.55% 570.6151 0.29% 1511.0750.35% 230.1396 1.60% 581.4202 0.34% 1649.3880.40% 256.4514 1.65% 591.7467 0.38% 1734.3530.45% 283.0313 1.70% 562.7814 0.42% 1746.980.50% 307.4047 1.74% 577.0224 0.48% 1791.7240.55% 329.9739 1.79% 588.2768 0.52% 1745.0240.60% 351.804 1.85% 598.5183 0.57% 1755.9310.65% 372.6557 1.89% 597.0939 0.62% 1785.5990.70% 394.446 1.94% 579.803 0.66% 1775.8440.75% 415.4799 1.99% 594.1616 0.73% 1750.7780.80% 430.5507 2.04% 604.0106 0.77% 1770.0390.85% 448.6069 2.09% 606.8904 0.83% 1749.2290.90% 467.3284 2.14% 600.9731 0.87% 1741.7540.95% 484.1482 2.19% 610.2912 0.90% 1728.3481.00% 499.6085 2.23% 584.1528 0.97% 1680.121.05% 514.6893 2.28% 593.8748 1.01% 1666.1641.10% 529.7755 2.33% 577.6529 1.05% 1686.3561.15% 543.2078 2.38% 584.0585

H2 DirectionH1 Direction

Page 23: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

To us

of bas

of the

 

   

The o

lowes

e the capacit

se shear and 

e capacity cur

output from e

st frequency (

y spectrum m

roof displace

rve in Acceler

Figure 18. 

xcitation load

(2.8 rad) or th

Table 11

Mode Numbe

Period

Frequency

method it is n

ement to wha

ration‐Displac

Capacity Spe

d is the funda

he highest pe

1. Period and

er 1

0.36

2.80

ecessary to c

at is called a c

cement Respo

ctrum from 2

amental frequ

riod (0.36 sec

d frequency d

            

2 3

0.34 0.3

2.97 3.3

convert the ca

capacity spect

onse Spectra 

2 push over a

uency or perio

cond). 

ue to excitati

4

30 0.25

39 3.95

apacity curve

trum, which i

(ADRS) forma

nalysis 

od which is d

ion load 

 

5

0.24

4.14

e, which is in t

is a represent

at. 

 

efined as the

21 

terms 

tation 

 

Page 24: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  22 

Table 12. Detail Response Spectrum value for H1 and H2 Direction 

 

Sd (cm) Sa (g) Sa (cm/s2) Area (cm2) Sd (cm) Sa (g) Sa (cm/s2) Area (cm2)

0.000 0.000 0.000 0.000 0.017 0.003 2.463 0.000

0.031 0.006 5.438 0.085 1.181 0.134 131.743 78.152

0.443 0.073 71.942 15.921 2.216 0.213 208.653 176.029

0.843 0.124 121.989 38.790 3.106 0.272 266.616 211.672

1.228 0.165 162.338 54.811 3.957 0.323 316.795 248.007

1.587 0.201 196.804 64.413 4.784 0.368 360.896 280.374

1.956 0.235 230.602 78.886 5.656 0.409 401.218 332.313

2.318 0.267 262.525 89.188 6.584 0.444 435.995 388.508

2.705 0.301 295.692 107.901 7.599 0.466 457.760 453.620

3.095 0.335 328.631 121.970 8.906 0.466 457.180 597.998

3.500 0.369 362.097 139.783 10.656 0.476 466.897 808.381

3.888 0.400 392.586 146.340 12.002 0.459 450.633 617.415

4.264 0.429 420.642 152.919 12.944 0.458 449.281 423.905

4.648 0.456 447.579 166.535 13.882 0.464 454.979 424.012

5.028 0.482 473.216 175.228 14.850 0.460 451.815 439.147

5.436 0.509 500.024 198.646 15.540 0.448 440.144 307.521

5.848 0.536 525.574 211.058 16.115 0.452 443.646 254.253

6.210 0.552 541.355 192.919 16.783 0.443 435.169 293.366

6.600 0.573 562.516 215.266 17.263 0.439 430.879 208.064

7.009 0.596 584.673 234.634 17.819 0.436 427.876 238.627

7.386 0.616 604.500 224.445 18.852 0.422 414.512 435.153

7.758 0.634 622.413 227.800 19.283 0.418 410.124 177.618

8.139 0.652 639.561 240.664 19.859 0.422 414.057 237.315

8.527 0.669 656.427 251.665 ∑ 7631.449

8.896 0.684 671.032 244.641

9.273 0.698 684.996 255.740

9.592 0.677 664.108 215.342

9.925 0.645 633.325 216.123

10.354 0.664 651.235 275.304

10.707 0.631 618.897 223.943

11.111 0.645 633.505 253.367

11.517 0.658 646.252 259.445

11.922 0.671 658.619 264.054

12.299 0.682 669.747 250.669

12.676 0.693 680.191 254.295

13.088 0.650 638.240 272.111

13.437 0.668 655.219 225.379

13.827 0.680 666.943 258.026

14.216 0.690 677.247 261.593

14.612 0.685 672.582 267.165

15.001 0.657 644.473 256.042

15.397 0.673 660.217 258.068

15.783 0.682 669.794 256.798

16.163 0.683 670.247 254.427

16.575 0.673 660.876 274.564

16.931 0.684 671.051 237.209

17.465 0.650 637.664 349.237

17.861 0.660 648.226 254.838

18.321 0.638 626.219 292.874

18.701 0.645 633.062 239.043

∑ 10020.162

H1 Direction H2 Direction

Page 25: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  23 

A  previous  version  of  the seismic  hazard map  for  the  DA‐CH  countries  (Germany  D,  Austria  A, 

Switzerland  CH,  et  al.  Grünthal  1998) was  commissioned  by  the  German  Institute  for  Building 

Technology (DIBt) as the basis for the map of seismic zones of the DIN 4149 (amended 2005) and for 

the National Annex to Eurocode 8. 

 

Elastic Response Spectra DIN 4149 (2002) is drawn by following the equilibrium below: 

 

As shown in Table 13, five different subsoil classes (A‐E) are defined. The main distinguishing feature 

is the average shear wave velocity Vs,30 that exists in the uppermost 30 meters of the subsoil layers. 

If Vs,30  is not  available,  the  Standard  Penetration  Test blow‐count NSPT  should be used  for  site 

classification. The value cu describes the shear strength of the soil that has not been drained. 

Table 13. Subsoil characteristic according to EC8 

    

Equivalent  linearization  is used as a part of a nonlinear static procedure that models the nonlinear 

response  of  a  building  with  a  SDOF  oscillator,  the  objective  is  to  estimate  the  maximum 

displacement response of the nonlinear system with an “equivalent” linear system using an effective 

period, Teff, and effective damping, βeff. 

Effective  viscous  damping  values  (βeff),  expressed  as  a  percentage  of  critical  damping,  for  all 

hysteretic model types and alpha values have the following form: 

For 1 < μ < 4 

βeff = A(μ‐1)2 + B(μ‐1)3 + β0 

T = 0 Se (T) = ag * S

TA < T < TB Se (T) = ag * S * [1 + T/TB * (η * β0 - 1)]

TB < T < TC Se (T) = ag * S * η * β0

TC < T < TD Se (T) = ag * S * η * β0 * TC/ T

TD < T Se (T) = ag * S * η * β0 * (TC * TD)/ T²

Page 26: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  24 

For 4 < μ < 6.5 

βeff = C + D(μ‐1) + β0 

For μ > 6.5 

( )( )

2

020

1 1

1eff

eff

TFE

TF

μβ β

μ

⎡ ⎤− − ⎛ ⎞⎢ ⎥= +⎜ ⎟⎢ ⎥−⎡ ⎤ ⎝ ⎠⎣ ⎦⎣ ⎦

 

Effective period values for all hysteretic model types and alpha values have the following form: 

For 1 < μ < 4 

Teff = [G(μ‐1)2 + H(μ‐1)3 +1]T0 

For 4 < μ < 6.5 

Teff = [I + J(μ‐1) + 1]T0 

For μ > 6.5 

( ) 01 1 1

1 2effT K TLμ

μ

⎧ ⎫⎡ ⎤−⎪ ⎪= − +⎢ ⎥⎨ ⎬+ −⎢ ⎥⎪ ⎪⎣ ⎦⎩ ⎭  

Values of the coefficients in the equations for effective damping (βeff) and period (Teff ) of the 

model oscillators are tabulated in Table 14 and table 15. 

Table 14. Coefficient for use in equations for effective period 

 

Model alpha [%] G H I J K L

Bilinear hysteretic BLH 0 0.11 ‐0.017 0.27 0.09 0.57 0Bilinear hysteretic BLH 2 0.10 ‐0.014 0.17 0.12 0.67 0.02Bilinear hysteretic BLH 5 0.11 ‐0.018 0.09 0.14 0.77 0.05Bilinear hysteretic BLH 10 0.13 ‐0.022 0.27 0.10 0.87 0.1Bilinear hysteretic BLH 20 0.10 ‐0.015 0.17 0.094 0.98 0.2

Stiffness degrading STDG 0 0.17 ‐0.032 0.10 0.19 0.85 0Stiffness degrading STDG 2 0.18 ‐0.034 0.22 0.16 0.88 0.02Stiffness degrading STDG 5 0.18 ‐0.037 0.15 0.16 0.92 0.05Stiffness degrading STDG 10 0.17 ‐0.034 0.26 0.12 0.97 0.1Stiffness degrading STDG 20 0.13 ‐0.027 0.11 0.11 1.00 0.2Stiffness degrading STDG ‐3 0.18 ‐0.033 0.17 0.18 0.76 ‐0.03Stiffness degrading STDG ‐5 0.20 ‐0.038 0.25 0.17 0.71 ‐0.05

Page 27: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  25 

Table 15. Coefficient for use in equations for effective damping 

  

MADRS (Modified Acceleration‐Displacement Response Spectrum) method estimates the maximum 

displacement  response  of  nonlinear  system with  an  equivalent  linear  system  using  the  effective 

period  (Teff)  and  effective  damping  (βeff).  The  effective  linear  parameters  are  functions  of  the 

capacity spectrum, the corresponding initial period and damping, and the ductility demand (μ). 

 

The use of effective period and damping generate a maximum displacement that coincides with the 

intersection  of  the  radial  effective  period  line  and  the  ADRS  demand.  The  intersection  point  is 

presented by the amax and dmax. 

 

Figure 19. MADRS for use with secant period 

Model alpha [%] A B C D E F

Bilinear hysteretic BLH 0 3.2 ‐0.66 11 0.12 19 0.73Bilinear hysteretic BLH 2 3.3 ‐0.64 9.4 1.1 19 0.42Bilinear hysteretic BLH 5 4.2 ‐0.83 10 1.6 22 0.4Bilinear hysteretic BLH 10 5.1 ‐1.1 12 1.6 24 0.36Bilinear hysteretic BLH 20 4.6 ‐0.99 12 1.1 25 0.37

Stiffness degrading STDG 0 5.1 ‐1.1 12 1.4 20 0.62Stiffness degrading STDG 2 5.3 ‐1.2 11 1.6 20 0.51Stiffness degrading STDG 5 5.6 ‐1.3 10 1.8 20 0.38Stiffness degrading STDG 10 5.3 ‐1.2 9.2 1.9 21 0.37Stiffness degrading STDG 20 4.6 ‐1 9.6 1.3 23 0.34Stiffness degrading STDG ‐3 5.3 ‐1.2 14 0.69 24 0.9Stiffness degrading STDG ‐5 5.6 ‐1.3 14 0.61 22 0.9

Page 28: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  26 

MADRS demand curve is obtained by multiplying the ordinates of the ADRS demand corresponding 

to the effective damping (βeff) by the modification factor M. 

2 2 2

0

sec 0 sec

eff effT T TMT T T

⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞= =⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟

⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠   where   

( )2

0

sec

1 1TT

α μμ

+ −⎛ ⎞=⎜ ⎟

⎝ ⎠  

α is the post‐elastic stiffness and u is the ductility demand and given by 

pi y

pi y

y

y

a ad d

ad

α

⎛ ⎞−⎜ ⎟⎜ ⎟−⎝ ⎠=   

pi

y

dd

μ =  

Spectral reduction factors are applied to obtain reduced demand spectra for the appropriate level of 

effective  damping  (βeff).  In  the MADRS method,  these  factors  are  termed  damping  coefficients, 

B(βeff), and used to adjust spectral acceleration ordinates given as follow:

 

( ) ( )( )

0aa

eff

SS

Bβ β=  

45.6 ln ( %)eff

Binβ

=−

 

 

3.3. Limit States 

A nonlinear analysis can produce a huge volume of analysis results. If you make effective use of limit 

states you can distill the results down to a few usage ratios that can tell you whether the structure 

satisfies the performance requirements. The limit states type are following below: 

• Deformation limit states, based on deformation capacities for inelastic components. 

• Strength limit states, based on strength capacities for elastic components and strength 

sections. 

• Drift limit states, based on drifts. 

• Deflection limit states, based on deflections. 

• Shear strength limit states for structure sections. 

 

Page 29: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  27 

1. Steel Yielding 

The yield strength or yield point of a material is defined  in engineering and materials science as 

the stress at which a material begins to deform plastically. Prior to the yield point the material 

will deform elastically and will return to  its original shape when the applied stress  is removed. 

Once  the yield point  is passed  some  fraction of  the deformation will be permanent and non‐

reversible. 

 

2. Steel Ultimate 

Ultimate  tensile strength (UTS), often  shortened  to tensile strength (TS) or ultimate strength,is 

the  maximum stress that  a  material  can  withstand  while  being  stretched  or  pulled 

before necking, which is when the specimen's cross‐section starts to significantly contract. 

 

3. Concrete Spalling 

Spalling concrete is concrete which  breaks  up,  flakes,  or  becomes  pitted.  This  is  usually  the 

result of a combination of poor installation and environmental factors which stress the concrete, 

causing  it  to  become  damaged.  On  a  low  level, concrete spalling can  be  purely  cosmetic  in 

nature. However,  it  can  also  result  in  structural  damage  such  as  damage  to  reinforcing  bars 

positioned inside the concrete. For this reason, it is important to address spalling concrete when 

it first starts to appear. 

 

4. Concrete Degradation 

Concrete  degradation may  have  various  causes. Concrete can  be  damaged  by  fire,  aggregate 

expansion,  sea  water  effects,  bacterial  corrosion,  calcium  leaching,  physical  damage  and 

chemical  damage  (from  carbonation,  chlorides,  sulfates  and  distilled  water).  This  process 

adversely affects concrete exposed to these damaging stimuli.  

   

  The result of pushover analysis for each limit state is: 

       

Page 30: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  28 

Table 16. Response Spectrum for each Limit State  

  

A bilinear representation of the capacity spectrum is needed to estimate the effective damping 

and  appropriate  reduction  of  spectral  demand.  Construction  of  the  bilinear  representation 

requires definition of  the point  api  and dpi.  This point  is  the  trial performance point which  is 

estimated by the engineer to develop a reduced demand response spectrum. 

 

The graphs below are bilinear  representation  for each  limit  state which are  calculated  for H1 

and H2 direction. 

 

Table 17 below is an example of calculation for determining effective damping, effective period, 

MADRS  and  damping  coefficient  (B).  These  parameters  are  defined  to  determine  critical 

acceleration  level.  The  others  calculation  details  are  enclosed  in  the  Annex  1.

Results for each Limit State at H1 DirectionDisplacement

cm g cm/s2

Steel Yielding 3.500 0.369 362.1Steel Ultimate 10.354 0.664 651.2Concrete Spalling 5.436 0.509 500.0Concrete Degradation 6.210 0.552 541.4

Results for each Limit State at H2 DirectionDisplacement

cm g cm/s2

Steel Yielding 3.106 0.272 266.6Steel Ultimate 8.906 0.466 457.2Concrete Spalling 3.957 0.323 316.8Concrete Degradation 4.784 0.368 360.9

Acceleration

Acceleration

Page 31: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

Figure 20. Bilinnear vs Capacity sspectrum for pusshover analysis att H1 direction  

29 

 

Page 32: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

Figure 21. Bilinnear vs Capacity s

 

spectrum for pusshover analysis att H2 direction

30 

 

Page 33: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  31 

Table 17. An example calculation for determining Effective damping and period 

  

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

d0 cm 0 0.000 0.000 0.000

dy cm 0.5 4.000 0.600 0.700

dpi cm 3.500 10.354 5.436 6.210

a0 cm/s20 0.000 0.000 0.000

ay cm/s297 485.000 120.000 140.000

api cm/s2362.1 651.235 500.024 541.355

Ay cm2 24.250 970.000 36.000 49.000

Api cm2 688.663 3609.881 1499.347 1877.008A1 cm2 712.913 4579.881 1535.347 1926.008A2 cm2 711.748 4557.015 1551.416 1955.393Diff. cm2 0.164 0.502 -1.036 -1.503To sec 0.451 0.571 0.444 0.444α (%) 45.548 21.577 39.288 36.423α (%) 20.000 20.000 20.000 20.000

A 4.600 4.600 4.600 4.600B ‐0.990 ‐0.990 ‐0.990 ‐0.990C 12.000 12.000 12.000 12.000D 1.100 1.100 1.100 1.100E 25.000 25.000 25.000 25.000F 0.370 0.370 0.370 0.370G 0.100 0.100 0.100 0.100H ‐0.015 ‐0.015 ‐0.015 ‐0.015I 0.170 0.170 0.170 0.170J 0.094 0.094 0.094 0.094K 0.980 0.980 0.980 0.980L 0.200 0.200 0.200 0.200

β0 = 5.000 5.000 5.000 5.000

η = 1.000 1.000 1.000 1.000

Sub Soil A A A A

Vs,30 >800 >800 >800 >800S 1.000 1.000 1.000 1.000TB 0.150 0.150 0.150 0.150TC 0.400 0.400 0.400 0.400

TD 2.000 2.000 2.000 2.000μ 7.000 2.589 9.061 8.871

Teff = 0.775 0.680 0.805 0.802

βeff = 23.253 12.639 23.284 23.352M = 50.985 17.994 58.748 58.141B = 1.630 1.306 1.631 1.633

B / M = 0.032 0.073 0.028 0.028ag cm/sec2 2264.804 1794.821 3601.789 3854.624

TB < T < TC g 2.308 1.829 3.670 3.927ag cm/sec2 4386.576 3052.491 7246.960 7725.189

TC < T < TD g 4.469 3.110 7.384 7.871ag cm/sec2 1699.225 1038.288 2916.241 3096.465

TD < T g 1.731 1.058 2.971 3.155

Soil Type

 ICo

eff. Eff. Dam

ping

Coeff. Eff. Period

Page 34: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  32 

3.4. Critical Acceleration Levels in Dependence of Subsoil Conditions 

Critical Acceleration Level is related to Peak Ground Acceleration (PGA) where it is a measure of 

earthquake  acceleration  on  the  ground  and  an  important  input  parameter  for  earthquake 

engineering. 

 

Tables below are summaries of critical acceleration  level  for each Limit State at different sub 

soil condition which follows seismic code DIN 4149. 

Table 18. Critical Acceleration Level for pushover analysis at H1 Direction 

  

Steel Yielding 

(g)

Steel Ultimate 

(g)

Concrete Spalling

(g)

Concrete Degradation 

(g)

Soil Type

 I

Sub Soil A TB < T < TC 2.31 1.83 3.67 3.93

TC < T < TD 4.47 3.11 7.38 7.87TD < T 1.73 1.06 2.97 3.15

Soil Type

 I

Sub Soil A

Sub Soil B TB < T < TC 1.92 1.52 3.06 3.27

TC < T < TD 2.98 2.07 4.92 5.25TD < T 1.15 0.71 1.98 2.10

Soil Type

 I Sub Soil B

Sub Soil C TB < T < TC 2.01 1.59 3.19 3.42

TC < T < TD 2.59 1.80 4.28 4.56TD < T 1.00 0.61 1.72 1.83

Soil Type

 I

Sub Soil C

Sub Soil D TB < T < TC 1.71 1.35 2.72 2.91

TC < T < TD 1.66 1.15 2.73 2.92TD < T 0.64 0.39 1.10 1.17

Soil Type

 I

Sub Soil D

Sub Soil E TB < T < TC 1.65 1.31 2.62 2.81

TC < T < TD 2.55 1.78 4.22 4.50TD < T 0.99 0.60 1.70 1.80

Soil Type

 ISoil Type

 II

Sub Soil A

Sub Soil E

TB < T < TC 2.31 1.83 3.67 3.93TC < T < TD 7.15 4.98 11.81 12.59TD < T 4.62 2.82 7.92 8.41

Soil Type

 II

Sub Soil A

Sub Soil B TB < T < TC 1.71 1.35 2.72 2.91

TC < T < TD 5.30 3.69 8.75 9.33TD < T 3.42 2.09 5.87 6.23

Soil Type

 II Sub Soil B

Sub Soil C TB < T < TC 1.54 1.22 2.45 2.62

TC < T < TD 4.77 3.32 7.88 8.40TD < T 3.08 1.88 5.28 5.61

Soil Type

 II

Sub Soil C

Sub Soil D TB < T < TC 1.28 1.02 2.04 2.18

TC < T < TD 3.31 2.30 5.47 5.83TD < T 2.14 1.31 3.67 3.90

Soil Type

 II

Sub Soil D

Sub Soil E TB < T < TC 1.44 1.14 2.29 2.45

TC < T < TD 4.47 3.11 7.38 7.87TD < T 2.89 1.76 4.95 5.26

Soil Type

 II

Sub Soil E

Page 35: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  33 

Table 19. Critical Acceleration Level for pushover analysis at H2 Direction 

  

Based on two tables above,  it can be clearly seen that Critical Acceleration Level for pushover 

analysis at H1 Direction is relatively higher than H2 Direction. 

   

These  values  are different due  to  the  regularity of  the building. According  to  the  layout,  the 

stiffness  of  the  building  at  H2  direction  is  higher  than  H1  direction.  Therefore,  the  critical 

acceleration value at H1 direction is higher than H2 direction. 

Steel Yielding 

(g)

Steel Ultimate 

(g)

Concrete Spalling

(g)

Concrete Degradation 

(g)

Soil Type

 ISub Soil A TB < T < TC 1.17 2.10 1.57 2.06

TC < T < TD 2.42 4.24 3.25 4.43TD < T 1.00 1.71 1.34 1.90

TB < T < TC 0.97 1.75 1.31 1.72TC < T < TD 1.61 2.83 2.16 2.95TD < T 0.67 1.14 0.89 1.27

TB < T < TC 1.02 1.83 1.37 1.80TC < T < TD 1.40 2.46 1.88 2.57TD < T 0.58 0.99 0.78 1.10

TB < T < TC 0.87 1.56 1.16 1.53TC < T < TD 0.89 1.57 1.20 1.64TD < T 0.37 0.64 0.50 0.70

Soil Type

 ISub Soil A

Sub Soil B

Sub Soil C

Sub Soil D

Sub Soil E TB < T < TC 0.83 1.50 1.12 1.47

TC < T < TD 1.38 2.42 1.85 2.53TD < T 0.57 0.98 0.77 1.09

Soil Type

 I

Sub Soil E

Soil Type

 II

Sub Soil A TB < T < TC 1.17 2.10 1.57 2.06

TC < T < TD 3.87 6.79 5.19 7.09TD < T 2.66 4.57 3.57 5.07

Soil Type

 II

Sub Soil A

Sub Soil B TB < T < TC 0.87 1.56 1.16 1.53

TC < T < TD 2.86 5.03 3.85 5.25TD < T 1.97 3.39 2.65 3.76

Soil Type

 II Sub Soil B

Sub Soil C TB < T < TC 0.78 1.40 1.05 1.38

TC < T < TD 2.58 4.53 3.46 4.73TD < T 1.78 3.05 2.38 3.38

Soil Type

 II

Sub Soil C

Sub Soil D TB < T < TC 0.65 1.17 0.87 1.15

TC < T < TD 1.79 3.14 2.40 3.28TD < T 1.23 2.12 1.65 2.35

Soil Type

 II

Sub Soil D

Sub Soil E TB < T < TC 0.73 0.42 1.29 1.61

TC < T < TD 2.42 0.99 4.53 5.80TD < T 1.67 0.48 3.31 4.36

Soil Type

 II

Sub Soil E

Page 36: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

 Figure 22. Crritical Acceleratioon Level for pushoover analysis at HH1 Direction 

34 

Page 37: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

 

 

 

 

 

Figure 23. Crritical Acceleratioon Level for pushoover analysis at HH2 Direction 

35 

 

Page 38: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  36 

4. Prediction of Structural Damage Corresponding to the Seismic Impact  4.1. According to the 1999 Düzce Earthquake 

The Düzce  earthquake  of  1999 was  an earthquake that  occurred  on  12 November  1999  at  18.57 

local  time  (16.57 UTC}  with  a moment  magnitude of  7.2,  causing  damage  and  894  fatalities 

in Duzce, Turkey. The epicenter was approx. 100 km (62 mi) to the east of the moment magnitude 

7.4 1999 İzmit earthquake of 17 August, 1999, which killed over 17,000 people. 

 

A total of 1,202 buildings were surveyed. Approximately 90% of them were 1‐ to 6‐story reinforced 

concrete structures. The data gathered can be classified into two groups. The first group of data was 

obtained through a sampling process that will be referred to as the ‘‘general survey.’’ The purpose 

of  this  type of  survey was  to  investigate  the  spatial distribution of  the damage within a  city. The 

information  recorded  for  each  structure  surveyed  included  damage  rating,  number  of  stories, 

pictures, and location. A total of 1,021 buildings were surveyed in this manner in Bolu and Du¨zce. 

 

The damage scale used to categorize all the buildings surveyed refers to structural members only. 

The  damage  of  a  structure was  labeled  ‘‘light’’  if  characterized  by  hairline  inclined  and  flexural 

cracks.  Structures  with  wider  cracks  and  spalling  of  concrete  were  classified  as  structures  with 

‘‘moderate  damage.’’  Structures  with  local  structural  failures  were  classified  as  structures  with 

‘‘severe damage.’’ 

 

Figure 24. Map of Turkey and locations of the epicenters and surveyed cities. 

Page 39: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  37 

 

 

Figure 25 . Distribution of damage in Düzce.  

 Figure 26. Distribution of damage in Bolu. 

Page 40: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  38 

 Figure 27. General survey results for Düzce and Bolu. 

 

Page 41: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  39 

4.2. Comparison of Predicted with Observed Damage  

In spite of their relatively poor construction quality, many buildings that were close to the rupture, 

but  not  directly  on  it,  did  not  suffer  serious  damage.  Available  attenuation  relationships  for 

earthquake ground motion parameters such as peak ground acceleration would  lead to a different 

conclusion.  Existing  attenuation  relationships  (Anderson  2000,  Rathje  2003) would  indicate  that 

within  a  certain  distance  to  fault  line  (approximately  1  to  20  km)  peak  ground  acceleration 

‘‘saturates.’’ Beyond the saturation zone PGA would be expected to decrease. 

Observations made after the 1999 Turkey earthquakes indicate that ground acceleration decreased 

in  the  vicinity of  the  fault  line. There  is no  sufficient data  to discern  the boundaries of  the  zone 

where structural damage seemed to indicate lower acceleration demands. It is clear, however, that 

this is a relatively narrow zone whose width may be in the order of tens to hundreds of meters. 

 

Figure 28. Failure of a shear wall in Bolu.  Figure 29. Typical example of captive columns. 

Figure 30. Column failure, Bolu government hospital. 

Page 42: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  40 

According  to  the  figure  below,  red  boundary  is  indicating  the  expected  failure  area which  is 

usually called “Strong Column Weak Beam” mechanism.  This figure was taken from Perform 3D 

which uses Bolu 15 as a model.  It can be clearly seen that the red  indicator  in the boundary  is 

the  critical  element which  should  be  retrofitted  or  strengthened  by  additional  elements,  for 

instance steel bar, cover concrete or steel plate. 

 Figure 31. Deflected shape according to combination all limit states for H1 direction 

Minimum usage ratio for each color: 0.0   0.4   0.6   0.8   1 

 

Zone A and B are unexpected failure mechanism where the column and beam have the critical 

condition at the same time. This situation will cause soft storey effect at the 2nd storey, whereas 

zone C indicates expected failure mechanism, where beam element will collapse before column. 

On the other word, Strong Column weak Beam mechanism is fulfilled at zone C. It means, we do 

not need to retrofit this joint due to predicted earthquake. 

 Zone D  is  comparable  to  a damage  case  in  the  figure 31  above. As we  can  see  in  the  green 

boundary, there is red line near to the foundation. It indicates the critical zone which should be 

strengthened by additional cross bar. It  is required to increase moment resistance capacity due 

to excitation load. 

Drift H1 Direction 

Zone A Zone B 

Zone C 

Zone D 

Page 43: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  41 

5. Application of Strengthening and Retrofitting Measures  5.1. Modeling of Strengthening Measures 

Seismic  Strengthening  (retrofitting)  is  an  action  taken  to  upgrade  the  seismic  resistance  of  an 

existing  building  so  that  it  becomes  safer  under  future  earthquakes.  This  can  be  in  the  form  of 

providing  seismic  bands,  eliminating  sources  of  weakness  or  concentrations  of  large mass  and 

openings in walls, adding shear walls or strong column points in walls, bracing roofs and floors to be 

able  to act as horizontal diaphragms, adequately connecting  roofs  to walls and columns and also 

connecting between walls and foundations. 

 

It  is known  that certain  types of building structures and a  few specific components of  these have 

repeatedly failed in earthquakes and are prime candidates for renovation and strengthening. Some 

of these are:  

• Buildings with irregular configurations such as those with abrupt changes in stiffness, large 

floor openings, very large floor heights etc.  

• Buildings or structures on sites prone to liquefaction  

• Buildings with walls  of  un‐reinforced masonry, which  tend  to  crack  and  crumble  under 

severe ground motions.  

• Building with lack of ties between walls and floors or roofs  

• Buildings with non‐ductile concrete frames, where shear failure at beam‐column joints and 

column failures are common.  

• Concrete buildings in which insufficient lengths of bar anchorage are used.  

• Concrete buildings with  flat‐slab  framing, which  can be  severely affected by  large  storey 

drifts.  

 

Before commencing any repairs it is important to 

• Determine the materials which have been used in the damaged building 

• Carry out a detailed foundation check; 

• Carry out a detailed structural assessment of the damaged building with particular attention 

to vulnerable elements of the structure. 

 

 

Page 44: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  42 

Methods of retrofitting reinforced concrete columns include: 

• Complete or partial replacement. 

• Addition of supplemental columns. 

• Shear or flexural strengthening. 

• Improvement of column ductility. 

 

The most popular of these methods is ductility improvement, which is possible using one or more of 

the following techniques: 

• Steel jacketing. 

• Active confinement by prestressing wire. 

• Active or passive confinement by a composite fiber/epoxy jacket. 

• Reinforced concrete jacketing. 

 

5.1.1. Reinforced Concrete Columns 

Total or partial column  replacement will  require placement of  temporary shoring  to carry  the 

weight  of  the  bridge  while  the  column  is  being  removed  and  replaced.  This  shoring  must 

generally be capable of resisting the horizontal loads produced by small earthquakes. 

 

5.1.1.1. Total Replacement 

Total column replacement will sometimes be the most appropriate method for retrofitting the 

bridge substructure. It will usually be necessary to modify or replace both the footing supporting 

the column and the pier cap to which the column  is connected.  In fact,  it  is often the need to 

replace  the  foundation, or strengthen  the pier cap, that mandates column replacement  in the 

first  place.  Replacement  should  also  be  considered  when  the  column  is  damaged  or 

deteriorated,  column  flexural  capacity  is  grossly  inadequate,  or  where  space  limitations  or 

architectural considerations preclude other retrofitting alternatives. 

 

Page 45: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  43 

 Figure 32. An example of total replacement  

 

5.1.1.2.  Partial Column Replacement 

Partial column  replacement  involves  the  removal of  surface concrete  in  the  region of  the 

potential plastic hinge zone. The main vertical column reinforcement is cut and replaced by 

machined  ‘fuse bars’ that are,  in turn, connected to the existing main steel outside of the 

plastic  hinge  zone.  The  connection  is made  by  welded  splice  plates  to  which  threaded 

couplers are welded so that the fuse bars can be replaced in the future. 

Page 46: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  44 

  Figure33. An example for partial column replacement 

 5.1.2. Column Flexural Strengthening 

Three methods for increasing column strength are:  

5.1.2.1. Concrete Overlays 

Applying  full  or  partial  height  concrete  overlays  to  the  face  of  an  existing  column  can 

increase a column’s  flexural strength. A sufficient number of dowels must be provided  for 

shear  transfer  between  the  overlay  and  the  existing  column  and  a  roughened  contact 

surface can also help in this regard. 

 

Page 47: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  45 

 Figure 34. An example for  concrete overlays 

 

5.1.2.2. Added Reinforcement in Conjunction with Steel Shell 

The  strength  of  an  existing  column  can  also  be  increased  by  adding  extra  longitudinal 

reinforcement  in  the grout  space between a  steel  shell and  the  column. This will  require 

adequate shear transfer between the grout and the existing column, which can generally be 

assured by roughening the existing concrete surface or providing drilled and grouted dowels 

on the surface of the existing column. 

Page 48: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  46 

 

Figure 35. An Example for Added Reinforcement in Conjunction with Steel Shell 

 

5.1.2.3. Composite Steel Shell 

A steel shell can also contribute  to  flexural strength  if sufficient shear  transfer  is provided 

between the shell and the grout. This is done by coating the inside of the steel shell with an 

epoxy adhesive impregnated with grit. Steel shear rings, on the inside of the shell, consisting 

of welded reinforcing bar hoops, steel bars, or weld beads can also be used for this purpose. 

High  strength  adhesives  can  be  used  to  bond  steel  plates  to  the  surface  of  the  existing 

column. 

Page 49: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  47 

 Figure 36. An example for Composite Steel Shell 

 5.1.3.  Column Ductility Improvement and Shear Strengthening 

 

One of  the principal  reasons  for  the  low ductility of existing  reinforced concrete columns was 

the practice of using starter bars at the base of columns where plastic hinges are likely to form. 

Failure  in  the  splice  between  the  starter  bars  and  the  longitudinal  reinforcement  generally 

occurs when the concrete surrounding the reinforcing bars splits due to radial stresses that are 

produced as the deformed bar tries to pull out of the concrete socket into which it is cast. Once 

split, the concrete socket dilates and allows the bar to pull free. 

 

5.1.3.1. Steel Jacketing 

This  technique was originally developed  for  circular  columns,  it  is  currently  the preferred 

method used by Caltrans for the seismic retrofits of bridge columns. 

Page 50: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  48 

 

A steel jacket is effective as passive confinement, but confinement is not provided until the 

radial expansion of the concrete column  induces circumferential stresses  in the steel shell. 

This radial expansion occurs as a result of bulging caused by high axial compression strains in 

the  concrete  and  dilation  around  longitudinal  reinforcement  caused  by  vertical  cracking 

near  the bar splices. Similar radial dilation occurs with  the development of diagonal shear 

cracks in the concrete of the column. 

Figure 37. An example for Steel Jacketing 

 

For rectangular columns, the recommended procedure  is to use an oval  jacket, which provides 

continuous  confining  action  similar  to  that  for  a  circular  column. Because of  increased  space 

between the shell and the existing column, small sized aggregate  is added to the grout that  is 

placed in the gap between the column and the shell. 

Page 51: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  49 

Figure 38. Steel oval jacketing for rectangular column 

5.1.3.2.  Fiber Composite Jacketing 

There are a number of proprietary techniques for jacketing or wrapping deficient concrete 

columns  that  use  advanced  fiber  composites  to  increase  the  flexural  ductility  and  shear 

strength, and to correct lap splice length deficiencies at ends of columns. These composites 

are usually high strength glass  (E‐glass), carbon, or aramid  fibers oriented primarily  in  the 

circumferential direction of the column, and bound in a polyester, vinyl ester, or epoxy resin 

matrix. The resulting material has anisotropic properties, which allows the flexural ductility, 

splice strength and shear strength of a column to be improved without significantly affecting 

flexural strength and stiffness. Since the properties of a cured composite  laminate depend 

on  the particular  fiber and  resin combination,  it  is advisable  to use only components  that 

have been developed for use as part of a system and thoroughly tested. Detailed guidance 

on the use of composites for column wraps  is available  in ACI’s Design and Construction of 

Externally Bonded FRP Systems for Strengthening Concrete Structures (ACI, 2002). 

 

Mechanical properties of fibers used in modern fiber‐reinforced plastic composites. 

Page 52: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  50 

Table 20. Type of fiber‐reinforced plastic composites 

 

Plates of fiber reinforced plastics (FRP) can be used instead of steel plates. The advantage with 

FRP plate is the avoidance of corrosion problem, which is a problem for steel plates. FRP plates 

are most popular  in the retrofitting of bridges as FRP  is resistant to corrosion caused by acids, 

alkalis and  salts. Both glass  fiber  reinforced plastic  (GFRP) and  carbon  fiber  reinforced plastic 

(CFRP) are used for retrofitting purposes.  

 

Figure 39. An example for Fiber Composite Jacketing 

 

Large  number  of  cracks  of  various  sizes  is  generated  in  the  concrete  structures  due  to 

earthquake. There are three basic methods of crack repair: to ‘glue’ the cracked concrete back 

together  by  epoxy  injection  or  grouting,  to  ‘stitch’  the  cracked  concrete  with  dowels  or  to 

enlarge the crack and ‘caulk’ it with a flexible or semi rigid sealant.  

 

Jacketing, pinning,  stitching,  strapping etc. are  some of  the methods of  retrofitting distressed 

structural elements. Depending on the types of distress and the importance of the structure an 

appropriate type of retrofitting technique is adopted.  

Page 53: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  51 

5.2. Evaluation of the applied strengthening method on the basis the analysis results  

The  following  are  the  highlights  of  proposed  retrofit  based  on  the  performance  based  design 

methodology. 

• Reinforced  concrete  infill  of  a  few  openings  to  prevent  soft  story  mechanisms  from 

developing. 

• Fiber Reinforced Polymer  (FRP) pier wraps  to  strength  the existing piers where  significant 

shear demands are present. 

• FRP chords to strengthen the diaphragm at higher floor levels. 

 

The deflected shape figures below are defined from pushover analysis at H1 and H2 direction. Color 

indicators are representative from combination of all limit states which was explained above. Based 

on the color indicators below, it can be clearly seen that there is soft storey mechanism effect at H1 

Direction  which  is  illustrated  in  circle  A  at  figure  40. Whereas  at  H2  Direction  occurs  collapse 

mechanism which is indicated red line alone column (rectangular B) at figure 41. 

Minimum usage ratio for each color : 0.0   0.4   0.6   0.8   1 

 

Minimum usage ratio for each color : 0.0   0.4   0.6   0.8   1 

 Figure  40. Deflected  shape of   pushover  analysis for H1 direction  

Figure 41. Deflected shape of  pushover analysis for H2 direction 

 

B

Page 54: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  52 

In  order  to  indicate  the  failure  mechanism  more  detail  for  every  limit  state,  the  figure  42  is 

describing  the deflected  shape at  frame 1  (H1 Direction)  for  steel ultimate  limit  state. The  frame 

below is could be retrofitted by using some methods which have been explained above. 

 

 Minimum usage ratio for each color : 0.0   0.4   0.6   0.8   1 

Figure 42. Deflected shape at frame 1 (H1 Direction) for all limit states.  

 

According to figure 42 and figure 43, there are 2 retrofit types for strengthening the structure 

due to dynamic  load. FRP Catch Mechanism (FRP C.M)  is  installed at soft storey zone potential 

which  is necessary to support these  joints due to  lateral  loads.  In addition, concrete overlay  is 

also given at  the  first  storey  for  strengthening  this area due  to  lack of “Strong Column Weak 

Beam” mechanism. 

 

These  retrofit  types  should  be  investigated  by  using  Finite  Element  Software,  for  instance, 

ANSYS, ABAQUS and ADINA. If we use Perform 3D, it does not give us specific result with respect 

to non  linear behavior. But we  could  create a model where  the element properties between 

existing frame and additional retrofit element are combined and simplified into a new element.  

 

 

FRP Catch Mechanism 

Concrete Overlay 

Page 55: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  53 

 

 Minimum usage ratio for each color : 0.0   0.4   0.6   0.8   1 

Figure 43. Deflected shape at frame 1 (H2 Direction) for all limit states.       

 

 

 

 

 

 

 

 

 

FRP Catch Mechanism 

Concrete Overlay 

Page 56: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

   Page 1      

Example of Retrofitting 

These cross se ctions below are defined  from Frame A which was determined as a critical  frame due  to Pushover analysis.   According  to  the explanation in proceed paragraph above, frame A  undergo the critical condition where the soft storey occures at the second level. It could be strenghtened by adding the additional cover concrete on the existing column and steel bars such the figures below.  

All material properties for retrofitting element are similar to the existing  element.  

 

Figure A. Exisitng cross section of column (25 x 60 cm) and retrofitting element 

Figure B.Equivalent element after combining the existing and retrofitting element. 

 

25 Y 3.125 1

5

1.6 0.8

7.570

X

535

25 Y 6.25

5

2.4 0.8

1570

X

535

Additional Cover Concrete (5cm)

Additional steel bar (1 cm) 

Equivalent steel bar (2.4 cm) 

Page 57: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

   Page 2      

Whereas, the new reinforcement area is given as table below:  

Table 1. Equivalent bar area after retrofitting 

 

 Figure C. Limit states overview for H1 direction by using the strengthening element 

Figure D. Limit State at Frame A after strengthening by additonal concrete cover at Column A and B 

Existing Bar (cm)

number of  barAdditional Bar  (cm)

number of  bar

expected bar

Equivalent Area (cm2)/Quarter

Diameter (cm) 1.6 2 1 4Area (cm2) 2.01 4.02 0.79 3.14

3.00 2.4

FRAME A 

COLUMN A 

COLUMN B 

Page 58: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

   Page 3      

 

Figure E. Exisitng cross section of column (25 x 60 cm) and retrofitting element 

Figure F. Equivalent element after combining the existing and retrofitting element. 

 

 

25 Y 3.125 1

5

1.6 0.8

8.7580

X

535

25 Y 6.25

5

2.4 0.8

17.580

X

535

Additional Cover Concrete (5cm)

Additional steel bar (1 cm) 

Equivalent steel bar (2.4 cm) 

Page 59: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

   Page 4      

Figure G. Limit states overview for H2 direction by using the strengthening element 

Figure H. Limit State at Frame A after strengthening by additonal concrete cover at Column A and B 

FRAME A 

COLUMN A 

COLUMN B 

Page 60: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

   Page 5      

Having applying the retrofitting element on the columns at frame A, the period of structure is smaller than the previous period. It means, the structure retrofitted is stiffer than before and it can resist the earthquake load stronger than existing structure.  

Table 2. Comparison the period between before and after strengthening 

 

The  curve below  could be  a  representative  for distinguishing  the  structure  capacity before  and  after retrofitting.  It  can  be  clearly  seen  that  the  capacity  curve  after  retrofitting  is  higher  than  before.  It means, the adding of the concrete cover  is  in according with the expectation where the retrofitting  is given to increase the high capacity for the building due to the earthquake load. 

 

Figure I. Comparison of Capacity Curve before retrofitting and after retrofitting 

Mode Shape

period before retrofitting

period after retrofitting

1 0.36 0.33162 0.34 0.29793 0.30 0.28664 0.25 0.23895 0.24 0.2174

0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 5 10 15 20 25

Sa (g)

Sd (cm)

Capacity Curve

H1 Direction after retrofitting H2 Direction after retrofitting

H1 Direction before retrofitting H2 Direction before retrofitting

Page 61: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  54 

6. Conclusions and Recommendations  1. Fundamental period of  the building  is  relatively  lower  than  the  standard with  respect  to  the 

number  of  storey’s.  Masonry  as  non  structural  element  should  be  added  into  account  to 

increase total masses in order to rise the fundamental period. 

2. Layout of beam should be checked to the existing building in order to find the real evaluation for 

retrofitting/strengthening. 

3. The position of reference drift at H1 and H2 direction should be investigated at some nodes. 

4. The  load case of pushover analysis should not  just consider modal analysis, but also different 

load type, for instance, uniform load and triangular load. 

5. Critical Acceleration value should be compared to the existing dynamic soil  investigation which 

has done at that building. 

6. Pushover analysis result  for each  limit state should be checked  to  initial steps which has been 

determined before doing the analysis. 

7. Position of fibers at every cross section should accommodate two way direction loads, and fiber 

numbers for each element are not exceed from 60 fibers. 

8. Capacity  spectrum  from Perform 3D  should be  compared  to different  structural  software,  for 

instance, ETABS 2000, SAP 2000 and ANSYS 9.  It  is necessary  to make sure  the analysis  result 

which was given by Perform 3D. 

9. Critical acceleration values are different due to the regularity of the building. According to the 

layout,  the stiffness of  the building at H2 direction  is higher  than H1 direction. Therefore,  the 

critical acceleration value at H1 direction is higher than H2 direction. 

10. Ductility  for  pushover  at  H1  direction  is  higher  than  H2  direction.  It means,  stiffness  at  H1 

direction is less than H2 direction. 

 

 

 

 

 

 

Page 62: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  55 

References 

 

ATC 40  (1996).  Seismic evaluation  and  retrofit of  concrete buildings. Applied Technology  council, Redwood City, California.  Boore,  D.M.,  and  Atkinson,  G. M.,  2008.  Ground‐motion  prediction  equations,  for  the  average horizontal  component of PGA, PGV, and 5%‐damped PSA at  spectral periods between 0.01  s and 10.0 s, Earthquake Spectra 24, 99‐138.  Eurocode  8  (2003),  Design  of  Structures  for  Earthquake  Resistance,  Draft  No.  6,  European Committee for Standardization, Brussels.  Fajfar P.  (2000), A non  linear analysis method  for performance based  seismic design, Earthquake Spectra, 16,3, pp. 573‐591.  FEMA, (1999), “HAZUS99 user and technical manuals”. Federal Emergency Management Agency Report: HAZUS 1999, Washington D.C., USA.  FEMA 440, (2005). “Improvement of nonlinear static seismic analysis procedures”. Federal Emergency Management Agency (FEMA) Report no. 440, Applied Technology Council, Washington D.C., USA.  FEMA 356, (2000), Pre‐standard for the Seismic Rehabilitation of Buildings, U.S.  Grünthal, G. (editor) (1998). European macroseismic scale 1998. Cahiers du Center Europeen de GEodynamique et de Seismologie. Conseil de l’Europa. Luxembourg, 1998.  IBC (2006), „Internternational Building Code“, International Code Council, USA.  Computer and Structures, Inc, (2008), Perform 3D user’s Guide, U.S  Earthquake Engineering Research Institute (EERI), 1999. The Izmit (Kocaeli), Turley earthquake of August 17, 1999, EERI Special Earthquake Report, Newslatter insert, October.        

Page 63: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  56 

 

 

 

 

 

 

 

 

Annex I 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 64: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  57 

Table 21. Detail calculation of Critical Acceleration for each sub soil type I at H1 Direction 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η = 1.000 1.000 1.000 1.000 Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Sub Soil A A A A B B B B C C C C D D D D E E E E

Vs,30 >800 >800 >800 >800 360‐800 360‐800 360‐800 360‐800 180‐360 180‐360 180‐360 180‐360 <180 <180 <180 <180 0.000 0.000 0.000 0.000S 1.000 1.000 1.000 1.000 1.200 1.200 1.200 1.200 1.150 1.150 1.150 1.150 1.350 1.350 1.350 1.350 1.400 1.400 1.400 1.400

TB 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.150 0.150 0.150 0.150

TC 0.400 0.400 0.400 0.400 0.500 0.500 0.500 0.500 0.600 0.600 0.600 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.500 0.500 0.500 0.500

TD 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000μ 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871

Teff = 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802

βeff = 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352M = 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141B = 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633

B / M = 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028

ag cm/sec2 2264.804 1794.821 3601.789 3854.624 1887.336 1495.684 3001.491 3212.187 1969.395 1560.714 3131.991 3351.847 1677.632 1329.497 2667.992 2855.277 1617.717 1282.015 2572.707 2753.303

TB < T < TC g 2.308 1.829 3.670 3.927 1.923 1.524 3.058 3.273 2.007 1.590 3.191 3.415 1.709 1.355 2.718 2.909 1.648 1.306 2.621 2.805

ag cm/sec2 4386.576 3052.491 7246.960 7725.189 2924.384 2034.994 4831.307 5150.126 2542.943 1769.560 4201.136 4478.370 1624.658 1130.552 2684.059 2861.181 2506.615 1744.281 4141.120 4414.393

TC < T < TD g 4.469 3.110 7.384 7.871 2.980 2.073 4.923 5.247 2.591 1.803 4.281 4.563 1.655 1.152 2.735 2.915 2.554 1.777 4.219 4.498

ag cm/sec2 1699.225 1038.288 2916.241 3096.465 1132.816 692.192 1944.161 2064.310 985.058 601.906 1690.575 1795.052 629.342 384.551 1080.089 1146.839 970.986 593.307 1666.424 1769.408

TD < T g 1.731 1.058 2.971 3.155 1.154 0.705 1.981 2.103 1.004 0.613 1.723 1.829 0.641 0.392 1.101 1.169 0.989 0.605 1.698 1.803

Soil Type

 I

Page 65: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  58 

Table 22. Detail calculation of Critical Acceleration for each sub soil type II at H1 Direction 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

η = 1.000 1.000 1.000 1.000 Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Sub Soil A A A A B B B B C C C C D D D D E E E E

Vs,30 >800 >800 >800 >800 360‐800 360‐800 360‐800 360‐800 180‐360 180‐360 180‐360 180‐360 <180 <180 <180 <180 0.000 0.000 0.000 0.000S 1.000 1.000 1.000 1.000 1.350 1.350 1.350 1.350 1.500 1.500 1.500 1.500 1.800 1.800 1.800 1.800 1.600 1.600 1.600 1.600

TB 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.050 0.050 0.050 0.050

TC 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.300 0.300 0.300 0.300 0.250 0.250 0.250 0.250

TD 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200μ 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871 7.000 2.589 9.061 8.871

Teff = 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802 0.775 0.680 0.805 0.802

βeff = 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352 23.253 12.639 23.284 23.352M = 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141 50.985 17.994 58.748 58.141B = 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633 1.630 1.306 1.631 1.633

B / M = 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028 0.032 0.073 0.028 0.028

ag cm/sec2 2264.804 1794.821 3601.789 3854.624 1677.632 1329.497 2667.992 2855.277 1509.869 1196.547 2401.193 2569.750 1258.224 997.123 2000.994 2141.458 1415.502 1121.763 2251.118 2409.140

TB < T < TC g 2.308 1.829 3.670 3.927 1.709 1.355 2.718 2.909 1.538 1.219 2.447 2.618 1.282 1.016 2.039 2.182 1.442 1.143 2.294 2.455

ag cm/sec2 7018.522 4883.986 11595.136 12360.302 5198.905 3617.767 8588.990 9155.779 4679.015 3255.990 7730.091 8240.201 3249.316 2261.104 5368.119 5722.362 4386.576 3052.491 7246.960 7725.189

TC < T < TD g 7.151 4.976 11.814 12.594 5.297 3.686 8.751 9.329 4.767 3.318 7.876 8.396 3.311 2.304 5.470 5.831 4.469 3.110 7.384 7.871

ag cm/sec2 4531.266 2768.767 7776.643 8257.239 3356.493 2050.938 5760.476 6116.473 3020.844 1845.845 5184.429 5504.826 2097.808 1281.837 3600.298 3822.796 2832.041 1730.479 4860.402 5160.774

TD < T g 4.617 2.821 7.924 8.413 3.420 2.090 5.869 6.232 3.078 1.881 5.282 5.609 2.137 1.306 3.668 3.895 2.886 1.763 4.952 5.258

Soil Type

 II

Page 66: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  59 

Table 23. Detail calculation of Critical Acceleration for each sub soil type I at H2 Direction 

  

 

 

 

 

 

 

 

η = 1.000 1.000 1.000 1.000 Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Sub Soil A A A A B B B B C C C C D D D D E E E E

Vs,30 >800 >800 >800 >800 360‐800 360‐800 360‐800 360‐800 180‐360 180‐360 180‐360 180‐360 <180 <180 <180 <180 0.000 0.000 0.000 0.000

S 1.000 1.000 1.000 1.000 1.200 1.200 1.200 1.200 1.150 1.150 1.150 1.150 1.350 1.350 1.350 1.350 1.400 1.400 1.400 1.400

TB 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.200 0.150 0.150 0.150 0.150

TC 0.400 0.400 0.400 0.400 0.500 0.500 0.500 0.500 0.600 0.600 0.600 0.600 0.800 0.800 0.800 0.800 0.500 0.500 0.500 0.500

TD 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000 2.000

μ 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980

Teff = 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858

βeff = 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478

M = 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143B = 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608

B / M = 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036

ag cm/sec2 1146.756 2060.814 1543.187 2026.255 955.630 1717.345 1285.990 1688.546 997.179 1792.012 1341.902 1761.961 849.449 1526.529 1143.102 1500.930 819.111 1472.010 1102.277 1447.325

TB < T < TC g 1.168 2.100 1.572 2.065 0.974 1.750 1.310 1.720 1.016 1.826 1.367 1.795 0.866 1.555 1.165 1.529 0.835 1.500 1.123 1.475

ag cm/sec2 2371.149 4164.062 3185.366 4348.654 1580.766 2776.041 2123.578 2899.103 1374.579 2413.949 1846.589 2520.959 878.203 1542.245 1179.765 1610.613 1354.942 2379.464 1820.209 2484.945

TC < T < TD g 2.416 4.243 3.246 4.431 1.611 2.829 2.164 2.954 1.401 2.460 1.881 2.569 0.895 1.571 1.202 1.641 1.381 2.424 1.855 2.532

ag cm/sec2 980.565 1682.774 1315.013 1866.575 653.710 1121.849 876.675 1244.384 568.444 975.521 762.326 1082.073 363.172 623.250 487.042 691.324 560.323 961.585 751.436 1066.614

TD < T g 0.999 1.715 1.340 1.902 0.666 1.143 0.893 1.268 0.579 0.994 0.777 1.103 0.370 0.635 0.496 0.704 0.571 0.980 0.766 1.087

Soil Type

 I

Page 67: On 28 February 2011 - firdausadnan.files.wordpress.com...seen in the middle of city. This map is generated by using ArcGIS v.9.2 and Sketchup software. Figure 3. 3D Perspective with

  60 

 

 

Table 24. Detail calculation of Critical Acceleration for each sub soil type II at H2 Direction 

 

 

 

 

η = 1.000 1.000 1.000 1.000 Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Steel Yielding

Steel Ultimate

Concrete Spalling

Concrete Degradation

Sub Soil A A A A B B B B C C C C D D D D E E E E

Vs,30 >800 >800 >800 >800 360‐800 360‐800 360‐800 360‐800 180‐360 180‐360 180‐360 180‐360 <180 <180 <180 <180 0.000 0.000 0.000 0.000

S 1.000 1.000 1.000 1.000 1.350 1.350 1.350 1.350 1.500 1.500 1.500 1.500 1.800 1.800 1.800 1.800 1.600 1.600 1.600 1.600

TB 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.050 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.100 0.050 0.050 0.050 0.050

TC 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.250 0.300 0.300 0.300 0.300 0.250 0.250 0.250 0.250

TD 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200 1.200μ 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 4.453 4.946 5.980 3.883 1.978 5.980 7.070

Teff = 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.808 0.826 0.858 0.827 0.585 0.878 0.902

βeff = 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 20.799 21.340 22.478 19.511 8.475 22.478 23.297M = 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 35.146 38.365 45.143 32.720 12.163 45.143 51.298B = 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.559 1.575 1.608 1.521 1.155 1.608 1.632

B / M = 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.044 0.041 0.036 0.046 0.095 0.036 0.032

ag cm/sec2 1146.756 2060.814 1543.187 2026.255 849.449 1526.529 1143.102 1500.930 764.504 1373.876 1028.792 1350.837 637.087 1144.896 857.326 1125.697 716.723 416.955 1266.410 1576.854

TB < T < TC g 1.168 2.100 1.572 2.065 0.866 1.555 1.165 1.529 0.779 1.400 1.048 1.376 0.649 1.167 0.874 1.147 0.730 0.425 1.290 1.607

ag cm/sec2 3793.838 6662.500 5096.586 6957.846 2810.250 4935.185 3775.249 5153.960 2529.225 4441.666 3397.724 4638.564 1756.406 3084.491 2359.531 3221.225 2371.149 975.555 4446.389 5689.770

TC < T < TD g 3.866 6.788 5.193 7.089 2.863 5.028 3.847 5.251 2.577 4.526 3.462 4.726 1.790 3.143 2.404 3.282 2.416 0.994 4.530 5.797

ag cm/sec2 2614.841 4487.397 3506.702 4977.534 1936.919 3323.998 2597.557 3687.062 1743.227 2991.598 2337.801 3318.356 1210.575 2077.498 1623.473 2304.414 1634.276 475.525 3252.366 4277.170

TD < T g 2.664 4.572 3.573 5.072 1.974 3.387 2.647 3.757 1.776 3.048 2.382 3.381 1.233 2.117 1.654 2.348 1.665 0.485 3.314 4.358

Soil Type

 II