This research project deals with dynamic field testing of light-frame wood buildings with wood based shear walls. The primary objective of the investigation is to evaluate the code formula for estimating light wood frame building’s fundamental period, through intensive field testing and numerical modelling. The project also aims to propose an alternative simplified rational approach where applicable. The thesis provides insight to the ambient vibration testing procedures of light-frame wood buildings and explains the protocol adopted for the current research program. Ambient vibration (AV) field tests were conducted on several multi-storey wood and beam-and-post buildings in Canada. Modal parameters of measured buildings, such as natural frequency, mode shapes and equivalent structural damping were obtained from Frequency Domain (FD) analysis of ambient motion records. Experimental and numerical investigations were performed to evaluate the effect of non-structural components, and the connectivity between firewall-separated buildings, on dynamic properties of light-frame wood buildings. The study provides a reliable expression for building period estimate based on field testing and numerical modeling.

Difficulties in characterizing the dynamic behavior of wood structures have hindered investigations into their performance under dynamic loading. Because of this, wood structures are treated unfavorably in seismic design codes, even though past damage assessment surveys after seismic events indicated generally satisfactory performance. To allow investigations into their performance and safety under dynamic loading, the energy dissipation mechanisms of wood joints and structural systems must be known and the hysteretic behavior modeled properly. This dissertation presents a general hysteresis model for wood joints and structural systems, based on a modification of the Bouc-Wen-Baber-Noori (BWBN) model. The hysteretic constitutive law, based on the endochronic theory of plastidty and characterized by a single mathematical form, produces a versatile, smoothly varying hysteresis that models previously observed behavior of wood joints and structural systems, namely, (1) nonlinear, inelastic behavior, (2) stiffness degradation, (3) strength degradation, (4) pinching, and (5) memory. The constitutive law takes into account the experimentally observed dependence of wood joints' response to their past history (i.e., the input and response at earlier times, or memory). Practical guidelines to estimate the hysteresis parameters of any wood joint or structural system are given. Hysteresis shapes produced by the proposed model are shown to compare favorably with experimental hysteresis of wood joints with; (1) yielding plates, (2) yielding nails, and (3) yielding bolts. To verify its behavior under arbitrary dynamic loadings, the proposed model is implemented in a nonlinear dynamic analysis program for single-degree-of-freedom (SDF) systems. Three SDF wood systems are subjected to the Lama Prieta accelerogram to obtain their response time histories. Advantages of using the proposed model over currently available models in nonlinear dynamic analysis of more complex systems are identified. A multi-degree-of-freedom shear building model incorporating the proposed hysteresis model is formulated but not implemented on a computer. For more realistic loadings, the random characteristics of earthquakes are modeled as a stochastic or random process. Nonlinear response statistics of SDF wood systems are obtained by Monte Carlo simulation and statistical linearization The statistical linearization solutions are shown to give reasonably good estimates of mean-square response, for a range of practical system and model parameter values. An example verification procedure that can be used in applying the method to practical engineering problems is presented. The response analysis technique is general and can be applied not only in random vibration analysis of wood structural systems but also in the analysis of a wide variety of hysteretic systems with general pinching behavior, including reinforced concrete structures, braced steel frames and laterally loaded piles. Potential practical applications of the analysis method and of the response statistics obtained from the analysis are presented. The present work is the first known attempt to use random vibration techniques in studying the response of wood structures under natural hazard loadings. / Ph. D.

Thesis (MScEng)--Stellenbosch University, 2011. / ENGLISH ABSTRACT: This study aims to perform a quantitative probabilistic based evaluation of the reliability achieved in the design of Light Steel Frame Buildings (LSFB) when designed according to the loading code, SANS 517:2009 and the new design code for cold formed steel sections, SANS 10162-2:2010. The evaluation was done as follows: A specific structure, chosen and designed according to the specifications given in SANS 517:2009, was modelled in a structural analysis program. From the analyses done it was possible to identify the most critical element for given failure modes. Spread sheets according to SANS 10162-2:2010 were developed to calculate the resistance or design values for the different failure modes. By using a First Order Reliability Method (FORM), the reliability index for each failure mode could be calculated and evaluated in three different ways. Firstly, the reliability margin implied by the design load was evaluated. It was assumed that the resistance of the profile had a deterministic value while the loads applied to the structure were taken as probabilistic, i.e. following their known distribution functions. From this evaluation it was found that the necessary level of reliability was achieved for all failure modes. Secondly, the reliability margin implied by the resistance of the profile was evaluated. The resistance of the profile was taken as probabilistic with a distribution function that could be determined from the known distribution functions of the profile parameters responsible for the capacity of the profile. The loading was assumed to have a single deterministic value. From this evaluation it could be seen that a very low level of reliability was achieved for the failure modes of shear working in on the strong axis of the profile as well as interaction between bending and axial load. This is due to the strong dependence of this failure mode to the thickness of the profile, to which no partial factor is applied in the design process. Thirdly, the reliability margin implied by both the resistance and loads was evaluated. In a real life situation both loads and resistances would have variability. The resistance and loading values were taken as probabilistic with their known distribution functions. From this evaluation it was found that the necessary level of reliability was only achieved for shear working in on the weakaxis and axial load. All other failure modes achieved a level of reliability slightly lower than the target level of reliability for South Africa. The stiffening effect of wall cladding elements were not taken into account in the analysis. The reliability of connections was also not evaluated. It can be concluded that the element reliability achieved through the use of above-mentioned codes seems to be slightly less that desired. There could be an argument for recalibrating the partial factors to achieve the desired level of element reliability. However, the cladding elements provide significant additional stiffness to the structure and there is no immediate cause for stiffness concern. Future studies should aim to quantify the contribution that the cladding elements make to the overall structural reliability. The influence of connections reliability should also be investigated. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die studie poog om ‘n kwantitatiewe probabilisties-gebaseerde beoordeling van die betroubaarheidsindeks vir Ligte Staalraam Strukture (LSS) te bepaal wanneer dit ontwerp word volgens die belastingskode, SANS 517:2009 en die nuwe ontwerpskode vir koudgevormde staal profiele, SANS 10162-2:2010. Die beoordeling is as volg gedoen. ‘n Spesifieke strukturele model is gekies, ontwerp volgens die spesifiekasies in SANS 517:2009 en toe gemodelleer in ‘n struktuur analise program. Vanuit die analises was dit moontlik om die mees kritieke element te vind vir gegewe falings modusse. Sigblaaie, volgens SANS 10162-2:2010, is ontwikkel om die weerstand van die profile te bereken vir die falings modusse. Dit was moontlik om die betroubaarheidsindeks op drie verskillende maniere te bereken deur gebruik te maak van ‘n Eerste Orde Betroubaarheids Metode (EOBM). Eerstens is die betroubaarheids speling wat deur die belasting geimpliseer was, bepaal. Daar is aanvaar dat die weerstand van die profiel ‘n deterministiese waarde het terwyl die aangewende belasitng as probabilisties geneem is met hul bekende verdelingsfunksies. Uit hierdie beoordeling is gevind dat die nodige vlak van betroubaarheid bereik word vir alle falings modusse. Tweedens is die betroubaarheids speling wat deur die weerstand geimpliseer was, bepaal. Daar is aanvaar dat die weerstand van die profile ‘n probabilistiese verdeling het wat bepaal is uit bekende verdelingsfunksies van die profiel parameters verantwoordelik vir die kapasiteit van die profiel. Daar is aanvaar dat die belasting ‘n enkele deterministiese waarde het. Uit hierdie beoordeling is gevind dat daar ‘n baie lae vlak van betroubaarheid is vir skuif in die rigting van die sterk as, asook interaksie tussen aksiaal-las en momente. Dit is te danke aan die falings modus se sterk afhanklikheid van die dikte van die profiel. Daar word egter geen parsiële faktor aan die dikte toegeken in die ontwerp proses nie. Derdens is die betroubaarheids speling wat deur beide die weerstand en belasting geïmpliseer was, bepaal. In die werklikheid sal beide belasting en weerstand ‘n vlak van onsekerheid hê. Die weerstand en belasting is as probabilistiese waardes geneem met hul bekende verdelingsfunksies. Uit hierdie beoordeling is gevind dat slegs die falings modus vir skuif in die rigting van die swak as en aksiaal-las die nodige vlak van betroubaarheid bereik. Al die ander modusse het steeds ‘n redelike hoë vlak van betroubaarheid. Dit is egter steeds laer as wat voorgeskryf word vir Suid-Afrika. Die verstywings-effek van die bekleding is nie in hierdie ondersoek in ag geneem nie. Die betroubaarheid van die verbindings is ook nie bepaal nie. ‘n Gevolgtrekking kan dus gemaak word dat die element-betroubaarheid wat bereik word deur die bo-genoemde kodes effens laer is as die gewensde. ‘n Argument kan ontstaan vir die herkalibrasie van die parsiële faktore om die gewensde vlak van betroubaarheid te bereik, maar die bekleding bied ‘n noemenswaardige addisionele styfheid aan die struktuuur. Daar is dus geen onmiddellike kommer oor die styfheid van hierdie strukture nie. Verdere studies moet poog om die bydra van hierdie bekledingselemente tot die betroubaarheid van die struktuur te kwantifiseer. Die invloed van die konneksies tot die betroubaarheid van die struktuur sal ook ondersoek moet word.

This paper summarizes research on the structural perfomance of wood elements and assemblies exposed to fire and reviews methodologies available to predict performance. This reasecrh provides a wealth of information on topics such as how fast a flame spreads across the surface of wood, how much smoke is produced during combustion and at what rate does wood char and at what heat release rate.

Performance-based design has gained interest in recent years among structural designers and researchers. Performance-based design includes selection of appropriate building sites, structural systems and configurations, as well as analytical procedures used in the design process, to confirm that the structure has adequate strength, stiffness and energy dissipation capacity to respond to the design loads without exceeding permissible damage states. Although performance-based seismic design has advanced for some materials and structural types, such as steel and reinforced concrete buildings and bridges, its application to light-frame structures remains largely unexplored. The objective of this research was to explore the potential for the application of performance-based engineering concepts to the design and assessment of woodframe structures subject to earthquakes. Nonlinear dynamic time-history analysis was used to predict the performance of shearwalls considering a suite of scaled characteristic ordinary ground motions to represent the seismic hazard. Sensitivity studies were performed to investigate the relative effects of damping, sheathing properties, fastener type and spacing, panel layout, and other properties on the performance of wood shearwalls. In addition, the effects of uncertainty in ground motions and variability in sheathing-to-framing connection hysteretic parameters were investigated. Issues such as the contribution of nonstructural finish materials, different seismic hazard regions, and construction quality also were investigated and modification factors to adjust peak displacement distributions were developed. The peak displacement distributions were then used to construct performance curves and design charts as a function of seismic weights for two baseline walls. Finally, fragility curves were developed for the baseline walls considering different nailing schedules, corresponding allowable seismic weights, and various overstrength (R) factors. / Graduation date: 2004

Thesis (M.S.)--Oregon State University, 2007. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 35-36). Also available on the World Wide Web.

A metodologia de cenários prospectivos tem sido considerada importante para a descrição de situações futuras, facilitando a identificação de fatores relacionados à realidade organizacional e as tendências dos setores. Nesse sentido, este estudo tem como objetivo construir cenários prospectivos para a identificação de alternativas estratégicas de produção e desenvolvimento para empresas que produzem esquadrias de madeira de municípios do norte do Rio Grande do Sul. O setor tem enfrentado uma série dificuldades a partir da entrada de novos produtos, pouca inovação tecnológica, falta de mão de obra qualificada e exigências ambientais mais rigorosas. Assim, este estudo justifica-se pela relevância do estudo de cenários, buscando verificar quais as tendências para o futuro do setor. A pesquisa caracterizou-se como exploratória, de abordagem mista, desenvolvida em empresas do setor de esquadrias. Foi utilizado o Método de Grumbach, a partir do software Puma, para a construção dos cenários prospectivos, através das técnicas de Brainstorming para o levantamento das variáveis junto as empresas do setor de esquadrias, além da técnica Delphi para obtenção de consensos entre os especialistas. O contexto de pesquisa correspondeu à microrregião de Sananduva, localizada no norte do Estado do Rio Grande do Sul, incluindo onze municípios. O setor de esquadrias de madeira foi representado por nove empresas e mais seis especialistas escolhidos de que forma intencional. Os dez eventos definitivos foram: migração para outros setores, aumento do custo da matéria-prima, disponibilidade matéria-prima, preço praticado, aumento da taxa de juros, aumento do custo da mão de obra, aceitação do mercado, legislação ambiental, nível de tecnologia utilizado e concorrência. Foram gerados sessenta e quatro cenários, sendo que a maioria dos eventos ficou concentrada no Grupo I que representa uma forte ameaça ao setor, com alto percentual de probabilidade. Os cenários mais prováveis de tendência apresentam acontecimentos desfavoráveis dentro e fora da área de competência das empresas do setor, o que reitera para uma trajetória de dificuldade a ser enfrentada pelas empresas. Assim, as alternativas estratégias de produção e desenvolvimento das empresas estão relacionadas à inovação, tecnologia e migração para outros setores que demandam das mesmas qualificações, tendo em vista os eventos definidos e cenários prospectivos delineados. Além disso, as principais ameaças do setor de esquadrias estão relacionadas à concorrência; mudanças na legislação ambiental; falta de mão de obra especializada e novos entrantes no mercado. Contudo, as oportunidades podem estar relacionadas às novas tecnologias de produção; exigências do mercado consumidor - produtos de alta qualidade; e atuação no mercado com madeira totalmente certificada agregando valor ao produto (selo de responsabilidade ambiental). Os resultados mostram que o método pode contribuir com o setor ao identificar os cenários prospectivos e as principais perspectivas que devem ser consideradas na formulação de estratégias futuras. / Submitted by Ana Guimarães Pereira (agpereir@ucs.br) on 2016-12-06T11:55:21Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago Tomielo.pdf: 1955714 bytes, checksum: e3b69f12a7c1d49c9f831e7742c94117 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-12-06T11:55:21Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Tiago Tomielo.pdf: 1955714 bytes, checksum: e3b69f12a7c1d49c9f831e7742c94117 (MD5) Previous issue date: 2016-12-06 / A metodologia de cenários prospectivos tem sido considerada importante para a descrição de situações futuras, facilitando a identificação de fatores relacionados à realidade organizacional e as tendências dos setores. Nesse sentido, este estudo tem como objetivo construir cenários prospectivos para a identificação de alternativas estratégicas de produção e desenvolvimento para empresas que produzem esquadrias de madeira de municípios do norte do Rio Grande do Sul. O setor tem enfrentado uma série dificuldades a partir da entrada de novos produtos, pouca inovação tecnológica, falta de mão de obra qualificada e exigências ambientais mais rigorosas. Assim, este estudo justifica-se pela relevância do estudo de cenários, buscando verificar quais as tendências para o futuro do setor. A pesquisa caracterizou-se como exploratória, de abordagem mista, desenvolvida em empresas do setor de esquadrias. Foi utilizado o Método de Grumbach, a partir do software Puma, para a construção dos cenários prospectivos, através das técnicas de Brainstorming para o levantamento das variáveis junto as empresas do setor de esquadrias, além da técnica Delphi para obtenção de consensos entre os especialistas. O contexto de pesquisa correspondeu à microrregião de Sananduva, localizada no norte do Estado do Rio Grande do Sul, incluindo onze municípios. O setor de esquadrias de madeira foi representado por nove empresas e mais seis especialistas escolhidos de que forma intencional. Os dez eventos definitivos foram: migração para outros setores, aumento do custo da matéria-prima, disponibilidade matéria-prima, preço praticado, aumento da taxa de juros, aumento do custo da mão de obra, aceitação do mercado, legislação ambiental, nível de tecnologia utilizado e concorrência. Foram gerados sessenta e quatro cenários, sendo que a maioria dos eventos ficou concentrada no Grupo I que representa uma forte ameaça ao setor, com alto percentual de probabilidade. Os cenários mais prováveis de tendência apresentam acontecimentos desfavoráveis dentro e fora da área de competência das empresas do setor, o que reitera para uma trajetória de dificuldade a ser enfrentada pelas empresas. Assim, as alternativas estratégias de produção e desenvolvimento das empresas estão relacionadas à inovação, tecnologia e migração para outros setores que demandam das mesmas qualificações, tendo em vista os eventos definidos e cenários prospectivos delineados. Além disso, as principais ameaças do setor de esquadrias estão relacionadas à concorrência; mudanças na legislação ambiental; falta de mão de obra especializada e novos entrantes no mercado. Contudo, as oportunidades podem estar relacionadas às novas tecnologias de produção; exigências do mercado consumidor - produtos de alta qualidade; e atuação no mercado com madeira totalmente certificada agregando valor ao produto (selo de responsabilidade ambiental). Os resultados mostram que o método pode contribuir com o setor ao identificar os cenários prospectivos e as principais perspectivas que devem ser consideradas na formulação de estratégias futuras.

A metodologia de cenários prospectivos tem sido considerada importante para a descrição de situações futuras, facilitando a identificação de fatores relacionados à realidade organizacional e as tendências dos setores. Nesse sentido, este estudo tem como objetivo construir cenários prospectivos para a identificação de alternativas estratégicas de produção e desenvolvimento para empresas que produzem esquadrias de madeira de municípios do norte do Rio Grande do Sul. O setor tem enfrentado uma série dificuldades a partir da entrada de novos produtos, pouca inovação tecnológica, falta de mão de obra qualificada e exigências ambientais mais rigorosas. Assim, este estudo justifica-se pela relevância do estudo de cenários, buscando verificar quais as tendências para o futuro do setor. A pesquisa caracterizou-se como exploratória, de abordagem mista, desenvolvida em empresas do setor de esquadrias. Foi utilizado o Método de Grumbach, a partir do software Puma, para a construção dos cenários prospectivos, através das técnicas de Brainstorming para o levantamento das variáveis junto as empresas do setor de esquadrias, além da técnica Delphi para obtenção de consensos entre os especialistas. O contexto de pesquisa correspondeu à microrregião de Sananduva, localizada no norte do Estado do Rio Grande do Sul, incluindo onze municípios. O setor de esquadrias de madeira foi representado por nove empresas e mais seis especialistas escolhidos de que forma intencional. Os dez eventos definitivos foram: migração para outros setores, aumento do custo da matéria-prima, disponibilidade matéria-prima, preço praticado, aumento da taxa de juros, aumento do custo da mão de obra, aceitação do mercado, legislação ambiental, nível de tecnologia utilizado e concorrência. Foram gerados sessenta e quatro cenários, sendo que a maioria dos eventos ficou concentrada no Grupo I que representa uma forte ameaça ao setor, com alto percentual de probabilidade. Os cenários mais prováveis de tendência apresentam acontecimentos desfavoráveis dentro e fora da área de competência das empresas do setor, o que reitera para uma trajetória de dificuldade a ser enfrentada pelas empresas. Assim, as alternativas estratégias de produção e desenvolvimento das empresas estão relacionadas à inovação, tecnologia e migração para outros setores que demandam das mesmas qualificações, tendo em vista os eventos definidos e cenários prospectivos delineados. Além disso, as principais ameaças do setor de esquadrias estão relacionadas à concorrência; mudanças na legislação ambiental; falta de mão de obra especializada e novos entrantes no mercado. Contudo, as oportunidades podem estar relacionadas às novas tecnologias de produção; exigências do mercado consumidor - produtos de alta qualidade; e atuação no mercado com madeira totalmente certificada agregando valor ao produto (selo de responsabilidade ambiental). Os resultados mostram que o método pode contribuir com o setor ao identificar os cenários prospectivos e as principais perspectivas que devem ser consideradas na formulação de estratégias futuras. / A metodologia de cenários prospectivos tem sido considerada importante para a descrição de situações futuras, facilitando a identificação de fatores relacionados à realidade organizacional e as tendências dos setores. Nesse sentido, este estudo tem como objetivo construir cenários prospectivos para a identificação de alternativas estratégicas de produção e desenvolvimento para empresas que produzem esquadrias de madeira de municípios do norte do Rio Grande do Sul. O setor tem enfrentado uma série dificuldades a partir da entrada de novos produtos, pouca inovação tecnológica, falta de mão de obra qualificada e exigências ambientais mais rigorosas. Assim, este estudo justifica-se pela relevância do estudo de cenários, buscando verificar quais as tendências para o futuro do setor. A pesquisa caracterizou-se como exploratória, de abordagem mista, desenvolvida em empresas do setor de esquadrias. Foi utilizado o Método de Grumbach, a partir do software Puma, para a construção dos cenários prospectivos, através das técnicas de Brainstorming para o levantamento das variáveis junto as empresas do setor de esquadrias, além da técnica Delphi para obtenção de consensos entre os especialistas. O contexto de pesquisa correspondeu à microrregião de Sananduva, localizada no norte do Estado do Rio Grande do Sul, incluindo onze municípios. O setor de esquadrias de madeira foi representado por nove empresas e mais seis especialistas escolhidos de que forma intencional. Os dez eventos definitivos foram: migração para outros setores, aumento do custo da matéria-prima, disponibilidade matéria-prima, preço praticado, aumento da taxa de juros, aumento do custo da mão de obra, aceitação do mercado, legislação ambiental, nível de tecnologia utilizado e concorrência. Foram gerados sessenta e quatro cenários, sendo que a maioria dos eventos ficou concentrada no Grupo I que representa uma forte ameaça ao setor, com alto percentual de probabilidade. Os cenários mais prováveis de tendência apresentam acontecimentos desfavoráveis dentro e fora da área de competência das empresas do setor, o que reitera para uma trajetória de dificuldade a ser enfrentada pelas empresas. Assim, as alternativas estratégias de produção e desenvolvimento das empresas estão relacionadas à inovação, tecnologia e migração para outros setores que demandam das mesmas qualificações, tendo em vista os eventos definidos e cenários prospectivos delineados. Além disso, as principais ameaças do setor de esquadrias estão relacionadas à concorrência; mudanças na legislação ambiental; falta de mão de obra especializada e novos entrantes no mercado. Contudo, as oportunidades podem estar relacionadas às novas tecnologias de produção; exigências do mercado consumidor - produtos de alta qualidade; e atuação no mercado com madeira totalmente certificada agregando valor ao produto (selo de responsabilidade ambiental). Os resultados mostram que o método pode contribuir com o setor ao identificar os cenários prospectivos e as principais perspectivas que devem ser consideradas na formulação de estratégias futuras.

The subject of this project is the development of a computer program that assists in the preliminary selection of wooden beams for residential scale buildings. It is a useful project because the program is intended to assist the architectural designer; it does not provide comprehensive engineering. With this purpose in mind, the intention is to simplify the process of sizing wooden members, to generate graphic visualization, and to make clear the analytic and decision making process incorporated in the program's construction. The user is presumed to be a designer or architectural student. Efforts towards the design of the program have been aimed at making the software effective for designers and students. This project deals with such issues as logical sequence or flow, decision points, and conceptual organization of display screens for the purpose of focusing the users attention on vital information. / Master of Architecture

Time history-analyses of building structures have been used for a quite long time for research at universities. Considering the advantage of time-history analysis relative to the equivalent static force method, the National Building of Canada and other modern building codes around the world require the use of time-history analysis in the design of specified types of buildings located in seismic regions. One of the main issues in the use of time-history analysis is related to the selection and scaling of the seismic excitations (i.e., accelerograms) to be compatible with the design spectrum for the location considered. Currently, both recorded (i.e., “real”) accelerograms and artificial accelerograms are used in the analyses. The objective of this study is to determine the effects of the selection and scaling of seismic excitations on the response of reinforced concrete frame buildings. Three reinforced concrete frame buildings with heights of 4 storey, 10 storey and 16 storey, designed for Vancouver (high seismic zone) were used in this study. Five sets of seismic excitations were used in the analysis – one set of “real” accelerograms, and four sets of artificial accelerograms obtained by different methods. All sets were scaled to be compatible with the design spectrum for Vancouver. Both linear and nonlinear time history analyses were conducted on the buildings considered. Interstorey drifts and storey shear forces were used as response parameters. The results from the linear analysis show that both the interstorey drifts and the shear forces are affected significantly by the type of the excitation set. Similarly, the effects of the type of the seismic excitations on the drifts from nonlinear analysis are substantial. On the other hand, the influence of the excitation sets on the storey shears from nonlinear analysis are quite small. Based on the results from this study, sets of scaled real records are preferred for use in time-history analysis of building structures. If such records are not available, then sets of simulated accelerograms based on the regional seismic characteristics should be used.