Journal of Steel & Structure

Journal of Steel & Structure

Seismic Performance Assessment of Steel Moment Frames Using Viscous Dampers: A Hybrid Approach with Incremental Dynamic Analysis (IDA)

Document Type : Original Article

Author
Associate Professor, Department of Civil Engineering, Urmia Branch, Islamic Azad University, Urmia, Iran
Abstract
This research evaluates the seismic performance of special moment-resisting steel frames (SMRSFs), both with and without viscous dampers, using nonlinear static (Pushover) analysis per Standard 2800 and Incremental Dynamic Analysis (IDA) as a benchmark for collapse assessment. The study examines 3D 12- and 16-story structures, with eight models each (four bare, four with dampers), designed for high seismicity and soil type III, using SAP2000-V19. Key findings indicate that changing columns from square to rectangular sections increases vulnerability and story drift ratios, while increasing the number and length of spans in the Y-direction reduces absolute lateral displacement. Results from both Pushover and IDA methods are consistent and confirm that viscous dampers significantly reduce the dispersion of IDA results, enhance energy dissipation, and decrease both absolute and relative displacements across all seismic intensities. Furthermore, the IDA clearly demonstrated that dampers increase the structure's maximum tolerable acceleration before reaching critical collapse thresholds, effectively shifting structural capacity curves to safer levels and confirming their effectiveness in improving seismic safety.
Keywords
Subjects

[1] آندرسن، جیمز، آرنولد، کریستوفر، و همکاران. (1388)، "طراحی سازه‌های ضد زلزله"، (ترجمه علی شریفی، رسول میرقادری). تهران: مرکز نشر دانشگاهی، ص 39.
[2] دستورالعمل استفاده از میراگرها در طراحی و مقاوم‌سازی ساختمان‌ها (ضابطه شماره 766)، معاونت فنی، امور زیربنایی و تولیدی، امور نظام فنی اجرایی، مشاورین و پیمانکاران، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی، معاونت تحقیقات، سازمان مجری ساختمان‌ها و تأسیسات دولتی وعمومی معاونت برنامه‌ریزی و مهندسی، 1397،ص 113-115.
[3] Shariati, A., Kamgar, R., and Rahgozar, R. (2020), “Optimum layout of nonlinear fluid viscous damper for improvement the responses of tall buildings”, International Journal of Optimization in Civil Engineering, 10(3), pp.411-431.
[4] Huergo, I.F., Hernández-Barrios, H., and Patlán, C.M. (2020), “A continuous-discrete approach for pre-design of flexible-base tall buildings with fluid viscous dampers”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 131, pp.106042.
[5] Milanchian, R., and Hosseini, M. (2019), “Study of vertical seismic isolation technique with nonlinear viscous dampers for lateral response reduction”, Journal of Building Engineering, 23, pp.144-154.
[6] De Domenico, D., and Ricciardi, G. (2018), “Improved stochastic linearization technique for structures with nonlinear viscous dampers”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 113, pp.415-419.
[7] Akehashi, H., and Takewaki, I. (2020), “Comparative investigation on optimal viscous damper placement for elastic-plastic MDOF structures: transfer function amplitude or double impulse”, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 130, pp.105987.
 [8]برگی، خسرو. (1394)، "اصول مهندسی زلزله"، تهران: مؤسسه انتشارات دانشگاه تهران، ص 416-417.
 [9]بابائی، م.، مرادی، م. (1398)، "بهینه‌سازی چندهدفۀ کنترل نیمه‌فعال سازه‌ها با استفاده از میراگرهای ویسکوز به کمک الگوریتم رقابت استعماری"، نشریه علمی-پژوهشی سازه و فولاد، سال 18، شماره 25، ص 45-55.
 [10]مقررات ملی ساختمان ایران مبحث دهم، طرح واجرای ساختمان‌های فولادی، وزارت راه وشهرسازی، معاونت مسکن و ساختمان، ویرایش چهارم، 1392، ص220.
[11] Hashemi, M.R., Vahdani, R., Gerami, M., and Kheyrodin, A. (2020), “Viscous damper placement optimization in concrete structures using colliding bodies algorithm and story damage index”, International Journal of Optimization in Civil Engineering, 10(1), pp.57-70.
[12] Sudheer kumar, K., and Vinod,Y. (2019), “Seismic  Response  Analysis  of  Rc  Framed Structure Using Dampers”, International Journal of  Recent Technology and  Engineering, 7(6c2), pp.377. 
[13] Zolekar, MissShital, Sagade, Prof, .A.V. (2019), “Effect of Viscous Dampers on Response Reduction Factor for Rc Frame Using Response Spectrum Analysis”, International Research Journal of Engineering and Technology, 6(7), pp.3597- 3598.
[14] Hu, G., Wang, Y., Huang, W., Li, B., and Luo, B. (2020), “Seismic mitigation performance of structures with viscous dampers under near-fault pulse-type earthquakes”, Engineering Structures, 203, pp.109878.
[15] Kookalani, S., and Shen, D. (2020), “Effect of Fluid Viscous Damper parameters on the seismic performance”, Journal of Civil Engineering and Materials Application, 4(3), pp.141-153.
[16] Shen, H., Zhang, R., Weng, D., Ge, Q., Wang, C., and Islam, M.M. (2020), “Design method of structural retrofitting using viscous dampers based on elastic–plastic response reduction curve”, Engineering Structures, 208, pp.109917.
[17] استاندارد ۲۸۰۰، (۱۳۹۴)، آیین‌نامه طراحی ساختمان‌ها در برابر زلزله (ویرایش چهارم)، مرکز تحقیقات راه، مسکن و شهرسازی.
[18] lakshmishireenbanu, S., Ushasri, P. (2019), “Study of Seismic Energy Dissipation and Effect in Multistory RC Building with and without Fluid Viscous Dampers.”,International Journal of Innovative Technology and Exploring Engineering, 8(7),pp.2482-2485.
[19] Jiao, X., Zhao, Y., and Ma, W. (2018), “Nonlinear dynamic characteristics of a micro-vibration fluid viscous damper”, Nonlinear Dynamics, 92(3), pp.1167-1184.
[20] Moradpour, S., and Dehestani, M. (2019), “Optimal DDBD procedure for designing steel structures with nonlinear fluid viscous dampers”, In Structures, 22, pp.154-174.
[21] مبحث نهم مقررات ملی ساختمان، طرح واجرای ساختمان‌های بتن‌آرمه، وزارت راه و شهرسازی، معاونت مسکن و ساختمان، ویرایش پنجم، 1399، ص 350-351.
 [22]دستورالعمل بهسازی لرزه‌ای ساختمان‌های موجود (نشریه شماره 360)، معاونت امور فنی، دفتر امور فنی، تدوین معیارها و کاهش خطرپذیری ناشی از زلزله، 1392.
 [23]مبحث ششم مقررات ملی ساختمان، بارهای وارد بر ساختمان، وزارت مسکن وشهرسازی، ویرایش چهارم، 1398.
[24] FEMA P-695, (2009), Quantification of building seismic performance factors, Washington (DC): Federal Emergency Management Agency.

  • Receive Date 17 February 2026
  • Revise Date 05 May 2026
  • Accept Date 09 May 2026
  • First Publish Date 09 May 2026
  • Publish Date 21 March 2026